CN115072681B - 一种五氟化磷气体发生器和五氟化磷气体发生方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种五氟化磷气体发生器和五氟化磷气体发生方法，其发生器筒体的上筒体上设置有2个用于将液态氟化氢加入至发生器筒体内的液体物料加入器，发生器筒体的下筒体，具有沿下筒体内壁设置的液态氟化氢渗透夹套，该液态氟化氢渗透夹套，具有用于承载和接触所述发生器筒体内的五氯化磷固体物料的隔离滤板，通过液态氟化氢供给装置供给来的液态氟化氢，通过隔离滤板渗透到发生器筒体内，与五氯化磷固体物料进行反应。采用五氟化磷气体发生器及五氟化磷气体发生方法，可以让参与反应的液态氟化氢能充分与反应对象的五氯化磷固体物料接触反应，从而提高五氟化磷气体的发生效率。

Description

一种五氟化磷气体发生器和五氟化磷气体发生方法

技术领域

本发明涉及一种五氟化磷气体发生器和五氟化磷气体发生方法，特别是一种为了生产采用氟化氢溶剂法合成六氟磷酸锂时所需的五氟化磷气体的五氟化磷气体发生器和利用五氟化磷气体发生器来产生五氟化磷气体的五氟化磷气体发生方法。

背景技术

作为锂离子电池关键材料锂盐的六氟磷酸锂应用于锂离子电解液主要有两种形态，一是晶体六氟磷酸锂，二是与有机溶剂配制的液态锂盐。目前国外市场销售的均为晶体六氟磷酸锂，其原因主要是有利于产品运输与保存、安全隐患较小，与电解液生产厂家工艺体系更为匹配。随着国内新能源产业的健康持续稳步发展，晶体六氟磷酸锂的需求也与日俱增，突破和完善晶体六氟磷酸锂生产工艺，提高晶体六氟磷酸锂产品品质是当前国内研究的重点。

目前，六氟磷酸锂的制备方法主要有以下几种：气固直接反应法、溶剂法以及离子交换法，其中研究最多、技术最为成熟、产业化应用最广泛的工艺是氟化氢溶剂法。现有氟化氢溶剂法是将锂盐溶于无水氢氟酸中形成LiFHF溶液，然后通入五氟化磷（PF₅）气体进行反应而生产出六氟磷酸锂。即，氟化氢溶剂法制备六氟磷酸锂的工艺是目前较为成熟的工艺，也是最易于实现工业化的生产方法。

具体地说，氟化氢溶剂法是利用氟化氢作为反应介质，将原料卤化锂溶解在氟化氢中，再将高纯五氟化磷气化后，将气体通入溶剂中进行反应来生成六氟磷酸锂晶体，反应结束后，再经过结晶分离、干燥等最终得到六氟磷酸锂产品。

作为现有的生产采用氟化氢溶剂法来合成六氟磷酸锂时使用的五氟化磷气体的五氟化磷气体发生器，具有卧式五氟化磷气体发生器和立式五氟化磷气体发生器两大类，但无论是哪种五氟化磷气体发生器，其结构和工艺流程都是在发生器的容器中插入有用于输入液态氟化氢的输液管，通过该输液管输入的液态氟化氢跟装入到发生器中的物料（五氟化磷固体）反应后，便产生所需的五氟化磷气体。

为了提高液态氟化氢与五氟化磷固体的接触机会，以此提高五氟化磷气体的发生效率，一方面是让所述输液管插入较多且较均匀地插入到发生器中，另一方面，通过在发生器中设置搅拌装置，来对五氟化磷固体进行搅拌反转。就是说，让五氯化磷固体物料一边搅拌一边与液态氟化氢接触反应，这样可以让反应更加充分，使得单位时间里所产生的五氟化磷气体的量变大。但插入的输液管的数量以及分布情况，会影响和限制到发生器内设置的搅拌器对物料的充分搅拌，也就是说现有技术的发生器，存在为防止输液管与搅拌器打架而牺牲让液态氟化氢与五氟化磷固体的接触机会，从而影响到发生器的气体发生效率的问题。

