专利名称：用于制造五氟化磷的方法和反应器设计的利记博彩app
技术领域：
本技术涉及五氟化磷(PF5)的制造，更特别涉及用元素氟直接氟化磷以产生五氟化磷(PF5)。
背景技术：
五氟化磷(PF5)可用于商业生产六氟磷酸锂(LiPF6),其是可用于锂离子电池的电解质。在商业生产的电池中，锂离子电池具有最佳能量/重量比、无记忆效应和不使用时的缓慢电荷损失之一。除了为消费电子产品提供动力外，锂离子电池由于它们的高能量密度而越来越多地用于防卫、汽车和航空航天用途。用于制备五氟化磷(PF5)的一些常规方法是已知的，其中五氟化磷(PF5)与其他反应产物一起制成，且必须在除去这些其它反应产物之前提纯。例如，制造五氟化磷(PF5)的一种方法包括两步骤法，其中用过量氟化氢(HF)处理多磷酸以产生六氟磷酸，其随后与过量氟化氢(HF)和发烟硫酸反应产生五氟化磷(PF5)。另一方法是如下所示用氟化氢(HF)氟化五氯化磷(PCl5)以产生五氟化磷(PF5)以及氯化氢 (HCl)
PCl5 + 5 HF — PF5 + 5 HCl (1)
也可以通过使三氯化磷(PCl3)与元素氯、溴或碘和氟化氢(HF)反应；或如下通过六氟磷酸盐(例如NaPF6)的热分解(300°C - 1000°C )制备五氟化磷(PF5) NaPF6 — NaF + PF5 (2)
与其它反应产物一起制造五氟化磷(PF5)的其它方法可以以下列反应为例 3 PCl5 + 5AsF3 — 3 PF5 + 5 AsCl3 (3) 5 PF3 + 3 Cl2 — 3 PF5 + 2 PCl3 (4) POF3 + 2 HF — PF5 + H2O (5)
使元素氟与磷反应的常规方法包括悬浮在溶剂如CFCl3中的红磷粉的低温氟化和在分批反应中用过量(如大约1至10倍过量)的金属氟化物如氟化钙(CaF2)氟化红磷粉。
发明内容
在本文中提供通过磷的连续氟化制造五氟化磷(PF5)的方法和系统。—方面，提供制造五氟化磷的方法，包括下列步骤向反应器提供磷进料物流，该磷进料物流中的磷是包含白磷或黄磷的元素磷；向反应器提供氟进料物流，该氟进料物流是包含元素氟气的蒸气物流；使磷进料物流和氟进料物流在反应器中根据下列化学计量学反应
P + 2. 5 F2 — PF5
和从该反应器中取出包含五氟化磷的产物物流。该磷进料物流可以是液态磷进料物流，且该方法可包括以喷雾形式经由至少一个喷嘴向反应器提供液态磷进料物流的步骤。另一方面，提供制造五氟化磷的方法，包括下列步骤向气化器提供第一磷物流， 该第一磷物流包含液态磷、固态磷或其混合物；在该气化器中气化第一磷物流以形成磷进料物流；向反应器提供该磷进料物流，该磷进料物流中的磷是包含白磷或黄磷的元素磷； 向反应器提供氟进料物流，该氟进料物流是包含元素氟气的蒸气物流；使磷进料物流和氟进料物流在反应器中根据下列化学计量学反应
P + 2. 5 F2 — PF5
和从该反应器中取出包含五氟化磷的产物物流。
为举例说明，已选择具体实例并显示在附图中，附图构成本说明书的一部分。图1显示用于制造PF5的系统的一个实施方案，其中在气化器中气化液态磷。图2显示用于制造PF5W系统的第二实施方案，其中在反应器的底部区中气化液态磷。图3显示用于制造PF5的系统的第三实施方案，其中将液态磷喷到反应器中。图4显示图3的实施方案，其中该反应器经多个入口接收液态磷。图5显示图3的实施方案，其中经由多个喷嘴向该反应器提供液态磷。详述
本技术涉及通过在反应器中根据下列化学计量学用元素氟连续氟化元素磷来制造五氟化磷(PF5):
P + 2. 5 F2 — PF5 (6)
