一种四氟化硅与无水氟化氢混合气体的直接分离方法

摘要

本发明涉及氟化工技术领域，尤其涉及一种四氟化硅与无水氟化氢混合气体的直接分离方法。其工艺步骤为：a、将氟硅酸热解得到的氟化氢和四氟化硅混合气体收集，通过压缩机压缩后进入冷凝器1进行冷却，得到液化氟化氢进入冷凝液储罐；b、将冷却后的四氟化硅气体送入冷凝器2，用乙二醇-水溶液继续冷却，除去残余的氟化氢，得到四氟化硅气体，进入四氟化硅储罐1储存；c、将步骤a和步骤b中的液相进行精馏提纯，控制精馏塔的操作压力和塔顶冷凝温度，得到精制的液态氟化氢产品。该方法具有操作易行、投资少、能耗小、设备无腐蚀、没有难以处理的废弃物等优点,是一种经济、高效、环境友好的分离方法。

说明书

技术领域

本发明涉及氟化工技术领域，尤其涉及一种四氟化硅与无水氟化氢混合气体的直接分离方法。

背景技术

氟化氢是生产冷冻剂“氟里昂”、含氟树脂、有机氟化物和氟的原料。在化工生产中可用作烷基化、聚合、缩合、异构化等有机合成的催化剂。还用于开采某些矿床时腐蚀地层，以及稀土元素、放射性元素的提取。在原子能工业和核武器生产中是制造六氟化铀的原料，也是生产火箭燃料和添加剂的原料，还可用于腐蚀玻璃和浸渍木材等。无水氟化氢（氟化氢）常压下沸点19.5℃，在低于19.5℃时是一种无色发烟液体，容易聚合。极易挥发，置于空气中即冒白烟，溶于水时激烈放热而成氢氟酸；具有很强的腐蚀性，能侵蚀玻璃和硅酸盐而生成气态的四氟化硅，但不腐蚀聚乙烯、铅和白金；无水氟化氢对热稳定，加热到1000℃仅稍有分解；与金属盐、氧化物、氢氧化物作用生成氟化物；能与普通金属发生反应，放出氢气而与空气形成爆炸性混合物；遇火星易引起爆炸或燃烧。

四氟化硅是光纤与半导体加工中使用的一种电子专用气体，在微电子该行业也有广泛的应用前景。四氟化硅常压下沸点为-85℃，是一种无色带有刺激气味的非易燃窒息性气体，具极强的吸湿性，在湿空气中放出有腐蚀性的白色烟雾。遇水剧烈反应，生成氟硅酸。

中国专利CN 101948114 A公开了一种硫酸酸化氟硅酸钠为原料制备四氟化硅和无水氟化氢的方法，该工艺中制备四氟化硅和氟化氢气体的方法为：通过控制反应温度，使两种气体在不同的温度下先后从反应体系逸出。该工艺过程的缺点在于：（1）仅依靠控制反应温度，很难实现四氟化硅和氟化氢气体的分离；（2）没有交代得到四氟化硅气体和氟化氢气体具体过程；（3）没有说明具体的产品纯度。

中国专利CN 102557043 A公开了一种以氟硅酸钠为原料制备四氟化硅和无水氟化氢的方法，该工艺中四氟化硅和氟化氢混合气体的分离步骤为：a、将四氟化硅和氟化氢气体从反应器顶部排出送入混合气体洗涤塔（洗涤液为98wt%的硫酸）去除固体粉尘和水蒸气后，送入压缩机加压到0.5~1.5MPaG，再经冷凝器预冷到-20~-30℃；b、将预冷后的混合气体先通过精馏塔的塔顶产品换热器冷却到-25~-35℃后，送入精馏塔进行分离，精馏塔操作压力为0.6~0.75 MPaG，塔顶冷凝器温度-80~-70℃，塔底采出氟化氢产品。C、四氟化硅从精馏塔顶以液相形式采出，然后经塔顶产品换热器回收冷量后减压汽化，送入四氟化硅洗涤塔，吸收四氟化硅气体中存在的微量氟化氢和水后，在经加压冷却，得到四氟化硅产品。该工艺过程的缺点在于：（1）四氟化硅气体全部随氟化氢液体一起送入精馏塔分离，给精馏操作带来一定的困难；（2）塔顶冷凝器温度-80~-70℃，能耗较大，成本很高，不适合进一步扩大规模；（3）四氟化硅以液相采出会导致夹带氟化氢比较严重，造成氟化氢产品损失；（4）需要大量的浓硫酸处理混合气体的水分和四氟化硅中的水分和氟化氢，产生大量稀硫酸，要考虑稀硫酸的利用或浓缩，需要大量耗能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种四氟化硅和氟化氢混合气体的直接分离方法。

