[发明专利]一种高纯三溴化硼的生产方法及装置

说明书

本发明提供了一种采用碳化硼为原料制备高纯三溴化硼（BBr3）的方法及装置。将工业级的液溴经汽化釜汽化，溴蒸汽由微量氮气导引带入干燥室由无水氯化钙去除水分后进入反应炉并在650‑850℃反应温度下与碳化硼颗粒反应制得含杂质且有灰尘及颜色的三溴化硼；三溴化硼经阻灰器除灰并在蒸馏釜中采用萘酚去除残余溴及铁离子，蒸馏后得到白色的三溴化硼；再经过精馏塔精馏，去除高沸点和低沸点杂质，得到纯度大于5N的三溴化硼产品，三溴化硼的精馏温度120℃，回流比为2~3。本发明的制备高纯三溴化硼装置由汽化釜、干燥器、反应炉、阻灰器、冷凝器、（除铁除溴）蒸馏釜、精馏塔和成品釜组成。本发明生产出的三溴化硼纯度可达5N以上，且成本低、效率高，可实现工业化连续生产。

技术领域

本发明涉及一种高纯三溴化硼的生产方法及装置,属于化工材料技术领域。

背景技术

三溴化硼在常温常压下为具有刺激性气味的无色或稍带黄色发烟液体，有毒性、强腐蚀性。易被水、醇分解，见光或受热缓慢分解。高纯三溴化硼用于电子工业如集成电路、太阳能电池、半导体等作为P型掺杂源。同时，三溴化硼是一种极好的脱甲基或脱烷基化试剂，可作为聚合、烷化和酰化反应的催化剂、溴化剂、中间体，以及用作芳环上的甲醚的脱羟基保护，生成酚羟基。其次，三溴化硼还可通过氢还原制造高纯超细硼粉以及用作其它有机硼化物的合成原料。

理论上，三溴化硼的制备方法可采用三种方式，一种是元素硼溴化法，一种是碳化硼溴化法，一种是溴化铝与三氟化硼复分解法。溴化铝与三氟化硼复分解法，无论从工艺还是成本上来讲，都不可取。目前，国内外厂家一般采用元素硼溴化法生产三溴化硼。

资料表明，元素硼溴化法：将干燥的元素硼粉装入管式反应炉的反应炉中，为使反应能充分进行，反应炉内应放入一定量的填料。将反应炉加热至850℃，另外，将溴素在溴釜中也同时加热至微沸，然后通入反应炉。反应生成的溴化硼液体在脱溴器中与活性炭、锌粉和铝屑共同加热回流至生成的溴化硼为无色为止，再经粗馏、精馏，制得完全无色的溴化硼成品。

专利申请号200910088270.1披露了一种制备高纯三溴化硼的方法及装置：将工业硼粉经酸洗后制成硼块；将化学纯的液溴进行分液提纯后与硼块在溴化炉中经高温反应，得到含有杂质的三溴化硼液体，反应温度为600～850℃；采用高纯铝作为脱溴剂，脱溴温度为50～150℃，去除三溴化硼中多余的Br2，得到白色三溴化硼气体经水冷形成白色三溴化硼液体；经分馏柱分馏，去除高沸点和低沸点杂质，得到纯度大于6N的BBr3产物，三溴化硼的分馏温度为85～120℃。

但元素硼溴化法生产三溴化硼工艺中，采用工业硼粉为原料。目前工业硼粉纯度在80-95％之间，即使是低纯度的价格都在每公斤几千元左右，因此元素硼溴化法生产的三溴化硼产品原料成本高。同时，工业硼粉主要采用Mg粉(Al粉)高温还原氧化硼制得，硼粉中含有大量杂质，如Mg、Al、Fe、Ca、Cu、Zn、Sn、Ni等金属及其氧化物，因此制得的三溴化硼产物中含有大量未反应完全的单质溴和以上金属的溴化物杂质，需要进一步提纯。元素硼溴化工艺中的提纯步骤，主要采用铝屑(块)、锌粉、加热反应及活性炭吸附法除溴、除色，成本高、效果差，还增加了更多的金属杂质，也即增加了随后采用精馏工艺去除金属杂质的难度和成本，甚至需要多次精馏才可达标。

碳化硼溴化法工艺，未见资料报道。目前工业碳化硼，纯度大于97％，价格不到100元/kg，按硼当量来计算，成本不到硼粉的10％。同时，从热力学上计算，其反应也同效于元素硼溴化法。因此采用碳化硼为原料制备三溴化硼应是可行的而且是成本更低的方法。同样，碳化硼中也含有Fe、氧化铁、氧化硼等杂质及游离碳、硼，在反应过程中会产生溴化铁、未反应完全的残余溴及不能完全干燥的水分与三溴化硼反应产生的硼酸灰尘及氧化硼灰尘，将使得产品品质差而且颜色呈淡黄至红色，达不到高纯要求。

发明内容