Способ очистки фтористого водорода


 


Владельцы патента RU 2534252:

Открытое акционерное общество "Ведущий научно-исследовательский институт химической технологии" (RU)

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Способ очистки фтористого водорода от фторидов кремния и фосфора включает пропускание газовой смеси, содержащей фториды водорода, кремния, фосфора, через фторид натрия. Смесь контактируют с фторидом натрия при температуре 20-40°С и давлении 100-200 мм рт.ст. до образования полигидрофторидов натрия и комплексных фторидов примесных элементов. После этого повышают температуру до 55-70°С и проводят десорбцию фтористого водорода. Изобретение позволяет повысить эффективность очистки с получением фтористого водорода, содержащего примеси SiF4 и PF5 не более 20 ppm, уменьшить энергозатраты за счет снижения температуры процесса. 3 пр.

 

Изобретение относится к неорганической химии и может быть использовано в препаративных целях для глубокой очистки фтористого водорода от примесей тетрафторида кремния и пентафторида фосфора.

В настоящее время известно много методов, позволяющих разделять газовые смеси, содержащие фтористый водород, тетрафторид кремния и фториды фосфора. Эти методы, как правило, используют различную растворимость или сорбционную способность фтористого водорода и фторсодержащих примесей.

Классическая технология получения безводного фтористого водорода из плавикового шпата использует для разделения SiF4 и HF процесс ректификации, что позволяет получать конечный продукт с содержанием тетрафторида кремния менее 200 ppm (Зайцев В.А., Родин В.И. и др. «Производство фтористых соединений при переработке фосфатного сырья», Москва, Химия, 1982).

В патенте Франции №150965 (1958 г.) описывается способ разделения газового потока SiF4 и HF, основанный на использовании концентрированной серной кислоты. Концентрированная серная кислота растворяет фтористый водород с образованием фторсульфоновой кислоты, а тетрафторид кремния остается в газовой фазе, чем обуславливается их разделение.

Известны способы очистки, основанные на сорбции газообразных SiF4, PF5 и HF на твердых неорганических фторидах, в которых используется различие в температурах разложения кремнефторида и гидрофторида щелочного металла. В качестве неорганических фторидов в основном применяют фториды щелочных металлов. Возможны два варианта организации проведения процесса:

- контактирование газового потока разделяемых фторидов с твердым фторидом, в результате чего большая часть тетрафторида кремния сорбируется с образованием гексафторсиликата натрия, а основная масса фтористого водорода остается в газовой фазе. Этому способствует выбор температуры проведения процесса на 30-40°С ниже температуры разложения кремнефторида щелочного металла, но выше температуры разложения гидрофторида натрия, при этом эффективность очистки продукта, как правило, низкая;

- второй вариант очистки осуществляется в две стадии. На первой происходит совместная сорбция на сорбенте фтористого водорода и фторидов кремния и фосфора, а на второй стадии - десорбция всего фтористого водорода, в котором, как правило, содержится небольшое количество примесей, вследствие частичного терморазложения комплексных фторидов кремния и фосфора (Галкин Н.П., В.А. Зайцев и др «Улавливание и переработка фторсодержащих газов», Москва, Атомиздат, 1975).

Известен способ, патент РФ №2034776 (МПК С01В 7/19), взятый авторами в качестве прототипа, по которому для очистки фторида водорода от примесей SiF4 и PF5 газовую смесь пропускают через фторид натрия при 225-275°С и давлении 50-150 мм рт.ст. В этих условиях на сорбенте избирательно поглощается SiF4 и PF5, a HF преимущественно остается в газовой фазе. Использование этого способа позволяет получать безводный фтористый водород с содержанием не более 200 ppm SiF4 и около 300 ppm PF5.

Недостатками этого способа-прототипа являются относительно высокое содержание примесей в очищенном фтористом водороде и высокие рабочие температуры, обуславливающие необходимость использования коррозионно-стойких материалов.

Технический результат предлагаемого способа заключается в получении безводного фтористого водорода с содержанием примесей SiF4 и PF5 не более 20 ppm.

Технический результат предлагаемого способа достигается тем, что газовую смесь, содержащую фториды водорода, кремния, фосфора, контактируют с NaF при температуре 20-40°С и давлении 100-200 мм рт.ст. до образования полигидрофторидов натрия (NaF·nHF, где n=2, 3, 4). После окончания процесса сорбции температуру в реакторе повышают до 55-70°С и десорбируют HF.

Нами предлагается двухстадийный способ очистки фтористого водорода от SiF4 и PF5, предусматривающий совместную сорбцию фтористого водорода и примесей на фториде натрия с получением полигидрофторидов и комплексных фторидов кремния и фосфора, с последующим терморазложением полигидрофторидов натрия и получением чистого фтористого водорода. Использование этого способа позволит снизить содержание примесей кремния и фосфора в безводном фтористом водороде до 20 ppm и значительно уменьшить энергозатраты на осуществление процесса.

