一种六氟化硫和四氟化硫混合气的制备及分离方法

技术领域

本发明涉及氟化工领域，具体涉及一种六氟化硫和四氟化硫混合气的制备及分离方法。

背景技术

六氟化硫是一种无色、无味、无嗅的气体，是一种非燃烧和不活泼的物质。由于极佳的化学稳定性和卓越的电性能，在电力和电子行业有着广泛的应用，如断路器、输变电线路、微波基站、芯片刻蚀等。六氟化硫的制备通常采取氟、硫直接反应的方法。反应产物中还含有少量四氟化硫、低氟化物、氟化氢和未反应的氟气、硫磺蒸气等，这些物质在后续的净化和精制过程中去除。

四氟化硫是一种新型的含氟材料，在制取防水防油剂、表面处理剂、医药麻醉剂、纤维处理剂等领域具有独特的作用。另外四氟化硫还可用于电子气、化学气相沉淀、等离子刻蚀等。

目前制备四氟化硫的方法有氟气氟化法、氟化氢氟代法、有机碱氢氟酸盐氟代法、金属氟化物氟代法、非金属氟化物氟代法等。美国专利US3399036采用直接氟化法制备四氟化硫，该专利采用氟气和硫磺作为原料，通过严格控制反应温度来生成四氟化硫，该专利制备的粗品四氟化硫纯度可达97.5%。

在目前的生产实践中，六氟化硫的生产和四氟化硫的生产均是通过独立的制备工艺完成的，尚未有同时制备两种产品工艺的先例。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种六氟化硫和四氟化硫混合气的制备及分离方法，可以同时实现六氟化硫和四氟化硫两种产品的制备和分离，该方法具有简单、高效和廉价的特点。

本发明首先通过电解生成氟气，氟气经过滤后在反应器中与硫磺蒸汽发生反应，通过控制反应参数和条件，得到四氟化硫和六氟化硫混合气体，混合气体经吸附塔进行多级净化吸附，净化后的混合气在精馏塔进行分离，依据产品的沸点不同，在精馏塔不同位置分别得到四氟化硫和六氟化硫产品。

本发明的技术方案具体包括以下步骤：

1）在直流电的作用下，电解槽内的氟化氢在一定的温度下电解生成氟气和氢气；

使用制氟电解槽制备氟气时，其工作原理是电解质内含的氟化氢在直流电的作用下，产生氟气和氢气，其中氢气由阴极管路处理后排放；

2）氟气经过过滤器进行过滤，除去其中夹带的电解质颗粒；

3）将硫磺置于反应器中加热，形成硫磺液相和硫磺蒸汽，过滤后的氟气持续通入反应器中与硫磺蒸汽发生反应，得到四氟化硫和六氟化硫混合气体；混合气体中四氟化硫和六氟化硫的比例可以通过反应器温度和硫磺液位高度来进行调节；

4）将混合气体通入吸附塔，经塔中的吸附剂吸附净化，除去水分、氟化氢和其它微量杂质；

5）净化后的混合气体经压缩机升压后，在精馏塔进行分离，在塔顶分离出空气、四氟化碳和其它不凝性杂质,并依据四氟化硫和六氟化硫的沸点不同,在精馏塔不同的位置分别得到四氟化硫和六氟化硫产品。

本发明的技术方案还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的六氟化硫和四氟化硫混合气的制备及分离方法，其中步骤1）所述的电解温度为70～120℃。

前述的六氟化硫和四氟化硫混合气的制备及分离方法，其中步骤2）所述的过滤器通径为5～10μm。

前述的六氟化硫和四氟化硫混合气的制备及分离方法，其中步骤3）所述的反应器温度为150～550℃，硫磺液位高度在150～400mm。

前述的六氟化硫和四氟化硫混合气的制备及分离方法，其中步骤4）所述吸附塔中的吸附剂为硅胶、分子筛和活性炭。

前述的六氟化硫和四氟化硫混合气的制备及分离方法，其中步骤5）所述的精馏塔，塔顶温度为-80～-50℃，塔釜温度为-10～25℃，混合气体升压至0～3.0MPa。精馏塔在塔体的不同位置设置至少两个进料口，进料口越多，精馏塔的适应性越好，可根据不同的进气浓度选择不同的进料位置，以确保出料质量。当进气组成中四氟化硫含量较低时，可以选择低位进料，增加四氟化硫的精制塔板数，从而得到高纯度的四氟化硫产品；当进气组成中四氟化硫含量较高时，可以选择高位进料，提高六氟化硫的精制塔板数，从而得到高纯度的六氟化硫产品。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种新的生产工艺，解决了现有生产工艺产品单一，效率低下，设备投资大的问题，本发明提供的技术方案可同时生产六氟化硫和四氟化硫两种产品，制备的六氟化硫和四氟化硫纯度高，具有高效、准确、方便、廉价的优点。

在单独制备六氟化硫或四氟化硫的生产工艺中，为保证产品的转化率，需要对反应器的反应条件进行精细化控制，否则可能会增加副产物。本发明在制备六氟化硫和四氟化硫两种产品的同时，还可有效降低反应器的控制难度。