文献中有证据表明，液态磷作为P4分子存在。当液态磷气化时，据信到最多大约800°C 时蒸气也由P4分子构成。在800°C以上，&与己分子平衡。此外，在大约1500°C以上，双原子磷开始分解成单原子磷。这些物类之间的确切关系复杂且几种物类可能在给定的温度和压力下平衡。可以将磷和元素氟在一系列条件下的反应描述为0.25P4+ 2. 5F2 = IPF5。但是，根据确切温度和压力条件，磷可能以不同分子形式存在。为简化起见，我们使用公式P + 2. 5F2 = PF5描述反应化学计量学并且无意将其仅限于磷原子与双原子氟分子的反应。可以在反应器中在适合促进五氟化磷(PF5)生产的条件下通过向该反应器提供氟蒸气并将磷以蒸气进料物流或液体进料物流形式引入该反应器来进行连续反应。向该反应器供应的磷进料物流优选衍生自白磷或黄磷，并包含白磷或黄磷。元素磷具有几种不同形式或同素异形体。元素磷的最常见形式是红磷和白磷。在某些条件下， 如在环境压力下将白磷加热至250°C或使白磷暴露在日光下，白磷可转化成红磷。相应地， 一些白磷源可包括一定的红磷含量，这赋予磷黄色外观并因此被称作黄磷。红磷在空气中在大约240°C以下不起火。但是，白磷必须小心操作，因为其有毒并在空气中在大约30°C下起火。白磷和黄磷在大于44°C以上倾向于呈液态。
图1显示在气体-气体反应中使元素磷与元素氟反应产生五氟化磷(PF5)的方法用的连续氟化系统100。连续氟化系统100包括气化器102和反应器104。通过向气化器102提供第一磷物流106和加热第一磷物流106以形成蒸气形式的第二磷物流来开始该方法。第二磷物流可随后作为磷进料物流110供应至反应器。如图1 中所示，可以将第一磷物流106引入气化器102，并作为磷供应料108包含在气化器102内。 第一磷物流106可含有白磷或黄磷，并可以是固态或液态，或为多种状态的组合，尽管第一磷物流106优选为液体。在气化器102内，可以加热第一磷物流106以形成磷蒸气，其可离开气化器102以作为磷进料物流110供应至反应器。磷进料物流110可以是连续磷蒸气物流，并可以是纯蒸气，或可以是含夹带的固体和/或液体的蒸气。接收第一磷物流106的气化器102可以是任何合适类型的气化器。例如，气化器 102可包括具有外部供热的夹套式容器、相变热交换器如管壳式热交换器、蒸汽加热釜、薄膜蒸发器或直接接触蒸发器，其可以将加热的气体，如氮气直接鼓泡通过液态磷。在一些实例中，在气化器102中气化磷进料物流106的方法可包括将磷进料物流106加热或过热至白磷沸点以上的温度，如大约观0°C以上。在另一些实例中，在气化器102中气化磷进料物流106的方法包括利用气体物流，气化器中的温度可以高于大约50°C，优选高于大约 200 "C。 要指出，将液态白磷或黄磷加热至其沸点往往不使液态白磷完全转化成蒸气。相反，一部分液态磷往往转化成固态红磷。随时间经过，这种固体可沉积在工艺设备的表面上，这会造成该方法的效率降低和/或中断，因为固态磷可积聚以致工艺设备，如气化器、 反应器或出口管结垢或堵塞。这种结垢会造成压力积聚和潜在安全危险。通过在某些条件下气化白磷，可以基本避免液态白磷转化成固态红磷。例如，通过快速加热液态白磷以产生磷蒸气，可以显著减少红磷的形成。或者，如果形成红磷，也可以通过在更高气化温度下运行来气化所形成的红磷。相应地，在气化器102中气化磷进料物流106的方法可包括将磷进料物流106加热至高于大约280°C的温度。在显著形成红磷的情况下，温度优选为大约 430°C至大约800°C，最优选大约590°C至大约700°C。通过借助惰性载气蒸发液态白磷，也可以显著减少红磷的形成。在一个实例中，该方法可包括将气体物流114引入气化器，其向上鼓泡通过液态磷供应料108。如图1中所示，可以在气化器102底部引入气体物流114并可以向上鼓泡通过液态磷供应料108。可以加热气体物流114以促进液态磷供应料108的气化。在一个实例中，气体物流114可以是惰性载气物流。惰性载气是在本文公开的反应运行条件下基本不与氟或磷反应的物质。