高纯度三氟化硼的生产方法与流程

本发明涉及一种生产三氟化硼的工艺。特别地，本发明涉及一种生产高纯度三氟化硼的工艺。本发明还涉及一种高纯度三氟化硼的组合物。

背景技术：

1、三氟化硼(bf3)是一种气体，其在工业中主要作为催化剂用于大量反应中：聚合、酯化、烷基化、异构化。无水气态三氟化硼一般通过使无水液体氢氟酸与溶解在硫酸中的硼酸发生反应伴随补充添加发烟硫酸而获得。气态三氟化硼还通过用硫酸或与发烟硫酸(oleum)混合的硫酸处理bf3水合物的浓缩水溶液来获得。然而，无水气态三氟化硼中杂质的存在给一些需要高纯度水平的应用造成了问题。

2、reents,anal.chem.1986,58,2797-2800描述了三氟化硼中一般存在的杂质。这些特别包括bf2oh、hcl、hf、n2、o2、f2、co2或甚至sif4。这些杂质的一些是在bf3生产工艺期间生成的或者来自所使用的原材料或这些原材料的一些中的残留物。提及的杂质的含量范围可从几百ppm至1.5％。这样的含量在电子领域是不可接受的。这是因为三氟化硼也用于制造电子微处理器的工艺中。

3、某些现有技术文献揭示了用于部分去除这些杂质的一些的纯化技术。从jp59050018知晓使用h2o2和水以去除so2和so3的bf3纯化工艺。从us 3 625 651和fr 2003 557知晓的另一工艺使用活性炭在非常低的温度下从bf3去除二氧化硫，但是该工艺倾向于用氮气污染气态bf3。从ep 0 922672知晓的另一工艺使用h2o2处理以去除非挥发性有机碳，和空气处理来纯化气态bf3，通过将空气流和bf3涤气而在硫酸中将其再循环，以将三氟化硼再循环至生产压缩bf3气体。

4、尽管有这些纯化工艺，但仍然需要去除挥发性杂质(诸如上述那些)的三氟化硼生产工艺。同样需要一种有效且容易进行的工艺来获得高纯度三氟化硼。

技术实现思路

1、根据第一方面，本发明提供了一种生产气态三氟化硼的工艺，其包含以下的步骤：

2、a)供应包含三氟化硼(bf3)和一种或多种额外的挥发性化合物f1的组合物a，

3、b)将包含发烟硫酸和一种或多种额外的挥发性化合物f2的溶液b引入到含有硫酸的反应器中，以形成具有大于100％、有利地大于101％、优选大于102％、更优选大于105％、特别是大于110％、更特别是大于114％的滴度的硫酸的混合物c，

4、c)向所述混合物c添加所述组合物a以形成包含发烟硫酸、硫酸和三氟化硼的液相l1和包含所述一种或多种额外的挥发性化合物f1和f2的气相g1，

5、d)以在硫酸在进行步骤d)的温度下的蒸气压与进行步骤c)的压力之间的压力p1向反应器施加真空，以从所述反应器去除气相g1所述一种或多种的额外的挥发性化合物f1和f2，

6、e)向所述液相l1添加含有水或bf3水合物的溶液d或bf3的水溶液，以产生三氟化硼的气体流e。

7、获得的气体流e由此是高纯度的。

8、根据优选的实施方案，所述气体流e被收集在容器中。

9、根据优选的实施方案，所述气体流e中的三氟化硼含量大于99.9体积％，基于气体流e的总体积计。

10、根据优选的实施方案，向所述混合物c进行添加所述组合物a直至液相l1被三氟化硼饱和。

11、根据优选的实施方案，所述组合物a是bf3组合物，其包含选自h2o、n2、o2、co2、sif4、h2和hcl的一种或多种额外的挥发性化合物f1。

12、根据优选的实施方案，所述一种或多种额外的挥发性化合物f2选自so2、游离的so3、co2、n2和o2。

13、根据优选的实施方案，只要液相l1具有大于100％的硫酸滴度，就在步骤e)中将所述溶液d添加到液相l1。

14、根据优选的实施方案，所述组合物a还包含hf和bf2oh，并且其中，在步骤c)和e)中，hf和bf2oh存在于液相l1中。

15、根据优选的实施方案，组合物a中的三氟化硼是可能与bf2oh混合的x＝0的bf3·xh2o气态bf3、或x范围为0.5至4的三氟化硼水合物bf3·xh2o、或x大于4的三氟化硼bf3·xh2o的水溶液，或得自选自b(oh)3、b2o3或hbo2的硼化合物与选自hf或hso3f的氟化合物之间的反应。

16、根据优选的实施方案，当组合物a中的三氟化硼是可能在与bf2oh的混合物中的气态bf3时，引入在进行步骤c)的条件下能够溶解在混合物c中的组合物a的量的100％。

17、根据另一实施方案，当组合物a中的三氟化硼是bf3·3h2o时，引入在进行步骤c)的条件下能够溶解在混合物c中的组合物a的量的50％。

18、根据优选的实施方案，所述溶液d是x为0.5至4的三氟化硼水合物bf3·xh2o、或水、或bf3的水溶液，所述溶液d在进行步骤e)之前脱气。

19、根据优选的实施方案，步骤e)使用其中不存在所述额外的挥发性化合物f1的溶液d进行。

20、根据优选的实施方案，三氟化硼在所述液相l1中的溶解度在20℃和130℃之间的温度下大于4％。

21、根据优选的实施方案，步骤c)和/或步骤d)和/或步骤e)在30℃和120℃之间、优选在70℃和120℃之间、特别是在80℃和110℃之间的温度下进行。

22、根据优选的实施方案，本工艺在并联布置并以交错方式操作的至少两个反应器中进行，以连续地产生所述气体流e。

23、根据第二方面，本发明提供了一种组合物，其包含至少99.99重量％的三氟化硼并且包含n2、o2和co2，n2、o2和co2的重量含量的总和小于30ppm、优选小于20ppm，基于组合物的总重量计。

