一種氯化磷的制備方法技術

本發明專利技術提供一種氯化磷的制備方法，包括：（1）在惰性氣體保護下，五氧化二磷與還原劑于800?950℃條件下反應，反應產生的氣體冷卻至80?180℃得液態磷；（2）將液態磷與氯氣混合于100?150℃條件下在微通道反應器中反應60?600s，得三氯化磷氣體；（3）將三氯化磷氣體冷卻得三氯化磷。本發明專利技術的制備方法中單質磷即時制備和即時使用，解決了傳統工藝中使用黃磷原料存在不易儲存和運輸、使用危險大的問題；三氯化磷合成在100?150℃條件下進行，原料和產物比較容易分離，采用微通道反應器實現物料的瞬間均勻混合和高效的傳熱，解決了傳統工藝直接反應引起的劇烈放熱問題，反應條件溫和、安全可控，并且原料轉化率高，工藝收率高，適合工業化連續生產。

【技術實現步驟摘要】
一種氯化磷的制備方法
本專利技術涉及一種氯化磷的制備方法，屬于磷氯化物合成

技術介紹
氯化磷主要包括五氯化磷和三氯化磷，五氯化磷(PCl5)是最重要的磷氯化物之一，白色或淡黃色正方晶體，有刺激性氣味，162℃升華，并有部分分解。300℃全部分解成氯氣(Cl2)和三氯化磷(PCl3)。五氯化磷在水中分解成磷酸(H3PO4)和氯化氫(HCl)，產生白煙和特殊刺激性臭味，強烈刺激眼睛。五氯化磷一般在有機合成中用作氯化劑、催化劑，是生產醫藥、染料、化學纖維的原料之一，也是生產氯化磷腈、磷酰氯和六氟磷酸鋰的重要原料。而三氯化磷(PCl3)一般為合成五氯化磷的主要原料之一。目前，五氯化磷的生產大多以三氯化磷和氯氣反應制備而成的，三氯化磷一般采用黃磷和氯氣為原料反應制備而成。中國專利文獻CN108975293A公開了一種高純五氯化磷的合成方法，其中也公開了三氯化磷的制備方法。將熔融黃磷與氯氣在含有三氯化磷的反應釜中進行反應合成三氯化磷，經過結晶分離得到液體三氯化磷，經再向反應釜中通入氯氣反應合成五氯化磷固體，經離心分離和過濾得到五氯化磷固體，最后經過升溫將五氯化磷升華再冷卻凝結得到高純五氯化磷。黃磷是一種易燃易爆且劇毒的物質，黃磷的儲存和運輸應當采取非常嚴格的規范和標準，而且黃磷的使用也要異常的小心，否則會導致嚴重的工業事故；另外單質磷與氯氣反應時會放出大量的熱量，導致反應溫度難以控制，容易導致副產物的產生，給后續的反應和純化帶來影響。采用黃磷為原料的制備三氯化磷或五氯化磷的工藝，存在原料儲存運輸難、三氯化磷合成反應溫度難以控制等突出問題。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種氯化磷的制備方法，解決現有技術中黃磷原料儲存運輸難、三氯化磷合成反應溫度不易控制的技術問題。為了實現上述專利技術目的，本專利技術的一種氯化磷的制備方法采用如下技術方案：一種三氯化磷的制備方法，包括如下步驟：(1)在惰性氣體保護下，五氧化二磷與還原劑于800-950℃條件下反應，反應產生的氣體冷卻至80-180℃得液態磷；(2)將液態磷與氯氣混合于100-150℃條件下在微通道反應器中反應60-600s，得三氯化磷氣體；(3)將三氯化磷氣體冷卻得三氯化磷。本專利技術的制備方法中所涉及的化學反應方程式主要有：P2O5+5C→P2+5COP2+3Cl2→2PCl3本專利技術的制備方法，采用五氧化二磷為原料經還原反應制備單質磷，實現單質磷的即時制備和即時使用，解決了傳統工藝中使用黃磷原料存在不易儲存和運輸、使用危險大的問題；三氯化磷合成反應溫度控制在100-150℃，該溫度下磷呈液態，產物三氯化磷呈氣態，原料和產物比較容易分離，而且反應在微通道反應器中進行，實現物料的瞬間均勻混合和高效的傳熱，解決了傳統工藝直接反應引起的劇烈放熱問題，反應條件溫和、安全可控，并且原料轉化率高，工藝收率高，適合工業化連續生產。使用微通道反應器之前要采用惰性氣體置換反應器中的氣體。進一步優化的方案，步驟(2)中液態磷與氯氣的摩爾比為1:2.5-3。進一步優化的方案，步驟(2)反應中液態磷相對氯氣過量，反應后過量的液態磷循環使用。本專利技術的制備方法中，作為進一步改進的方案，五氧化二磷在于還原劑反應之前預熱至400～600℃，以氣態方式與還原劑混合反應；為了使五氧化二磷充分反應，還原劑的用量可以過量。進一步優化的方案，步驟(1)可以采用流化床進行還原反應，具體步驟包括：采用惰性氣體置換流化床中的氣體，五氧化二磷預熱汽化后通入預先裝有還原劑的流化床中進行反應，產生的氣體冷卻至80～180℃后，得到單質磷液體，不凝性外排氣體燃燒處理后排放。其中流化床可以采用立式流化床。本專利技術的制備方法中，還原劑可以優化選擇焦炭、無煙煤、廢舊鋰電池回收負極碳材料等，其用量為：五氧化二磷與還原劑的摩爾比為1:8-10。