CN115784181A - 五氟化磷的连续反应精馏制备系统及其制备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种五氟化磷的连续反应精馏制备系统及其制备方法。所述制备方法包括以下步骤：S1，将三氟氧磷及氟化氢液体加入反应精馏塔中，其中，反应温度为80～120℃，反应压力为1.0～2.0MPa，所生成的五氟化磷和部分未完全反应的氟化氢作为气相从塔顶连续逸出，未反应完全的三氟氧磷及生成的水作为液相从塔底连续排出。其一，本发明提供的五氟化磷的连续反应精馏制备系统及其制备方法，可以实现连续反应精馏制备高纯度五氟化磷，氟化磷及少量氟化氢其他经过多级加压，精馏，塔顶得到纯度达到99.99％以上的高纯五氟化磷；其二、本发明的反应较为温和，不会产生剧烈反应，从而提高反应的安全性能。

Description

五氟化磷的连续反应精馏制备系统及其制备

技术领域

本发明涉及一种五氟化磷的连续反应精馏制备系统及其制备。

背景技术

五氟化磷(PF₅)在常态下是一种无色无味的气体，被广泛地应用于电子工业、电池制造、高分子材料和催化剂等领域。目前，国内少数几家生产商品化PF₅的厂家多采用国外直接法生产技术。其中，采用五氯化磷与无水氟化氢反应制备PF₅的方法已实现产业化，其反应方程式为：PC l₅+5HF→PF₅+5HC l。但由于此反应强烈放热，需严格控制反应过程温度，否则，容易引起爆炸。另外，反应产率低，合成产品中含有大量杂质，纯度不高。

国内现已研究出P₂O₅和CaF₂固-固相加热制备PF₅的方法。专利CN102502544A公开了一种五氟化磷的制备方法，采用原料氟化钙替代氟化氢，在干燥的环境中，在反应压力-0.09～-0.11MPa，反应温度200～300℃，惰性其他保护下，向反应器中加入五氧化二磷和氟化钙两种固体粉末，生产五氟化磷气体粗品。已在国内实现产业化，其反应方程式为：6P₂O₅+5CaF₂→2PF₅+5Ca(PO₃)2。以五氧化二磷为原料制备五氟化磷方法，工艺过程简单，产物纯度较高，副产物少，但该法反应产率较低。

通过对比分析以及实际生产经验发现目前存在以下问题：

五氯化磷与氟化氢其他反应太过激烈，一般为间歇性生产，生产效率低且产物纯度不高；

五氧化二磷与氟化钙反应产率较低，产物纯度较低。

发明内容

本发明提供了一种五氟化磷的连续反应精馏制备系统及其制备，可以有效解决上述问题。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种连续反应精馏制备高纯度五氟化磷的方法，包括以下步骤：

S1，将三氟氧磷及氟化氢液体加入反应精馏塔中，其中，反应温度为80～120℃，反应压力为1.0～2.0MPa，所生成的五氟化磷和部分未完全反应的氟化氢作为气相从塔顶连续逸出，未反应完全的三氟氧磷及生成的水作为液相从塔底连续排出。

本发明进一步提供一种五氟化磷的连续反应精馏制备系统，包括：

反应精馏塔，用于通入三氟氧磷及氟化氢液体使其发生反应制备五氟化磷，其中，所述反应精馏塔包括设置在中部的三氟氧磷进气口及氟化氢液体进气口、设置在底部的第一废液排放口以及设置在顶部的第一物料排放口；

与所述第一物料排放口联通的多级加压装置，用于将从所述第一物料排放口溢出的五氟化磷和氟化氢气体加压；

与所述多级加压装置联通的第一精馏塔，用于将经过多级加压的五氟化磷和氟化氢气体进行精馏，其中，所述第一精馏塔包括中部的进料口，设置在底部的第二废液排放口以及设置在顶部的第二物料排放口。