合适的惰性载气的实例包括，但不限于，氮气 (N2),五氟化磷(PF5)、氟化氢和稀有气体，如氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)及其混合物。尽管不受制于任何特定理论，据信，惰性载气可提高气化器102中液态磷的蒸发速率。此外， 或作为备选方案，惰性载气可促进材料流过该系统，如促进气化磷从气化器流入反应器，也可调节该系统的一个或多个组件的温度和稀释反应物的浓度。另外，或作为备选方案，第一磷物流106可含有惰性载气。在磷进料物流106包括惰性载气的实例中，相对于磷进料物流106的总重量，惰性载气和磷优选以大约0. 2:1至大约10:1，更优选大约0. 5:1至大约8:1的重量比存在于磷进料物流106中。在另一实例中，气体物流114可以是包括惰性载气和元素氟气(F2)的反应性气体物流。合适的惰性载气的实例包括，但不限于，氮气( )、五氟化磷(PF5)、氟化氢和稀有气体，如氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)及其混合物。气体物流114中的元素氟可以在气化器中与磷反应以产生氟化磷，这可以是放热反应，其可以提供热以促进气化器102中第一磷物流106的气化。气化器102加热磷进料物流106时的压力可以为大约1 psia至大约100 psia，优选大约10 psia至大约28 psia，更优选大约14 psia至大约25 psia。磷在气化器102中的停留时间可以为任何合适的时间量，包括例如小于大约2小时，优选大约10秒至大约20 分钟，更优选大约1分钟至大约10分钟。气化器102可具有单加热区或多加热区。在将包括氟气的气体物流引入气化器102的实例中，气化器102不必包括任何加热区。此外，液态磷的气化和所得磷蒸气的过热可以在气化器102内的分开的区域或相同区域中进行。磷进料物流110可离开气化器102，该方法可包括将磷进料物流110引入反应器 104。可以加热磷进料物流110导管以防止蒸气冷凝。该方法还可包括将氟进料物流112 引入反应器104。氟进料物流112可以如图1中以及图2-5中所示在单个位置引入，或可以在多个位置引入反应器。氟进料物流112可以是包括氟气，优选元素氟气(F2)的蒸气物流。氟进料物流还可包括惰性载气，其可以在惰性氟载气物流116中引入氟进料物流中。 尽管不受制于任何特定理论，但据信，惰性氟载气116可用于促进五氟化磷(PF5)产物流出反应器并用于耗散来自磷与氟之间的高放热反应的热，由此控制反应器的温度。在氟进料物流112包含惰性氟载气的实例中，基于氟进料物流112的总重量，惰性氟载气和氟优选以大约0. 5:1至大约10:1，优选大约0. 5:1至大约8:1的重量比存在于氟进料物流112中。 可用作惰性氟载气的合适的惰性气体的实例与上文论述的那些相同，包括，但不限于，氮气 (N2),五氟化磷(PF5)、氟化氢和稀有气体，如氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)及其混合物。磷进料物流110和氟进料物流112可各自在连续基础上引入反应器104，优选相互同时引入反应器104。磷进料物流110和氟进料物流112可各自以任何合适速率引入反应器104。基于由磷进料物流110向反应器104提供的磷的量，氟进料物流112优选以化学计算量或化学计算过量向反应器104提供元素氟(F2)。例如，相对于由磷进料物流110向反应器104提供的每原子磷，氟进料物流112可以提供至少5个原子氟。磷进料物流110和氟进料物流112可以在反应器104内在任何合适的反应条件下反应产生五氟化磷(PF5)。该反应在反应器104内的发生温度优选高于大约200°C。反应器 104内的压力可优选为大约1 psia至大约70 psia，更优选大约10 psia至大约50 psia, 最优选大约10 psia至大约25 psia。