专利名称：一种制备高纯氧硫化碳气体的方法
技术领域：
本发明属于一种制备氧硫化碳气体的方法，具体涉及一种用硫酸和硫氰酸铵为原 料制备高纯氧硫化碳气体的方法。
背景技术：
氧硫化碳又名羰基硫或羰酰硫，它是合成硫代氨基甲酸酯类农药和杀虫剂的重要 原料，是一种重要的医药中间体和粮食熏蒸剂。近年来，高纯氧硫化碳被发现在集成电路刻蚀工艺中有特殊的功效，世界上最领 先的集成电路制造商已建立了以氧硫化碳为原料的芯片刻蚀生产线，并且该工艺有向所有 集成电路制造商扩散的趋势。制备氧硫化碳气体的方法有多种，常用的制备氧硫化碳气体的方法有干法合成和 湿法合成法。a、干法生产氧硫化碳是在无溶剂的条件下，单质硫的蒸汽与一氧化碳反应，其反 应式为C0+S (蒸汽)—C0S+33. 8kcal副反应C0+S2— C02+CS2H2+S2 — H2SC0+02 — CO2 ；随着反应温度的升高，CO转化率增高，但副反应也增加。b、湿法合成包括尿素法、硫氰酸钾法和硫氰酸铵法，反应方程式分别为CO (NH2) 2+CS2 — COSKCNS+H2S04 — COSNH4SCN+H2S04 — COS尿素法中二硫化碳比较难处理，而且给氧硫化碳的提纯带来很大的困难。硫氰酸 钾法中虽然含有少量杂质，但未反应的硫氰酸钾处理比较困难。硫酸氰铵法成本较高，且杂 质含量高于其它方法，难于得到纯度较高的产品。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中存在的缺陷而提出的，其目的是提供一种采用硫氰 酸铵与浓硫酸直接合成法生产氧硫化碳气体，经过碱洗、吸附和低温精馏，可以稳定地制备 出高纯氧硫化碳气体的方法。本发明的技术方案是一种制备高纯氧硫化碳气体的方法，包括以下步骤⑴合成反应原料罐中饱和的硫氰酸铵溶液与预热到30 70°C的硫酸在反应器内进行反应， 生成含有杂质的氧硫化碳气体，反应式为NH4SCN+H2S04+H20 — COS+ (NH4) 2S04中的温度控制在30 80°C，压力控制在0 0.3MPa。(ii)碱洗含有杂质的氧硫化碳气体通过管道和阀门进入第一缓冲罐中，经缓冲后连续进入 一次碱洗塔和二次碱洗塔中除去微量的硫化氢、二氧化碳等酸性杂质。碱洗液为氢氧化钠， 其浓度为20% 30%。(iii) 一次干燥经碱洗后从碱洗塔出来的氧硫化碳气体进入气液分离器去除夹带的水分。(vi) 二次干燥经一次干燥后从气液分离器出来的氧硫化碳气体连续进入一次吸附塔和二次吸 附塔进行二次干燥除水处理。(ν)精馏经二次干燥后从吸附塔出来的氧硫化碳气体通过管道进入精馏釜进行液化、收 集，精馏釜收集满氧硫化碳后停止收集；精馏釜升温，精馏釜中的气相部分通过精馏柱上升 到冷凝器中，上升的气相主要包括氢气、氧气等轻杂质和氧硫化碳气体，此气相部分在冷凝 器中被冷却到-60 -50°C，大部分氧硫化碳气体被液化变成下降液体流回精馏釜，而氮 气、氧气等轻杂质不能被液化，此部分杂质经过真空机组抽空后，通过管道排入废气处理系 统处理达标后再排放。冷凝器中通过管道出来的氧硫化碳气体经二次缓冲罐用隔膜压缩机充装在钢瓶 中，氧硫化碳产品纯度可达到99. 95 %。本发明具有设备简单、操作方便、设备运行安全和收率高等优点。
图1是本发明的制备高纯氧硫化碳气体的方法的工艺流程图。其中1原料罐3 管道5第一缓冲罐7 二次碱洗塔9 一次吸附塔11精馏釜13冷凝器15隔膜压缩机
具体实施例方式下面，结合附图和实施例对本发明的制备高纯氧硫化碳气体的方法进行详细说 明如图1所示，一种制备高纯氧硫化碳气体的方法，包括以下步骤⑴合成反应
2反应器 4阀门
6一次碱洗塔 8气液分离器 10 二次吸附塔 12精馏柱冷凝器 14第二缓冲罐 16真空机组
4