因此，本技术领域急需一种让参与反应的液态氟化氢能充分与反应对象的五氯化磷固体物料接触反应，从而提高气体发生效率的五氟化磷气体发生器。

发明内容

本发明提供的一种五氟化磷气体发生器，包括：由上筒体和下筒体构成的发生器筒体、设置在该发生器筒体内的搅拌装置、液态氟化氢供给装置以及与该发生器筒体连通的将五氟化磷气体输送至下一工序装置的气体输送管路，所述上筒体上设置有用于将液态氟化氢加入至发生器筒体内的液体物料加入器，各所述液体物料加入器通过液态氟化氢供给管路与所述液态氟化氢供给装置相连；所述下筒体，具有沿下筒体内壁设置的液态氟化氢渗透夹套，该液态氟化氢渗透夹套，具有用于承载和接触所述发生器筒体内的五氯化磷固体物料的隔离滤板，该液态氟化氢渗透夹套通过液态氟化氢供给管路与所述液态氟化氢供给装置相连；通过所述液态氟化氢供给装置供给到所述液态氟化氢渗透夹套的液态氟化氢，通过隔离滤板渗透到所述发生器筒体内，与所述发生器筒体内的五氯化磷固体物料进行反应。

优选地，所述液态氟化氢渗透夹套，至少其所述隔离滤板形成为锥体状。

优选地，所述隔离滤板，采用多层烧结滤网。

优选地，所述上筒体和所述下筒体的至少一者的外壁上设置有冷却夹套，所述冷却夹套通过冷却媒介输送管路与冷却循环装置相连。

进一步优选地，所述搅拌装置，具有中空构造的螺带，且该螺带与冷却循环装置相连。

进一步优选地，所述气体输送管路上设置有粉体过滤器。

进一步优选地，所述发生器筒体内设有温度变送器，所述冷却媒介输送管路上设有调节阀。

本发明还提供一种利用上述的五氟化磷气体发生器来产生五氟化磷气体的五氟化磷气体发生方法，其中，至少包括以下工序：将五氯化磷固体物料加入到所述发生器筒体内的固体物料加料工序；和通过所述液体物料加入器将液态氟化氢加入到所述发生器筒体内的液体物料加料工序；和通过所述液态氟化氢渗透夹套将液态氟化氢渗透加入到所述发生器筒体内的液体物料渗透工序。

优选地，通过所述液体物料加料工序来调整所述发生器筒体内的压力，当所述发生器筒体内的压力达到规定压力后，再通过所述液态氟化氢渗透夹套将液态氟化氢渗透加入到所述发生器筒体内。

根据本发明的五氟化磷气体发生器及五氟化磷气体发生方法，可以让参与反应的液态氟化氢能充分与反应对象的五氯化磷固体物料接触反应，从而提高五氟化磷气体的发生效率。

附图说明

图1示出本发明的五氟化磷气体发生器的结构示意图。

图中：10-五氟化磷气体发生器；11-发生器筒体；12-搅拌装置；13-固体物料加料装置；14-液态氟化氢渗透夹套；11c-液体物料加入器；14a-隔离滤板；20-液态氟化氢供给装置；50-冷却循环装置。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明的技术方案及其效果进行详细说明。以下实施方式仅用于说明本发明的内容，发明并不仅限于下述实施方式或实施例。应用本发明的构思对本发明进行的简单改变都在本发明要求保护的范围内。

本发明的五氟化磷气体发生器10，如图1所示，具有发生器筒体11和该发生器筒体11内设置的搅拌装置12。

所述发生器筒体11，由上筒体11a和下筒体11b构成。在上筒体11a上设置有固体物料加料装置13，该固体物料加料装置13包含硬密封球阀13a及密闭漏斗13b。

所述上筒体11a上设置有2个用于将液态氟化氢加入到所述发生器筒体11内的作为液体物料加入器的喷淋器11c，各所述喷淋器11c通过液态氟化氢供给管路11d与液态氟化氢供给装置20相连。该液体物料加入器上设置有流量计11e和调节阀11f。

另外，所述上筒体11a，通过气体输送管路11g与下一工序装置30相连，该气体输送管路11g上设有粉体过滤器40。该下一工序装置30，比如是六氟磷酸锂的合成系统。

所述下筒体11b，具有沿该下筒体11b内壁设置的液态氟化氢渗透夹套14，该液态氟化氢渗透夹套14，具有用于承载和接触所述发生器筒体11内的五氯化磷固体物料的隔离滤板14a，该液态氟化氢渗透夹套14通过液态氟化氢供给管路14b与所述液态氟化氢供给装置20相连。本实施例中，所述液态氟化氢供给管路14b，与另一所述液态氟化氢供给管路11d相连通的。