如图1中所示，包含五氟化磷(PF5)的产物物流118离开反应器。产物物流118可以是蒸气。引入该系统的任何惰性载气可以在最终加工之前与五氟化磷(PF5)分离。在一个实例中，可以通过反应器104下游的分离器从产物物流118中分离惰性气体。在一些实例中，惰性载气可以再循环到该系统中。图2显示在气体-气体反应中使磷与元素氟反应产生五氟化磷(PF5)的方法用的另一连续氟化系统200。图2中所示的系统200包括具有三个区，包括底区204、中心区206 和顶区208的反应器202。在反应器202内，将磷进料物流210气化并与氟进料物流212反应以产生含有五氟化磷(PF5)的产物物流214。在图2中所示的连续氟化系统200中，可以将磷进料物流210引入反应器202的底区204，并可以作为磷供应料216包含在反应器202的底区204内。磷进料物流210可含有白磷或黄磷，并可以是固态或液态，尽管磷进料物流210优选为液体。在反应器202的底区204内，可以气化磷进料物流210以形成磷蒸气218，其上升到反应器202的中心区206 中。磷蒸气218可以是纯蒸气，或可以是含夹带的固体和/或液体的蒸气。如上文参照图2所述，可以以任何合适的方式实现在反应器202的底区204中气化磷的方法。在一个实例中，可以将磷进料物流210以计量量引入反应器202的底区204，其通过将磷进料物流210加热至大约280°C以上的温度，优选加热至大约430°C至大约800°C， 更优选大约590°C至大约700°C来气化。在另一实例中，可以将更大体积的磷进料物流210 引入反应器202的底区204以提供具有所需体积的磷供应料216。在这种实例中，反应器 202可包括在底区204和中心区206之间的隔板，其具有一个或多个孔，磷蒸气218经此上升以发生氟化反应。在磷供应料216中包含在反应器内的磷进料物流210可随后通过将磷进料物流210加热至大约280°C以上的温度，优选加热至大约430°C至大约800°C，更优选大约590°C至大约700°C来气化。或者，在磷供应料216中包含在反应器内的磷进料物流 210可包括将惰性载气物流220引入反应器202的底区204，其向上鼓泡通过液态磷供应料 216。可以加热惰性载气物流220以促进作为液态磷供应料216包含在反应器202内的磷进料物流210的气化。可以如图2中所示在反应器202的顶区208中，或在反应器202的中心区206中引入氟进料物流212。氟进料物流212优选是包括氟气(F2)形式的元素氟、由或基本由氟气(F2)形式的元素氟构成的蒸气物流。氟进料物流212还可包括惰性载气，其可以在惰性氟载气物流222中引入氟进料物流212。尽管不受制于任何特定理论，但据信，惰性氟载气 222可用于促进五氟化磷(PF5)产物流出反应器并用于耗散来自磷与氟之间的高放热反应的热，由此控制反应器202的温度。在氟进料物流212包含惰性氟载气222的实例中，基于氟进料物流212的总重量，惰性氟载气和氟优选以大约0. 5:1至大约10:1，优选大约0. 5:1 至大约8:1的重量比存在于氟进料物流212中。可用作惰性氟载气的合适的惰性气体的实例与上文论述的那些相同，包括，但不限于，氮气( )、五氟化磷(PF5)、氟化氢和稀有气体， 如氦气(He )、氖气(Ne )、氩气(Ar )及其混合物。氟进料物流212可以在连续基础上引入反应器202，并可以以任何合适速率引入反应器202。基于在磷蒸气218中向反应器202的中心区206或顶区208提供的磷的量，氟进料物流212优选以化学计算量或化学计算过量向反应器202提供元素氟(F2)。例如，相对于由磷蒸气218向反应器202提供的每原子磷，氟进料物流212可以提供至少5个原子
