成與儲(chǔ)備工序。
[0025]所述原料NH3中NH3的質(zhì)量百分含量彡99.8%，水的質(zhì)量百分含量彡0.008%，優(yōu)選彡0.005% ;原料HF中HF的質(zhì)量百分含量彡99.9%，水的質(zhì)量百分含量彡0.008%，優(yōu)選彡 0.005% ο
[0026]所述電解液為NH4F.xHF熔融鹽，HF與NH4F摩爾比例x為I?2 ;
[0027]電解液補(bǔ)加速率為10kg/1000A.h ?100kg/1000A.h，優(yōu)選為 14kg/1000A.h ?50kg/1000A *h，補(bǔ)加速率過(guò)小會(huì)導(dǎo)致液位上漲不足，最終停止即3電解；補(bǔ)加速率過(guò)快會(huì)導(dǎo)致以下問題:1)電解槽底部的電解渣會(huì)被攪入電解槽中，導(dǎo)致電解電流下降；2)會(huì)有部分H2從電解槽的陰極區(qū)被帶入陽(yáng)極區(qū)，導(dǎo)致電解槽存在爆響的潛在危險(xiǎn)。
[0028]電解電流為50mA.αιΓ2?150mA.αιΓ2，電解電壓為5.5V?8V，電解溫度為80°C?140。。。
[0029]電解槽現(xiàn)有熔融鹽電解法制備NF3氣體所用的裙板式電解槽，陽(yáng)極為鎳或碳板，陰極為鎳、碳板或鐵，所述電解槽可采用碳鋼、不銹鋼、鎳、鎳合金、氟系樹脂或襯氟材質(zhì)加工而成，量程可在500A?10000A之間。
[0030]有益效果
[0031]1.本發(fā)明提供了一種制備三氟化氮?dú)怏w的裝置，所述裝置利用自動(dòng)化控制系統(tǒng)和自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備可實(shí)現(xiàn)電解液合成作業(yè)自動(dòng)化和補(bǔ)加作業(yè)自動(dòng)化，從而減少人工高溫有毒作業(yè)；
[0032]2.本發(fā)明提供了一種制備三氟化氮?dú)怏w的裝置的應(yīng)用，通過(guò)控制原料HF和順3中的水含量，制備成無(wú)水電解液，可取消停機(jī)作業(yè)和除水作業(yè)，而在電解運(yùn)行中直接補(bǔ)加至電解槽，實(shí)現(xiàn)連續(xù)電解，提升電解槽的電解效率。
【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1為實(shí)施例中一種制備三氟化氮?dú)怏w的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]其中:I—NH3儲(chǔ)罐，2—HF儲(chǔ)罐，3—NH 3儲(chǔ)罐汽化器，4—HF儲(chǔ)罐汽化器，5—NH 3儲(chǔ)罐自動(dòng)閥門，6—HF儲(chǔ)罐自動(dòng)閥門，7—NH3儲(chǔ)罐流量計(jì)，8—HF儲(chǔ)罐流量計(jì)，9—N 2罐，10—N 2鍾壓力表，11 一自動(dòng)化控制系統(tǒng)，12一Ν2??!自動(dòng)閥門Α，13一N2鍾自動(dòng)閥門B，14一自動(dòng)閥門Α，15—反應(yīng)釜，16—儲(chǔ)料槽，17—儲(chǔ)料槽液位計(jì)，18—自動(dòng)閥門B，19一流量計(jì)，20—電解槽，21—電解槽液位計(jì)
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖1對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0036]比較例2、3和實(shí)施例1?3中所用的一種制備三氟化氮?dú)怏w的裝置如下:
[0037]所述裝置主要由電解液合成系統(tǒng)、電解液存儲(chǔ)系統(tǒng)、電解系統(tǒng)、掃氮系統(tǒng)和自動(dòng)化控制系統(tǒng)11組成。