本发明四氟化硅和氟化氢混合气体的直接分离方法，其特征在于，步骤为：

a、将氟硅酸热解得到的氟化氢和四氟化硅混合气体收集，通过压缩机压缩后进入冷凝器1进行冷却，得到液化氟化氢进入冷凝液储罐；

b、将冷却后的四氟化硅气体送入冷凝器2，用乙二醇-水溶液继续冷却，除去残余的氟化氢，得到四氟化硅气体，进入四氟化硅储罐1储存；

 c、将步骤a和步骤b中的液相进行精馏提纯，控制精馏塔的操作压力和塔顶冷凝温度，得到精制的液态氟化氢产品。

步骤a中，压缩机的排气压力为0.5~0.8MPa，冷凝器1的冷却温度为40~45℃。

步骤b中，乙二醇-水溶液的温度为-15~-25℃。

步骤c中，精馏塔塔釜温度为50~70℃，精馏塔顶冷凝器温度为-15~-25℃，精馏塔的操作压力为0.4~0.6 MPa。

 一种四氟化硅和无水氟化氢混合气体的直接分离方法，包括以下步骤：

a、通过真空泵控制氟化氢和四氟化硅产出体系的真空度为-0.02MPa，调节真空泵的出口排气压力为0.13MPa，将氟化氢和四氟化硅混合气体抽至0.5立方的缓冲罐收集。经压缩机将气体压缩至0.5Mpa，压缩后气体温度约为90℃，进入冷凝器1，经冷却至40~45℃后，大部分氟化氢气体液化，四氟化硅仍留在气相。

b、步骤a中的液相进入冷凝液储罐，气相进入冷凝器2用乙二醇-水溶液继续冷却至-25℃，残余的氟化氢气体再度冷凝，并进入冷凝液储罐，气相得到纯度≥99.0wt%的四氟化硅气体产品，并送入四氟化硅储罐1储存。

c、将步骤a和步骤b中的液相，以1.1kg/h的进料速度送入精馏塔进行分离。物料从精馏塔中部进料，当精馏塔塔釜的液位达到60%时，加热使精馏塔塔釜温度达到50℃，控制精馏塔的操作压力为0.4MPa，四氟化硅和体系中汽化的氟化氢气体与塔体中部不断进入的液体物料在填料中接触。控制精馏塔顶冷凝器温度为-25℃，塔顶采出纯度≥99.0wt%的四氟化硅气体产品，并送入四氟化硅储罐2储存。氟化氢被塔顶冷凝器冷凝下来，回流至精馏塔继续精馏，塔底采出纯度≥99.9wt%的液态氟化氢产品，并送入氟化氢储罐储存。

本发明与现有的工艺相比，具有如下优点：

（1）先采用压缩冷凝的方法将两种气体进行预分离，通过准确控制压力和冷却温度，可以快速分离得到满足纯度要求的四氟化硅产品。

（2）精馏塔以液体形式进料，使精馏塔的操作塔压和加热温度易于控制；另外，精馏塔物料中四氟化硅含量低，降低了精馏分离的难度，可以节约塔板数，大大降低了精馏塔的投资。

（3）精馏塔顶以气相形式采出产品，降低了冷凝器的热负荷，减少能源消耗。

（4）该工艺过程中不带水，可以减少设备的腐蚀，既方便设备选型，又节约成本。

（5）整个分离过程没有加入浓硫酸等辅助试剂，不会产生难以处理的废弃物，不会增加环境负担。

因此，本发明所述的四氟化硅和氟化氢混合气体的直接分离方法具有操作易行、投资少、能耗小、设备无腐蚀、没有难以处理的废弃物等优点, 是一种经济、高效、环境友好的分离方法。

