一种高纯氧硫化碳的制备和纯化方法技术

本发明专利技术涉及一种高纯氧硫化碳制备和纯化的方法，纯净的一氧化碳和硫单质进入膜反应器，在负载有金属硫化物催化剂的膜上发生反应，生成粗品混合气；所述粗品混合气体选择性通过膜反应器，进入精馏系统初次提纯，得到粗品氧硫化碳；所述粗品氧硫化碳在粗氧硫化碳低温储罐中收集，而后进入膜分离系统再次纯化，除去痕量杂质，从而制得纯度为99.99％的高纯氧硫化碳产品，收集到高纯氧硫化碳储罐。本发明专利技术原料价廉易得，制备条件温和，对环境友好无污染，纯化过程中使用了膜分离技术，不加入任何吸附剂，避免了二次污染，只需简单加压运输，可重复循环进行，能耗较低。能耗较低。能耗较低。

【技术实现步骤摘要】
一种高纯氧硫化碳的制备和纯化方法


[0001]本专利技术涉及气体制备和纯化
，尤其涉及一种高纯氧硫化碳的制备和纯化方法。

技术介绍

[0002]氧硫化碳(COS)是合成硫代氨基甲酸酯类农药、医药的重要中间体，也是其他有机合成的重要原料，纯度在99.9％
‑
99.99％的高纯度氧硫化碳被广泛应用于集成电路半导体
中的线路微细化的工艺。因其可在大气中降解，也可代替具有较高毒性的磷化物作为粮食熏蒸剂。高纯度的氧硫化碳亦可用于航空、机械、电子芯片制造、光伏、LED等行业的原辅料气，在化学工业电子薄片零件、精密蚀刻产品的加工中也有广泛的应用。氧硫化碳具有毒性适中，易于降解，对环境危害较小的性质，同时随着对环境保护的进一步重视，氧硫化碳作为一种重要的一碳化合物，也具有广泛的应用前景。
[0003]目前制备氧硫化碳的工艺包括干法工艺、湿法工艺以及光气制备工艺。干法工艺就是在无溶剂的条件下，硫单质蒸汽与一氧化碳在高温下直接反应得到氧硫化碳产品，工业上一般采用此工艺，但反应速度较慢，且有比较多的杂质，如H2S、CS2、CO2等。湿法工艺包括尿素法、硫氰酸钾法、硫氰酸铵法，湿法流程合成装置小巧，操作简单，但由于过程中氧硫化碳水解及原料含有杂质，产品中含有大量CO2、H2S、H2O等杂质，并形成大量酸污染，工业上很少用此工艺。光气制备工艺就是以2
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巯基
‑6‑
氯苯并噁唑和固体光气为原料，二甲基甲酰胺(DMF)作为催化剂，生产2，6
‑
二氯苯并噁唑的反应中，反应同时会生成氯化氢和氧硫化碳气体，无H2S、CS2、SO2等气体产生，经水洗后的氧硫化碳粗产品纯度较高，但治理废气的同时会产生废水和废盐。
[0004]无论采用何种工艺，都会在制备过程中产生大量杂质，且由于杂质中水分的存在，氧硫化碳会缓慢发生水解，不断产生新杂质，所以混合气体中水分的去除是除杂的关键。
[0005]中国专利文献CN215626823U公开了一种低能耗的羰基硫精制提纯系统，采用了多级再沸器加热系统与冷凝分离机构的冷凝系统，该系统反应流程复杂且COS的提取率不高只有95％以上。
[0006]中国专利文献CN110862087A公开了制备高纯度羰基硫的方法和装置，该方法以甲苯、2
‑
巯基
‑6‑
氯苯并噁唑以及二甲基甲酰胺(DMF)为原料，反应物大多为有机物，且废气易造成酸污染，对环境不友好，且装置简单，杂质净化率不高，制得的产品纯度只有99.9％。
[0007]因此，有必要研发一种对环境友好、能耗低且COS纯度高的氧硫化碳生产及纯化方法。