Анализируя данные по упругости паров фтористого водорода и тетрафторида кремния над комплексными фторидами, можно констатировать, что давление HF над полигидрофторидами натрия при 40°С составляет около 190 мм рт.ст., а давление SiF4 над Na2SiF6 имеет величину 10-9 мм рт.ст. Очевидно, что эффективность разделения HF и SiF4 будет пропорциональна соотношению давления насыщенного пара над индивидуальными веществами и для указанных выше условий составит PHF/PSiF4=~1011. В условиях способа-прототипа (температура процесса 225-275°С) эта величина равна 35. Указанные закономерности позволяют значительно по сравнению с прототипом увеличить коэффициент очистки фтористого водорода от тетрафторида кремния и пентафторида фосфора. Аналогичные закономерности характерны и для других щелочных металлов (кроме лития), образующих полигидрофториды и комплексные соединения с SiF4 и PF5.

Экспериментально установленная степень очистки безводного фтористого водорода от тетрафторида кремния и пентафторида фосфора составляет не менее 99,9999%. В результате получают безводный фтористый водород с содержанием SiF4 и PF5 менее 20 ppm по каждому компоненту.

Очищенный фтористый водород откачивают из реактора и либо конденсируют, либо направляют непосредственно в исследовательский аппарат для проведения процессов гидрофторирования.

Заданный температурный интервал процесса сорбции ограничен, с одной стороны, возможной частичной конденсацией фтористого водорода при температурах менее 20°С и переносом в сорбент хорошо растворимых в нем примесей кремния и фосфора, а с другой - уменьшением эффективности очистки и выхода HF в результате снижения содержания в сорбенте высших (n≥3, 4) полигидрофторидов натрия при температурах более 40°С. Ограничения заданного интервала рабочих давлений обусловлены низкой степенью поглощения фтористого водорода при давлении ниже 100 мм рт.ст. вследствие невозможности образования полигидрофторидов, а при увеличении давления более 200 мм рт.ст. - снижением селективности сорбции.

Снижение температуры десорбции менее 55°С приводит к уменьшению выхода фтористого водорода ввиду неполного разложения полигидрофторидов, а ее повышение выше 70°С - к снижению эффективности очистки.

Пример 1

Газовую смесь контактируют с фторидом натрия в вертикальном реакторе при температуре 29°С и давлении 150 мм рт.ст. После окончания процесса сорбции смесь полигидрофторидов натрия нагревают до температуры 60°С, десорбируя очищенный безводный фтористый водород. В результате после десорбции получают безводный фтористый водород, содержащий 18 ppm SiF4 и 16 ppm PF5. Выход безводного фтористого водорода составил 87%.

Пример 2

Газовую смесь контактируют с фторидом натрия в вертикальном реакторе при температуре 19°С и давлении 230 мм рт.ст. После окончания процесса сорбции смесь полигидрофторидов натрия нагревают до температуры 45°С, десорбируя очищенный безводный фтористый водород. В результате после десорбции получают безводный фтористый водород, содержащий 125 ppm SiF4 и 145 ppm PF5. Выход безводного фтористого водорода составил 68%.

Пример 3

Газовую смесь контактируют с фторидом натрия в вертикальном реакторе при температуре 45°С и давлении 70 мм рт.ст. После окончания процесса сорбции смесь полигидрофторидов натрия нагревают до температуры 80°С, десорбируя очищенный безводный фтористый водород. В результате после десорбции получают безводный фтористый водород, содержащий 89 ppm SiF4 и 78 ppm PF5. Выход безводного фтористого водорода составил 58%.

По сравнению с прототипом рассматриваемый способ обладает следующими преимуществами:

- значительное увеличение эффективности очистки - содержание примесей находится на уровне 20 ppm вместо 300 ppm;

- уменьшение энергозатрат за счет снижения температуры процесса;

- снижение коррозии, обусловленной присутствием кислых фторидов.

Способ очистки фтористого водорода от фторидов кремния и фосфора путем пропускания газовой смеси через фторид натрия, отличающийся тем, что смесь контактируют с фторидом натрия при температуре 20-40°С и давлении 100-200 мм рт.ст. до образования полигидрофторидов натрия и комплексных фторидов примесных элементов, после чего повышают температуру до 55-70°С и проводят десорбцию фтористого водорода.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения фтористого водорода включает сернокислотное разложение фторсодержащего материала алюминиевого производства при нагревании реакционной смеси.
Изобретение относится к производству фтористого водорода сернокислотным разложением фторсодержащих соединений. .

Изобретение относится к технологии неорганических веществ и может быть использовано для получения плавиковой кислоты и безводного фтороводорода. .

