一种制备三氟化硼气体的方法技术

本发明专利技术公开了一种制备三氟化硼气体的方法，包括以下步骤：首先使原料氟气液化，去除氟气中含有不能冷凝的高沸点杂质气体；然后氟气和硼酐进行合成反应生成三氟化硼气体粗产品；再通过粗产品液化，去除粗产品中的杂质气体后得到纯三氟化硼气体产品。原料氟气液化和三氟化硼气体粗产品的液化温度为－１４０～－１９５℃。缓冲罐的压力控制在－０．０４～－０．０１ＭＰａ。反应器采用立式，在反应器的下部设置有筛板，氟气从筛板的下部通入。本发明专利技术设备简单、操作方便、设备运行安全，产品纯度可达９９．９％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于一种制备三氟化硼(BF3)气体的方法，具体涉及一种用 氟气和三氧化二硼为原料制备三氟化硼气体的方法。
技术介绍
在电子工业中，三氟化硼气体主要用作硅和锗外延、扩散和离子注 入过程的P型掺杂剂；在有机化工中，三氟化硼气体主要用作酯化、垸 基化、聚合、异构化、磺化、硝化反应的酸性催化剂，也用于制备卤化 硼、元素硼、硼垸与硼氢化钠等硼化物；三氟化硼也用于核技术及光导 纤维；三氟化硼及其化合物在环氧树脂中用作固化剂；三氟化硼能防止 镁及其合金在熔融铸造时发生氧化作用，在焊接镁材时用作焊剂，也可 作钢或其他金属表面硼化处理剂的组分，还用作铸钢的润滑剂。目前，制备三氟化硼气体的方法有多种，常用的制备三氟化硼气体 的方法有氟硼酸盐法、萤石硼酐法、萤石硼砂法等。氟硼酸盐法采用的主要原料为氟硼酸盐、硼酐和浓硫酸。将氟硼酸 盐与硼酐按一定比例混合后，加入到反应器中，在搅拌下加入浓硫酸， 加热一定时间后有三氟化硼气体产生，其反应式为B203+6KBF4+6H2S04—8BF3+6KHS04+H20， 萤石硼酐法采用的主要原料为氟化钙(萤石)、硼酐和浓硫酸。将氟 化钙与硼酐按一定比例混合后，加入到反应器中，在搅拌下加入浓硫酸， 加热一定时间后有三氟化硼气体产生，其反应式为-B203+3CaF2+3H2S04—2BF3+3CaS04+3H20 萤石硼砂法采用氟化钙(萤石)、硼砂和浓硫酸为原料生产三氟化硼 气体，其反应式为 — Na2B407+6CaF2+7H2S04—4BF3+6CaS04+Na2S04+7H20 上述方法的缺点是三氟化硼气体中杂质含量高，纯度低，在反应器 中残留有难以除去的固体残渣，硫酸用量大，对设备腐蚀严重。
技术实现思路
本专利技术是为了克服现有技术存在的缺点而提出的，其目的是提供一 种设备简单、操作方便、设备运行安全、产品纯度高的制备三氟化硼气 体的方法。本专利技术的技术方案是 ，包括以下步骤将氟气储罐1中的氟气通入提纯器内进行冷冻，使含有杂质气体的 氟气液化，根据沸点不同，用真空机组将提纯器内不能冷凝的高沸点杂质气体抽空，然后升温使液体氟气化，得到高纯度的氟气；(ii) 氟气和硼酐进行合成反应首先将反应器内的硼酐(B203)预热，然后向反应器内通入去除杂 质气体的氟气与硼酐进行接触合成反应，生成含有杂质气体的三氟化硼 气体粗产品，反应温度为100 160°C，反应器内的压力为-0.01 0. 03Mpa;(iii) 去除三氟化硼气体中的杂质气体将在反应器中生成的含有杂质气体的三氟化硼气体粗产品通入提 冷冻捕集器内进行冷冻，使含有杂质气体的三氟化硼气体液化，根据沸 点不同，用真空机组将冷冻捕集器内不能冷凝的高沸点杂质气体抽空， 然后升温使液体三氟化硼气化，得到高纯度的三氟化硼气体。含有杂质气体的氟气液化和含有杂质气体的三氟化硼气体粗产品 的液化温度为-140 -195。C之间。缓冲罐的压力控制在一O. 04 -0. OlMpa之间。反应器采用立式，在反应器的下部设置有带孔的筛板，将硼酐粉碎 后均匀地铺在筛板上，氟气从筛板的下部通入。本专利技术设备简单、操作方便、设备运行安全，产品纯度可达99.9%。附图说明图1是本专利技术的制备三氟化硼气体的方法的工艺流程图。具体实施例方式下面，结合附图和实施例对本专利技术的制备三氟化硼气体的方法进行 详细说明.-如图1所示， ，其中所使用的设备包 括氟气储罐1，氟气储罐1由管道与氟气提纯器3连通，氟气提纯器3 由管道与氟气缓冲罐4连通，氟气缓冲罐4由管道与反应器5连通，反 应器5采用立式，在反应器5的下部设置有带孔的筛板8，反应器5由其中:1储罐 3提纯器 5反应器2阀门 4缓冲罐 6冷冻捕集器 8筛板7真空机组4管道与冷冻捕集器7连通，氟气提纯器3、氟气缓冲罐4、反应器5分别 由管道与真空机组7连通。在管道上设置多个密封阀门2。 