專利名稱：一種生產五氯化磷的方法
技術領域：
本發明屬于化工領域，尤其涉及一種以三氯化磷、液氯、液態二氧化碳為主要原料生產五氯化磷的方法。
背景技術：
五氯化磷，中文別名過氯化磷，分子式為PC15，相對分子質量為208. 24，酸性腐蝕品，外觀為淡黃色粉末或晶體，有鹽酸氣味，極易吸收空氣中的水分發生潮解，在167°C時升華，遇水水解，生成磷酸和氯化氫，遇醇類生成相應氯化物，在液氨中可發生氨解，易溶于二硫化碳和四氯化碳，有腐蝕性，分子結構為P原子以sp3d雜化軌道成鍵，分子為三角雙錐形分子。五氯化磷主要用作氯化劑，以氯置換化合物中的羥基，特別是由酸轉化為酰氯；用作催化劑、脫水劑及六氟磷酸鋰的生產。 五氯化磷作為氯化劑使用時，可用作對有機化合物的氯化，亦可用于對無機化合物的氯化；在有機合成中有兩類比較重要的反應一類是將C-H鍵轉化為C-Cl鍵的反應，另一類是將C-OH鍵轉化為C-Cl鍵的反應，一些常見的反應如下
(1)將羧酸轉化為酰氯、將醇轉化為相應的氯代烷；
(2)五氯化磷在實驗室中可以用作氯氣的來源；
(3)五氯化磷與叔胺反應，生成Vilsmeier試劑，此類試劑可用于甲?；磻铣杀郊兹┑难苌?，或轉化醇為相應的氯代烴；
(4)五氯化磷比較特殊的反應是，它可以氯化烯丙基位和芐基位的C-H鍵，將其轉化為C-Cl，而且也可將C=O轉化為偕二氯代物；
(5)與苯乙烯反應水解后可得亞磷酸的衍生物，該反應體現了五氯化磷的親電特征對。五氯化磷在無機化合物中的氯化反應是
(1)五氯化磷與五氧化二磷反應，生成三氯氧磷；
(2)五氯化磷可氯化二氧化氮為硝酰氯；
(3)五氯化磷也可作為合成六氟磷酸鋰的前體五氟化磷進而生產出六氟磷酸鋰，六氟磷酸鋰是鋰離子電池中的電解質，含有六氟磷酸鋰的有機電解液具有良好的導電性和電化學穩定性，以六氟磷酸鋰為電解液生產的鋰電池具有體積小、電容量大、反復充放電500次后電容量只降低3%的優點；六氟磷酸鋰還被用于電子工業制作晶片的摻雜劑和有機合成的催化劑。本發明產品五氯化磷主要用于六氟磷酸鋰的合成，五氯化磷的合成的路線是以三氯化磷、液氯、液態二氧化碳為主要原料，通過干燥、除雜、汽化、緩沖、氯化、置換等工序而制得成品，該方法具有原料來源方便、價格低廉、使用通用設備、反應條件溫和、無污水廢氣排放、生產周期短、產品純度高、可批量生產等一系列優點。

發明內容
為了克服生產五氯化磷的傳統工藝可靠性差、收率低、純度低的缺陷，本發明提供了一種批量生產五氯化磷的方法，該方法以三氯化磷、液氯、液態二氧化碳為主要原料，通過干燥、除雜、汽化、緩沖、氯化、置換等工序而制得成品，具有使用通用設備、反應條件溫和、無污水廢氣排放、生產周期短、產品純度高、可批量生產等一系列優點。生產該產品使用的原料有三氯化磷、液氯、液態二氧化碳、物理干燥劑、活性填料。本發明可以通過以下技術方案來實現
一種生產五氯化磷的方法，其特征是由以下步驟構成
