一种用于乙硼烷合成的二段式管式连续反应系统及乙硼烷的合成方法技术方案

本发明专利技术提供一种用于乙硼烷合成的二段式管式连续反应系统，包括：管道混合器；一级管式反应器；二级管式反应器；气液分离器；冷却器，用于接收来自所述气液分离器上端的物料，将物料进行冷却后将惰性气体从所述冷却器的上端排出，所述冷却器下端收集产物即为纯度＞98％的乙硼烷液体。进一步，本发明专利技术还提供使用该系统进行一步法、连续生产乙硼烷的方法。本发明专利技术通过对于反应系统结构的改造，实现了一法法、连续生成乙硼烷产品，极大提高了生产效率，降低了由于反应系统停车造成的停、开车过程产物的能源及物料的浪费，非常好的节约生成成本，提高生产的安全性。

A Two-stage Tube Continuous Reaction System for Ethylborane Synthesis and the Method of Ethylborane Synthesis

The invention provides a two-stage tubular continuous reaction system for ethylborane synthesis, which includes: a pipe mixer; a first-stage tubular reactor; a second-stage tubular reactor; a gas-liquid separator; and a cooler for receiving materials from the upper end of the gas-liquid separator, cooling the materials and discharging the inert gas from the upper end of the cooler, and collecting the output from the lower end of the cooler. The substance is ethylborane liquid with purity of more than 98%. Further, the invention also provides a method for continuous production of ethylborane in one step using the system. The invention realizes the continuous production of ethylborane products by one-way method through reforming the structure of the reaction system, greatly improves the production efficiency, reduces the waste of energy and materials caused by the shutdown and start-up of the reaction system, saves the production cost very well, and improves the safety of production.

