CH497338A - Verfahren zur Herstellung von hochgradig reinem Schwefelhexafluorid - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren zur Herstellung von hochgradig reinem Schwefelhexafluorid
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hersteliung von hochgradig reinem Schwefelhexafluorid aus den entsprechenden Elementen.



   Die Verwendung von Schwefelhexafluorid als isolierendes Gas bei Hochspannungsleistungsschaltern, Transformatoren und in Radar- und anderen elektronischen Anlagen ist aufgrund seiner besonderen elektrischen Eigenschaften   weitgehend    bekannt.



   Um Schwefelhexafluorid für solche Anwendungszwecke verwenden zu können, muss es einen hohen Reinheitsgrad besitzen, Schwefelhexafluorid, das nach den bekannten Syntheseverfahren erhalten wird, enthält stets eine   hochprozentige    Verunreinigung und muss daher einer sehr scharfen Reinigung unterworfen werden, um den gestellten Anforderungen zu genügen. Die Reinigung dieses Produkts stellt ein ziemlich umständliches Verfahren dar. da mehrere Verfahrensstufen erforderlich sind. von denen ein Teil bei hoher Temperatur durchgeführt werden muss. Infolgedessen wird der Preis für das Fertigprodukt beträchtlich erhöht.



   Nach dem bekannten Verfahren wird Schwefelhexafluorid dadurch erhalten, dass man in einem kontinuierlichen Prozess einen Strom gasförmiges Fluor auf eine Oberfläche von geschmolzenem Schwefel führt. Das auf diese Weise erhaltene Produkt enthält einen hohen Prozentsatz an Verunreinigungen, der einen Wert von   20%    erreichen kann.



   Als häufigste Verunreinigungen im Produkt niederwertige Schwefelfluoride, z. B. SF4,   SeFlo      SF.2    oder   S.F    auf.



   Ausserdem werden mit dem aus dem Reaktor ausströmenden-   gasförmigen    Schwefelhexafluorid auch andere Verbindungen. insbesondere nicht umgesetztes Fluor und   Fluorwasserstoffsäure,    ferner Schwefelteilchen oder Schwefeldämpfe mitgeschleppt.



   Aus der Gegenwart von Fluoriden von niedrigerer Wertigkeit und nicht umgesetztem Fluor im Endprodukt kann geschlossen werden, dass das auf dem flüssigen Schwefel entstandene Schwefelhexafluorid eine Schicht bildet, die eine innigere Berührung des Fluors mit dem Schwefel verhindert. Infolgedessen kommt das Fluor mit dem geschmoizenen Schwefel nicht mehr genügend in Berührung und die Umsetzung erreicht den gewünschten Grad nicht mehr.



   Um so erhaltenes Schwefelhexafluorid für die vorstehend angegebenen Zwecke verwenden zu können, ist es notwendig. es den erforderlichen Reinigungsverfahren zu unterwerfen. Dazu gehören das Waschen mit entlüftetem Wasser und einer alkalischen Hydrolysephase, um die niederwertigen   Schwefel fluoride,    HF, Fluor und den   nglicherweise    mitgeschleppten Schwefel zu entfernen, ferner die   pyrolytische    Spaltung von   S2Flo    und anderer, nicht hydrolysierbarer oder wasserlöslicher Verbindungen oder von Verbindungen, die in jedem Fall durch die vorhergehenden Phasen nicht entfernt werden können, eine weitere alkalische Waschung und das anschliessende Trocknen.



   Von den vorstehenden angeführten Reinigungsverfahren weist die Pyrolyse die grössten Schwierigkeiten und die meisten Nachteile auf, hauptsächlich aufgrund der erforderlichen hohen Temperaturen (etwa 4000 C).



  Infolgedessen findet neben der Zunahme der Korrosionserscheinung in der Anlage auch eine teilweise Zersetzung des   SF    neben einer Krackung der Verunreinigungen statt Dadurch wird die schliessliche Ausbeute an   SF6    herabgesetzt und die Menge der korrosiven Produkte erhöht.



   Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von   SFG    mit hoher Reinheit und hoher Ausbeute in industriellen Massstab unter Vereinfachung der Reinigungsverfahren des Produktes, insbesondere durch Vermeidung der Krackphase.



   Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von hochgradig reinem Schwefelhexafluorid in hoher Ausbeute durch Umsetzung von geschmolzenem Schwefel mit gasförmigem Fluor, ist nun dadurch gekennzeichnet. dass man die Reaktionsteilnehmer in einen ein praktisch vertikal verlaufendes Rohrbündel enthaltenden Reaktor einführt, so dass der Schwefel in sehr dünner Schicht entlang den Innenwänden der Rohre fliesst und sich mit dem Fluor umsetzt, das erhaltene Schwefelhexa  fluorid alkalisch wäscht, trocknet und zur Abtrennung von restlichen Verunreinigungen durch Adsorber führt.



