專利名稱：一種由氟磺酸與硼酸反應(yīng)制備三氟化硼的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化工產(chǎn)品，特別是一種從由氟磺酸與硼酸反應(yīng)制備三氟化硼的技術(shù)，適合于大規(guī)模的生產(chǎn)三氟化硼。
背景技術(shù)：
三氟化硼是有機合成和石油化工廣泛應(yīng)用的一種重要催化劑，在很多有機化學(xué)反應(yīng)如烷基化、聚合、異構(gòu)化、加成、縮合及分解等過程中都有應(yīng)用。它之所以在催化反應(yīng)方面有如此廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，是由于硼電子層結(jié)構(gòu)有生成絡(luò)合物的強烈傾向，在酸性催化劑作用中產(chǎn)生催化活性結(jié)構(gòu)，這一點非常重要。在許多反應(yīng)中，以三氟化硼為基礎(chǔ)的催化劑要比天機酸金屬的鹵化物催化效能更活潑，而且不致于引起不利的副反應(yīng)。作為催化劑，8&可以在各種形態(tài)下應(yīng)用，例如以單獨氣態(tài)使用，或者和許多類型的無機與有機物劑一同使用； 以及制成它的絡(luò)合物應(yīng)用。同時，它又可采用蒸餾或化學(xué)方法進行再生回收，經(jīng)精制重新使用。BF3及其它合物在環(huán)氧樹脂中用固化劑，在聚酶纖維染色、制造醇溶性酚醛樹脂中也有廣泛的應(yīng)用。例如
(一)有機合成催化劑
BF3在許多有機合成中擔(dān)當(dāng)催化作用。如在中分子量PIB的工業(yè)化生產(chǎn)中，采用BFJI 化體系，不但能簡化生產(chǎn)裝置、縮短生產(chǎn)周期、降低勞動強度，而且可顯著提高PIB的收率。(二)離子滲硼
“滲硼”術(shù)語第一次在文獻中出現(xiàn)是1917年，但有關(guān)滲硼處理層特殊的詳細資料卻在五十年后才出現(xiàn)。滲硼或硼化，是一種應(yīng)用于黑色和有色金屬材料的奧氏體化學(xué)熱處理，使其表面生成含硼化物的硬化層。滲硼層的硬度高達2000HV，具有良好的耐磨性和抗蝕性。由于三氟化硼更易操作，無需在氣路上加熱，在爐膛內(nèi)分布更均勻，且由于其硼的含量較高，故常用于離子滲硼中硼的載氣。(三)用做常溫快速固化劑
BF3是環(huán)氧樹脂常溫快速固化劑。BFJt為固化劑需與環(huán)氧樹脂分開包裝，隨用隨酸。操作時配比誤差影響粘接質(zhì)量，工藝繁瑣。現(xiàn)選擇不同熔點的固體物質(zhì)作為包裹材料，將BF3 制成微型膠囊，通過囊壁阻斷環(huán)氧樹脂與BF3作用，從而制成單一成產(chǎn)品且可穩(wěn)定貯存，通過囊材熔點選擇釋放溫度，在此溫度下囊材料放出BF3固化劑，與環(huán)氧樹脂混合，促使其快速固化。且可通過選擇囊材物質(zhì)的黏性與分子鏈長，改善固化環(huán)氧樹脂的柔順性。(四)核技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用
用三氟化硼-10-乙醚絡(luò)合物與氯化鈣反應(yīng)生成硼酸三甲酯，然后水解，經(jīng)蒸濃后，得到的高純硼酸可用于核反應(yīng)堆作為中子慢化劑。3的某些絡(luò)合物以10 BF3的形式富集10B，可用于分離硼的同位素。而10 BF3可在核技術(shù)中的比例是子計數(shù)器內(nèi)用做中子吸收介質(zhì)，并用于核反應(yīng)堆的控制。(五)半導(dǎo)體器件制造工藝的離子注入源三氟化硼在半導(dǎo)體器件制造工藝中用做離子注入源，可以改善半導(dǎo)體器件的性能。