【技术实现步骤摘要】
一种用于乙硼烷合成的二段式管式连续反应系统及乙硼烷的合成方法
本专利技术属于化学合成领域，具体涉及一种用于乙硼烷合成的二段式管式连续反应系统及乙硼烷的合成方法。
技术介绍
乙硼烷是沸点为-92.5℃的气体，具有着火性强的特点,可作为燃料、火箭的推进剂使用。也可在半导体制造时作为掺杂剂使用，从而广泛应用于半导体集成电路IC、液晶显示器LCD、半导体发光器件LED以及太阳能电池PV等行业。乙硼烷还可在BPSG(硼、磷、硅玻璃)绝缘膜成形时用作混合气，在用作混合气时，需要用N2、Ar、He、H2等气体稀释后使用。此外，还可由高级硼烷及胺附属体等转变成稳定易处理形后使用。近年来，随着全球石油等能源资源逐渐减少和环境污染，温室效应对气候的影响，世界各国大力发展清洁能源以及节能技术，重点关注低碳经济。在此背景之下，我国的太阳能电池和半导体发光器件及相关产业得到了迅猛发展，同时，近几年国内半导体制造产业发展迅猛，对电子级高纯乙硼烷的需求持续增长，现有的乙硼烷制备装置结构复杂，结构设计不合理，具有很大的局限性，尤其在高纯乙硼烷领域，现有装置的生产水平难以满足半导体制造领域的需求。现有技术中，乙硼烷的制造方法有下述三氟化硼还原的方法：(1)使用乙醚溶剂通过氢化锂还原的方法，反应式为：12LiH+4BF3·O(C2H5)2→12LiF+2B2H6+4(C2H5)2O；(2)采用乙醚作溶剂，使硼氢化钠与三氟化硼反应的方法，反应式为：3NaBH4+4BF3·O(C2H5)2→3NaBF4+2B2H6+4(C2H5)2O。在上述两种方法中，三氟化硼一般采用乙醚络合物进行供给。中国专利文献CN101817503A公开了连续精馏方式制备高纯乙硼烷方法的工艺技术，其主要由连续安装有高沸点杂质排放管的再沸器、连接安装有原料气进口管的吸附精馏塔与上连接安装低沸点杂质排放管，下连接安装液态产品(高纯B2H6)取出管的冷凝器顺序连接组装一体而成。此外，中国专利文献CN101811668A还公开了一种精馏与吸附组合提纯方式制备高纯乙硼烷方法的工艺技术，其中使用的装置主要由原料气进口管、外装再沸器加热套的再沸器、外装填料塔冷却套的填料塔、冷凝器、低沸点杂质排放管、液态产品(高纯B2H6)取出管、产品接收槽、高沸点杂质排放管、阀门等部件组成，各个部件按其系统功能通过连接管线组装一体而构成。上述现有技术中的装置具有精馏纯化乙硼烷的效果，然而由于设备过于粗糙，会导致生产效率较低，产量不足，并且设备的维护成本较高，仅适合小规模实验，而并不适合大规模的工业生产。乙硼烷用于半导体领域时，对乙硼烷的质量要求特别高，所以，现有技术中，因三氟化硼一般以二乙醚络合物形式供应，二乙醚中的副产物乙烷会混入到产品中。乙烷和乙硼烷的沸点十分接近，分离难度非常大，需要复杂的操作和装置才能实现。而如果不使用二乙醚络合物，则必须使用三氟化硼高压气，存在着严重的安全隐患，此外，还由于使用氟化合物而使产物中混入氟系杂质，并且对于废弃物的处理也较复杂等问题。同时，通过一步法获得高品质(纯度为5N)的乙硼烷，以更好的满足生产中的需要是本领域亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术解决的是现有技术中的乙硼烷生产和纯化工艺存在乙硼烷产品纯度不高，提纯难度大，不适合大规模生产的技术问题，为解决前述问题，本专利技术提供一种能应用于工业化大规模生产的、可制备高纯度产品的乙硼烷的合成系统以及基于该系统的乙硼烷合成方法。本专利技术提供一种用于乙硼烷合成的二段式管式连续反应系统，包括：管道混合器，用于将来自惰性气体供给管道的惰性气体和来自三氯硼烷供给管道的惰性气体和三氯硼烷混合，形成混合气体；一级管式反应器，设置若干个原料气进口，用于使来自所述管道混合器的混合气体进入所述一级管式反应器；二级管式反应器，所述二级管式反应器的下端与所述一级管式反应器的上端通过管道连接，并且所述二级管式反应器上设置若干个原料气进口，用于使来自所述管道混合器的混合气体进入所述二级管式反应器；气液分离器，所述气液分离器的上端与所述二级管式反应器的上端通过管道连接，用于将来自所述二级管式反应器的物料进行气液分离；冷却器，用于接收来自所述气液分离器上端的物料，将物料进行冷却后将惰性气体从所述冷却器的上端排出，所述冷却器下端收集产物即为纯度＞98％的乙硼烷液体。进一步地，所述气液分离器的下端还设置有废溶液排出口，以及溶液回收口。进一步地，所述气液分离器下端的溶液回收口与第一溶液循环泵的一端通过管道连接，所述第一溶液循环泵的另一端与过滤组件的一端通过管道连接，所述第一溶液循环泵将来自所述气液分离器的溶液给料到所述过滤组件。进一步地，所述过滤组件为多组并联，始终保持反应系统的连续作业，所述过滤组件用于将来自所述气液分离器的溶液进行固、液分离，固体废渣从所述过滤组件的排出口排出。进一步地，所述过滤组件分离得到的液体物料通过管道输送到溶剂罐，所述溶剂罐通过第二溶液循环泵将所述液体物料从所述一级管式反应器的下端的进口给料到所述一级管式反应器。进一步地，所述溶剂罐还包括硼氢化钠固体加料口和新鲜溶剂补充口。进一步地，所述一级管式反应器和所述二级管式反应器均为连续的螺旋型盘管，所述盘管的参数为：所述盘管的参数可以根据反应条件进行调整和配合，优选地，随着反应管尺寸的减小，盘管层数相应增加。优选地，所述盘管的参数为：本专利技术进一步还提供使用前述反应系统进行乙硼烷合成的方法，包括：按配比配制好混合溶剂，将所述混合溶剂按120L/h的速率给料到所述溶剂罐中；将质量纯度＞99％固体硼氢化钠从所述溶剂罐上方的所述硼氢化钠固体加料口加入到所述溶剂罐中，间隔加料，加料速度为每5min加入416g，形成反应溶剂；将所述反应溶剂通过所述第二溶液循环泵通过管道给料到所述一级管式反应器下端进口，所述反应溶剂在所述一级管式反应器的反应管内的流速为2-3m/s；同时，将来自所述管道混合器的混合气体分开二个分支管道，分别给料到所述一级管式反应器和所述二级管式反应器；从所述一级管式反应器的上端排出的物料，经过管道从所述二级管式反应器的下端入口进入所述二级管式反应器，在所述二级管式反应器内与来自所述混合器的混合气体继续混合进行反应；从所述二级管式反应器上端排出的物料包括乙硼烷、氯化钠、溶液物料以及微量未反应的硼氢化钠；所述排出的物料通过管道进入所述气液分离器，将得到的气相产物通过管道输送到所述冷却器，所述冷却器预冷温度为-160℃，在所述冷却器中，惰性气体从所述冷却器上部的出口排出，经过冷却后的乙硼烷液化后从所述冷却器底部排出作为产品装瓶或者继续进行后续的提纯单元以得到5N级乙硼烷。进一步地，所述惰性气体为氦气。进一步地，从所述气液分离器得到的液相物质从所述气液分离器下端的出口通过管道输送到所述第一溶剂循环泵，然后进入到所述过滤组件，其中，所述过滤组件包括至少三组并联的过滤部件，过滤部件可以相互切换，在其中某个过滤部件进行反洗或者出现故障时，整个反应体系仍然能够继续进行，实现整体操作系统的连续反应。进一步地，所述混合气体中，三氯化硼和惰性气体的质量混合比为5：1。进一步地，所述一级管式反应器设置有6个混合气体入口，自下而上，相邻的所述混合气体入口间距相同，第一个混合气体入口设置在所述一级本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于乙硼烷合成的二段式管式连续反应系统，其特征在于，包括：管道混合器，用于将来自惰性气体供给管道的惰性气体和来自三氯硼烷供给管道的惰性气体和三氯硼烷混合，形成混合气体；一级管式反应器，设置若干个原料气进口，用于使来自所述管道混合器的混合气体进入所述一级管式反应器；二级管式反应器，所述二级管式反应器的下端与所述一级管式反应器的上端通过管道连接，并且所述二级管式反应器上设置若干个原料气进口，用于使来自所述管道混合器的混合气体进入所述二级管式反应器；气液分离器，所述气液分离器的上端与所述二级管式反应器的上端通过管道连接，用于将来自所述二级管式反应器的物料进行气液分离；冷却器，用于接收来自所述气液分离器上端的物料，将物料进行冷却后将惰性气体从所述冷却器的上端排出，所述冷却器下端收集产物即为纯度＞98％的乙硼烷液体。

