[實用新型]智能化集裝箱模組式中溫電解制氟裝置

有效

• 申請號: 201420816909.X
• 申請日: 2014-12-22
• 公開（公告）號: CN204385299U
• 公開（公告）日: 2015-06-10
• 發明（設計）人: 任濤;羅朝暉;潘琪;杜勇賓
• 申請（專利權）人: 四川聚核科技有限公司
• 主分類號: C25B1/24
• 分類號: C25B1/24;C25B9/00;C25B15/02
• 代理公司: 成都中亞專利代理有限公司 51126
• 代理人: 王崗

技術領域

本實用新型涉及制氟領域，尤其是一種智能化集裝箱模組式中溫電解制氟裝置。

背景技術

單質氟在核工業、航天航空、軍事工業、電子、民用新能源、新材料、新技術等領域，有著特殊地位及無限拓展的應用天地，是無機氟化合物特種含氟氣體衍生的精細化學制品生產的源頭。

氟原子因具有高電負性和原子體積小的特異性，使氟材料具有許多優異的性能。如突出的化學穩定性和熱穩定性、低表面能、介電、不燃、耐老化、耐腐蝕、自潤滑、抗粘、抗污、耐高低溫、耐藥物特性等。因此氟材料被稱為“特效功能材料”，廣泛應用于軍工、航天航空、冶金、電子、紡織、輕工、醫藥和農業等方面，也是其它工業門類不可或缺的配套材料的化工領域，氟化工產業自90年代得到迅速發展，已成為化學工業的重要分支。

產品用途：同位素分離、火箭推進劑的氧化劑、用于化學制備（合成具有特殊用途的氟化劑、生產六氟化硫氣體、制備有機氟化物、生產三氟化氮）、制備氟化石墨、制備氟化瀝青等等。

生產方法：無論是實驗室或工業生產，制取元素氟的唯一方法是電解無水氫氟酸，并添加氟化物（主要是氟化鉀）以改善電解質的導電能力。電解反應：?2HF—→H₂＋F₂。

1886年法國Moissan電解制氟成功，在科學上是一重大突破，同時也帶給化學家們一種誤解，認為氟的制取十分困難和昂貴。Moissan采用鉑制電極和鉑銥合金電解槽，雖在低溫下操作，但腐蝕嚴重，每制1g氟氣，鉑的消耗高達5g。所以此后30年中很少研究和進展。

美國Argo等的研究給制氟方法帶來了重大改進。他以熔融的氟化氫鉀KHF₂為電解質，在銅制電解槽中用石墨陽極代替了鉑陽極，電解溫度250℃，因此制備條件較為方便，這種方法一般稱為高溫法。在1919～1939年的20年中，研究工作增多，其中1925年法國Lebea和?Damiens發表了重要的研究成果——電解質組分是KF·3HF，于65.8℃熔融，采用鎳制陽極，電解溫度范圍為50～150℃，一般稱為中溫法。隨后Fredenhagen又認為KF:HF比例不超過1.8（即HF重量不超過38.3%），可用石墨代替鎳作陽極，這對后來工業制氟技術的發展有很大作用。

第二次世界大戰期間，德國研制縱火劑ClF₃，美國利用可揮發的UF₆，經擴散法分離生產鈾235，都要求工業規模提供氟氣。但當時的技術進展都是絕密的，戰后才陸續得到公開。

工業制氟裝置均采用中溫電解。中溫法的優點在于：液面上HF蒸汽壓較低；組成容許變化范圍較寬；可用溫水冷卻或保溫電解質；腐蝕減輕。

生產流程：中溫電解是目前工業制氟普遍采用的方法。由于氟的化學性質非常活潑，多數工廠都是以生產其它氟化物（如六氟化鈾和六氟化硫）為最終產品。電解制氟只是整個生產的一個組成部分，產生的氟氣是現制現用，但這一生產工藝仍然是一復雜過程。這里介紹一個法國工廠的制氟工藝流程；圖1中溫電解制氟工藝流程框圖。

配制好的電解質經預電解脫水后，添加LiF并轉移至電解槽。新的電解槽（6KA）先從低電流（1KA）開始，再逐步增加至額定電流。由低壓整流器供應直流電，如果是串聯設計，分供每一電解槽的電壓約為12V。

通常工作電壓是8.5～10.5V，電流效率90～95%，但能耗是理論值的4倍，達17KW·h/kgF₂，這是由于過高的陽極超電壓造成的損失。當電流為6KA時，需要散去的熱量為142.3MJ/h，用75℃水冷卻，保持電解質溫度為95～105℃。

電解初期常因電解質中殘存的水分和其它雜質使生成的氟含有氣體雜質（OF₂，O₂，CO₂和硫、硅氟化物等）。如果補充的HF純度高，這些氣體雜質會很快消失。但氟氣中常會有低濃度的CF₄（≤30ppm）及同系物，這是由于陽極面上形成的氟化石墨不斷受熱分解所致：

nCFx—→aC＋bCF₄＋cC₂F₆＋…

CF4濃度可以用紅外光譜監測，如濃度超過50ppm，應降低電壓，防止陽極惡化。