在元素周期表中IV族硅原子晶體是摻雜V族原子時，因外層電子多出一個自由電子而能夠?qū)щ?。我們把V族雜質(zhì)稱N型雜質(zhì)，而把生成自由電子的原子稱為給予體。當(dāng)摻雜III族原子時，與上述情況相反，因缺少一個電子而出現(xiàn)孔洞。在此孔內(nèi)，鄰近的電子可以跳入，并可按順序移動。這種III型雜質(zhì)稱為P型雜質(zhì)，而生產(chǎn)孔的原則則稱為受體。
通常，磷和砷作為N型雜質(zhì)使用，硼則作為P型雜質(zhì)使用，這種雜質(zhì)稱為摻雜質(zhì)。通常，摻雜質(zhì)的比例為106-107個硅原子中摻雜1個雜質(zhì)，以形成一個導(dǎo)電區(qū)。摻雜質(zhì)的方法有熱擴散法和離子注入法。熱擴散是把硅片置于擴散爐中，在雜質(zhì)氣的氣氛中加熱到大約1000°c，這時雜質(zhì)原子便擴散進入到硅結(jié)晶中，從而形成導(dǎo)電區(qū)的一種方法。熱擴散法通常使用的氣體，對于P型有乙硼烷(B2H6),N型有磷化氫(PH3)和砷化氫(AsH3)。離子注入法是在真空中把雜質(zhì)原子離子化后在電場中加速，然后把離子打入晶體內(nèi)的技術(shù)。離子注入法使用的氣體有三氟化硼(BF3)、磷化氫和砷化氫。離子注入法因其內(nèi)部安裝有質(zhì)量分析儀來挑選所需的離子，因此很少雜質(zhì)的影響。此外，通過電場調(diào)節(jié)可以控制離子注入量，并可以調(diào)節(jié)離子注入深度及位置，因此比熱擴散法優(yōu)越。(六)冶金及焊接
BF3能防止鎂及其合金在熔融鑄造時發(fā)生氧化作用，在焊接鎂材時用做焊劑。它也用做鋼或其他金屬表面膨化處理劑的組分，還用做鑄鋼的潤滑劑，在鈦的電弧焊接中，如有BF3 參與，焊縫便會有較強的抗沖擊性能。(七)合成乙硼烷
用BF3可以制備硼烷。它與堿金屬氫化物反應(yīng)成乙硼烷。與Grignard試劑反應(yīng)生成有機硼化合物。(八)醫(yī)用
隨著醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)進步，新的抗生素藥物不斷被開發(fā)出來。這些抗生素新藥的合成過程需要三氟化硼氣體作為催化劑。原有技術(shù)采用將螢石和硼酸混合后加熱至100°C以上，此反應(yīng)中雜質(zhì)如SF4等會同時伴生，三氟化硼做為催化劑使用將影響使用效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題在于，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本法在螢石硼酐法的基礎(chǔ)上， 用廉價氟硫酸代替昂貴的硼酐( )，生產(chǎn)成本較低。本發(fā)明公開了如下的技術(shù)內(nèi)容
一種由氟磺酸與硼酸反應(yīng)制備三氟化硼的方法，其特征在于它是將氟磺酸與硼酸混合，在0. 2-0. 4 MPA壓力和87-93°C溫度下反應(yīng)制備三氟化硼；其中硼酸與氟磺酸的重量分數(shù)比為1:2-4。本發(fā)明更加詳細的制備方法如下
本發(fā)明公開了一種從由氟磺酸(加入量為10公斤/小時)與硼酸(加入氟磺酸的比例為 1:2-4)反應(yīng)制備三氟化硼的技術(shù)，利用氟硫酸的脫水作用，在適當(dāng)溫度下，可使硼酸脫水得到三氧化二硼晶體。反應(yīng)式為
