[发明专利]一种硒化氢的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化工生产技术领域，具体涉及一种硒化氢气体的制备方法。

背景技术

硒化氢主要用于合成含硒化合物，如用于生产红外感光材料硒化锌或者与腈类化合物反应来制备硒脲类化合物。硒化氢还用于半导体材料的硒掺杂，用于改变半导体材料的性能。

硒化氢的制备方法主要有：

1.用水或酸与Al₂Se₃反应，生产硒化氢的同时伴随产生氢氧化铝或三氯化铝。

Al₂Se₃+6H₂O＝2Al(OH)₃+3H₂Se

Al₂Se₃+6HCl＝2AlCl₃+3H₂Se

2.H₂与Se直接合成。

H₂+Se＝H₂Se

中国专利CN200710011160.6和北京化工大学郭世菊的硕士论文《硒化氢的合成工艺及硒化氢气体的标准物质研究》均是直接或间接采用硒化铝水解的方法来合成硒化氢。该方法的缺点是硒化铝活性比较高，很容易和空气中的水分反应生成硒化氢，由于硒化氢本身属于剧毒物质，很容易造成环境污染，给人造成身体伤害。此外，该方法的副产物氢氧化铝和三氯化铝在反应液中为絮状粘稠物质，吸附性强，容易吸附和包覆剧毒的硒化氢导致反应的后处理十分困难。

采用硒化物和HCl反应生成H₂Se的方法不能得到纯度很高的H₂Se，且会在产物H₂Se气体中引入Cl或者硒化物以及水分等杂质，需要对其进一步的分离提纯，造成了工艺复杂，增加了生产周期。

英国专利GB1508749“PROCESSES FOR PRODUCING HYDRIDES”中介绍了氢气和硒直接反应合成硒化氢的方法。该专利的特点是硒化氢产品全部冷冻成固体收集，而且纯化方法是通过重结晶。采用这一工艺路线能耗很高，且硒化氢产品在各个低温冷冻容器间转移时，容易造成转移管出口冻堵，导致产品转移过程中断，进一步发生导出容器超过安全压力的危险。

发明内容

本发明的目的是提供一种硒化氢的制备方法，利用硒和氢气在高温下反应生成硒化氢，并将硒化氢液化后，采取液体产品出料方式直接生产出硒化氢产品，从而大大降低能耗，并且避免了产品管路冻堵的危险。

本发明的技术方案包括以下步骤：

1)将硒粒放入反应器中，将反应器抽真空度至6×10^-2Pa以下，并加热至反应温度350～700℃。

2)以5～20L/min的流量将氢气通入反应器，反应开始；

3)反应到达终点后，反应产生的硒化氢气体与未反应的氢气的混合气依次通过换热器和低温冷凝器，硒化氢经过低温冷凝后变成液体流入产品收集器。

步骤1中所述的硒的纯度为不低于95％，纯度高于99.999％时效果最佳。

步骤2中所述的氢气的纯度为不低于95％，纯度高于99.999％时效果最佳。

步骤3中所述冷凝器和产品收集器的温度为-40～-60℃。

步骤3中所述的反应终点是通过液面计观察反应器中硒的液面，所述液面计是放射性液面计。

步骤3中所述的与硒化氢气体分离的未反应氢气进入尾气吸收塔，经过吸收处理后的氢气直接排放。

步骤3中所述的换热器为水循环换热器，其中循环水温度为常温。

步骤3中所述的尾气吸收塔为碱液喷淋塔。所述碱液可以是氢氧化钠溶液，氢氧化钾溶液。

具体来说：

硒与氢气反应为吸热反应，需要达到一定的温度反应才能开始，但是反应温度高到一定程度后反应转化率并不再提高。经过反复试验确定，反应温度在350～700℃为宜。

氢气的流量之所以控制在5～20L/min，是因为氢气流量降低将使反应时间过长，如果流量再增高将降低氢气的利用率。

反应结束后产生的气体是氢气和硒化氢的混合气体，利用氢气(沸点：-252.77℃)和硒化氢气体(沸点：-41.1℃)沸点的不同，且硒化氢的冰点为-66℃，将冷凝器和产品收集器的工作温度控制在-40～-60℃，使得硒化氢液化，从而与氢气分离。