一种六氟磷酸锂的合成系统和合成方法技术方案

本发明专利技术的六氟磷酸锂的合成系统和合成方法，包括预反应器，主反应器以及1个以上的副反应器；预反应器，其通过LiFHF溶液供给管路与LiFHF溶液供给源相连，其通过第1母液供给管路与主反应器相连，其通过尾气排放管路与尾气处理装置相连，其通过未反应五氟化磷气体回流管路与副反应器相连；主反应器，其通过五氟化磷气体供给管路与五氟化磷气体供给源相连，其通过第2母液供给管路与副反应器相连，其通过五氟化磷气体输送管路与副反应器相连；副反应器，其通过反应完成母液输送管路与下一工序装置相连。本发明专利技术既保证整个合成过程中五氟化磷气体与LiFHF溶液能充分反应，又不造成五氟化磷气体的浪费，整个合成过程连续有序，整个合成系统结构简单且成本较低。成系统结构简单且成本较低。成系统结构简单且成本较低。

【技术实现步骤摘要】
一种六氟磷酸锂的合成系统和合成方法


[0001]本专利技术涉及一种六氟磷酸锂的生产系统，特别是一种采用氟化氢溶剂法合成生产六氟磷酸锂时的六氟磷酸锂的合成系统和合成方法。

技术介绍

[0002]作为锂离子电池关键材料锂盐的六氟磷酸锂应用于锂离子电解液主要有两种形态，一是晶体六氟磷酸锂，二是与有机溶剂配制的液态锂盐。目前国外市场销售的均为晶体六氟磷酸锂，其原因主要是有利于产品运输与保存、安全隐患较小，与电解液生产厂家工艺体系更为匹配。随着国内新能源产业的健康持续稳步发展，晶体六氟磷酸锂的需求也与日俱增，突破和完善晶体六氟磷酸锂生产工艺，提高晶体六氟磷酸锂产品品质是当前国内研究的重点。
[0003]目前，六氟磷酸锂的制备方法主要有以下几种：气固直接反应法、溶剂法以及离子交换法，其中研究最多、技术最为成熟、产业化应用最广泛的工艺是氟化氢溶剂法。现有氟化氢溶剂法是将锂盐溶于无水氢氟酸中形成LiFHF溶液，然后通入五氟化磷（PF5）气体进行反应而生产出六氟磷酸锂。即，氟化氢溶剂法制备六氟磷酸锂的工艺是目前较为成熟的工艺，也是最易于实现工业化的生产方法。
[0004]具体地说，氟化氢溶剂法是利用氟化氢作为反应介质，将原料卤化锂溶解在氟化氢中，再将高纯五氟化磷气化后，将气体通入溶剂中进行反应来生成六氟磷酸锂晶体，反应结束后，再经过结晶分离、干燥等最终得到六氟磷酸锂产品。
[0005]虽然六氟磷酸锂关注度非常高,但是始终不能形成规模化生产,主要原因在于生产技术难度大。
[0006]作为现有的采用氟化氢溶剂法来合成生产六氟磷酸锂的系统和方法，例如有美国专利文献US5935541A所公开的装置和方法，其是通过调整进料方式和反应装置的方法，具体利用以逆流或并流的方式进料，让(A)气态PF5或含有PF
5 和HCl 的气态混合物与(B)在HF中的LiF的溶液在一个塔(可以是空塔，填料塔和筛板塔)中进行接触反应，该塔具有的单元数足以在选择的温度、压力与两种反应剂摩尔比的条件下进行PF5和LiF的反应，在该塔中PF5完全吸收或基本完全吸收。该法气液接触充分，反应效率高，但是反应中PF5与LiF接触必需十分谨慎以避免堵塞，同时需要保证塔中的转化单元数足够，以达到良好的转化产率。因此，存在所需设备体积较大、投资较大的问题。
[0007]另外，在中国专利文献CN101544361A中公开的专利技术，其是使原料混合物进入多级管式反应器(2)后，进行多级合成反应；并使微量未反应的LiF再次与高浓度的PF5气体在后混合反应器接触反应，从而实现LiF的完全转化。由于是通过增加反应器的方式提高了LiF的利用率，所以并未实现真正意义上的反应循环和原料循环，未反应完全的PF5、HF均未得到有效利用，杂质未能充分的去除，六氟磷酸锂产品中的杂质如不溶于碳酸二甲酯(DMC)的不溶物，硫酸盐(以SO4计)的含量较高。
[0008]对此，针对以上问题，中国专利文献CN110683562B所公开的专利技术提供了一种基于
微通道反应器的六氟磷酸锂的连续生产系统，利用逆循环的方式使反应原料得到充分的利用和转化，并在工艺过程中设计分离回流装置，降低原料消耗。采用这样的连续生产系统，避免了常规间歇反应中需要额外配置装置和转移中出现的泄漏，安全性提高。
[0009]具体地说，该专利技术采用两组微通道反应器，分别为微通道反应器A3、微通道反应器B6，通过逆循环的方式保证原料的充分反应。其通过调整微通道反应器B6的输入原料流，从而实现了控制副反应，提高原料利用率，提升产品纯度的目的。
[0010]但是，该专利技术存在以下问题：（1）由于采用两组微通道反应器和两组气液分离器，结构较为复杂。而且，两组反应器（A3，B6）都分别至少包含两股进料流（其中反应器A3所包含的一股为溶有LiF的HF溶液，另一股为混合气体PF5、HCl以及夹带的HF气体；而反应器B6所包含的一股为气液分离器A4分离的气体即含有未反应完的PF5以及夹带的HF、HCl的组分，另一股为溶有LiF和LiPF6的HF溶液），这样不仅使得反应器的结构复杂，而且对每种进料流的控制也变得复杂。
[0011]（2）该专利技术通过控制反应器A3中的PF5原料过量以及通过控制反应器B6中的LiF原料过量，来保证让反应器（A3，B6）中的反应能完全和充分。但为了保证反应能顺利进行，无论如何反应器B6中的PF5都需要保持在一定的较高水平，这就势必造成反应器B6中最后会有较多的未完全反应的PF5。而在该专利技术的实施例中，无论是否采用了逆循环的反应（该专利技术说明书图1图2所示的两个实施例）中，被气液分离器B7分离出来的未反应完的PF5都是通过增压设备输送到HF、HCl分离系统8进行处理的。这样就存在浪费PF5的问题。