本实施方式中，所述下筒体11b形成为圆锥体，其锥体底部圆周的直径与成圆筒状的所述上筒体11a的直径基本相同，且连接成一体。所述液态氟化氢渗透夹套14，沿着所述下筒体11b的圆锥面形成，所述隔离滤板14a形成为锥体状。所述隔离滤板14a，采用多层烧结滤网。通过所述液态氟化氢供给装置20供给到所述液态氟化氢渗透夹套14的液态氟化氢，通过所述隔离滤板14a渗透到所述发生器筒体11内，与所述发生器筒体11内的与所述隔离滤板14a接触的五氯化磷固体物料进行反应。所述隔离滤板14a，具有能让液态氟化氢渗透又不让五氯化磷固体物料通过的结构和特性。

另外，所述上筒体11a和所述下筒体11b的外壁上，分别设置有冷却夹套15a、15b，所述冷却夹套15a、15b通过冷却媒介输送管路15c、15d与冷却循环装置50相连。冷却循环装置50，包括冷却媒介供给装置50b和冷却媒介回收装置50a。冷却媒介从所述冷却媒介供给装置50b经过所述冷却媒介输送管路15d被分别输送进所述冷却夹套15a、15b，然后又分别从所述冷却夹套15a、15b经过述冷却媒介输送管路15c被输送回冷却媒介回收装置50a。所述冷却媒介输送管路15c上，设有调节阀15e。

另外，所述下筒体11b的底部，设置有用于将未反应的五氯化磷固体物料排出的硬密封球阀16。

所述搅拌装置12，包括在所述发生器筒体11内搅拌旋转的呈螺旋状的桨叶12a和驱动该桨叶12a的驱动电机12b。所述桨叶12a，为中空状，其与冷却循环装置（未图示）相连。在搅拌过程中，可通过在中空的所述桨叶12a中通入温度调节媒介，来调节被搅拌的五氯化磷固体物料与液态氟化氢反应的温度。

另外，所述发生器筒体11内还设有温度变送器60，通过该温度变送器60来监测所述发生器筒体11内的温度变化，从而与所述调节阀15e协同调节控制所述发生器筒体11内的温度。

以下，参照图1，对本发明的五氟化磷气体发生器和利用该五氟化磷气体发生器发生五氟化磷气体的方法进行说明。

如图1所示，首先开启所述驱动电机12b驱动桨叶12a旋转，然后通过将五氯化磷固体物料通过所述硬密封球阀13a和所述密闭漏斗13b加入到所述发生器筒体11内。具体地说，是打开所述硬密封球阀13a及密闭漏斗13b的上盖板，将五氯化磷固体物料从所述密闭漏斗13b中加入到所述发生器筒体11内，加料完成后关闭所述硬密封球阀13a及所述密闭漏斗13b的上盖板，至此，将五氯化磷固体物料加入到所述发生器筒体11内的固体物料加料工序便结束。

接下来，液态氟化氢从液态氟化氢供给装置20通过所述流量计11e及调节阀11f经过液态氟化氢供给管路11d被输送到所述喷淋器11c，再通过所述喷淋器11c喷淋到所述发生器筒体11内。通过未图示的压力监测装置，对所述发生器筒体11内的压力进行监测，当所述发生器筒体11内的压力达到规定压力后，再通过所述液态氟化氢渗透夹套14将液态氟化氢渗透加入到所述发生器筒体11内。即进行通过所述液体物料加入器11c将液态氟化氢加入到所述发生器筒体11内的液体物料加料工序和通过所述液态氟化氢渗透夹套14将液态氟化氢渗透加入到所述发生器筒体11内的液体物料渗透工序。

在进行以上工序过程中，通过冷却循环装置50向所述冷却夹套15a、15b供给冷却媒介并使冷却媒介循环，从而控制所述发生器筒体11的温度，此时，通过所述温度变送器60来监测所述发生器筒体11内的温度变化，并与所述调节阀15e协同调节控制所述发生器筒体11内的温度。另一方面，在搅拌过程中，通过在中空的所述桨叶12a中通入温度调节媒介，来调节被搅拌的五氯化磷固体物料与液态氟化氢反应的温度。

在所述发生器筒体11内反应发生的五氯化磷气体，经所述粉体过滤器40过滤后，通过所述气体输送管路11g被输送至下一工序装置30。

而未反应的五氯化磷固体物料则通过所述硬密封球阀16排出所述发生器筒体11之外回收使用。

采用本发明的五氟化磷气体发生器和五氟化磷气体发生方法，具有以下优点。

（1）本发明通过设置具有用于承载和接触所述发生器筒体11内的五氯化磷固体物料的隔离滤板14a的液态氟化氢渗透夹套14，并使通过所述液态氟化氢供给装置20供给到所述液态氟化氢渗透夹套14的液态氟化氢，通过隔离滤板14a渗透到所述发生器筒体11内，与所述发生器筒体11内的五氯化磷固体物料进行反应。因此，可以让参与反应的液态氟化氢能充分与反应对象的五氯化磷固体物料接触反应，从而提高五氟化磷气体的发生效率。