風ο磷蒸气218和氟进料物流112可以在反应器202内在任何合适的反应条件下反应产生五氟化磷(PF5)。该反应在反应器202内的发生温度优选高于大约200°C。在反应器 202内发生反应的压力可优选为大约1 psia至大约70 psia，更优选大约10 psia至大约 50 psia，最优选大约10 psia至大约25 psia。如图2中所示，包含五氟化磷(PF5)的产物物流214离开反应器。产物物流214可以是蒸气。引入该系统的任何惰性载气可以在最终加工之前与五氟化磷(PF5)分离。在一个实例中，可以通过反应器202下游的分离器从产物物流214中分离惰性气体。在一些实例中，惰性载气可以再循环到该系统中。
7
图3-5显示在液体-气体反应中使磷与氟反应产生五氟化磷(PF5)的方法用的连续氟化系统300的实例。如图3-5中所示的系统300包括接收磷进料物流304和氟进料物流306的反应器302。磷进料物流304和氟进料物流306在反应器302内反应产生包括五氟化磷(PF5)的产物物流308。磷进料物流304可包括可以是液体的元素磷，并可包括白磷或黄磷。在一个实例中，磷进料物流304可以由或基本由元素磷构成。在另一实例中，磷进料物流304可包括元素磷和惰性载气、由或基本由元素磷和惰性载气构成。可用作惰性氟载气的合适的惰性载气的实例与上文论述的那些相同，包括，但不限于，氮气( )、五氟化磷(PF5)、氟化氢、稀有气体，如氦气(He)、氖气(Ne)和氩气(Ar)及其混合物。在磷进料物流304中包含惰性载气有助于稀释磷进料物流304中磷的量，提高磷进料物流304的压力，促进磷进料物流304中的磷或在反应器302中制成的反应产物的流动，和/或调节反应器302中的反应温度。当磷进料物流304包括元素磷和惰性载气时，磷进料物流304可以以大约1 50至大约20 1重量比，优选大约1:10至大约2:1重量比含有元素磷和惰性载气。磷进料物流304可以在任何合适的温度，例如大约44°C至大约280°C，优选大约50°C至大约200°C，更优选大约50°C 至大约100°C下引入反应器302。反应器302可以如图3和5中所示经由至少一个入口 310或如图4中所示经由多个入口 310接收磷进料物流304。另外，磷进料物流304可以如图3中所示经由至少一个喷嘴312或如图4和5中所示经由多个喷嘴312引入反应器302。所述至少一个喷嘴312 可以以喷雾314形式向反应器提供磷进料物流304。本文所用的术语“喷雾”是指以许多分散微滴形式提供的液体，并可以包括，但不限于，雾或喷淋物。喷雾还可包括以夹带在周围气体中的许多分散微滴形式提供的液体。所述至少一个喷嘴312可以以任何合适的高度和取向位于反应器302内。所述至少一个喷嘴312可以与反应器内表面隔开位于反应器302 内，位于反应器302的内表面上或在反应器302外，只要所述至少一个喷嘴通过长度足以使磷进料物流304保持喷雾形式的导管流体连接到反应器302上。另外，所述至少一个喷嘴312可取向成如图3-5中所示向下喷雾，或可以取向成以任何其它合适的方向，包括，但不限于，向上，喷雾。所述至少一个喷嘴312可以以与氟进料物流306的流向相反、与氟进料物流306 的流向并流或与氟进料物流306的流向交叉流的流向向反应器提供磷进料物流304。在包括多个喷嘴312的实例中，喷嘴可以以用于向反应器302提供磷进料物流304的任何合适的方式构造。例如，所述多个喷嘴312可以如图4中所示在多个面中或如图5中所示在单面中。合适类型的喷嘴的实例包括，但不限于水力喷嘴、内混合气体雾化喷嘴、外混合气体雾化喷嘴、旋转雾化器和超声喷嘴。氟进料物流306可以是包括元素氟(F2)的蒸气。在一个实例中，氟进料物流306可以由或基本由元素氟(F2)构成。在另一实例中，氟进料物流306可包括元素氟(F2)和惰性载气、由或基本由元素氟(F2)和惰性载气构成。