Способ извлечения трифторида бора из газовых смесей

 

Изобретение предназначено для химической промышленности и может быть использовано при разделении изотопов бора. Смесь газов, содержащую BF3, F2 и HF, подвергают контакту с СаF2 при 373-523К с образованием фторборатного комплекса СаF2ВF3. Оставшиеся F2 и HF выводят из сорбционной колонны. После насыщения сорбента производят десорбцию ВF3 при 623-773К. Регенерированный CaF2 используют в повторных циклах извлечения ВF3. Степень улавливания ВF3 не менее 90%, остаточное содержание бора в сорбенте 0,05-0,1 мас.%. Способ прост, экономичен, исключена коррозия аппаратуры и плавление сорбента. 1 ил.

Изобретение относится к технологиям получения и использования трифторида бора, например для разделения изотопов 10В и 11В. При получении трехфтористого бора необходимость извлечения его из газовых смесей возникает в связи с тем, что продукты фторирования народу с ВF3 содержат фтор, кислород, фтористый водород и другие примеси, мешающие дальнейшему его применению. Кроме того, такая необходимость существует при решении санитарно-экологических вопросов обращения с трифторидом бора.

Известен сорбционный способ извлечения трифторида бора из газовых потоков по реакции BF3 с оксидами металлов с образованием комплексных фторборатов /Топчиев А. В., Баллода А.П. "Адсорбция фтористого бора на простых и смешанных оксидах металлов". ДАН СССР, 1953, т.90, с.1051-1054/.

Недостатками способа являются невысокая эффективность использования адсорбента (оксида металла). Так, навеска оксида кальция, помещенная в атмосферу трифторида бора, при температуре 723К реагирует лишь на 17%.

Известен также термосорбционный способ извлечения трифторида бора из газовых смесей на активированных углях при температуре, близкой к комнатной, с последующей десорбцией BF3 при нагревании /Полевой А.С. "Разделение и использование изотопов бора". В сб. "Итоги науки и техники". Серия "Радиохимия. Ядерная технология", том 2. М, ВИНИТИ, 1990, с.134/.

Недостатки способа состоят в том, что из-за присутствия в промышленных углеадсорбентах примесей оксидов металлов, диоксида кремния, азот- и серосодержащих соединений (до 10-15%) при десорбции трифторида бора происходит это загрязнение. Очевидно, эта же причина приводят к тому, что десорбция происходит лишь на 90-95% и на сорбенте происходит накопление фторборных соединений, приводящее к быстрому его отравлению.

За прототип взят способ извлечения трифторида бора из газовых смесей путем адсорбции BF3 фторидом калия при повышенной температуре с последующим разложением тетрафторборатного комплексного соединения на фторид калия и трифторид бора при нагревании /Буз Г., Мартин Д. "Химия трифторида бора и его производных". М.: Изд-во ин. лит., 1955, 288с./.

Сорбцию BF3 ведут при 673-773К, а десорбцию при 873-1073К.

Недостатки способа заключаются в высоких энергозатратах на осуществление процесса и осложнениях, связанных с сильной коррозией аппаратуры при столь высоких температурах. Кроме того, процесс осложнен оплавлением реакционной системы: при адсорбции трифторида бора и сопутствующих ему примесей оплавляются кислые фториды калия (Тпл=200-500К), а при десорбции плавится сам фторборатный комплекс (Тпл=803К).

Техническая задача, решаемая изобретением - снижение энергозатрат, уменьшение коррозии оборудования и упрощение процесса.

Решение технической задачи достигается тем, что в способе извлечения трифторида бора из газовых смесей путем его сорбции на фториде металла при повышенной температуре с последующей десорбцией, сорбцию ведут на фториде кальця при температуре 373-523К, а десорбцию - при температуре 623-773К.

На чертеже представлена установленная нами зависимость давления газа трифторида бора над комплексом CaF2BF3 (P, мм рт. ст.) от температуры (Т, К).

Способ осуществляют следующим образом.

Смесь газов, содержащих трифторид бора, фтор и/или фтористый водород, контактируют с фторидом кальция при температуре 373-523К, в результате чего BF3 сорбируется фторидом кальция с образованием фторборатного комплекса СаF2ВF3. Фтор и/или фтористый водород в этих ycлoвияx не сорбируются, и их выводил из сорбционной колонны.

Сорбцию ведут до насыщения сорбента, которое определяют по прекращению падения давления в сорбционной колонне при отключении ее от линий входа и выхода газовой смеси. После этого разложением комплекса СаF2BF3 при нагревании до температуры 623-773К производят десорбацию трифторида бора с выдачей его в качестве целевого продукта. Десорбацию ведут до полного paзложения комплекса СаF2ВF3, о чем cудят по прекращению роста давления в сорбционной колонне при отключении ее от линии выхода газов. Регенерированный таким образом фторид кальция используют в повторных циклах сорбции - десорбции трифторида бора.

Из вида кривой зависимости давления газа трифторида бора над комплексом CaF2BF3 от температуры, приведенной на чертеже, видно, что оптимальная тeмпеpaтypa сорбции лежит в интервале 373-523К, когда рост указанного давления с температурой незначителен. Равновесная концентрация ВF3 в этом интервале температур cocтавляет величину не более 5 об.%, что вполне приемлемо для технологических целей. Снижение температуры сорбции до менее 373К ухудшает кинетику процесса, замедляя его до технологически неприемлемой скорости. Выше 523К на кривой, приведенной на чертеже, наблюдается peзкий рост давления ВF3, что так жe резко снижает эффективность cорбции. Поэтому температура 523К является верхней границей заявленного температурного интервала сорбции ВF3 на СаF2.