本发明的有益效果是：其一，本发明提供的五氟化磷的连续反应精馏制备系统及其制备方法，可以实现连续反应精馏制备高纯度五氟化磷，氟化磷及少量氟化氢其他经过多级加压，精馏，塔顶得到纯度达到99.99％以上的高纯五氟化磷；其二、本发明的反应较为温和，不会产生剧烈反应，从而提高反应的安全性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例提供的氟化磷的连续反应精馏制备系统的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的连续反应精馏制备高纯度五氟化磷的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参照图1所示，本发明实施例提供一种五氟化磷的连续反应精馏制备系统，包括：

反应精馏塔10，用于通入三氟氧磷及氟化氢液体使其发生反应制备五氟化磷，其中，所述反应精馏塔10包括设置在塔釜101中部的三氟氧磷进气口103及氟化氢液体进气口104、设置在底部的第一废液排放口105以及设置在顶部的第一物料排放口102；

与所述第一物料排放口102联通的多级加压装置11，用于将从所述第一物料排放口102溢出的五氟化磷和氟化氢气体加压；

与所述多级加压装置11联通的第一精馏塔12，用于将经过多级加压的五氟化磷和氟化氢气体进行精馏，其中，所述第一精馏塔12包括塔釜121中部的进料口123，设置在底部的第二废液排放口124以及设置在顶部的第二物料排放口122。

所述塔釜101设置有加热单元及温度传感器(图中未画出)，用于将所述三氟氧磷及氟化氢液体加热到反应温度，并根据温度传感器的温度进行控制。具体的，用于将所述三氟氧磷及氟化氢液体加热到80～120℃。

所述三氟氧磷进气口103及所述氟化氢液体进气口104的前端进一步设置有第一加压装置106及第二加压装置107，分别用于对进入所述塔釜101中的三氟氧磷及氟化氢液体进行加压。所述塔釜101内部还设置有压力传感器(图中未画出)，用于所述塔釜101内部进行监控。具体的，所述第一加压装置106及第二加压装置107与所述压力传感器可以进行联动控制，从而对所述塔釜101的压力进行准确控制。具体的，所述第一加压装置106及第二加压装置107用于将所述塔釜101的压力控制在1.0～2.0MPa之间。

作为进一步改进的，所述第二废液排放口124与所述氟化氢液体进气口104联通。

所述多级加压装置11用于将从所述第一物料排放口102溢出的五氟化磷和氟化氢气体加压到1.0～2.0MPa之间。

所述塔釜121内部也设置有加热单元及温度传感器(图中未画出)，用于将所述五氟化磷和氟化氢气体加热到设定温度，并根据温度传感器的温度进行联动控制。具体的，将所述五氟化磷和氟化氢气体加热到50～100℃温度。所述塔釜101内部还设置有压力传感器(图中未画出)，其与所述多级加压装置11进行联动控制，从而稳定所述塔釜121内的压力。

本发明实施例提供一种连续反应精馏制备高纯度五氟化磷的方法，包括以下步骤：

S1，将三氟氧磷及氟化氢液体加入反应精馏塔10中，其中，反应温度为80～120℃，反应压力为1.0～2.0MPa，所生成的五氟化磷和部分未完全反应的氟化氢作为气相从塔顶连续逸出，未反应完全的三氟氧磷及生成的水作为液相从塔底连续排出。

可以理解，通过控制反应温度、压力以及物料比，从而提高反应的转化率。作为进一步改进的，所述三氟氧磷与所述氟化氢的摩尔比为1.5～3：1。更优选的，所述三氟氧磷与所述氟化氢的摩尔比为1.8～2.5：1。作为进一步改进的，反应温度为90～110℃，反应压力为1.4～1.6MPa。

作为进一步改进的，在其他实施例中，所述方法还进一步包括：

S2，将从所述反应精馏塔的塔顶逸出的五氟化磷和氟化氢气体，经过多级加压后，进入第一精馏塔精馏得到高纯五氟化磷。所述第一精馏塔精馏的压力为1.0～2.0MPa，塔底温度为75～100℃，塔顶温度为60～80℃。优选的，塔底温度为85～95℃，塔顶温度为65～75℃。经过所述第一精馏塔精馏后，塔顶得到的高纯五氟化磷纯度大于99.99％。