本专利技术的制备三氟化硼气体的方法，包括以下步骤(i )去除氟气中杂质气体 首先，将氟气储罐l中的氟气通入提纯器3内进行冷冻液化，利用 提纯器3外部的液氮冷阱将提纯器3的温度维持在-140 -195'C之间， 此时氟气被液化，当液体的体积达到提纯器3内的容积的三分之二高度 时，停止供氟气。启动真空机组7、开启阀门，将提纯器3内不能冷凝 的杂质气体如氢气、氧气和氮气等高沸点物质抽空， 一直抽至提纯器3 内的压力在-0. 09 0. 2Mpa之间。再通过提高提纯器3的温度使液态氟气化，这样就可以去除氟气中 杂质气体，得到氟气纯度在99%以上。详细的过程是当提纯器3内的液体氟液面达到提纯器3的二分之 一高度时，关闭提纯器3前阀门，并停止在液氮冷阱内加入液氮，并将 液氮冷阱从提纯器3处撤离。然后对提纯器3自然升温，液态氟开始气 化，当提纯器3内的压力开始升高后，开启缓冲罐4前的阀门，将提纯 器3内的氟气放入缓冲罐4内。缓冲罐4的压力一般控制在一0.04 OMpa，压力高于OMpa对缓冲罐和阀门要求较高，不易控制；压力低于一 0. 04Mpa不利于反应器5内三氟化硼气体的合成。当缓冲罐4的压力高 于OMpa时，关闭缓冲罐4前的阀门，将提纯器3再次冷却。 一般情况下， 提纯器3—次冷却氟气的量与缓冲罐4一次盛装氟气的量应当互相匹配。 (ii)氟气和硼酐进行合成反应氟气与硼酐(B203)在反应器5内进行接触发生合成反应，该反应为 放热反应，反应后得到含有杂质气体的三氟化硼气体粗产品，反应方程 式为2B203+6F2—4BF3+302反应器5的结构需要有足够的表面让硼酐与氟气接触，使氟气和硼 酐完全反应。为此，反应器5采用立式，在反应器5的下部设置有带孔 的筛板8，将硼酐粉碎后均匀地铺在筛板8上，氟气从筛板8的下部通 入，使氟气和硼酐能充分接触，反应间歇进行。在反应器5底部可以用 电、水浴等方式对反应器5内的硼酐进行预热。详细的过程是在反应器5内加入适量硼酐，密封测漏合格后，将 反应器预热到8(TC左右，停止加热，对反应器抽空到一O. 1Mpa，缓慢开启反应器5前的阀门，因反应器体积一定，每次充入氟气的量依照反应 器压力控制， 一般控制在-0.01 0.03Mpa，压力达到以后关闭反应器 前阀门，这时反应器的压力会逐渐下降，温度会逐渐升高。当反应器压 力不再变化时，认为氟气反应完全，需将反应器内的气体放入冷冻捕集 器。反应器温度范围控制在100 160'C时产率较好。当充入氟气后，反 应器压力和温度不再变化时，认为硼酐反应完全，可以结束反应。一般情况下，每次加入硼酐的量应与每次提纯的氟气按比例相匹 配。因为反应放热，反应器只能通过自然冷却，所以在反应过程中需要 控制通入氟气的量和反应间隔来控制反应器温度。 (iii)去除三氟化硼气体中的杂质气体与上述氟气的提纯过程相同，首先在冷冻捕集器6外部套上液氮冷 阱，维持液氮液面达到冷冻捕集器三分之二高度，使冷冻捕集器6的温 度维持在-140 -195t:后，开启冷冻捕集6前的阀门，使三氟化硼(BF3) 气体粗产品从反应器5进入冷冻捕集器6，当反应器5内的压力不再变 化时，认为冷冻捕集过程完成。通过填加液氮保持冷冻捕集器6的温度 维持在-140 -195'C之间，使三氟化硼气体液化。待三氟化硼气体液化 后，关闭本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备三氟化硼气体的方法，其特征在于：包括以下步骤　（ｉ）去除氟气中杂质气体　将氟气储罐（１）中的氟气通入提纯器（３）内进行冷冻，使含有杂质气体的氟气液化，根据沸点不同，用真空机组（７）将提纯器（３）内不能冷凝的高沸点杂质气体抽空，然后升温使液体氟气化，得到高纯度的氟气；　（ｉｉ）氟气和硼酐进行合成反应　首先将反应器（５）内的硼酐（Ｂ↓［２］Ｏ↓［３］）预热，然后向反应器（５）内通入去除杂质气体的氟气与硼酐进行接触合成反应，生成含有杂质气体的三氟化硼气体粗产品，反应温度为１００～１６０℃，反应器（５）内的压力为－０．０１～０．０３Ｍｐａ；　（ｉｉｉ）去除三氟化硼气体粗产品中的杂质气体　将在反应器（５）中生成的含有杂质气体的三氟化硼气体粗产品通入冷冻捕集器（６）内进行冷冻，使含有杂质气体的三氟化硼气体液化，根据沸点不同，用真空机组（７）将冷冻捕集器（６）内不能冷凝的高沸点杂质气体抽空，然后升温使液体三氟化硼气化，得到高纯度的三氟化硼气体产品。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：崔学文，侯姝，李润树，吕荣良，
申请(专利权)人：核工业理化工程研究院华核新技术开发公司，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]