技术实现思路

[0008]本专利技术目的在于提供一种可重复进行，能耗较低，结构简单，对环境友好的高纯氧硫化碳制备和纯化的方法，以解决上述技术问题。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术高纯氧硫化碳制备和纯化方法的具体技术方案如
下：
[0010]一种高纯氧硫化碳制备和纯化的方法，该方法包括以下步骤：
[0011]S1.纯净的一氧化碳和硫单质进入膜反应器，在负载有金属硫化物催化剂的膜上发生反应，生成粗品混合气；
[0012]S2.所述粗品混合气体选择性通过膜反应器，进入精馏系统初次提纯，得到粗品氧硫化碳；
[0013]S3.所述粗品氧硫化碳在粗氧硫化碳低温储罐中收集，而后进入膜分离系统再次纯化，除去痕量杂质，得到高纯氧硫化碳产品，收集到高纯氧硫化碳储罐。
[0014]优选的，所述负载有金属硫化物催化剂的膜为聚乙烯基三甲基硅烷膜，所述负载在膜上的催化剂金属硫化物为BaS、FeS、FeS2或CaS中的至少一种。
[0015]优选的，所述合成氧硫化碳反应的温度为400
‑
600℃，反应压力为0.1
‑
0.3MPa，反应时间为2h，一氧化碳和硫蒸气，进气总流量为140L/min。
[0016]优选的，所述膜反应器中未完全反应的硫单质留在反应器中，未完全反应的一氧化碳经过低温收集罐气液分离，经压缩机循环到膜反应器中继续反应。
[0017]优选的，所述低温收集罐的温度为
‑
60℃，压力为0.1MPa。
[0018]优选的，所述精馏系统包括第一精馏塔和第二精馏塔，第一精馏塔和第二精馏塔为串联关系，粗品混合气经第一泵送入精馏系统，精馏系统采用冷冻盐水作为冷媒，通过低温冷冻提纯。
[0019]优选的，所述第一精馏塔操作温度为
‑
10℃，操作压力为1bar，理论板数为11
‑
19，回流比为1.5
‑
3；第二精馏塔操作温度为
‑
15℃，操作压力为1bar，理论板数为11
‑
19，回流比为1.5
‑
3。
[0020]优选的，所述膜分离系统采用的膜材料为聚二甲基硅氧烷，渗透通量为730
‑
800g/(m2·
h)，分离因子为6
‑
30。
[0021]本专利技术采用一氧化碳与硫单质通过气相催化合成氧硫化碳的方法，其主要反应方程式为：
[0022]CO+S(蒸汽)
→
COS
[0023]本专利技术创新性的使用精馏系统与膜分离系统相结合，膜系统分离过程不加入任何吸附剂，避免了二次污染，只需简单加压运输，可重复循环进行，能耗较低。
[0024]纯净的一氧化碳和硫单质通入负载有金属硫化物催化剂的膜上，在一定条件下通过反应得到含有COS和CO、CO2、H2S、SO2、CS2、CH4、O2、H2O、N2杂质的混合气体，经过精馏系统及膜分离系统除去杂质，得到高纯氧硫化碳产品。
[0025]所述生产及纯化系统包括：
[0026](1)膜反应器系统：该系统反应温度为400
‑
600℃，反应压力为0.1
‑
0.3MPa，膜反应器内包括多层负载有金属硫化物催化剂的聚乙烯基三甲基硅烷膜，既为反应发生提供场所，也起到初步除杂的作用，一部分的CO2、H2S、SO2、CS2、CH4、O2、H2O、N2最后一层膜前被分离排出。膜反应器另一端连接低温收集罐，未反应完的原料CO经低温收集罐气液分离后，气体部分经第一压缩机返回膜反应器循环反应，液体通往精馏系统。
[0027](2)精馏系统：精馏系统包括第一精馏塔和第二精馏塔，第一精馏塔和第二精馏塔为串联关系，第一精馏塔用于去除重组分杂质，第二精馏塔用于去除轻组分杂质，以便于提
高产品纯度。第一精馏塔操作温度为
‑
10℃，操作压力为1bar，理论板数为11
‑
19，回流比为1.5
‑
3。第二精馏塔操作温度为
‑
15℃，操作压力为1bar，理论板数为11
‑
19，回流比为1.5
‑
3。精馏系统前端与第一泵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高纯氧硫化碳制备和纯化的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1.纯净的一氧化碳和硫单质进入膜反应器，在负载有金属硫化物催化剂的膜上发生反应，生成粗品混合气；S2.所述粗品混合气体选择性通过膜反应器，进入精馏系统初次提纯，得到粗品氧硫化碳；S3.所述粗品氧硫化碳在粗氧硫化碳低温储罐中收集，而后进入膜分离系统再次纯化，除去痕量杂质，得到高纯氧硫化碳产品，收集到高纯氧硫化碳储罐。2.根据权利要求1所述的高纯氧硫化碳制备和纯化的方法，其特征在于，所述负载有金属硫化物催化剂的膜为聚乙烯基三甲基硅烷膜，所述负载在膜上的催化剂金属硫化物为BaS、FeS、FeS2或CaS中的至少一种。3.根据权利要求1所述的高纯氧硫化碳制备和纯化的方法，其特征在于，所述合成氧硫化碳反应的温度为400
‑
600℃，反应压力为0.1
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0.3MPa，反应时间为2h，一氧化碳和硫蒸气，进气总流量为140L/min。4.根据权利要求1
‑
3中任选一项所述的高纯氧硫化碳制备和纯化的方法，其特征在于，所述膜反应器中未完全反应的硫单质留在反应器中，未完全反应的一氧化碳经过低温收集罐气液分离，经压缩机循环到膜反应器中继续反应。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：花莹曦，尚青，陈润泽，王佳佳，吝秀锋，赵星，齐治乐，张储桥，
申请(专利权)人：中船邯郸派瑞特种气体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：