附图说明

图1为四氟化硅和无水氟化氢混合气体的分离流程框图。

具体实施方式

本发明所述的四氟化硅和无水氟化氢混合气体的直接分离方法将在下述的实施例中加以详细说明，但不限于实施例。本发明特点是利用分离对象各组分的液化点和沸点的较大差距（氟化氢的沸点为19.5℃，四氟化硅的沸点-85℃），可以先通过压缩冷凝使无水氟化氢大部分液化，实现无水氟化氢和四氟化硅的初步分离，然后通过精馏的方法，将溶解有少量四氟化硅的无水氟化氢进行纯化，从而制取纯度较高的氟化氢和四氟化硅产品。

本发明所述的四氟化硅和氟化氢混合气体的直接分离方法，其步骤为：

a、将氟硅酸热解得到的氟化氢和四氟化硅混合气体收集，通过压缩机压缩后进入冷凝器1进行冷却，得到液化氟化氢进入冷凝液储罐；

b、将冷却后的四氟化硅气体送入冷凝器2，用乙二醇-水溶液继续冷却，除去残余的氟化氢，得到四氟化硅气体，进入四氟化硅储罐1储存；

 c、将步骤a和步骤b中的液相进行精馏提纯，控制精馏塔的操作压力和塔顶冷凝温度，得到精制的液态氟化氢产品。

步骤a中，所述的四氟化硅和氟化氢混合气体的产气系统为：有机溶剂法萃取氟硅酸所得有机相经充分脱水后，得到无水氟硅酸-有机溶剂，该体系在真空条件下加热分解，使氟硅酸从有机溶剂中脱离，得到四氟化硅和氟化氢气体混合物。

步骤a中，调节产气系统的真空度为-0.02MPa，真空泵的出口排气压力为0.13MPa；压缩机的出口排气压力为0.5~0.8MPa，压缩后气体温度约为90℃，冷凝器1的冷却温度为40~45℃。

步骤b中，乙二醇-水溶液的温度为-15~-25℃。

步骤c中，精馏塔塔釜的液位为40%~60%，精馏塔塔釜温度为50~70℃，精馏塔的操作压力为0.4~0.6MPa，精馏塔顶冷凝器温度为-15~-25℃。

实施例 1

按下列步骤分离四氟化硅和无水氟化氢混合气体：

a、通过真空泵控制氟化氢和四氟化硅产出体系的真空度为-0.02MPa，调节真空泵的出口排气压力为0.13MPa，将氟化氢和四氟化硅混合气体抽至0.5立方的缓冲罐收集。经压缩机将气体压缩至0.5Mpa，压缩后气体温度约为90℃，进入冷凝器1，经冷却至40~45℃后，大部分氟化氢气体液化，四氟化硅仍留在气相。

b、步骤a中的液相进入冷凝液储罐，气相进入冷凝器2用乙二醇-水溶液继续冷却至-25℃，残余的氟化氢气体再度冷凝，并进入冷凝液储罐，气相得到纯度≥99.0wt%的四氟化硅气体产品，并送入四氟化硅储罐1储存。

c、将步骤a和步骤b中的液相，以1.1kg/h的进料速度送入精馏塔进行分离。物料从精馏塔中部进料，当精馏塔塔釜的液位达到60%时，加热使精馏塔塔釜温度达到50℃，控制精馏塔的操作压力为0.4MPa，四氟化硅和体系中汽化的氟化氢气体与塔体中部不断进入的液体物料在填料中接触。控制精馏塔顶冷凝器温度为-25℃，塔顶采出纯度≥99.0wt%的四氟化硅气体产品，并送入四氟化硅储罐2储存。氟化氢被塔顶冷凝器冷凝下来，回流至精馏塔继续精馏，塔底采出纯度≥99.9wt%的液态氟化氢产品，并送入氟化氢储罐储存。