   Bei der Umsetzung wird die Kontaktfläche zwischen Schwefel und Fluor durch die strömende Bewegung beider Reaktionskomponenten kontinuierlich erneuert, so dass die Bildung einer dicken Schicht aus Schwefelhexafluorid auf der Oberfläche des Schwefels. die die Umsetzung stören würde, verhindert wird.



   Das auf diese Weise erhaltene Rohprodukt besteht fast vollständig aus Schwefelhexafluorid und enthält nur kleine Mengen an Fluor und niederwertigen Schwefelfluoriden, die leicht entfernbar sind. Die Pyrolysephase, die im allgemeinen einen der Hauptnachteile der Reinigungsphase darstellt, wird auf diese Weise überflüssig.



  Tatsächlich können   S-Flo    und andere Verunreinigungen, die durch den alkalischen Waschvorgang unverändert bleiben, durch Absorption mittels Molekularsieben oder Aktivkohle bei Raumtemperatur wirksam entfernt werden.



   Auf diese Weise werden neben einer beachtlichen Einsparung an Energie gegenüber dem bisher bekannten   pyrolitischen    bei 4000 C durchgeführten Trennungsverfahren auch alle mit den Korrosionserscheinungen verbundenen Nachteile   vcrmieden.   



   Durch die Wirkung der Adsorption mittels Molekularsieben oder Aktivkohle wird ferner vorteilhafterweisc ein weiteres alkalisches Waschen, das zur Entfernung der Krackprodukte erforderlich   wärc.    und das nachfolgende Trocknen vermieden.



   Ein weiterer   Vortcil,    der durch das   erfindungsgemässe    Verfahren erzielt wird. besteht in der Vereinfachung der Anlage. In Anschluss an den Adsorber ist ausser dem Kondensator für Schwefelhexafluorid keine andere Vorrichtung erforderlich. Die Umsetzung kann in einem Reaktor durchgeführt werden, wie er beispielsweise in der Fig. 1 angegeben ist, während Fig. 2 vollständiges Fliessschema zur Herstellung und Reinigung des Schwefelhexafluorids darstellt. In Fig. 1 ist 1 der Tank, der aus einem gegenüber Fluor und sulfurierten Verbindungen beständigen Material besteht und mit Schwefel gefüllt wird. welcher nach Schmelzung durch die Pumpe   2    in den Tank 3 gepumpt wird.



   Aus dem Tank 3 fliesst der Schwefel in den Reaktionsrohren, deren Grösse und Anzahl von der Strö   mungsgeschwind igkeit    des Gases abhängt, abwärts. Die Temperatur wird bei einem solchen Wert gehalten, dass der geschmolzene Zustand des Schwefels gesichert wird.



  Im allgemeinen arbeitet man bei etwa 1500 C.



   Durch die Zuführungsleitung 4, die unmittelbar mit der fluorerzeugenden Anlage verbunden ist, wird das gasförmige Fluor eingeführt, das über dem Schwefel entlang den Wänden der Reaktionsrohre fliesst, wobei Schwefelhexafluorid gebildet wird. Der Reaktor wird durch einen Saugventilator 8 (siehe Fig. 2) der sich unterhalb der Waschkolonne 7 befindet, unter Saugwirkung gehalten. Ein gleitender Behälter oder eine Glocke 5 dient zum Druckausgleich (pneumatische Wanne) und hat den Zweck. die Nachteile zu beseitigen, die aufgrund möglicher Unregelmässigkeiten bei der Fluorproduktion entstehen können, indem innerhalb der Fluorzelle selbst ein maximaler Druck von einigen mm Wasser aufrecht erhalten wird.



   Die Reaktionsgase werden durch ein Rohr 6, welches die hydraulische Verschlussglocke 7 verlässt, in eine mit alkalischer Spülung arbeitende Hydrolysekolonne 8 geführt, wo sie mit einer wässrigen alkalischen Lösung behandelt werden, die eine Konzentration von etwa 30% KOH oder NaOH haben.



   An dieser Stelle werden alle wasserlöslichen oder hydrolysierbaren Verunreinigungen (HF,   Kl..,    SF4,   S2F,      SF5    und möglicherweise andere) durch Alkali zusammen mit gegebenenfalls mitgeschlepptem Schwefel abgetrennt.