（2）液态氟化氢渗透夹套14具有锥状的隔离滤板14a，可以提高液态氟化氢与五氯化磷固体物料的接触面积。

（3）在所述发生器筒体11上设置冷却夹套15a、15b，搅拌装置12的桨叶12a也形成为中空形状，可以通过可循环的冷却媒介来控制五氟化磷气体生成过程中的五氟化磷气体发生器10的温度和反应温度，从而提高五氟化磷气体的发生效率。

（4）通过所述液体物料加料工序来调整所述发生器筒体11内的压力，当所述发生器筒体11内的压力达到规定压力后，再通过所述液态氟化氢渗透夹套14将液态氟化氢渗透加入到所述发生器筒体11内。这样可以防止由于所述液态氟化氢渗透夹套14内的压力与所述发生器筒体11内的压力之差过大而使所述隔离滤板14a的寿命缩短或使其被损坏。

作为本发明的实施例的变更形式，例如，可以在液态氟化氢供给管路14b上也设置流量计和调节阀，以此来控制供给所述液态氟化氢渗透夹套14的液态氟化氢。

另外，作为液体物料加入器的喷淋器11c，也可以设置为1个或3个以上。

另外，所述液态氟化氢渗透夹套14及其隔离滤板14a，也可以做成锥状以外的形状。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。

Claims (9)

1.一种五氟化磷气体发生器，包括：由上筒体和下筒体构成的发生器筒体、设置在该发生器筒体内的搅拌装置、液态氟化氢供给装置以及与该发生器筒体连通的将五氟化磷气体输送至下一工序装置的气体输送管路，其特征在于，

所述上筒体上设置有用于将液态氟化氢加入至发生器筒体内的液体物料加入器，各所述液体物料加入器通过液态氟化氢供给管路与所述液态氟化氢供给装置相连；

所述下筒体，具有沿下筒体内壁设置的液态氟化氢渗透夹套，该液态氟化氢渗透夹套，具有用于承载和接触所述发生器筒体内的五氯化磷固体物料的隔离滤板，该液态氟化氢渗透夹套通过液态氟化氢供给管路与所述液态氟化氢供给装置相连；

通过所述液态氟化氢供给装置供给到所述液态氟化氢渗透夹套的液态氟化氢，通过隔离滤板渗透到所述发生器筒体内，与所述发生器筒体内的五氯化磷固体物料进行反应。

2.如权利要求1所述的五氟化磷气体发生器，其特征在于，

所述液态氟化氢渗透夹套，至少其所述隔离滤板形成为锥体状。

3.如权利要求1或2所述的五氟化磷气体发生器，其特征在于，

所述隔离滤板，采用多层烧结滤网。

4.如权利要求1或2所述的五氟化磷气体发生器，其特征在于，

所述上筒体和所述下筒体的至少一者的外壁上设置有冷却夹套，所述冷却夹套通过冷却媒介输送管路与冷却循环装置相连。

5.如权利要求1或2所述的五氟化磷气体发生器，其特征在于，

所述搅拌装置，具有中空构造的螺带，且该螺带与冷却循环装置相连。

6.如权利要求1或2所述的五氟化磷气体发生器，其特征在于，

所述气体输送管路上设置有粉体过滤器。

7.如权利要求4所述的五氟化磷气体发生器，其特征在于，

所述发生器筒体内设有温度变送器，所述冷却媒介输送管路上设有调节阀。

8.一种利用如权利要求1至7中任一项记载的五氟化磷气体发生器来产生五氟化磷气体的五氟化磷气体发生方法，其中，至少包括以下工序：

将五氯化磷固体物料加入到所述发生器筒体内的固体物料加料工序；和

通过所述液体物料加入器将液态氟化氢加入到所述发生器筒体内的液体物料加料工序；和

通过所述液态氟化氢渗透夹套将液态氟化氢渗透加入到所述发生器筒体内的液体物料渗透工序。

9.如权利要求8所述的五氟化磷气体发生方法，其特征在于，

通过所述液体物料加料工序来调整所述发生器筒体内的压力，当所述发生器筒体内的压力达到规定压力后，再通过所述液态氟化氢渗透夹套将液态氟化氢渗透加入到所述发生器筒体内。

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