一种应用于硼同位素分离的气体提纯工艺的制作方法

1.一种应用于硼同位素分离的气体提纯工艺，属于同位素分离技术领域。


背景技术：

2.硼元素的两种稳定同位素
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b和
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b可以通过化学交换法来富集。而利用化学交换法进行硼元素的两种稳定同位素分离的原料气-三氟化硼气体，通常其纯度至少需要电子特气级。电子特气级的三氟化硼杂质含量虽然少，但是成本较高。
3.直接利用硼砂先后与氢氟酸和硫酸反应制备三氟化硼的工艺，原料硼砂的价格便宜，生产成本较低。但是产品的纯度也低，因为硼砂本身含有的杂质较多，所以得到的三氟化硼中也会有较高含量的sif4杂质。通常三氟化硼气体的提纯是采用低温精馏法，如专利cn106629758a公开的“一种低温精馏提纯三氟化硼气体的工艺”，就是将含有杂质的三氟化硼气体通过压缩、液化、低温精馏，得到99.9％～99.99％的高纯三氟化硼气体。低温精馏需要控制塔顶温度在-30℃～-50℃，低温设备要求高，实现难度大。并且利用此种方法来达到能够进行硼同位素分离的气体纯度也非常困难。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种操作容易、适用于工业化应用的应用于硼同位素分离的气体提纯工艺。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该应用于硼同位素分离的气体提纯工艺，提纯步骤为：
6.1)将三氟化硼原料气和预热至50℃～60℃的过量乙醚气体加入到密闭的反应器内，气体搅动下三氟化硼与乙醚络合为三氟化硼乙醚络合物；
7.2)络合反应后的物料转移至冷却器并降温至10℃～20℃，过滤收集三氟化硼乙醚络合物固体并用液体乙醚进行洗涤，并收集滤液和洗涤液；
8.3)洗涤后的三氟化硼乙醚络合物在70℃～80℃脱挥；然后转入裂解塔，加热到200℃～320℃高温裂解，高温裂解产生的气体进入5℃～10℃的冷凝器冷凝并进行气液分离，收集气体即得应用于硼同位素分离的纯度在99.99～99.999的三氟化硼气体。
9.本发明提供一种物理、化学相结合的方法来提纯三氟化硼气体。应用本方法，根据原料气体纯度的不同，能进一步提升高纯三氟化硼气体的纯度；也能将普通级别的三氟化硼提纯至电子特气级；从而保证硼同位素分离的三氟化硼原料气的纯度和低成本。本发明中利用能够与三氟化硼络合，又能够吸收溶解sif4杂质的乙醚为介质，进行混合反应，过程中三氟化硼与乙醚络合为固体三氟化硼乙醚物，sif4等杂质溶解于过量乙醚液相中，还有微量既不反应也不能被溶解的杂质气体(如一氧化碳、二氧化碳、氮气、氧气等)保留为气相，该部分气相在搅拌络合过程中自发分离，实现通过简单的气、液、固的相分离将三氟化硼与杂质分离开，实现三氟化硼气体的提纯。本提纯工艺无需低温精馏，工艺条件容易控制。
10.优选的，上述应用于硼同位素分离的气体提纯工艺中，步骤1)中所述的三氟化硼原料气为硼砂先后与氢氟酸和硫酸反应制备的三氟化硼。此工艺三氟化硼生产成本低，工艺成熟。反应原理为：
11.na2b4o7·
10h2o+hf
→
na2o
·
4bf3+h2o
12.na2o
·
4bf3+h2so4→
nahso4+bf3↑
。
13.优选的，上述应用于硼同位素分离的气体提纯工艺中，步骤1)中所述的三氟化硼原料气与乙醚的体积比为1﹕3～8。优选的用量比下既能够保证三氟化硼充分络合，也能够保证sif4等杂质充分溶解，减少未反应三氟化硼等随废气排出，尽可能保证产品纯度的情况下，也保证原料的利用率。