Изобретение относится к азеотропным смесям гептафторида йода и фтористого водорода, которые могут быть использованы при получении фторирующих реагентов. .
Изобретение относится к области переработки рудных концентратов и химической технологии соединений кремния и фтора, в частности получению кремнефтористоводородной кислоты.

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к совместному способу получения безводного фтористого водорода и плавиковой кислоты, которые широко используются в алюминиевой промышленности, а также для получения фторуглеродов, фторопластов, элементного фтора и неорганических фторидов /ЖВХО им.

Изобретение относится к технологии переработки смеси гексафторида урана с фторидом водорода, а именно к способу выделения гексафторида урана из его смеси с фторидом водорода.

Изобретение относится к разделению смеси, содержащей гидрофторалкан и фтористый водород, к способу получения гидрофторалкана и азеотропной композиции. .
Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения фторида водорода из отходов алюминиевого производства включает сернокислотное разложение криолитсодержащих отходов. В качестве отходов алюминиевого производства берут пыль электрофильтров. Отходы предварительно измельчают до размера частиц 0,2 мм, помещают на поддоны слоем высотой не более 0,5 см и подвергают обжигу при температуре 800-850°C в подовых печах. Сернокислотное разложение концентрата, полученного после обжига отходов, проводят при температуре 240-260°C. Изобретение позволяет снизить расход серной кислоты, повысить выход фторида водорода. 1 пр.

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Для получения фторида водорода проводят взаимодействие газообразных и летучих фторидов с кислородсодержащими и водородсодержащими веществами в режиме горения при температуре 1000-4000°C. В качестве кислородсодержащих веществ-окислителей используют кислород, воздух, закись азота. В качестве водородсодержащих веществ-горючего используют водород, газообразные углеводороды метан, этан, пропан, бутан, аммиак или их смеси. На 1 моль фторида подают горючее и окислитель из расчета 1-5 моль водорода и 0,05-4 моль кислорода. Изобретение позволяет получать фторид водорода из широкого диапазона исходных фторидов при минимальном количестве образующейся в процессе воды, утилизировать отходы фторидов, в случае переработки твердых летучих фторидов получать мелкодисперсные порошки оксидов соответствующих элементов. 1 ил., 1 табл., 5 пр.

Изобретение относится к способам производства фтороводорода взаимодействием фторида кальция с серной кислотой. В соответствии с первым способом производства фтороводорода осуществляют следующие стадии: (a) стадию смешивания частиц источника фторида кальция со средним диаметром 1-40 мкм с серной кислотой, в молярном отношении серная кислота/фторид кальция 0,9-1,1 при температуре 0-40°С и затем нагревания полученной смеси до более высокой температуры, чем при смешивании исходных материалов, но не выше 70°С, с целью осуществления реакции и получения реакционной смеси в твердом состоянии; и (b) стадию нагревания реакционной смеси в твердом состоянии до температуры 100-200°С с целью получения фтороводорода в газовой фазе. Второй вариант способа производства фтороводорода включает следующие стадии: (c) стадию смешивания и осуществления реакции частиц источника фторида кальция со средним диаметром 1-40 мкм с серной кислотой в молярном отношении серная кислота/фторид кальция 1,1-2,2 при температуре 0-70°С с получением реакционной смеси в твердом состоянии; и (d) стадию добавления и примешивания частиц источника фторида кальция со средним диаметром 1-40 мкм к реакционной смеси в твердом состоянии при молярном отношении серная кислота/фторид кальция на стадиях (с) и (d), вместе взятых, составляющем 0,9-1,1, и затем нагревания полученной смеси до температуры 100-200°С с целью получения фтороводорода в газовой фазе. Технический результат - усовершенствованный способ получения фтороводорода, позволяющий предотвращать появление второго пастообразного состояния, облегчая проблему коррозии. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл., 9 пр.
Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Для получения чистого фторида водорода и/или фтороводородной кислоты из неочищенного фторида водорода используют полигидрофториды калия. Способ проводят в две стадии. На первой стадии при температуре -10°С конденсируют неочищенный фторид водорода с низшим полигидрофторидом калия. Затем нагревают до 60°C, выдерживают при этой температуре в течение 8 часов и получают высшие полигидрофториды калия. На второй стадии высшие полигидрофториды калия подвергают разложению, нагревая до 100-155°C с получением чистого фторида водорода и низшего полигидрофторида калия. Чистый фторид водорода отгоняют и собирают и/или поглощают дистиллированной водой с получением фтороводородной кислоты. Полученный на второй стадии низший полигидрофторид калия может быть использован на первой стадии многократно, что не отражается на чистоте получаемого продукта. Изобретение позволяет упростить получение чистого фторида водорода. 1 з.п. ф-лы, 10 табл., 52 пр.
Наверх