(I)干燥、除雜先將干燥塔內加裝活性填料，然后將液氯、液態二氧化碳分別通過密閉管道送入干燥塔，利用物理干燥劑分別脫去液氯、液態二氧化碳中的水分，利用加裝的活性填料分別吸附液氯、液態二氧化碳中的雜質，獲得干燥、去雜后的液氯、液態二氧化碳；其中物理干燥劑的作用是脫去液氯、液態二氧化碳中的水分，干燥塔內的活性填料能吸附液氯、液態二氧化碳中的雜質，對其進行凈化，避免雜質進入反應器，進而影響產品的純度。 (2)汽化將干燥、去雜后的液氯、液態二氧化碳分別送入敞開式列管汽化器中，管程內通過物分別為液氯和液態二氧化碳，列管外加熱介質為利用飽和水蒸汽加熱的水，通過調節蒸汽控制閥門，保持水溫在48°C _52°C之間，使得液氯和液態二氧化碳充分汽化。(3)緩沖先將汽化后的氯氣送入氯氣緩沖罐內緩沖，再將汽化后的二氧化碳氣體送入二氧化碳氣體緩沖罐內緩沖，以獲得反應所需的平穩氣流，便于調節壓力和控制反應速度。(4)氯化在反應釜內加入液態的三氯化磷，開動攪拌器，轉速為35-40轉/分，然后將氯氣緩沖罐內的氯氣開啟閥門通過管道緩慢的送入反應釜，氯氣的加入量應按摩爾比為三氯化磷氯氣=1. 05-1. 15:1的比例，使三氯化磷發生氯化反應，由于反應放熱，反應釜內溫度不斷升高，此時通過調節通氯量控制釜內反應溫度為78°C _82°C之間，氣液反應過程中部分被汽化的三氯化磷經冷凝器冷凝后重新回流到反應釜內繼續參加反應，如此循環往復，反應時間約為I. 6-1. 8小時，整個過程反應釜呈微負壓狀態，直至反應接近終點。(5)置換在反應接近終點時,反應爸內物料狀態由液相向固相轉變,此時停止通氯，開始通入干燥去雜后的二氧化碳氣體對殘留在五氯化磷中的三氯化磷進行吹掃，送入的二氧化碳氣體的摩爾質量約為氯氣的四分之一，置換出的三氯化磷氣體經冷凝器冷卻后進入氣液分離器進行氣液分離，液態三氯化磷經分離后進入三氯化磷儲罐備用，未經冷卻的三氯化磷氣體由尾氣負壓吸收系統經填料塔和石墨改性聚丙烯降膜吸收塔吸收后，副產鹽酸；隨著三氯化磷被二氧化碳置換，反應釜內的五氯化磷完全轉變為固相，調整攪拌器的轉速至15-30轉/分，以控制五氯化磷結晶顆粒的大小，得到顆粒狀五氯化磷成品。(6)五氯化磷的使用方法是作為制備六氟磷酸鋰的主要原料使用。上述步驟(2)中所述的敞開式列管汽化器的汽化溫度為50°C。上述步驟(4)中所述的反應釜內氯化反應的溫度為80°C。本發明的有益效果是提供了一種生產五氯化磷的方法，該生產方法具有原料來源方便且價格低、使用通用設備、反應條件溫和、無污水廢氣排放、生產周期短、產品純度高、可批量生產等一系列優點，產品主要用于合成六氟磷酸鋰。
具體實施例方式下面結合具體的實施例，進一步詳細描述本發明。
實施例I
干燥、除雜先將干燥塔內加裝活性填料，然后將液氯、液態二氧化碳分別通過密閉管道送入干燥塔，利用物理干燥劑分別脫去液氯、液態二氧化碳中的水分，利用加裝的活性填料分別吸附液氯、液態二氧化碳中的雜質，獲得干燥、去雜后的液氯、液態二氧化碳；其中物理干燥劑的作用是脫去液氯、液態二氧化碳中的水分，干燥塔內的活性填料能吸附液氯、液態二氧化碳中的雜質，對其進行凈化，避免雜質進入反應器，進而影響產品的純度。