14.优选的，上述应用于硼同位素分离的气体提纯工艺中，步骤2)中所述的冷却器中降温后剩余气体收集后进行燃烧废气处理。剩余气体为微量的不溶于乙醚的杂质气，通过简单的燃烧废气处理即可达到排放标准。
15.优选的，上述应用于硼同位素分离的气体提纯工艺中，步骤2)中所述的三氟化硼乙醚络合物固体与洗涤用液体乙醚的质量比为1﹕5～12，洗涤的次数为3～7次。洗涤用液体乙醚的用量越多，所得三氟化硼的纯度越高。优选的洗涤工艺能保证产品纯度，也能尽量降低洗涤液的处理量。
16.优选的，上述应用于硼同位素分离的气体提纯工艺中，步骤2)中所述收集的滤液和洗涤液混合后加热至25℃～37℃，收集蒸发出的气体作为sif4副产品。溶解于乙醚中的sif4，通过简单的蒸馏即可高效快速的分离，分离的sif4本身的纯度较高，可以直接作为副产品。
17.优选的，上述应用于硼同位素分离的气体提纯工艺中，步骤3)中所述脱挥中脱出的气体利用吸收液吸收处理。脱挥中脱出的气体为残留的乙醚和极微量的sif4等挥发性杂质，利用吸收液回收，减少物料浪费。
18.优选的，上述应用于硼同位素分离的气体提纯工艺中，所述的吸收液为液体乙醚。利用液体乙醚吸收，不会在体系内引入新的物质，更容易后续处理。
19.优选的，上述应用于硼同位素分离的气体提纯工艺中，所述的吸收液为步骤2)中所述收集的滤液和洗涤液。利用滤液和洗涤液作为吸收液能够降低引入乙醚的量，降低处理成本。
20.优选的，上述应用于硼同位素分离的气体提纯工艺中，步骤3)中所述高温裂解的温度为240℃～270℃。
21.优选的，上述应用于硼同位素分离的气体提纯工艺中，步骤3)中所述气液分离的液体加热汽化后进一步加热至50℃～60℃补充入步骤1)中所述的密闭的反应器内。
22.与现有技术相比，本发明的一种应用于硼同位素分离的气体提纯工艺所具有的有益效果是：本发明提供一种物理、化学相结合的方法来提纯三氟化硼气体。应用本方法能够保证硼同位素分离的三氟化硼原料气的纯度和低成本。本发明中利用能够与三氟化硼络合，又能够吸收溶解sif4杂质的乙醚为介质，进行混合反应，通过简单的气、液、固的相分离将三氟化硼与杂质分离开，实现三氟化硼气体的提纯。本发明选用纯度较低的三氟化硼进行提纯，能够大大的降低成本。
具体实施方式
23.下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，其中实施例1为最佳实施。为了便于对比工艺条件对本发明的影响，各实施例处理原料气均选用同一批次的硼砂法制备的三氟化硼气体，三氟化硼的纯度为85.6％，sif4的含量为14.1％。
24.实施例1
25.1)将三氟化硼原料气和预热至55℃的过量乙醚气体按体积比1﹕5.5加入到密闭的反应器内，气体搅动下三氟化硼与乙醚络合为三氟化硼乙醚络合物；
26.2)络合反应后的物料转移至冷却器并降温至15℃，剩余气体收集后进行燃烧废气处理；过滤收集三氟化硼乙醚络合物固体并用液体乙醚进行洗涤，三氟化硼乙醚络合物固体与洗涤用液体乙醚的质量比为1﹕9，洗涤的次数为5次；收集滤液和洗涤液，滤液和洗涤液混合后加热至33℃，收集蒸发出的气体封装作为sif4副产品；
27.3)洗涤后的三氟化硼乙醚络合物在75℃脱挥，脱出的气体用收集的滤液和洗涤液吸收；然后转入裂解塔，加热到255℃高温裂解，高温裂解产生的气体进入7℃的冷凝器冷凝并进行气液分离，气液分离的液体加热汽化后进一步加热至55℃补充入步骤1)中密闭的反应器内；收集气液分离的气体即得应用于硼同位素分离的纯度在99.999％的三氟化硼气体。