為了實現上述專利技術目的，本專利技術還提供了一種五氯化磷的制備方法，具體包括如下步驟：(1)在惰性氣體保護下，五氧化二磷與還原劑于800-950℃條件下反應，反應產生的氣體冷卻至80-180℃得液態磷；(2)將液態磷與氯氣混合于100-150℃條件下在微通道反應器中反應60-600s，得三氯化磷氣體；(3)將三氯化磷氣體與氯氣混合于180-250℃條件下反應，反應后冷卻得固體五氯化磷。本專利技術的制備方法中所涉及的化學反應方程式主要有：P2O5+5C→P2+5COP2+3Cl2→2PCl3PCl3+Cl2→PCl5作為進一步改進的方案，步驟(3)的五氯化磷合成反應可以在微通道反應器中進行的，反應時間為60-600秒，使用微通道反應器之前要采用惰性氣體置換反應器中的氣體。作為進一步改進的方案，三氯化磷氣體與氯氣的摩爾比為1:1-1.1，作為進一步改進的方案，冷卻后過量的不凝性氣體(主要為氯氣)可以返回循環使用。本專利技術所使用的氯氣可是直接購買，或者由液氯經濃硫酸洗滌/無水硫酸鎂/分子篩/無水氯化鈣/無水硫酸鈉等干燥后，汽化而得。本專利技術所使用的惰性氣體為高純氮氣、氬氣或氦氣等。附圖說明圖1是本專利技術的一種具體實施方式(三氯化磷制備)的工藝流程示意圖；圖2是本專利技術的一種具體實施方式(五氯化磷制備)的工藝流程示意圖。具體實施方式下面結合具體實施例對本專利技術作進一步說明。一、三氯化磷的制備方法的實施例三氯化磷制備方法的具體實施方式如圖1所示，具體結合以下實施例進行詳細說明。實施例1本實施例的連續制備三氯化磷的方法，如圖1，包括以下步驟：(1)用氮氣置換反應系統，將2kg的五氧化二磷預熱至450℃氣化，通入預先裝有8.45kg焦炭的流化床中進行反應，控制反應溫度為880℃，反應時間為1h，將反應后的氣體冷卻至80℃后得到單質磷液體0.861kg，不凝性外排氣體(主要為CO)燃燒處理后排放；(2)用氮氣置換反應系統，將步驟(1)中得到的液體單質磷和氯氣2.66kg同時通入一級微通道反應器，控制反應溫度130℃，反應時間為300s，未反應的單質磷返回循環利用；(3)反應后的三氯化磷氣體至常溫后得到3.4kg三氯化磷產品。實施例2本實施例的連續制備三氯化磷的方法，如圖1，包括以下步驟：(1)用氮氣置換反應系統，將1.8kg的五氧化二磷預熱至600℃氣化，通入預先裝有6.08kg焦炭的流化床中進行反應，控制反應溫度為950℃，反應時間為30min，將反應后的氣體冷卻至120℃后得到單質磷液體0.777kg，不凝性外排氣體(主要為CO)燃燒處理后排放；(2)用氮氣置換反應系統，將步驟(1)中得到的液體單質磷和氯氣2.23kg同時通入一級微通道反應器，控制反應溫度100℃，反應時間為600s，未反應的單質磷返回循環利用；(3)反應后的三氯化磷氣體至常溫后得到2.85kg三氯化磷產品。實施例3本實施本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種氯化磷的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：/n（1）在惰性氣體保護下，五氧化二磷與還原劑于800-950℃條件下反應，反應產生的氣體冷卻至80-180℃得液態磷；/n（2）將液態磷與氯氣混合于100-150℃條件下在微通道反應器中反應60-600s，得三氯化磷氣體；/n（3）將三氯化磷氣體冷卻得三氯化磷。/n

【技術特征摘要】
1.一種氯化磷的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：
（1）在惰性氣體保護下，五氧化二磷與還原劑于800-950℃條件下反應，反應產生的氣體冷卻至80-180℃得液態磷；
（2）將液態磷與氯氣混合于100-150℃條件下在微通道反應器中反應60-600s，得三氯化磷氣體；
（3）將三氯化磷氣體冷卻得三氯化磷。


2.根據權利要求1所述的氯化磷的制備方法，其特征在于，步驟（1）所述還原劑為焦炭、無煙煤、廢舊鋰電池回收負極碳材料中的一種或多種。


3.根據權利要求2所述的氯化磷的制備方法，其特征在于，所述五氧化二磷與還原劑的摩爾比為1:8-10。


4.根據權利要求1所述的氯化磷的制備方法，其特征在于...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李凌云，薛旭金，王建萍，劉海霞，李云峰，張小霞，楊華春，韓建軍，林立豐，
申請(專利權)人：多氟多化工股份有限公司，
類型：發明
國別省市：河南;41