作为进一步改进的，在其他实施例中，所述方法还进一步包括：

S3，将从所述第一精馏塔的塔底得到氟化氢和五氟化磷的混合物作为反应原料返回S1中的反应精馏塔。由于反应过程中氟化氢过量，因此，通过将塔底得到氟化氢和五氟化磷的混合物作为反应原料返回S1中的反应精馏塔，从而可以提高原料的利用率。

实施例及对比例：

将三氟氧磷及氟化氢液体按摩尔比2：1泵入反应精馏塔T1中，三氟氧磷与氟化氢在1.5MPa，100℃的高温高压下发生反应。所生成的五氟化磷和部分未完全反应的氟化氢作为气相从塔顶连续逸出，未反应完全的三氟氧磷及生成的水作为液相从塔底连续排出。其中，取反应精馏塔T1顶部的样品分析，其中五氟化磷的含量可达到95.05％。反应精馏塔T1中塔顶逸出的五氟化磷和氟化氢气体，经过多级加压后进入精馏塔T2(底部温度为90℃，顶部温度为70℃)，塔顶得到高纯五氟化磷，塔底得到氟化氢和五氟化磷的混合物作为反应原料返回反应精馏塔T1中，取精馏塔T2顶部的样品分析，其五氟化磷的含量可达到99.99％。

另外，通过控制反应温度、压力以及物料比，得到不同实施例和对比例，如下表1所示。

表1为各实施例和对比例的参数及产物含量

从上表可以看出，三氟氧磷及氟化氢液体的最佳摩尔比为2～2.5：1；且反应最佳温度为100℃，压强为1.5-1.6MPa左右。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种连续反应精馏制备高纯度五氟化磷的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，将三氟氧磷及氟化氢液体加入反应精馏塔中，其中，反应温度为80～120℃，反应压力为1.0～2.0MPa，所生成的五氟化磷和部分未完全反应的氟化氢作为气相从塔顶连续逸出，未反应完全的三氟氧磷及生成的水作为液相从塔底连续排出。

2.如权利要求1所述的连续反应精馏制备高纯度五氟化磷的方法，其特征在于，进一步包括：

S2，将从所述反应精馏塔的塔顶逸出的五氟化磷和氟化氢气体，经过多级加压后，进入第一精馏塔得到高纯五氟化磷。

3.如权利要求2所述的连续反应精馏制备高纯度五氟化磷的方法，其特征在于，进一步包括：

S3，将从所述第一精馏塔的塔底得到氟化氢和五氟化磷的混合物作为反应原料返回S1中的反应精馏塔。

4.如权利要求1所述的连续反应精馏制备高纯度五氟化磷的方法，其特征在于，所述三氟氧磷与所述氟化氢的摩尔比为1.5～3：1。

5.如权利要求1所述的连续反应精馏制备高纯度五氟化磷的方法，其特征在于，所述三氟氧磷与所述氟化氢的摩尔比为1.8～2.5：1。

6.如权利要求1所述的连续反应精馏制备高纯度五氟化磷的方法，其特征在于，反应温度为90～110℃，反应压力为1.4～1.6MPa。

7.一种五氟化磷的连续反应精馏制备系统，其特征在于，包括：

反应精馏塔，用于通入三氟氧磷及氟化氢液体使其发生反应制备五氟化磷，其中，所述反应精馏塔包括设置在中部的三氟氧磷进气口及氟化氢液体进气口、设置在底部的第一废液排放口以及设置在顶部的第一物料排放口；

与所述第一物料排放口联通的多级加压装置，用于将从所述第一物料排放口溢出的五氟化磷和氟化氢气体加压；

与所述多级加压装置联通的第一精馏塔，用于将经过多级加压的五氟化磷和氟化氢气体进行精馏，其中，所述第一精馏塔包括中部的进料口，设置在底部的第二废液排放口以及设置在顶部的第二物料排放口。

8.如权利要求7所述的五氟化磷的连续反应精馏制备系统，其特征在于，所述第二废液排放口与所述氟化氢液体进气口联通。

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