28.实施例2
29.1)将三氟化硼原料气和预热至53℃的过量乙醚气体按体积比1﹕4加入到密闭的反应器内，气体搅动下三氟化硼与乙醚络合为三氟化硼乙醚络合物；
30.2)络合反应后的物料转移至冷却器并降温至13℃，剩余气体收集后进行燃烧废气处理；过滤收集三氟化硼乙醚络合物固体并用液体乙醚进行洗涤，三氟化硼乙醚络合物固体与洗涤用液体乙醚的质量比为1﹕10，洗涤的次数为6次；收集滤液和洗涤液，滤液和洗涤液混合后加热至35℃，收集蒸发出的气体作为sif4副产品；
31.3)洗涤后的三氟化硼乙醚络合物在73℃脱挥，脱出的气体用收集的滤液和洗涤液吸收；然后转入裂解塔，加热到240℃高温裂解，高温裂解产生的气体进入8℃的冷凝器冷凝并进行气液分离，气液分离的液体加热汽化后进一步加热至53℃补充入步骤1)中密闭的反应器内；收集气液分离的气体即得应用于硼同位素分离的纯度在99.999％的三氟化硼气体。
32.实施例3
33.1)将三氟化硼原料气和预热至57℃的过量乙醚气体按体积比1﹕6加入到密闭的反应器内，气体搅动下三氟化硼与乙醚络合为三氟化硼乙醚络合物；
34.2)络合反应后的物料转移至冷却器并降温至18℃，剩余气体收集后进行燃烧废气处理；过滤收集三氟化硼乙醚络合物固体并用液体乙醚进行洗涤，三氟化硼乙醚络合物固体与洗涤用液体乙醚的质量比为1﹕8，洗涤的次数为4次；收集滤液和洗涤液，滤液和洗涤液混合后加热至30℃，收集蒸发出的气体作为sif4副产品；
35.3)洗涤后的三氟化硼乙醚络合物在78℃脱挥，脱出的气体用收集的滤液和洗涤液吸收；然后转入裂解塔，加热到270℃高温裂解，高温裂解产生的气体进入6℃的冷凝器冷凝并进行气液分离，气液分离的液体加热汽化后进一步加热至57℃补充入步骤1)中密闭的反应器内；收集气液分离的气体即得应用于硼同位素分离的纯度在99.999％的三氟化硼气
体。
36.实施例4
37.1)将三氟化硼原料气和预热至60℃的过量乙醚气体按体积比1﹕8加入到密闭的反应器内，气体搅动下三氟化硼与乙醚络合为三氟化硼乙醚络合物；
38.2)络合反应后的物料转移至冷却器并降温至10℃，剩余气体收集后进行燃烧废气处理；过滤收集三氟化硼乙醚络合物固体并用液体乙醚进行洗涤，三氟化硼乙醚络合物固体与洗涤用液体乙醚的质量比为1﹕12，洗涤的次数为7次；收集滤液和洗涤液，滤液和洗涤液混合后加热至25℃，收集蒸发出的气体作为sif4副产品；
39.3)洗涤后的三氟化硼乙醚络合物在73℃脱挥，脱出的气体用收集的滤液和洗涤液吸收；然后转入裂解塔，加热到240℃高温裂解，高温裂解产生的气体进入5℃的冷凝器冷凝并进行气液分离，气液分离的液体加热汽化后进一步加热至60℃补充入步骤1)中密闭的反应器内；收集气液分离的气体即得应用于硼同位素分离的纯度在99.999％的三氟化硼气体。
40.实施例5
41.1)将三氟化硼原料气和预热至50℃的过量乙醚气体按体积比1﹕3加入到密闭的反应器内，气体搅动下三氟化硼与乙醚络合为三氟化硼乙醚络合物；
42.2)络合反应后的物料转移至冷却器并降温至20℃，剩余气体收集后进行燃烧废气处理；过滤收集三氟化硼乙醚络合物固体并用液体乙醚进行洗涤，三氟化硼乙醚络合物固体与洗涤用液体乙醚的质量比为1﹕5，洗涤的次数为3次；收集滤液和洗涤液，滤液和洗涤液混合后加热至37℃，收集蒸发出的气体作为sif4副产品；
43.3)洗涤后的三氟化硼乙醚络合物在70℃脱挥，脱出的气体用收集的滤液和洗涤液吸收；然后转入裂解塔，加热到320℃高温裂解，高温裂解产生的气体进入10℃的冷凝器冷凝并进行气液分离，气液分离的液体加热汽化后进一步加热至50℃补充入步骤1)中密闭的反应器内；收集气液分离的气体即得应用于硼同位素分离的纯度在99.996％的三氟化硼气体。