原料罐1中饱和的硫氰酸铵溶液与预热到30 70°C的硫酸在反应器2内进行反 应，生成含有杂质的氧硫化碳气体，反应式为NH4SCN+H2S04+H20 — COS+ (NH4) 2S04硫酸的浓度为50% 80%，反应器2中的温度控制在30 80°C，压力控制在0 0.3MPa。(ii)碱洗含有杂质的氧硫化碳气体通过管道3和阀门4进入第一缓冲罐5中，经缓冲后连 续进入一次碱洗塔6和二次碱洗塔7中除去微量的硫化氢、二氧化碳等酸性杂质。碱洗液 为氢氧化钠，其浓度为20% 30%，(iii) 一次干燥经碱洗后从碱洗塔7出来的氧硫化碳气体进入气液分离器8去除夹带的水分。(vi) 二次干燥经一次干燥后从气液分离器8出来的氧硫化碳气体连续进入一次吸附塔9和二次 吸附塔10进行二次干燥除水处理。(ν)精馏经二次干燥后从吸附塔10出来的氧硫化碳气体通过管道进入精馏釜11进行液 化、收集，精馏釜收集满氧硫化碳后停止收集；精馏釜升温，精馏釜中的气相部分通过精馏 柱12上升到冷凝器13中，上升的气相主要包括氢气、氧气等轻杂质和氧硫化碳气体，此气 相部分在冷凝器中被冷却到-60 -50°C，大部分氧硫化碳气体被液化变成下降液体流回 精馏釜，而氮气、氧气等轻杂质不能被液化，此部分杂质经过真空机组16抽空后，通过管道 排入废气处理系统处理达标后再排放。冷凝器中通过管道出来的氧硫化碳气体经二次缓冲罐14用隔膜压缩机15充装在 钢瓶中，氧硫化碳产品纯度可达到99. 95%。实施例1在反应器2内加入适量的、浓度为50%的硫酸，将反应器2抽空试漏后加热反应 器至70°C。向原料罐1中加入用15公斤硫氰酸铵配制的饱和溶液。打开反应器入口阀门 4硫氰酸铵饱和溶液通过管道3进入反应器开始与硫酸进行反应，此反应为间歇反应，通过 控制滴加硫氰酸铵的速度和反应间隔时间控制反应温度，温度控制在70 80°C之间。反应 物为含有杂质的氧硫化碳气体。分析反应器分析反应器出口气体组成，气体中含有少量氧气(O2)、氮气(N2) 二氧 化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、二硫化碳(CS2)、硫化氢(H2S)、水(H2O)、和氧硫化碳(COS)气体。含有杂质的氧硫化碳气体连续进入碱洗塔6和碱洗塔7进行碱洗，碱洗塔6碱液 浓度为20%;碱洗塔7出来的氧硫化碳气体进入气液分离器8进行气液分离；气液分离器8 出来的氧硫化碳气体连续进入吸附塔9和吸附塔10进行吸附；吸附塔10出来的氧硫化碳 气体通过管道和阀门进入精馏釜11进行液化、收集。精馏釜11收集3小时后停止收集。用热氮气对精馏釜11进行升温，温度控制在-40°C。随着精馏釜11内温度的升 高，氧硫化碳开始蒸馏汽化和上升，氧硫化碳气体通过精馏柱12进入冷凝器13。冷凝器13的操作温度在_50°C，氧硫化碳气体在冷凝器13中被液化成液体，下降 流回到精馏釜11。
冷凝器13中的氧气、氮气等轻杂质经过真空机组16后，通过管道排入废气处理系 统处理达标后再排放。轻杂质排放1小时后，冷凝器13中通过管道出来的氧硫化碳气体经二次缓冲罐14 用隔膜压缩机15充装在钢瓶中，4小时后获得氧硫化碳气体6. 5公斤，纯度达到99. 95%, 同时获得副产品二硫化碳0. 3公斤。实施例2在反应器2内加入适量的、浓度为65%的硫酸，将反应器2抽空试漏后加热反应 器至50°C。向原料罐1中加入用15公斤硫氰酸铵配制的饱和溶液。打开反应器入口阀门 4硫氰酸铵饱和溶液通过管道3进入反应器开始与硫酸进行反应，此反应为间歇反应，通过 控制滴加硫氰酸铵的速度和反应间隔时间控制反应温度，温度控制在50 60°C之间。反应 物为含有杂质的氧硫化碳气体。分析反应器分析反应器出口气体组成，气体中含有少量氧气(O2)、氮气(N2) 二氧 化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、二硫化碳(CS2)、硫化氢(H2S)、水(H2O)、和氧硫化碳(COS)气体。含有杂质的氧硫化碳气体连续进入碱洗塔6和碱洗塔7进行碱洗，碱洗塔6碱液 浓度为20%;碱洗塔7出来的氧硫化碳气体进入气液分离器8进行气液分离；气液分离器8 出来的氧硫化碳气体连续进入吸附塔9和吸附塔10进行吸附；吸附塔10出来的氧硫化碳 气体通过管道和阀门进入精馏釜11进行液化、收集。精馏釜11收集3小时后停止收集。用热氮气对精馏釜11进行升温，温度控制在-40°C。随着精馏釜11内温度的升 高，氧硫化碳开始蒸馏汽化和上升，氧硫化碳气体通过精馏柱12进入冷凝器13。冷凝器13的操作温度在_55°C，氧硫化碳气体在冷凝器13中被液化成液体，下降 流回到精馏釜11。