По виду кривой чертежа также видно, что полное разложение комплекса CaF2BF3, при котором давление достигает 760 мм рт. ст., наступает после достижения температуры 623К, и это значение выбрано за нижнюю границу температурного интервала десорбции ВF3. Верхнее значение указанного интервала, 773К, взято, исходя из экономических соображений, поскольку нагрев и поддержание при высокой температуре всей массы сорбента требует существенных затрат энергии. Давлений же выше давления в ~ 1МПа, обычно необходимого для непосредственного применения десорбированного трифторида бора, не требуется /Полевой А.С. "Разделение и использование изотопов бора". В сб. "Итоги науки и техники". Серия "Радиохимия. Ядерная технология". том 2. M.: ВИНИТИ, 1990, с134/.

Пример.

Газовую cмесь, полученную прямым фторированием борного ангидрида и состоящую, в основном, на 50 об.% из ВF3, 45 об.% О3 и до 5 об.% HF, контактировали в сорбционной колонне с мелкогранулированным фторидом кальция при температуре 3835К и времени кoнтакта 40-60 с. Oтxoдящиe газы выводили в систему нейтрализации, после чего сбрасывали в атмосферу. Концентрацию трифторида бора в газах до и после колонны определяли ИК-спектрометрически. Согласно анализам, содержание ВF3 в отходящих газах составляло 2-5 об.%, т. е. степень улавливания его сорбентом была не менее 90%. По окончании сорбции колонну нагревали до 65310К и десорбировали трифторид бора, который использовали для приготовления его комплекса с анизолом. На ИК-спектре газов, десорбированных с фторида кальция, пиков, не принадлежащих трифториду бора не отмечено.

От регенерированного фторида кальция после десорбции трифторида бора отбирали пробу и анализировали на остаточное содержание бора. Оно было в пределах 0,05-0,1 мас.%, что свидетельствует о полном pазложении комплекса CaF2ВF3. Сорбент фазовых изменений не претерпел и его использовали многократно в циклах сорбции - десорбции трифторида бора.

Таким образом, осуществление предложенного способа позволяет извлекать трифторид бора из смесей его с газами, содержащих фтор и/или фтористый водород, снизив энергозатраты за счет более низких температур процессов сорбции, избежав коррозионных проблем и упростив технологию за счет отсутствия плавления сорбента.

Формула изобретения

Способ извлечения трифторида бора из газовых смесей путем его сорбции на фториде металла при повышенной температуре с последующей десорбцией, отличающийся тем, что сорбцию ведут на фториде кальция при температуре 373-523К, а десорбцию - при температуре 623-773К.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области технологии фторидов лития и бора, в частности к технологии получения тетрафторида бората лития

Изобретение относится к способам получения неорганических реагентов, а именно тетрафторбората лития

Изобретение относится к технологии выделения из газовых выбросов производства стекла, керамики и эмалей борсодержащих примесей, позволяющей повысить степень извлечения

Изобретение относится к ньорганической химии, а именно к способу вьщеления фтористого водорода и трех-

Изобретение относится к сорбентам для извлечения фторида водорода из газовых смесей и способам его получения и может быть использовано для улавливания фторида водорода из сбросных газов или для очистки газообразных фторидов металлов (гексафторидов урана, вольфрама, молибдена, серы, селена, теллура и др.) от фторида водорода

Изобретение относится к способам обезвреживания и утилизации отработанных СОЖ и рациональному использованию отходов производства и может быть использовано для очистки промышленных стоков на предприятиях черной и цветной металлургии, машиностроительной промышленности

Изобретение относится к производству адсорбентов для поглощения паров аммиака и органических веществ и для осушения воздуха в средствах защиты органов дыхания
Изобретение относится к технологическим процессам приготовления сорбентов для адсорбции токсичных примесей в газе и может быть использовано в нефтеперерабатывающей и химической промышленности при концентрировании и последующем определении примесей труднолетучих токсичных веществ

Изобретение относится к фильтрующим материалам и может быть использовано при очистке природных питьевых вод и промышленных сточных вод предприятий различных отраслей промышленности

Изобретение относится к способам обработки поверхностей, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, и может быть использовано при аварийных разливах нефти и нефтепродуктов, для очистки территорий складов ГСМ, а также для обработки промышленных площадок предприятий

Изобретение относится к области производства ацетилена мокрым способом и может быть использовано при его очистке от примесей, включая сероводород и фосфины

Изобретение относится к способам получения сорбентов для улавливания газообразных фторидов: фторида водорода или фторидов металлов (фторидов урана, вольфрама, молибдена и др.) и может быть использовано для очистки сбросных газов или для разделения газовых смесей, содержащих фториды

Изобретение относится к твердым пористым композиционным поглотителям влаги, представляющим собой гигроскопические неорганические вещества, расположенные на пористом носителе, и может быть использовано для осушки газовоздушных потоков от паров воды в различных областях промышленности и техники

Изобретение относится к способам получения сорбентов для очистки технологических растворов и может найти использование при очистке промышленных сточных вод от ртути или ее соединений в химической, металлургической и других отраслях промышленности

Изобретение относится к технологиям получения и использования трифторида бора, например для разделения изотопов 10В и 11В

Наверх