[0038]其中，電解液合成系統(tǒng)主要包括順3儲(chǔ)罐1、HF儲(chǔ)罐2、NH 3儲(chǔ)罐汽化器3、HF儲(chǔ)罐汽化器4、NH3儲(chǔ)罐自動(dòng)閥門5、HF儲(chǔ)罐自動(dòng)閥門6、NH 3儲(chǔ)罐流量計(jì)7、HF儲(chǔ)罐流量計(jì)8和反應(yīng)釜15。
[0039]電解液存儲(chǔ)系統(tǒng)主要包括儲(chǔ)料槽16、自動(dòng)閥門A 14、自動(dòng)閥門B 18、儲(chǔ)料槽液位計(jì)17和流量計(jì)19。
[0040]電解系統(tǒng)主要包括電解槽20和電解槽液位計(jì)21。
[0041]掃氮系統(tǒng)主要包括隊(duì)罐9、1罐壓力表10、N2罐自動(dòng)閥門A 12和N2罐自動(dòng)閥門B 13ο
[0042]以上所述系統(tǒng)及其組成部分之間的連接關(guān)系如下:ΝΗ3儲(chǔ)罐1、NH 3儲(chǔ)罐汽化器3、NH3儲(chǔ)罐自動(dòng)閥門5和NH 3儲(chǔ)罐流量計(jì)7依次通過(guò)管路與反應(yīng)釜15連接；HF儲(chǔ)罐2、HF儲(chǔ)罐汽化器4、HF儲(chǔ)罐自動(dòng)閥門6和HF儲(chǔ)罐流量計(jì)8依次通過(guò)管路與反應(yīng)釜15連接。儲(chǔ)料槽16與反應(yīng)釜15通過(guò)管路連接，管路上設(shè)有自動(dòng)閥門A 14，儲(chǔ)料槽16與電解槽20通過(guò)管路連接，管路上設(shè)有自動(dòng)閥門B 18，自動(dòng)閥門B 18與電解槽20之間的管路上設(shè)有流量計(jì)19，儲(chǔ)料槽液位計(jì)17與儲(chǔ)料槽16通過(guò)管路連接。電解槽20和電解槽液位計(jì)21通過(guò)管路連接。隊(duì)罐9與N 2罐壓力表10通過(guò)管路連接后，分為兩條支路，一條支路上通過(guò)管路與隊(duì)罐自動(dòng)閥門A 12和反應(yīng)釜15依次連接，另一條支路通過(guò)管路與N 2罐自動(dòng)閥門B 13和儲(chǔ)料槽16依次連接。
[0043]采用氣相色譜儀分析電解時(shí)陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體。
[0044]比較例I
[0045]采用電解槽20規(guī)格為量程為1000A的裙板式碳鋼電解槽20電解制備NF3氣體，所述電解槽20的電解液液位最高為550mm，最低液位為450mm，陽(yáng)極和陰極均為鎳板，HF和順3按2.7:1的摩爾比在1200L，最高液位為700mm，最低液位為10mm的鎳制儲(chǔ)料槽16中調(diào)制成NH4F.1.7HF熔融鹽，原料HF中水的質(zhì)量百分含量彡0.0I %，原料NH3中水的質(zhì)量百分含量多0.08%。利用人工將電解液加入所述電解槽20后，開始電解，電解溫度為120°C。
[0046]所述電解槽20電解流程如下:1)在電壓為5.5V條件下電解除水50h，測(cè)量陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體，NF3的體積百分含量為25%，H2的體積百分含量為3.5%，由于當(dāng)H2的體積百分含量為< 2%時(shí)才能安全收集陽(yáng)極產(chǎn)生NF3氣體，因此繼續(xù)電解除水至100h，測(cè)量陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體，NF3的體積百分含量為45%，H2的體積百分含量為0.4%，此時(shí)可進(jìn)入收集階段；2)提升電壓至7V繼續(xù)電解，電解電流為82mA.cm_2，收集NF3氣體，直至電解液液位低于所述電解槽20最低液位；3)停止電解，人工補(bǔ)加電解液，具體步驟如下:拆除電解槽20中陽(yáng)極和陰極與收集管的連接管，安裝陽(yáng)極和陰極與放空管的連接管，開啟掃氮，時(shí)間為4h，從電解液入口補(bǔ)加電解液，整個(gè)作業(yè)時(shí)間為6h ;4)補(bǔ)加好電解液后，在電壓為5.5V條件下進(jìn)行電解除水直至測(cè)量陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體中4的體積百分含量為<2%，時(shí)間為24h ;5)重復(fù)步驟
2)?4)，直至電解進(jìn)行90天，電解電流降低30%，陽(yáng)極工作壽命到期，電解槽20運(yùn)行到期。
[0047]所述電解槽20電解期間，電解除水和人工補(bǔ)加電解液所用時(shí)間占總運(yùn)行周期的15%，即NF3有效生產(chǎn)時(shí)間占總運(yùn)行周期的85%。
[0048]比較例2
[0049]本比較例中一種制備NF3氣體的裝置的反應(yīng)釜15采用1500L鎳制反應(yīng)釜15 ;儲(chǔ)料槽16和電解槽20同比較例I。
[0050]所述裝置的應(yīng)用步驟如下:
[0051](I)電解液合成和儲(chǔ)備
[0052]由自動(dòng)化控制系統(tǒng)11發(fā)出信號(hào)控制順3儲(chǔ)罐自動(dòng)閥門5和HF儲(chǔ)罐自動(dòng)閥門6打開，反應(yīng)原料順3和HF分別從NH 3儲(chǔ)罐I和HF儲(chǔ)罐2進(jìn)入反應(yīng)釜15，NH 3儲(chǔ)罐流量計(jì)7和HF儲(chǔ)罐流量計(jì)8分別調(diào)節(jié)順3和HF的流量至220L/min和545L/min ；當(dāng)NH 3儲(chǔ)罐流量計(jì)7和HF儲(chǔ)罐流量計(jì)8分別檢測(cè)到順3和HF累積流量達(dá)到3.62 X 10 5L和8.96 X 15L時(shí)，發(fā)出信號(hào)給自動(dòng)化控制系統(tǒng)11，收到信號(hào)后，自動(dòng)化控制系統(tǒng)11發(fā)出信號(hào)控制NH3儲(chǔ)罐自動(dòng)閥門5和HF儲(chǔ)罐自動(dòng)閥門6關(guān)閉，順3和HF停止進(jìn)入反應(yīng)釜15 ;在反應(yīng)釜15中NH 3氣和HF氣反應(yīng)生成NH4F.1.7HF電解液；
[0053]反應(yīng)結(jié)束后，自動(dòng)化控制系統(tǒng)11發(fā)出信號(hào)控制N2罐自動(dòng)閥門A.12和自動(dòng)閥門A.14打開，控制隊(duì)罐壓力表10調(diào)整N 2壓力，通過(guò)將N 2壓入反應(yīng)釜15使反應(yīng)釜15中的電解液進(jìn)入儲(chǔ)料槽16，當(dāng)儲(chǔ)料槽液位計(jì)17顯示數(shù)值為700mm時(shí)，給自動(dòng)化控制系統(tǒng)11發(fā)出信號(hào)，收到信號(hào)后，自動(dòng)化控制系統(tǒng)11發(fā)出信號(hào)控制N2罐自動(dòng)閥門A 12和自動(dòng)閥門A 14關(guān)閉，隊(duì)停止進(jìn)入反應(yīng)釜15，電解液停止進(jìn)入儲(chǔ)料槽16。
[0054]所述原料HF中水的質(zhì)量百分含量多0.01%，原料NH3中水的質(zhì)量百分含量彡 0.08%。
[0055](2) NF3電解和補(bǔ)加
[0056]自動(dòng)化控制系統(tǒng)11發(fā)出信號(hào)控制凡罐自動(dòng)閥門B13和自動(dòng)閥門B 18打開，控制隊(duì)罐壓力表