冷凝器13中的氧气、氮气等轻杂质经过真空机组16后，通过管道排入废气处理系 统处理达标后再排放。轻杂质排放1小时后，冷凝器13中通过管道出来的氧硫化碳气体经二次缓冲罐14 用隔膜压缩机15充装在钢瓶中，4小时后获得氧硫化碳气体6. 6公斤，纯度达到99. 95%, 同时获得副产品二硫化碳0. 2公斤。实施例3在反应器2内加入适量的、浓度为80%的硫酸，将反应器2抽空试漏后加热反应 器至30°C。向原料罐1中加入用15公斤硫氰酸铵配制的饱和溶液。打开反应器入口阀门 4硫氰酸铵饱和溶液通过管道3进入反应器开始与硫酸进行反应，此反应为间歇反应，通过 控制滴加硫氰酸铵的速度和反应间隔时间控制反应温度，温度控制在30 40°C之间。反应 物为含有杂质的氧硫化碳气体。分析反应器分析反应器出口气体组成，气体中含有少量氧气(O2)、氮气(N2) 二氧 化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、二硫化碳(CS2)、硫化氢(H2S)、水(H2O)、和氧硫化碳(COS)气体。含有杂质的氧硫化碳气体连续进入碱洗塔6和碱洗塔7进行碱洗，碱洗塔6碱液 浓度为30%;碱洗塔7出来的氧硫化碳气体进入气液分离器8进行气液分离；气液分离器8 出来的氧硫化碳气体连续进入吸附塔9和吸附塔10进行吸附；吸附塔10出来的氧硫化碳 气体通过管道和阀门进入精馏釜11进行液化、收集。精馏釜11收集3. 5小时后停止收集。用热氮气对精馏釜11进行升温，温度控制在-40°C。随着精馏釜11内温度的升高，氧硫化碳开始蒸馏汽化和上升，氧硫化碳气体通过精馏柱12进入冷凝器13。冷凝器13的操作温度在_60°C，氧硫化碳气体在冷凝器13中被液化成液体，下降 流回到精馏釜11。冷凝器13中的氧气、氮气等轻杂质经过真空机组16后，通过管道排入废气处理系 统处理达标后再排放。轻杂质排放1小时10分钟后，冷凝器13中通过管道出来的氧硫化碳气体经二次 缓冲罐14用隔膜压缩机15充装在钢瓶中，3小时45分钟后获得氧硫化碳气体6. 3公斤，纯 度达到99. 95%，同时获得副产品二硫化碳0. 7公斤。本发明具有设备简单、操作方便、设备运行安全和收率高等优点。
权利要求
一种制备高纯氧硫化碳气体的方法，其特征在于包括以下步骤(i)合成反应原料罐(1)中饱和的硫氰酸铵溶液与预热到30～70℃的硫酸在反应器(2)内进行反应，生成含有杂质的氧硫化碳气体，反应式为NH4SCN+H2SO4+H2O→COS+(NH4)2SO4硫酸的浓度为50％～80％，反应器(2)中的温度控制在30～80℃，压力控制在0～0.3Mpa；(ii)碱洗含有杂质的氧硫化碳气体通过管道(3)和阀门(4)进入第一缓冲罐(5)中，经缓冲后连续进入一次碱洗塔(6)和二次碱洗塔(7)中进行碱洗除去微量的硫化氢、二氧化碳等酸性杂质，碱洗液为氢氧化钠，其浓度为20％～30％；(iii)一次干燥经碱洗后从碱洗塔(7)出来的氧硫化碳气体进入气液分离器(8)去除夹带的水分；(vi)二次干燥经一次干燥后从气液分离器(8)出来的氧硫化碳气体连续进入一次吸附塔(9)和二次吸附塔(10)进行二次干燥；(v)精馏经二次干燥后从吸附塔(10)出来的氧硫化碳气体通过管道进入精馏釜(11)进行液化、收集，精馏釜收集满氧硫化碳后停止收集；精馏釜升温，精馏釜中的气相部分通过精馏柱(12)上升到冷凝器(13)中，此气相部分在冷凝器中被冷却到 60～ 50℃。
全文摘要
本发明公开了一种制备高纯氧硫化碳气体的方法，包括以下步骤(i)合成反应将饱和的硫氰酸铵溶液与硫酸在反应器内进行反应，生成含有杂质的氧硫化碳气体；(ii)碱洗含有杂质的氧硫化碳气体连续进入一次碱洗塔和二次碱洗塔中除去微量的酸性杂质；(iii)一次干燥；(vi)二次干燥和(v)精馏。本发明具有设备简单、操作方便、设备运行安全和收率高等优点。
文档编号C01B31/26GK101973547SQ20101028730
公开日2011年2月16日 申请日期2010年9月20日 优先权日2010年9月20日
发明者侯姝, 张春芳, 王筠, 赵娜, 陈光华 申请人:核工业理化工程研究院华核新技术开发公司