44.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，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、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

技术特征：
1.一种应用于硼同位素分离的气体提纯工艺，其特征在于，提纯步骤为：1)将三氟化硼原料气和预热至50℃～60℃的过量乙醚气体加入到密闭的反应器内，气体搅动下三氟化硼与乙醚络合为三氟化硼乙醚络合物；2)络合反应后的物料转移至冷却器并降温至10℃～20℃，过滤收集三氟化硼乙醚络合物固体并用液体乙醚进行洗涤，并收集滤液和洗涤液；3)洗涤后的三氟化硼乙醚络合物在70℃～80℃脱挥；然后转入裂解塔，加热到200℃～320℃高温裂解，高温裂解产生的气体进入5℃～10℃的冷凝器冷凝并进行气液分离，收集气体即得应用于硼同位素分离的纯度在99.99～99.999的三氟化硼气体。2.根据权利要求1所述的一种应用于硼同位素分离的气体提纯工艺，其特征在于：步骤1)中所述的三氟化硼原料气与乙醚的体积比为1﹕3～8。3.根据权利要求1所述的一种应用于硼同位素分离的气体提纯工艺，其特征在于：步骤2)中所述的冷却器中降温后剩余气体收集后进行燃烧废气处理。4.根据权利要求1所述的一种应用于硼同位素分离的气体提纯工艺，其特征在于：步骤2)中所述的三氟化硼乙醚络合物固体与洗涤用液体乙醚的质量比为1﹕5～12，洗涤的次数为3～7次。5.根据权利要求1所述的一种应用于硼同位素分离的气体提纯工艺，其特征在于：步骤2)中所述收集的滤液和洗涤液混合后加热至25℃～37℃，收集蒸发出的气体作为sif4副产品。6.根据权利要求1所述的一种应用于硼同位素分离的气体提纯工艺，其特征在于：步骤3)中所述脱挥中脱出的气体利用吸收液吸收处理。7.根据权利要求6所述的一种应用于硼同位素分离的气体提纯工艺，其特征在于：所述的吸收液为液体乙醚。8.根据权利要求6所述的一种应用于硼同位素分离的气体提纯工艺，其特征在于：所述的吸收液为步骤2)中所述收集的滤液和洗涤液。9.根据权利要求1所述的一种应用于硼同位素分离的气体提纯工艺，其特征在于：步骤3)中所述高温裂解的温度为240℃～270℃。10.根据权利要求1所述的一种应用于硼同位素分离的气体提纯工艺，其特征在于：步骤3)中所述气液分离的液体加热汽化后进一步加热至50℃～60℃补充入步骤1)中所述的密闭的反应器内。

技术总结
一种应用于硼同位素分离的气体提纯工艺，属于同位素分离技术领域。其特征在于，提纯步骤为：将三氟化硼原料气和过量乙醚气体进行络合反应；络合反应后的物料转移至冷却器降温、过滤收集三氟化硼乙醚络合物固体并用液体乙醚进行洗涤，洗涤后的三氟化硼乙醚络合物在脱挥后转入裂解塔高温裂解，收集气体即得纯度在99.99～99.999的三氟化硼气体。本发明提供一种物理、化学相结合的方法来提纯三氟化硼气体。应用本方法，根据原料气体纯度的不同，能进一步提升高纯三氟化硼气体的纯度；也能将普通级别的三氟化硼提纯至电子特气级；从而保证硼同位素分离的三氟化硼原料气的纯度和低成本。同位素分离的三氟化硼原料气的纯度和低成本。


技术研发人员：孙献冲 房涛 冯兴标 蔡杰京 赵东方 邹志勇 魏建设
受保护的技术使用者：山东成武易信环保科技有限公司
技术研发日：2023.07.27
技术公布日：2023/9/9