可用作惰性氟载气的合适的惰性载气的实例与上文论述的那些相同，包括，但不限于，氮气( )、五氟化磷(PF5)、氟化氢和稀有气体， 如氦气(He)、氖气(Ne)和氩气(Ar)。在氟进料物流306中包含惰性载气有助于稀释氟进料物流306中氟的量，提高氟进料物流306的压力，促进氟进料物流306中的氟或在反应器 302中制成的反应产物的流动，和/或调节反应器302中的反应温度。当氟进料物流306包括元素氟(F2)和惰性载气时，氟进料物流306可以以大约0. 5:1至大约10:1重量比，优选大约0. 5:1至大约8:1重量比含有元素氟(F2)和惰性载气。氟进料物流306可以在任何合适的温度，例如大约20°C至大约200°C，优选大约50°C至大约100°C下引入反应器302。例如，氟进料物流可以在环境温度下引入反应器302。磷进料物流304和氟进料物流306可各自在连续基础上引入反应器302，优选相互同时引入反应器302。磷进料物流304和氟进料物流306可各自以任何合适速率引入反应器302。基于由磷进料物流304向反应器302提供的磷(P)的量，氟进料物流306优选以化学计算量或化学计算过量向反应器302提供元素氟(F2)。例如，相对于由磷进料物流304 向反应器302提供的每原子磷，氟进料物流304可以提供至少5个原子氟。磷进料物流304和氟进料物流306可以在反应器302内在任何合适的反应条件， 包括但不限于上文参照图1和2论述的反应条件下反应产生五氟化磷(PF5)。任选地，惰性载气可以如图3中所示在单独的惰性载气物流316中添加到反应器 302中。可用作惰性氟载气的合适的惰性载气的实例与上文论述的那些相同，包括，但不限于，氮气( )、五氟化磷(PF5)、氟化氢和稀有气体，如氦气(He)、氖气(Ne)和氩气(Ar)。包含惰性载气物流316有助于稀释反应器302内磷和氟反应物的量、促进反应物或在反应器 302中制成的反应产物的流动，和/或调节反应器302中的反应温度。如图3-5中所示，包含五氟化磷(PF5)的产物物流308离开反应器302。产物物流 308可以是蒸气。引入本文公开的用于磷的连续氟化的本文所述的系统，如图1-5中所示的那些系统的任何惰性载气可以在最终加工之前与含有五氟化磷(PF5)的产物物流分离。在一个实例中，可以通过该反应器下游的分离器从产物物流中分离惰性气体。在一些实例中，惰性载气可以再循环到该系统中。本文公开的用于磷的连续氟化的系统和方法可产生由或基本由基本纯五氟化磷 (PF5)构成的产物物流。例如，上述任何产物物流可包括占产物物流重量小于大约1重量％ 的杂质，优选占产物物流重量小于大约0. 5重量％的杂质，更优选占产物物流重量小于大约0. 1重量％的杂质。术语“杂质”用于表示除五氟化磷(PF5)、磷、在磷进料物流中引入该系统的任何材料、氟、在氟进料物流中引入该系统的任何材料或引入该系统的任何惰性气体外的任何材料。就五氟化磷(PF5)产物物流中可能存在杂质而言，预计最常见的杂质是 POF3,尽管可以通过在使磷和氟反应之前如用氮气吹扫气体从磷进料物流中除去水来减少 POF3的生成。另外，五氟化磷(PF5)产物物流优选基本不含PF3——使用用于制造五氟化磷 (PF5)的常规反应技术时常制成的杂质。本文所述的任何反应器可包括如图1中所示的温度调节系统120，其可包括例如冷却护套或壳。另外，本文所述的任何反应器的反应区可包括如图2中所示的反应条件控制系统224，其可包括温度和压力传感器以促进反应器内的温度和压力的调节。另外，本文所述的反应器的产物和反应物接触表面优选由在升高的温度下与元素氟和与元素磷相容的材料，包括例如Inconel 、镍和Monel 制成。在上文参照图1_4描述的任何反应器中在反应周期开始时氧气、水或其它污染物的存在可产生不想要的反应副产物和/或作为杂质引入最终产物中。