技术实现思路

[0012]本专利技术提供的一种六氟磷酸锂的合成系统和合成方法，旨在通过采用简单的系统结构和工艺流程，在保证六氟磷酸锂的高效连续且充分反应地进行合成的同时，也能控制和减少PF5的消耗量。
[0013]本专利技术提供一种六氟磷酸锂的合成系统，其特征在于，包括预反应器，主反应器以及1个以上的副反应器；所述预反应器，其通过LiFHF溶液供给管路与LiFHF溶液供给源相连，其通过第1母液供给管路与所述主反应器相连，其通过尾气排放管路与尾气处理装置相连，其通过未反应五氟化磷气体回流管路与所述副反应器相连；所述主反应器，其通过五氟化磷气体供给管路与五氟化磷气体供给源相连，其通过第2母液供给管路与所述副反应器相连，其通过五氟化磷气体输送管路与所述副反应器相连；所述副反应器，其通过反应完成母液输送管路与下一工序装置相连；从LiFHF溶液供给源供给到所述预反应器的LiFHF溶液，与通过所述未反应五氟化磷气体回流管路从所述副反应器回流回来的五氟化磷气体进行预反应，该预反应后的母液通过所述第1母液供给管路被供给到所述主反应器；进入所述主反应器的母液与通过所述五氟化磷气体供给管路从所述五氟化磷气体供给源供给来的五氟化磷气体进行反应，该反应后的母液通过所述第2母液供给管路被供给到所述副反应器；进入所述副反应器的母液与通过所述五氟化磷气体输送管路从所述主反应器输送来的五氟化磷气体进行反应，该反应后的母液通过所述反应完成母液输送管路输送至下一工序装置，在所述副反应器中未被反应吸收完的五氟化磷气体通过所述未反应五氟化磷气体回流管路被输送回流到所述预反应器；在所述预反应器中未被反应吸收完的五氟化磷气体通过尾气排放管路被输送至尾气处理装置。
[0014]优选地，所述副反应器包括串联或并联的两个以上。
[0015]进一步优选地，所述主反应器、所述副反应器、所述预反应器中的至少一个反应器里设置有搅拌器。
[0016]更加优选地，所述LiFHF溶液供给管路、所述第1母液供给管路、所述第2母液供给管路、所述五氟化磷气体输送管路、所述未反应五氟化磷气体回流管路、所述五氟化磷气体输送管路、所述反应完成母液输送管路中的至少一个管路上设置有流量计和调节阀。
[0017]更加优选地，所述主反应器、所述副本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种六氟磷酸锂的合成系统，其特征在于，包括预反应器，主反应器以及1个以上的副反应器；所述预反应器，其通过LiFHF溶液供给管路与LiFHF溶液供给源相连，其通过第1母液供给管路与所述主反应器相连，其通过尾气排放管路与尾气处理装置相连，其通过未反应五氟化磷气体回流管路与所述副反应器相连；所述主反应器，其通过五氟化磷气体供给管路与五氟化磷气体供给源相连，其通过第2母液供给管路与所述副反应器相连，其通过五氟化磷气体输送管路与所述副反应器相连；所述副反应器，其通过反应完成母液输送管路与下一工序装置相连；从LiFHF溶液供给源供给到所述预反应器的LiFHF溶液，与通过所述未反应五氟化磷气体回流管路从所述副反应器回流回来的五氟化磷气体进行预反应，该预反应后的母液通过所述第1母液供给管路被供给到所述主反应器；进入所述主反应器的母液与通过所述五氟化磷气体供给管路从所述五氟化磷气体供给源供给来的五氟化磷气体进行反应，该反应后的母液通过所述第2母液供给管路被供给到所述副反应器；进入所述副反应器的母液与通过所述五氟化磷气体输送管路从所述主反应器输送来的五氟化磷气体进行反应，该反应后的母液通过所述反应完成母液输送管路输送至下一工序装置，在所述副反应器中未被反应吸收完的五氟化磷气体通过所述未反应五氟化磷气体回流管路被输送回流到所述预反应器；在所述预反应器中未被反应吸收完的五氟化磷气体通过尾气排放管路被输送至尾气处理装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宏伟，许晟，李振星，
申请(专利权)人：上海森松工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：