[發(fā)明專(zhuān)利]一種精餾分離提純氟化氫、五氟化磷和氯化氫混合氣體的設(shè)備及其方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210085002.X
• 申請(qǐng)日: 2022-01-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114477114A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝德成;肖天鐸;王以兵
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海協(xié)柯環(huán)保設(shè)備有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C01B25/10
• 分類(lèi)號(hào): C01B25/10;C01B7/07;C01B7/19;B01D3/14;B01D3/06
• 代理公司: 上海德恒萬(wàn)邦專(zhuān)利代理有限公司 31420
• 代理人: 汪正虎

本發(fā)明公開(kāi)了一種精餾分離提純氟化氫、五氟化磷和氯化氫混合氣體的設(shè)備及其方法，包括壓縮機(jī)、換熱器、高壓精餾塔、減壓閥、閃蒸罐和低壓精餾塔等設(shè)備。壓縮機(jī)的進(jìn)口與三元混合氣體連通，出口經(jīng)換熱器和高壓精餾塔進(jìn)口連通；高壓精餾塔塔底產(chǎn)品出口與減壓閥進(jìn)口連接，再經(jīng)閃蒸罐與低壓精餾塔進(jìn)口連通。高壓和低壓精餾塔分別設(shè)有塔頂冷凝器和塔釜再沸器。本申請(qǐng)無(wú)論采用變壓精餾，還是采用加壓精餾，都能使三元混合氣體中沸點(diǎn)相近的五氟化磷和氯化氫得以分離，得到高純度的氯化氫、五氟化磷和氟化氫產(chǎn)品或混合物。再通過(guò)設(shè)置適合的精餾溫度范圍，使精餾塔內(nèi)的溫度高于五氟化磷和氯化氫生成六氟磷酸結(jié)晶溫度，避免六氟磷酸結(jié)晶堵塞，確保穩(wěn)定運(yùn)行。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及六氟磷酸鋰制造中產(chǎn)生的氟化氫、五氟化磷和氯化氫混合氣體分離純化的方法，具體為五氟化磷和氟化氫與氯化氫，氟化氫與五氟化磷精餾方法。

背景技術(shù)

六氟磷酸鋰是新能源電池電解液的材料，市場(chǎng)需求日益旺盛。通常六氟磷酸鋰制造可以用如下反應(yīng)式描述：PCI5+5HF+LiF＝LiPF6+5HCI。

實(shí)際生產(chǎn)中，六氟磷酸鋰是按二步反應(yīng)來(lái)操作的。第一步五氯化磷在-20℃下與無(wú)水氟化氫反應(yīng)，生成中間產(chǎn)物五氟磷酸和氯化氫，生成五氟化磷在-20℃溫度下與氯化氫形成白色固體六氟磷酸，當(dāng)溫度升到-10℃以上時(shí)，六氟磷酸又分解成五氟化磷和氟化氫。第二步五氟化磷與溶解在無(wú)水氟化氫中的氟化鋰反應(yīng)，生成六氟磷酸鋰。即：

第一步：PCI5+5HF＝PF5+5HCI

PF5+HF＝HPF6

第二步：PF5+LiF＝LiPF6

由此可見(jiàn)，在第一步反應(yīng)過(guò)程中，為了使反應(yīng)充分，通常過(guò)量通入氟化氫以及生成一份五氟化磷會(huì)產(chǎn)生五份氯化氫，大量的氟化氫、五氟化磷和氯化氫混合尾氣由此產(chǎn)生。這些三元混合氣是有毒有害氣體，需作無(wú)害化處理后才能排放至大氣環(huán)境中。常規(guī)的方法是將氟化氫和氯化氫氣體吸收成含氟鹽酸或作為廢水處理。但是將氟化氫、五氟化磷和氯化氫尾氣分離提純，廢物利用，變廢為寶將是一種更好的選擇。CN12206631A公開(kāi)了氟化氫和氯化氫尾氣冷凝回收裝置及工藝，通過(guò)液氮冷凝器將尾氣中的氟化氫冷凝成液體回收利用，氣態(tài)氯化氫則通過(guò)氧化鋁吸附提純成高純氯化氫氣體產(chǎn)品。另外，CN886337A公開(kāi)了以30-60bar下的加壓蒸餾為特征的五氟化磷和氯化氫二元混合氣體的分離方法，此方法能將沸點(diǎn)非常接近難以精餾分離的五氟化磷(沸點(diǎn)-84.6℃@1bar)和氯化氫(沸點(diǎn)-84.1℃@1bar)分開(kāi)，但能耗和設(shè)備投資都很高，不是一條經(jīng)濟(jì)的技術(shù)路線(xiàn)，而且，它只針對(duì)從五氟化磷和氯化氫二元混合氣體富集提純五氟化磷，未涉及到分離后氯化氫的純度以及用途，因此，它并不完全適用氟化氫、五氟化磷和氯化氫三元混合尾氣的精餾分離提純。

想要實(shí)現(xiàn)氟化氫、五氟化磷和氯化氫三元混合尾氣精餾分離提純，有幾個(gè)技術(shù)難點(diǎn)亟需解決。

(1)理論上生成1摩爾的五氟化磷或六氟磷酸鋰就會(huì)產(chǎn)生5摩爾的氯化氫，三元混合物中氯化氫含量占比最大。加壓精餾在保證五氟化磷的純度的同時(shí)，應(yīng)兼顧氯化氫的純度，將氯化氫含氟量控制在20ppm,甚至5ppm以下，使之成為市場(chǎng)可以銷(xiāo)售的高純度或電子級(jí)氯化氫產(chǎn)品。

(2)精餾塔要將沸點(diǎn)接近的五氟化磷與氯化氫分離，還要避免五氟化磷與氟化氫形成六氟磷酸結(jié)晶造成堵塞精餾塔塔板或填料的現(xiàn)象出現(xiàn)，保證精餾塔正常運(yùn)行。

精餾塔操作壓力和溫度的選擇，應(yīng)在保證達(dá)到分離目標(biāo)的前提下，選擇合適的操作壓力，即可降低能耗，又可減少設(shè)備的投資。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述關(guān)鍵技術(shù)，本發(fā)明提供了兩種六氟磷酸鋰生產(chǎn)中副產(chǎn)氟化氫、五氟化磷和氯化氫三元混合尾氣的精餾分離提純的方法。

第一種方法為變壓精餾，即將三元混合氣體精餾分為兩個(gè)精餾分離階段，第一階段為高壓精餾分離氯化氫階段，第二階段為低壓精餾分離五氟化磷和氟化氫階段。其具體操作步驟如下：