[发明专利]一种氟气的提纯方法

说明书

技术领域

本发明属于非金属元素的领域，具体涉及一种卤素的提纯方法。

背景技术

氟是自然界电负性最强的元素，也是最强的单质氧化剂。常温下，是一种淡黄色气体，具有极强的腐蚀性。已知的利用中温法电解氟化氢钾溶液的方法制备氟气，已得到大规模的工业推广。

单质氟（F₂）用途很广，例如，作为刻蚀剂或清洁剂应用在制造半导体器件、微电机、太阳能电池、薄膜晶体管；用于制造IF5和SF6；它也用于处理塑料材料的表面，如氟化内表面，外表面或油箱；另一个应用领域是表面处理聚合物制成的零件。目前生产氟气多是采用中温电解氟化氢钾溶液法，该方法制造的氟气含有2%~8%的HF和1%以下的CF₄，因为CF₄是惰性气体，在绝大多数情况下少量的CF₄不影响氟气使用；但HF可以与很多物质发生反应，造成制得的氟气在实际使用中受到很大限制。

在氟气的提纯技术上，国内外也有人做了一些尝试，如专利CN200810194553公布了将氟气进行精馏提纯，从而得到99%以上的氟气，但是其方法需要使用超低温精馏塔，精馏需要大量的能耗，因为含有氟气和HF对设备要求很高，且在一定温度下精馏塔本身压力限制，不能与某些压力电解槽连接进行连续提纯。

专利WO2012016997也公布一种除去F₂中HF的方法,因为其需要使用高纯的HF，需要预先准备高纯度的HF，甚至是电子级的HF，事实上这并不是一项简单的工作。HF还需要加入装置中，并需要除水、除空气，造成实际操作上的难度。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种氟气的提纯方法。

实现本发明目的的具体技术方案为：

一种氟气的提纯方法，该氟气是将熔融盐在电解装置内电解得到；将电解产生的待提纯的氟气通入换热装置，所述换热装置的操作压力为0~0.5MPa，换热装置内温度为-10～-100℃，再经过氟化物吸附。

电解装置电解出的氟气经从底部进入换热装置，在换热装置中冷却，大部分的HF会在换热装置中冷凝下来，氟气经换热装置顶部出口排出，进入下一处理步骤。氟气中的HF含量被有效降低至3%以下，最低降至0.06%。换热装置内的温度控制的越低，HF经过之后的含量越低，但是换热装置内的温度最好不低于-83℃，以免冷凝下来的HF凝固堵塞换热装置。

HF在氟气中的相对含量还与系统压力相关，即电解装置和换热装置的操作压力。电解装置和换热装置连通使用，换热装置与电解槽压力基本一样。电解装置压力越高即换热装置压力越高时，换热装置控制温度可以相应提高，但为了延长后继处理步骤—吸附塔的使用周期，应尽量控制换热装置更低温度；

当所述换热装置的操作压力为0~0.45MPa时，所述换热装置内温度为-20～-82℃。

优选地，所述换热装置内温度为-40～-82℃。

电解装置压力越低，换热装置则必须要控制更低温度才可以达到同样脱除HF的效果。当所述电解装置的操作压力为0~0.25MPa时，所述换热装置内温度为-40～-82℃。

其中，所述待提纯的氟气从换热装置底部进入，从顶部排出，在换热装置内停留的时间为10~600秒。

液体在换热装置间接冷却，冷却介质可选液体氮气，也可以选择惰性全氟溶剂、含氟氯溶剂中的一种。为了能够通过换热装置将HF充分冷凝下来,需要保证HF在换热装置中停留足够时间和选择合适的换热装置。通常能保证氟气在换热装置中停留10~600秒，通过本领域常规形式的换热器就能够保证将HF充分冷凝。

其中，所述换热装置内填充有金属填料。

在换热装置中添加填料能达到改进物料接触，促进HF充分冷凝的目的。例如，加入散装金属填料。随着时间进行填料中也会有液态的HF累积在换热装置底部，这部分HF因为温度低，不会增加换热装置顶部氟气带出的HF量，相反液体会利于与HF∕氟气与冷媒的传热。换热装置底部累积的HF可重新送入电解槽进行电解使用，也可用于其他工业领域。

所述金属填料选自拉西环、鲍尔环、阶梯环、矩鞍环、英特派克中的一种或多种。

所述金属填料为碳钢、不锈钢、蒙乃尔、哈氏合金中的一种金属的填料。

所述金属填料需在低温无水条件下耐HF的材质，大多数金属如碳钢、不锈钢等都满足该条件；填料还需要耐氟气或与氟气反应后可以在表面形成致密氟化层。因此填料可以使用碳钢、不锈钢、蒙乃尔、哈氏合金等材质。