汽化將干燥、去雜后的液氯、液態二氧化碳分別送入敞開式列管汽化器中，管程內通過物分別為液氯和液態二氧化碳，列管外加熱介質為利用飽和水蒸汽加熱的水，通過調節蒸汽控制閥門，保持水溫在48°C之間，使得液氯和液態二氧化碳充分汽化。緩沖先將汽化后的氯氣送入氯氣緩沖罐內緩沖，再將汽化后的二氧化碳氣體送入二氧化碳氣體緩沖罐內緩沖，以獲得反應所需的平穩氣流，便于調節壓力和控制反應速度。氯化在反應釜內加入液態的三氯化磷，開動攪拌器，轉速為40轉/分，然后將氯氣緩沖罐內的氯氣開啟閥門通過管道緩慢的 送入反應釜，氯氣的加入量應按摩爾比為三氯化磷氯氣=1. 05:1的比例，使三氯化磷發生氯化反應，由于反應放熱，反應釜內溫度不斷升高，此時通過調節通氯量控制釜內反應溫度為78°C之間，氣液反應過程中部分被汽化的三氯化磷經冷凝器冷凝后重新回流到反應釜內繼續參加反應，如此循環往復，反應時間約為I. 8小時，整個過程反應釜呈微負壓狀態，直至反應接近終點。置換在反應接近終點時，反應爸內物料狀態由液相向固相轉變，此時停止通氯，開始通入干燥去雜后的二氧化碳氣體對殘留在五氯化磷中的三氯化磷進行吹掃，送入的二氧化碳氣體的摩爾質量約為氯氣的四分之一，置換出的三氯化磷氣體經冷凝器冷卻后進入氣液分離器進行氣液分離，液態三氯化磷經分離后進入三氯化磷儲罐備用，未經冷卻的三氯化磷氣體由尾氣負壓吸收系統經填料塔和石墨改性聚丙烯降膜吸收塔吸收后，副產鹽酸；隨著三氯化磷被二氧化碳置換，反應釜內的五氯化磷完全轉變為固相，調整攪拌器的轉速至15-30轉/分，以控制五氯化磷結晶顆粒的大小，得到顆粒狀五氯化磷成品。五氯化磷的使用方法是作為制備六氟磷酸鋰的主要原料使用。實施例2
干燥、除雜先將干燥塔內加裝活性填料，然后將液氯、液態二氧化碳分別通過密閉管道送入干燥塔，利用物理干燥劑分別脫去液氯、液態二氧化碳中的水分，利用加裝的活性填料分別吸附液氯、液態二氧化碳中的雜質，獲得干燥、去雜后的液氯、液態二氧化碳；其中物理干燥劑的作用是脫去液氯、液態二氧化碳中的水分，干燥塔內的活性填料能吸附液氯、液態二氧化碳中的雜質，對其進行凈化，避免雜質進入反應器，進而影響產品的純度。汽化將干燥、去雜后的液氯、液態二氧化碳分別送入敞開式列管汽化器中，管程內通過物分別為液氯和液態二氧化碳，列管外加熱介質為利用飽和水蒸汽加熱的水，通過調節蒸汽控制閥門，保持水溫在50°C之間，使得液氯和液態二氧化碳充分汽化。緩沖先將汽化后的氯氣送入氯氣緩沖罐內緩沖，再將汽化后的二氧化碳氣體送入二氧化碳氣體緩沖罐內緩沖，以獲得反應所需的平穩氣流，便于調節壓力和控制反應速度。氯化在反應釜內加入液態的三氯化磷，開動攪拌器，轉速為37. 5轉/分，然后將氯氣緩沖罐內的氯氣開啟閥門通過管道緩慢的送入反應釜，氯氣的加入量應按摩爾比為三氯化磷氯氣=1. 10:1的比例，使三氯化磷發生氯化反應，由于反應放熱，反應釜內溫度不斷升高，此時通過調節通氯量控制釜內反應溫度為80°C之間，氣液反應過程中部分被汽化的三氯化磷經冷凝器冷凝后重新回流到反應釜內繼續參加反應，如此循環往復，反應時間約為I. 7小時，整個過程反應釜呈微負壓狀態，直至反應接近終點。