  Nach Trocknen in der Kolonne 10 enthält der Gasstrom praktisch noch das gesamte   S..F10,    das anfänglich in den Reaktionsgasen zusammen mit anderen Verunreinigungen vorhanden war, die durch das alkalische Waschen gebunden wurden.



   Die Entfernung von   S..F0    und der restlichen Verunreinigungen wird durch Adsorption mittels Molekularsieben oder an Aktivkohle im Adsorber 11 bewirkt.



   Das dem Adsorber entströmende Gas ist frei von Verunreinigungen und enthält praktisch nur SF,; zusam   men    mit minimalen Mengen inerter Stoffe, wie Luft oder CF4. der im Adsorber durch Umsetzung von Fluor mit Kohlenstoff gebildet wird. Das Gas wird dann zur Kondensation und Lagerung in den Tank 12 geführt.



   Beispiel   1   
Unter Bezugsnahme auf Fig. 1 wird ein Reaktor verwendet. der aus 12 Monel-Rohren mit einem Innendurchmesser von 20 mm und einer Länge von 1500 mm besteht.



   Aus dem Gefäss 1 wird geschmolzener Schwefel in das Gefäss 3 durch die Pumpe 2 gepumpt, wobei die Fliessgeschwindigkeit des letzteren so reguliert wird, dass auf den Innenwänden der Rohre des Reaktors eine Schicht aus geschmolzenem Schwefel von etwa 2 mm Stärke aufrecht erhalten wird. Durch die Fluorzelle, die bei   1500 Amp/Std.    arbeitet, wird Fluor erzeugt und in Mengen von 585 1/Std., entsprechend 990 g/Std.. an Fluor, in den Fluoridator geführt.



   Im Reaktor wird die Temperatur dadurch bei etwa 140 bis 1500 C gehalten, indem man die Reaktionswärme durch Einführung von Wasserdampf in den Reaktormantel ableitet.



   Das dem Reaktor ausströmende Gas wird durch die alkalische Waschkolonne und dann durch die Trockenkolonne geführt. Die Reaktionsgase werden anschliessend in die mit Aktivkohle von geeigneter   Teilchengrösse    (Teilchen. die durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 4,7 bis 1.65 mm hindurchgehen) gefüllte Adsorptionskolonne geleitet, in der das Nebenprodukt   S.lFi    völlig gebunden wird. Am Auslassende der Adsorptionskolonne wird eine Strömungsgeschwindigkeit von   196 1/Std.    des Produkts gemessen, das 98 Vol.-%   SF,;    enthält, entsprechend   192 1/Std.    an   SF < ,    während der Rest aus inerten Stoffen, wie Luft oder   CF4    und Schwefelverbindungen in unmessbaren Mengen besteht. 

  Die Ausbeute an   SFG,    berechnet auf der Fluormenge, beträgt   98,47,    der Theorie.

 

   Beispiel 2
Ein ähnlicher Reaktor, wie in Beispiel 1, in dessen Rohren eine Schicht aus geschmolzenem Schwefel von etwa 2 mm aufrecht erhalten wird, wird mit dem in zwei elektrolytischen Zellen erzeugten Fluor, die jeweils mit 1500 Amp/Std. arbeiten, versorgt.



   In den Reaktor wurden insgesamt 1170 1/Std. an Fluor (1980 g/Std. an Fluor) eingeführt.



   Nach dem Verfahren des vorstehenden Beispiels wird am Auslass des aus Aktivkohle bestehenden Adsorbers eine Strömungsgeschwindigkeit von   392 1/Std.    des Produkts mit einem   SF,;-Gehalt    von 98,5% gemessen, entsprechend   386,11/Std.    an SF6, während der Rest aus  inerten Stoffen, wie Luft oder   CF4    und Schwefelverbindungen in unmessbaren Mengen besteht. Die Ausbeute, berechnet auf der Fluormenge, beträgt 99% der Theorie. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Verfahren zur Herstellung von hochgradig reinem Schwefelhexafluorid in hoher Ausbeute durch Umsetzung von geschmolzenem Schwefel mit gasförmigem Fluor, dadurch gekennzeichnet, dass man die Reaktionsteilnehmer in einen ein praktisch vertikal verlaufendes Rohrbündel enthaltenden Reaktor einführt, so dass der Schwefel in sehr dünner Schicht entlang den Innenwänden der Rohre fliesst und sich mit dem Fluor umsetzt, das erhaltene Schwefelhexafluorid alkalisch wäscht, trocknet und zur Abtrennung von restlichen Verunreinigungen durch Adsorber führt.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man die Reaktionsteilnehmer im Gleichstrom führt.

   2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man als Adsorber ein Molekularsieb oder Aktivkohle verwendet.