此外，本发明在精馏塔设置有多个进料口，可根据进气组成选择合适的进料口位置，在提高精馏塔适应性的同时，还可提高六氟化硫和四氟化硫两种产品的纯度。

附图说明

图1为本发明六氟化硫和四氟化硫混合气制备及分离的流程图。

具体实施方式

为更好的理解本发明，下面结合实例对本发明做进一步说明，但是本发明要求保护范围并不局限于实施例的表述范围。

以下实施例中使用的精馏塔设置有5个进料口，进料口位置如说明书附图中所示。

实施例1

一种六氟化硫和四氟化硫混合气的制备及分离方法，包括以下步骤：

1）在直流电的作用下，电解槽内的氟化氢在80-85℃的温度下电解生成氟气和氢气；

2）氟气经过过滤器进行过滤，除去其中夹带的电解质颗粒，其中过滤器通径为5μm；

3）将硫磺置于反应器中加热，形成硫磺液相和硫磺蒸汽，过滤后的氟气通入氟硫反应器中与硫磺蒸汽发生反应，控制反应器气相温度155℃，硫磺液位210mm，保持氟气连续通入，反应后得到四氟化硫和六氟化硫混合气体；使用气相色谱对反应器出口气体进行监测，混合气体组成为：SF4：9.2%；SF6：88.6%；CF4:0.5%；空气：1.7%；

4）混合气体经过吸附塔进行净化，除去水分、氟化氢和其它微量杂质；吸附塔中吸附剂依次为硅胶、分子筛和活性炭；

5）净化后的混合气体通过压缩机升压至2.0MPa，将气体从第一进料口导入精馏塔中，调整塔顶温度-50℃，塔釜温度20℃，在塔顶分离出空气和四氟化碳和其它不凝性杂质，在精馏塔的中部及底部分别得到四氟化硫和六氟化硫产品。

对得到的四氟化硫和六氟化硫进行测定，SF6纯度为99.95%，SF4纯为度98.7%，符合行业内产品指标要求。

实施例2

一种六氟化硫和四氟化硫混合气的制备及分离方法，包括以下步骤：

1）在直流电的作用下，电解槽内的氟化氢在85-90℃的温度下电解生成氟气和氢气；

2）氟气经过过滤器进行过滤，除去其中夹带的电解质颗粒，其中过滤器通径为10μm；

3）将硫磺置于反应器中加热，形成硫磺液相和硫磺蒸汽，过滤后的氟气通入氟硫反应器中与硫磺蒸汽发生反应，控制反应器气相温度330℃，硫磺液位250mm，保持氟气连续通入，反应后得到四氟化硫和六氟化硫混合气体；使用气相色谱对反应器出口气体进行监测，混合气体组成为：SF4：55.3%；SF6：41.6%；CF4:1.2%；空气：1.9%。；

4）混合气体经过吸附塔进行净化，除去水分、氟化氢和其它微量杂质；吸附塔中吸附剂依次为硅胶、分子筛和活性炭；

5）净化后的混合气体通过压缩机升压至1.2MPa，将气体从第三进料口导入精馏塔中，调整塔顶温度-50℃，塔釜温度12℃，在塔顶分离出空气和四氟化碳和其它不凝性杂质，在精馏塔的中部及底部分别得到四氟化硫和六氟化硫产品。

对得到的四氟化硫和六氟化硫进行测定，SF6纯度为99.92%，SF4纯为度98.1%，符合行业内产品指标要求。

实施例3

一种六氟化硫和四氟化硫混合气的制备及分离方法，包括以下步骤：

1）在直流电的作用下，电解槽内的氟化氢在105-115℃的温度下电解生成氟气和氢气；

2）氟气经过过滤器进行过滤，除去其中夹带的电解质颗粒，其中过滤器通径为5μm；

3）将硫磺置于反应器中加热，形成硫磺液相和硫磺蒸汽，过滤后的氟气通入氟硫反应器中与硫磺蒸汽发生反应，控制反应器气相温度500℃，硫磺液位300mm，保持氟气连续通入，反应后得到四氟化硫和六氟化硫混合气体；使用气相色谱对反应器出口气体进行监测，混合气体组成为：SF4：87.5%；SF6：10.6%；CF4:0.7%；空气：1.2%；

4）混合气体经过吸附塔进行净化，除去水分、氟化氢和其它微量杂质；吸附塔中吸附剂依次为硅胶、分子筛和活性炭；

5）净化后的混合气体通过压缩机升压至0.3MPa，将气体从第五进料口导入精馏塔中，调整塔顶温度-75℃，塔釜温度-7.5℃，在塔顶分离出空气和四氟化碳和其它不凝性杂质，在精馏塔的中部及底部分别得到四氟化硫和六氟化硫产品。

对得到的四氟化硫和六氟化硫进行测定，SF6纯度为99.92%，SF4纯为度98.4%，符合行业内产品指标要求。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。