【技术特征摘要】
1.一种用于乙硼烷合成的二段式管式连续反应系统，其特征在于，包括：管道混合器，用于将来自惰性气体供给管道的惰性气体和来自三氯硼烷供给管道的惰性气体和三氯硼烷混合，形成混合气体；一级管式反应器，设置若干个原料气进口，用于使来自所述管道混合器的混合气体进入所述一级管式反应器；二级管式反应器，所述二级管式反应器的下端与所述一级管式反应器的上端通过管道连接，并且所述二级管式反应器上设置若干个原料气进口，用于使来自所述管道混合器的混合气体进入所述二级管式反应器；气液分离器，所述气液分离器的上端与所述二级管式反应器的上端通过管道连接，用于将来自所述二级管式反应器的物料进行气液分离；冷却器，用于接收来自所述气液分离器上端的物料，将物料进行冷却后将惰性气体从所述冷却器的上端排出，所述冷却器下端收集产物即为纯度＞98％的乙硼烷液体。2.根据权利要求1所述的反应系统，其特征在于，所述气液分离器的下端还设置有废溶液排出口，以及溶液回收口。3.根据权利要求2所述的反应系统，其特征在于，所述气液分离器下端的溶液回收口与第一溶液循环泵的一端通过管道连接，所述第一溶液循环泵的另一端与过滤组件的一端通过管道连接，所述第一溶液循环泵将来自所述气液分离器的溶液给料到所述过滤组件。4.根据权利要求3所述的反应系统，其特征在于，所述过滤组件为多组并联，始终保持反应系统的连续作业，所述过滤组件用于将来自所述气液分离器的溶液进行固、液分离，固体废渣从所述过滤组件的排出口排出。5.根据权利要求3或4所述的反应系统，其特征在于，所述过滤组件分离得到的液体物料通过管道输送到溶剂罐，所述溶剂罐通过第二溶液循环泵将所述液体物料从所述一级管式反应器的下端的进口给料到所述一级管式反应器。6.根据权利要求5所述的反应系统，其特征在于，所述溶剂罐还包括硼氢化钠固体加料口和新鲜溶剂补充口。7.根据权利要求1-6任一项所述的反应系统，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨科，
申请(专利权)人：包头市海科福鹏电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15