3HS0sF + H3BO3BF3 + 3H2S04采用一體化連續(xù)投料，固體硼酸加料罐1經(jīng)過加料器進入溶解槽21和溶解槽22，在溶解槽加熱融化后的硼酸通入硼酸泵41打入反應(yīng)器5，此時氟磺酸儲槽中的氟磺酸加料罐3 通過酸泵42也打入反應(yīng)器5，在0.2-0.4 MPA壓力和87-93°C溫度下反應(yīng)，熱量由蒸汽提供，反應(yīng)生成三氟化硼氣體通過換熱器6冷卻后進入收集罐7中收集，反應(yīng)復(fù)產(chǎn)生成物為硫酸通過液位監(jiān)控8隨時排出，設(shè)有硫酸卸料出口。本發(fā)明制備的三氟化硼的理化性質(zhì) 分子量67. 805
熔點(101. 325kPa) :-127. 1°C 沸點(101. 325KPa) :-99. 8 "C 液體密度(-100. 3 0C，101. 325kpa) 1589kg/m3 氣體密度(20°C，101. 325kpa) :2. 867kg/m3 相對密度(空氣=1. 20 0C，101. 325kpa) :2. 380 比容(21. I0C，101. 325kpa) :0. 3496 m3/kg 氣液容積比(15°C , IOOKPa) :560L/L 臨界溫度-12. 2 V 臨界壓力4985KPa 臨界密度5941ikg/m3。本發(fā)明制備三氟化硼的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點
(1)本方法可以連續(xù)穩(wěn)定的投料生產(chǎn)三氟化硼，解決了原有間歇投料的不能穩(wěn)定生產(chǎn)的弊端。(2) 一體化連續(xù)投料可以更好的利用冷量與熱量，使生產(chǎn)成本更低。(3)連續(xù)生產(chǎn)后質(zhì)量穩(wěn)定，可以大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1為制備三氟化硼的工藝流程；其中1、固體硼酸加料器；101、固體硼酸加料器的出口一 ；102、固體硼酸加料器的出口二 ；21、溶解槽一 ；211溶解槽一的入口一 ；212、溶解槽一的入口二 ；213、溶解槽一的出口 ；22、溶解槽二 ；221溶解槽二的入口一 ；222、溶解槽二的入口二 ；223、溶解槽二的出口 ；3、氟磺酸加料器；301、氟磺酸加料器的出口 ；41、硼酸泵；411、 液體硼酸的入口 ；412、液體硼酸的出口 ；42、氟磺酸泵；421、氟磺酸的入口 ；422、氟磺酸的出口 ；5、反應(yīng)器；501、反應(yīng)器的入口一 ；502、反應(yīng)器的入口二；503、反應(yīng)器的出口一；504 反應(yīng)器的出口二 ；51、蒸汽夾套；511、蒸汽的入口 ；512、蒸汽的出口 ；6、換熱器；601、換熱器的入口 ；602、換熱器的出口 ；7、BF3氣柜；701、BF3氣柜的入口 ；702、BF3氣柜的出口 ；8、液體監(jiān)控；801、硫酸的入口 ；802、硫酸的出口 ；803、硫酸卸料出口。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例說明本發(fā)明，這里所述實施例的方案，不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的專業(yè)人員按照本發(fā)明的精神可以對其進行改進和變化，所述的這些改進和變化都應(yīng)視為在本發(fā)明的范圍內(nèi)，本發(fā)明的范圍和實質(zhì)由權(quán)利要求來限定。實施例1