因此，反应器的产物和反应物接触表面优选用氟(其优先用惰性气体，如氮气(N2)稀释)钝化，这将除去这样的污染物。上文参照图1-4描述的气化器和反应器也可以置于惰性气体吹扫外壳内以避免白磷或黄磷与空气接触。在某些优选实施方案中，该方法进一步包括使如本文所述合成的五氟化磷与氟化锂反应产生包含六氟磷酸锂的产物。优选通过在无水氢氟酸溶液中使PF5与氟化锂反应来制备六氟磷酸锂。反应物优选基本不含水分以避免形成不合意的氧氟磷酸锂。在某些实施方案中，可以将在氮气流中的0. 1-10重量％氟鼓泡通过无水氢氟酸溶液或鼓泡通过在无水氢氟酸溶液中的氟化锂以除去水分。在一个优选实施方案中，使PF5气体与具有大约2摩尔％至大约20摩尔％的LiF 浓度的LiF/HF溶液接触。该接触优选包括使PF5气体连续循环经过LiF/HF溶液或将PF5 气体装入含有LiF/HF溶液的反应器并连续搅拌该溶液。优选使反应温度保持在大约-84. 4 至大约+20°C。一旦反应基本完成，加热反应器内容物的温度以蒸发HF，留下固体LiPF6产物。
具体实施方式
实施例提供下列实施例以利于理解本发明并且无意以任何方式限制本发明。实施例1 白磷向红磷转化的验证
在氮气氛下的同时，将大约0.5克固体白磷添加到配有Teflon 阀的抽空10毫米玻璃管中。用Teflon阀密封该管并在油浴中或用加热带在大约200°C至大约250°C的升高的温度下加热各种时间。观察到白磷向红磷的逐渐变化。在将管加热至250°C 4小时时，观察到白磷向红磷的转化率为原始白磷样品的大约20重量％。实施例2 白磷的气化
将大约5. 0克白磷置于配有阀的直径大约0. 5英寸且长度大约1英尺的Inconel管中。 样品在炉中在环境压力下从大约25°C的初始温度加热至大约800°C的最终温度。由此形成磷蒸气，并收集在水冷阱中。在大约1小时后，停止加热，使该管冷却。在气化之前和之后将该管称重；重量与皮重几乎相同，表明大约所有白磷已转化成蒸气形式。实施例3 氮气辅助的白磷气化
将大约85克白磷在氮气吹扫下引入配有浸管、出口和温度探针的具有200毫升容积的干净、干燥和检漏的不锈钢反应器中。随后抽空反应器，连接到串联的两个阱(预称重)和洗涤器上。还在鼓泡器和阱之间连接氮气三通以便不发生洗涤器材料的倒吸(back up)。洗涤器含有水。用加热带缓慢加热反应器中的白磷以熔化该白磷。从反应器出口到第一阱的导管也用加热带加热至大约290°C至大约300°C。一旦达到所需反应器温度，将氮气(50-300 SCCM)吹过反应器(通过打开从N2吹扫到反应器浸入管的阀)数秒以确保在该系统的出口中没有堵塞。氮气以大约100 sccm至大约150 sccm的恒定流速和在大约212°C至大约220°C 的温度下通过熔融白磷以使该熔融白磷气化。气化的白磷收集在阱中。在使氮气经过熔融白磷大约20分钟后，在阱中获得大约1. 0克磷蒸气。实施例4 =HF蒸气辅助的白磷气化
以与实验3中所述相同的方式进行实验，只是使用HF蒸气代替氮气，且洗涤器含有10% KOH水溶液以在其排放之前中和任何HF蒸气。HF蒸气以大约7克/0. 5小时的恒定流速和
10在大约218°C至大约220°C的温度下通过熔融白磷以使该熔融白磷气化。在使HF蒸气经过熔融白磷大约30分钟后，在阱中收集大约1. 4克磷蒸气和大约6. 4克HF蒸气。实施例5 =PF5蒸气辅助的白磷气化
以与实验4中所述相同的方式进行实验，只是使用PF5蒸气代替HF。PF5蒸气以大约 60 sccm的恒定流速和在大约220°C至大约225°C的温度下通过熔融白磷以使该熔融白磷气化。在使PF5蒸气经过熔融白磷大约30分钟后，在阱中获得大约1. 5克磷蒸气。实施例6 磷蒸气与氟的反应
如实施例2中那样进行白磷的气化，将形成的磷蒸气供入反应器，在此其与元素氟气 (F2)混合形成蒸气产物物流。将该蒸气产物物流收集在冷阱中，并采用顶光谱学证实该蒸气产物物流含有五氟化磷(PF5)。实施例7 用反应性气体气化磷