置換在反應接近終點時，反應爸內物料狀態由液相向固相轉變，此時停止通氯，開始通入干燥去雜后的二氧化碳氣體對殘留在五氯化磷中的三氯化磷進行吹掃，送入的二氧化碳氣體的摩爾質量約為氯氣的四分之一，置換出的三氯化磷氣體經冷凝器冷卻后進入氣液分離器進行氣液分離，液態三氯化磷經分離后進入三氯化磷儲罐備用，未經冷卻的三氯化磷氣體由尾氣負壓吸收系統經填料塔和石墨改性聚丙烯降膜吸收塔吸收后，副產鹽酸；隨著三氯化磷被二氧化碳置換，反應釜內的五氯化磷完全轉變為固相，調整攪拌器的轉速至15-30轉/分，以控制五氯化磷結晶顆粒的大小，得到顆粒狀五氯化磷成品。五氯化磷的使用方法是作為制備六氟磷酸鋰的主要原料使用。實施例3
干燥、除雜先將干燥塔內加裝活性填料，然后將液氯、液態二氧化碳分別通過密閉管道送入干燥塔，利用物理干燥劑分別脫去液氯、液態二氧化碳中的水分，利用加裝的活性填·料分別吸附液氯、液態二氧化碳中的雜質，獲得干燥、去雜后的液氯、液態二氧化碳；其中物理干燥劑的作用是脫去液氯、液態二氧化碳中的水分，干燥塔內的活性填料能吸附液氯、液態二氧化碳中的雜質，對其進行凈化，避免雜質進入反應器，進而影響產品的純度。汽化將干燥、去雜后的液氯、液態二氧化碳分別送入敞開式列管汽化器中，管程內通過物分別為液氯和液態二氧化碳，列管外加熱介質為利用飽和水蒸汽加熱的水，通過調節蒸汽控制閥門，保持水溫在52°C之間，使得液氯和液態二氧化碳充分汽化。緩沖先將汽化后的氯氣送入氯氣緩沖罐內緩沖，再將汽化后的二氧化碳氣體送入二氧化碳氣體緩沖罐內緩沖，以獲得反應所需的平穩氣流，便于調節壓力和控制反應速度。氯化在反應釜內加入液態的三氯化磷，開動攪拌器，轉速為35轉/分，然后將氯氣緩沖罐內的氯氣開啟閥門通過管道緩慢的送入反應釜，氯氣的加入量應按摩爾比為三氯化磷氯氣=1. 15:1的比例，使三氯化磷發生氯化反應，由于反應放熱，反應釜內溫度不斷升高，此時通過調節通氯量控制釜內反應溫度為82°C之間，氣液反應過程中部分被汽化的三氯化磷經冷凝器冷凝后重新回流到反應釜內繼續參加反應，如此循環往復，反應時間約為I. 6小時，整個過程反應釜呈微負壓狀態，直至反應接近終點。置換在反應接近終點時，反應爸內物料狀態由液相向固相轉變，此時停止通氯，開始通入干燥去雜后的二氧化碳氣體對殘留在五氯化磷中的三氯化磷進行吹掃，送入的二氧化碳氣體的摩爾質量約為氯氣的四分之一，置換出的三氯化磷氣體經冷凝器冷卻后進入氣液分離器進行氣液分離，液態三氯化磷經分離后進入三氯化磷儲罐備用，未經冷卻的三氯化磷氣體由尾氣負壓吸收系統經填料塔和石墨改性聚丙烯降膜吸收塔吸收后，副產鹽酸；隨著三氯化磷被二氧化碳置換，反應釜內的五氯化磷完全轉變為固相，調整攪拌器的轉速至15-30轉/分，以控制五氯化磷結晶顆粒的大小，得到顆粒狀五氯化磷成品。五氯化磷的使用方法是作為制備六氟磷酸鋰的主要原料使用。
權利要求