一種由氟磺酸與硼酸反應(yīng)制備三氟化硼的方法，它是將氟磺酸與硼酸混合，在 0.2 MPA壓力和87°C溫度下反應(yīng)制備三氟化硼；其中硼酸與氟磺酸的重量分數(shù)比為1:2。其中所述的流程采用一體化連續(xù)投料，固體硼酸加料罐1經(jīng)過加料器進入溶解槽21和溶解槽22，在溶解槽加熱融化后的硼酸通入硼酸泵41打入反應(yīng)器5，此時氟磺酸儲槽中的氟磺酸加料罐3通過酸泵42也打入反應(yīng)器5，在0. 2MPA壓力和87°C溫度下反應(yīng)，熱量由蒸汽提供，反應(yīng)生成三氟化硼氣體通過換熱器6冷卻后進入收集罐7中收集，反應(yīng)復(fù)產(chǎn)生成物為硫酸通過液位監(jiān)控8隨時排出，設(shè)有硫酸卸料出口，見圖1。實施例2
一種由氟磺酸與硼酸反應(yīng)制備三氟化硼的方法，其特征在于它是將氟磺酸與硼酸混合，在0.4 MPA壓力和93°C溫度下反應(yīng)制備三氟化硼；其中硼酸與氟磺酸的重量分數(shù)比為 1 4，見圖1。實施例3
一種由氟磺酸與硼酸反應(yīng)制備三氟化硼的方法，它是將氟磺酸與硼酸混合，在0.2 MPA壓力和87°C溫度下反應(yīng)制備三氟化硼；其中硼酸與氟磺酸的重量分數(shù)比為1:2;
其中所述的流程采用一體化連續(xù)投料，固體硼酸加料罐1經(jīng)過加料器進入溶解槽21 和溶解槽22，在溶解槽加熱融化后的硼酸通入硼酸泵41打入反應(yīng)器5，此時氟磺酸儲槽中的氟磺酸加料罐3通過酸泵42也打入反應(yīng)器5，在0. 2MPA壓力和87°C溫度下反應(yīng)，熱量由蒸汽提供，反應(yīng)生成三氟化硼氣體通過換熱器6冷卻后進入收集罐7中收集，反應(yīng)復(fù)產(chǎn)生成物為硫酸通過液位監(jiān)控8隨時排出，設(shè)有硫酸卸料出口，見圖1。實施例3
一種由氟磺酸與硼酸反應(yīng)制備三氟化硼的方法，其特征在于它是將氟磺酸與硼酸混合，在0.3 MPA壓力和90°C溫度下反應(yīng)制備三氟化硼；其中硼酸與氟磺酸的重量分數(shù)比為 1:3。見圖1。
權(quán)利要求
1. 一種由氟磺酸與硼酸反應(yīng)制備三氟化硼的方法，其特征在于 它是將氟磺酸與硼酸混合，在0.2-0.4 MPA壓力和87-93°C溫度下反應(yīng)制備三氟化硼；其中硼酸與氟磺酸的重量分數(shù)比為1:2-4;所述的流程采用一體化連續(xù)投料，固體硼酸加料罐1經(jīng)過加料器進入溶解槽21和溶解槽22，在溶解槽加熱融化后的硼酸通入硼酸泵41打入反應(yīng)器5，此時氟磺酸儲槽中的氟磺酸加料罐3通過酸泵42也打入反應(yīng)器5，在 0. 2-0. 4 MPA壓力和87-93°C溫度下反應(yīng)，熱量由蒸汽提供，反應(yīng)生成三氟化硼氣體通過換熱器6冷卻后進入收集罐7中收集，反應(yīng)復(fù)產(chǎn)生成物為硫酸通過液位監(jiān)控8隨時排出，設(shè)有硫酸卸料出口。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種由氟磺酸與硼酸反應(yīng)制備三氟化硼的方法，其特征在于它是將氟磺酸與硼酸混合，在0.2-0.4MPa壓力和87-93℃溫度下反應(yīng)制備三氟化硼；其中硼酸與氟磺酸的重量分數(shù)比為1:2-4。本發(fā)明的制備方法工藝合理，制作簡單，是三氟化硼制備的最簡便理想技術(shù)。
文檔編號C01B35/06GK102515191SQ20111042340
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者李中元 申請人:天津市泰亨氣體有限公司