将大约100克白磷添加到配有几乎延伸到容器底部以引入气体的浸入管和用于除去饱和蒸气的蒸气出口的容器中。出口配有压力控制阀。磷首先在真空下充分干燥。将干燥白磷预热至200°c。随后切断热并经浸入管引入氮气和鼓泡通过熔融磷，同时使容器中的压力保持在10 Psig0氮气含有8重量％氟。氟与磷反应形成PF3并产生足以在没有外部加热的情况下气化附加的磷的热。所得气体物流含有2. 7克氮气/克磷以及0. 3克PF3/克磷。使这种混合气体物流与F2反应产生PF5。从上文中会认识到，尽管在本文中已为举例说明描述了具体实施例，但可以在不背离本公开的精神或范围的情况下作出各种修改。因此上文的详述意在被视为示例性而非限制性的，要理解的是，下列权利要求，包括所有等价物，意在特别指出和明确要求保护所主张的主题。
权利要求
1.生产五氟化磷的方法，该方法包括下列步骤向反应器提供磷进料物流，该磷进料物流中的磷是包含白磷或黄磷的元素磷； 向反应器提供氟进料物流，该氟进料物流是包含元素氟气的蒸气物流； 使磷进料物流和氟进料物流在反应器中根据下列化学计量学反应 P + 2. 5 F2 — PF5 ；和从该反应器中取出包含五氟化磷的产物物流。
2.权利要求1的生产五氟化磷的方法，其进一步包括下列步骤向气化器提供第一磷物流，该第一磷物流包含液态磷、固态磷或其混合物；和在该气化器中气化所述第一磷物流以形成磷进料物流。
3.权利要求2的生产五氟化磷的方法，其中所述第一磷物流包含作为液态磷供应料容纳在气化器中的液态磷，并且所述气化步骤包括将气体物流引入气化器，所述气体物流向上鼓泡通过所述液态磷供应料。
4.权利要求2的生产五氟化磷的方法，其中引入气化器的气体物流包含选自氟气、氮气、五氟化磷、氟化氢、氦气、氖气、氩气及其混合物的气体。
5.权利要求1的生产五氟化磷的方法，其中磷进料物流是以喷雾形式引入反应器的液体。
6.权利要求1的生产五氟化磷的方法，其中向反应器提供磷进料物流的步骤包括 将液态磷进料物流引入反应器底区；和在反应器中气化该液态磷进料物流。
7.权利要求6的生产五氟化磷的方法，其中气化步骤包括将气化器中的第一磷物流加热至高于大约200°C的温度。
8.权利要求7的生产五氟化磷的方法，其中液态磷进料物流作为液态磷供应料包含在反应器底区中，并且所述气化步骤包括将气体物流引入反应器底区，所述气体物流向上鼓泡通过所述液态磷供应料。
9.权利要求8的生产五氟化磷的方法，其中引入反应器底区的气体物流包含选自氟气、氮气、五氟化磷、氟化氢、氦气、氖气、氩气及其混合物的气体。
10.使用权利要求1的产物物流中的五氟化磷制造LiPF6的方法。
11.权利要求10的制造六氟磷酸锂的方法，其中通过在无水氢氟酸溶液中使五氟化磷与氟化锂反应来制备六氟磷酸锂。
12.权利要求11的制造六氟磷酸锂的方法，其中将在氮气流中的0.1-10重量％氟鼓泡通过无水氢氟酸溶液或鼓泡通过在无水氢氟酸溶液中的氟化锂以除去水分。
全文摘要
在本文中提供通过磷的连续氟化制造五氟化磷(PF5)的方法和系统。向反应器提供磷进料物流和氟进料物流，其中它们在气体-气体或液体-气体反应中反应以产生五氟化磷(PF5)。磷进料可衍生自白磷或黄磷，并可以以液体或蒸气形式供应至反应器。可以以蒸气形式向反应器提供氟，并优选包含元素氟气。
文档编号B01J19/26GK102421702SQ201080020773
公开日2012年4月18日 申请日期2010年3月12日 优先权日2009年3月13日
发明者C. 默克尔 D., J. 布伦纳 D., K. 奈尔 H., A. 波克罗夫斯基 K., 乌里奇 K., H. 卢利 M., 德普拉托 P., A. 史密斯 R., A. 科特雷尔 S. 申请人:霍尼韦尔国际公司