24、根据优选的实施方案，所述组合物hf的重量含量小于1ppm、或者bf2of的重量含量小于1ppm、或者sif4的重量含量小于10ppm，基于组合物的总重量计。

25、根据优选的实施方案，所述组合物不含hf、sif4和bf2oh。去除在使用硫酸生产三氟化硼的通常的工艺中经常存在的所有的这些杂质代表了本发明的重要优点。

技术特征：

1.生产气态三氟化硼的工艺，所述工艺包含以下的步骤：

2.根据前述权利要求任一项所述的工艺，其特征在于所述气体流e被收集在容器中。

3.根据前述权利要求任一项所述的工艺，其特征在于所述气体流e中的三氟化硼含量大于99.9体积％，基于气体流e的总体积计。

4.根据前述权利要求任一项所述的工艺，其特征在于向所述混合物c进行添加所述组合物a直至液相l1被三氟化硼饱和。

5.根据前述权利要求任一项所述的工艺，其特征在于所述组合物a是bf3组合物，所述bf3组合物包含选自h2o、n2、o2、co2、sif4、h2和hcl的一种或多种额外的挥发性化合物f1。

6.根据前述权利要求任一项所述的工艺，其特征在于所述一种或多种额外的挥发性化合物f2选自so2、游离的so3、co2、n2和o2。

7.根据前述权利要求任一项所述的工艺，其特征在于只要液相l1具有大于100％的硫酸滴度，就在步骤e)中将所述溶液d添加到液相l1。

8.根据前述权利要求任一项所述的工艺，其特征在于所述组合物a还包含hf和bf2oh，并且在步骤c)和e)中，hf和bf2oh存在于液相l1中。

9.根据前述权利要求任一项所述的工艺，其特征在于组合物a中的三氟化硼是可能与bf2oh混合的x＝0的bf3·xh2o的气态bf3、或x范围为0.5至4的三氟化硼水合物bf3·xh2o、或x大于4的三氟化硼bf3·xh2o的水溶液，或得自选自b(oh)3、b2o3或hbo2的硼化合物与选自hf或hso3f的氟化合物之间的反应。

10.根据前述权利要求任一项所述的工艺，其特征在于：

11.根据前述权利要求任一项所述的工艺，其特征在于所述溶液d是x为0.5至4的三氟化硼水合物bf3·xh2o、或水、或bf3的水溶液，所述溶液d在进行步骤e)之前脱气。

12.根据前述权利要求任一项所述的工艺，其特征在于所述溶液d不含n2、o2、co2、sif4、h2和hcl。

13.根据前述权利要求任一项所述的工艺，其特征在于在20℃和130℃之间的温度下，三氟化硼在所述液相l1中的溶解度大于4％。

14.根据前述权利要求任一项所述的工艺，其特征在于步骤c)和/或步骤d)和/或步骤e)在30℃和120℃之间、优选70℃和120℃之间、特别是在80℃和110℃之间的温度下进行。

15.根据前述权利要求任一项所述的工艺，其特征在于所述工艺在并联布置并以交错方式操作的至少两个反应器中进行，以连续地生产所述气体流e。

16.组合物，其包含至少99.99重量％的三氟化硼并且包含n2、o2和co2，n2、o2和co2的重量含量的总和小于30ppm、优选小于20ppm，基于组合物的总重量计。

17.根据前述权利要求所述的组合物，其特征在于所述组合物包含小于1ppm的重量含量的hf、或者小于1ppm的重量含量的bf2of、或者小于10ppm的重量含量的sif4，基于组合物的总重量计。

18.根据权利要求16或17所述的组合物，其特征在于所述组合物不含hf、sif4和bf2oh。

技术总结本发明涉及生产气态三氟化硼的方法，所述方法包含以下的步骤：a)提供包含三氟化硼(BF3)和一种或多种挥发性额外的化合物F1的组合物A；b)向含有硫酸的反应器添加包含发烟硫酸和一种或多种挥发性额外的化合物F2的溶液B，以形成具有大于100％、有利地大于101％、优选大于102％、更优选大于105％、特别是大于110％、更特别是大于114％的滴度的硫酸的混合物C；c)向所述混合物C添加组合物A以形成包含发烟硫酸、硫酸和三氟化硼的液相L1和包含所述一种或多种挥发性额外的化合物F1和F2的气相G1；d)将反应器真空化至在硫酸在步骤d)的实施温度下的蒸气压与步骤c)的实施压力之间的压力P1，以从反应器去除包含一种或多种的挥发性额外的化合物F1和F2的气相G1；e)向液相L1添加含有水、或BF3的水合物的溶液D、或BF3的水溶液，以产生三氟化硼的气态流E。本发明还涉及包含大于99.99wt％的三氟化硼的组合物。技术研发人员：P·杜福尔受保护的技术使用者：阿科玛法国公司技术研发日：技术公布日：2024/8/5