实施例 2

a、通过真空泵控制氟化氢和四氟化硅产出体系的真空度为-0.02MPa，调节真空泵的出口排气压力为0.13MPa，将氟化氢和四氟化硅混合气体抽至0.5立方的缓冲罐收集。然后经压缩机将气体压缩至0.6MPa进入冷凝器1，压缩后气体温度约为90℃，经冷却至40~45℃后，大部分氟化氢气体液化，四氟化硅仍留在气相。

b、步骤a中的液相进入冷凝液储罐，气相进入冷凝器2用乙二醇-水溶液继续冷却至-25℃，残余的氟化氢气体再度冷凝，并进入冷凝液储罐，气相得到纯度≥99.0wt%的四氟化硅气体产品，并送入四氟化硅储罐1储存。

c、将步骤a和步骤b中的液相，以1.1kg/h的进料速度送入精馏塔进行分离。物料从精馏塔中部进料，当精馏塔塔釜的液位达到60%时，加热使精馏塔塔釜温度达到60℃，控制精馏塔的操作压力为0.5MPa，四氟化硅和体系中汽化的氟化氢气体与塔体中部不断进入的液体物料在填料中接触。控制精馏塔顶冷凝器温度为-25℃，塔顶采出纯度≥99.0wt%的四氟化硅气体产品，并送入四氟化硅储罐2储存。氟化氢被塔顶冷凝器冷凝下来，回流至精馏塔继续精馏，塔底采出纯度≥99.9wt%的液态氟化氢产品，并送入氟化氢储罐储存。

实施例 3

a、通过真空泵控制氟化氢和四氟化硅产出体系的真空度为-0.02MPa，调节真空泵的出口排气压力为0.13MPa，将氟化氢和四氟化硅混合气体抽至0.5立方的缓冲罐收集。然后经压缩机将气体压缩至0.7MPa，压缩后气体温度约为90℃，进入冷凝器1，经冷却至40~45℃后，大部分氟化氢气体液化，四氟化硅仍留在气相。

b、步骤a中的液相进入冷凝液储罐，气相进入冷凝器2用乙二醇-水溶液继续冷却至-20℃，使残余的氟化氢气体再度冷凝，并进入冷凝液储罐，气相得到纯度≥99.0wt%的四氟化硅气体产品，并送入四氟化硅储罐1储存。

c、将步骤a和步骤b中的液相，以1.1kg/h的进料速度送入精馏塔进行分离。物料从精馏塔中部进料，当精馏塔塔釜的液位达到50%时，加热使精馏塔塔釜温度达到65℃，控制精馏塔的操作压力为0.55MPa，四氟化硅和体系中汽化的氟化氢气体与塔体中部不断进入的液体物料在填料中接触。控制精馏塔顶冷凝器温度为-20℃，塔顶采出纯度≥99.0wt%的四氟化硅气体产品，并送入四氟化硅储罐2储存。氟化氢被塔顶冷凝器冷凝下来，回流至精馏塔继续精馏，塔底采出纯度≥99.9wt%的液态氟化氢产品，并送入氟化氢储罐储存。

实施例 4

a、通过真空泵控制氟化氢和四氟化硅产出体系的真空度为-0.02MPa，调节真空泵的出口排气压力为0.13MPa，将氟化氢和四氟化硅混合气体抽至0.5立方的缓冲罐收集。然后经压缩机将气体压缩至0.8Mpa，压缩后气体温度约为90℃，进入冷凝器1，经冷却至40~45℃后，大部分氟化氢气体液化，四氟化硅仍留在气相。

b、步骤a中的液相进入冷凝液储罐，气相进入冷凝器2用乙二醇-水溶液继续冷却至-15℃，使残余的氟化氢气体再度冷凝，并进入冷凝液储罐，气相得到纯度≥99.0wt%的四氟化硅气体产品，并送入四氟化硅储罐1储存。

c、将步骤a和步骤b中的液相，以1.1kg/h的进料速度送入精馏塔进行分离。物料从精馏塔中部进料，当精馏塔塔釜的液位达到40%时，加热使精馏塔塔釜温度达到70℃，控制精馏塔的操作压力为0.6MPa，四氟化硅和体系中汽化的氟化氢气体与塔体中部不断进入的液体物料在填料中接触。控制精馏塔顶冷凝器温度为-15℃，塔顶采出纯度≥99.0wt%的四氟化硅气体产品，并送入四氟化硅储罐2储存。氟化氢被塔顶冷凝器冷凝下来，回流至精馏塔继续精馏，塔底采出纯度≥99.9wt%的液态氟化氢产品，并送入氟化氢储罐储存。