1.一種生產五氯化磷的方法，其使用的原料包括三氯化磷、液氯、液態二氧化碳、物理干燥劑、活性填料；其特征是步驟(I)干燥、除雜先將干燥塔內加裝活性填料，然后將液氯、液態二氧化碳分別通過密閉管道送入干燥塔，利用物理干燥劑分別脫去液氯、液態二氧化碳中的水分，利用加裝的活性填料分別吸附液氯、液態二氧化碳中的雜質，獲得干燥、去雜后的液氯、液態二氧化碳；步驟(2)汽化將干燥、去雜后的液氯、液態二氧化碳分別送入敞開式列管汽化器中，管程內通過物分別為液氯和液態二氧化碳，列管外加熱介質為利用飽和水蒸汽加熱的水，通過調節蒸汽控制閥門，保持水溫在48°C _52°C之間，使得液氯和液態二氧化碳充分汽化；步驟(3)緩沖先將汽化后的氯氣送入氯氣緩沖罐內緩沖，再將汽化后的二氧化碳氣體送入二氧化碳氣體緩沖罐內緩沖，以獲得反應所需的平穩氣流，便于調節壓力和控制反應速度；步驟(4)氯化在反應釜內加入液態的三氯化磷，開動攪拌器，轉速為35-40轉/分，然后將氯氣緩沖罐內的氯氣開啟閥門通過管道緩慢的送入反應釜，氯氣的加入量應按摩爾比為三氯化磷氯氣=1.05-1. 15:1的比例，使三氯化磷發生氯化反應，由于反應放熱，反應釜內溫度不斷升高，此時通過調節通氯量控制釜內反應溫度為780C _82°C之間，氣液反應過程中部分被汽化的三氯化磷經冷凝器冷凝后重新回流到反應釜內繼續參加反應，如此循環往復，反應時間約為I. 6-1. 8小時，整個過程反應釜呈微負壓狀態，直至反應接近終點；步驟(5)置換在反應接近終點時,反應爸內物料狀態由液相向固相轉變，此時停止通氯，開始通入干燥去雜后的二氧化碳氣體對殘留在五氯化磷中的三氯化磷進行吹掃，送入的二氧化碳氣體的摩爾質量約為氯氣的四分之一，置換出的三氯化磷氣體經冷凝器冷卻后進入氣液分離器進行氣液分離，液態三氯化磷經分離后進入三氯化磷儲罐備用，未經冷卻的三氯化磷氣體由尾氣負壓吸收系統經填料塔和石墨改性聚丙烯降膜吸收塔吸收后，副產鹽酸；隨著三氯化磷被二氧化碳置換，反應釜內的五氯化磷完全轉變為固相，調整攪拌器的轉速至15-30轉/分，以控制五氯化磷結晶顆粒的大小，得到顆粒狀五氯化磷成品。
2.根據權利要求I所述的一種生產五氯化磷的方法，其步驟(2)特征是所述的敞開式列管汽化器的汽化溫度為50°C。
3.根據權利要求I所述的一種生產五氯化磷的方法，其步驟(4)特征是所述的反應釜內氣化反應的溫度為80 C。
4.根據權利要求I所述的一種生產五氯化磷的方法，五氯化磷使用方法是作為制備六氟磷酸鋰的主要原料使用。
全文摘要
本發明公開了一種生產五氯化磷的方法，該產品屬于精細化工領域；本發明是以三氯化磷、液氯、液態二氧化碳、物理干燥劑、活性填料為原料，通過干燥、除雜、汽化、緩沖、氯化、置換等工序而制得成品，該方法具有原料來源方便、價格低廉、使用通用設備、反應條件溫和、無污水廢氣排放、生產周期短、產品純度高、可批量生產等一系列優點，產品主要作為制備六氟磷酸鋰的原料使用。
文檔編號C01B25/455GK102897728SQ20121038405
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月12日 優先權日2012年10月12日
發明者段緒躍, 陳標, 王慶思 申請人:徐州江海源精細化工有限公司