本发明涉及一种检测三氟化硼原料气中氟化氢含量的方法及装置。
背景技术：
：三氟化硼（化学式为BF3）是一种无机化合物，室温下为无色气体，在潮湿空气中发烟。工业级三氟化硼气体是一种无色有毒腐蚀性气体。现有技术中，三氟化硼的主要用途如下：(1)三氟化硼是有机合成和石油化工广泛应用的一种重要催化剂，在很多有机化学反应如烷基化、聚合、异构化、加工、缩合及分解等过程中都有广泛的应用；(2)高纯三氟化硼是电子、光纤工业的重要原材料之一，是半导体工艺中的重要掺杂源；也可以用于半导体器件和集成电路生产的离子注入和掺杂；(3)三氟化硼可以在焊接镁材时用作焊剂，其能防止镁及其合金在熔融铸造时发生氧化作用，也可作钢或其他金属表面硼化处理剂的组分，还用作铸钢的润滑剂等。现有技术中，制备三氟化硼的方法有多种，主要分为干法和湿法两类；其中，湿法主要包括萤石硼酐法、硼砂和液体氢氟酸反应的方法、硼酸与硫酸的混合物通氟化氢反应的方法等等。其中，硼酸与硫酸的混合物通氟化氢反应的方法应用较广，其主要反应式如下：。然而，无论哪种制备方法，其得到的三氟化硼原料气中都会含有大量的杂质，主要有二氧化硫、三氧化硫等硫化物，氟化氢，四氟化硅，氧气，氮气等等，导致三氟化硼的纯度较低，无法直接应用。此外，由于不同的制备方法得到的三氟化硼原料气中的杂质气体的含量差别非常大，因此在去除这些杂质气体时一般都需要测定杂质气体的含量，尤其是氟化氢的含量。因此，开发一种检测三氟化硼原料气中氟化氢含量的方法及相应的装置，显然是非常必要的。技术实现要素：本发明的发明目的是提供一种检测三氟化硼原料气中氟化氢含量的方法及装置。为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种检测三氟化硼原料气中氟化氢含量的方法，包括如下步骤：将三氟化硼原料气按质量分成等量的两份，称为第一三氟化硼原料气和第二三氟化硼原料气，分别进入第一测试流程和第二测试流程；按三氟化硼原料气的行进方向，所述第一测试流程依次包括吸附器、气液分离器和碱液吸收器；所述吸附器主要用于吸附氟化氢和三氟化硼，所述气液分离器用于将三氟化硼原料气中的氟化氢液化；所述碱液吸收器用于对三氟化硼原料气中剩余的氟化氢进行吸收检测；依次称量三氟化硼原料气通入前后的吸附器、气液分离器和碱液吸收器的质量差，分别记为△m1、△m2和△m3；通入的三氟化硼原料气的质量为m；按三氟化硼原料气的行进方向，所述第二测试流程依次包括气液分离器和碱液吸收器；所述气液分离器用于将三氟化硼原料气中的氟化氢液化；所述碱液吸收器用于对三氟化硼原料气中剩余的氟化氢进行吸收检测；依次称量三氟化硼原料气通入前后的气液分离器和碱液吸收器的质量差，分别记为△m4和△m5；然后按照如下公式计算，即可得到三氟化硼原料气中氟化氢的含量w为：w=1-[（△m4+△m5）-（△m1+△m2+△m3）]/m。上文中，所述第一测试流程和第二测试流程的差别就在于有没有采用吸附器，所述吸附器主要用于吸附氟化氢和三氟化硼。所述气液分离器用于将三氟化硼原料气中的氟化氢液化，从而将一部分氟化氢其从三氟化硼原料气中剥离出来。为了液化氟化氢，需要将气液分离器中温度控制在-80~-70℃左右，可以将气液分离器置于冷冻罐中，冷冻罐内部装填干冰与乙醇混合液。这是因为在1bar下三氟化硼的液化温度为-99℃，在3bar下三氟化硼的液化温度为-82℃；而氟化氢的液化温度为20℃，因此，在1~3bar下，将气液分离器中温度控制在-80~-70℃左右即可。经过气液分离器出来的原料气中氟化氢的量已经很少了，为了保障后续原料气中氟化氢被完全吸收，再采用碱液吸收器对三氟化硼原料气中剩余的氟化氢进行吸收检测。上述技术方案中，所述第一测试流程中的碱液吸收器由1个或多个碱液吸收器串联构成。从而保证在此步骤中，氟化氢气体可以被完全吸收。相应的，吸附器、气液分离器也可以采用多个设备串联构成，以保证在此步骤中，相应的气体可以被完全吸收。上述技术方案中，所述第一测试流程和第二测试流程中的碱液吸收器均为饱和碳酸氢钠吸收器。上述技术方案中，所述第二测试流程中的碱液吸收器由1个或多个碱液吸收器串联构成。从而保证在此步骤中，氟化氢气体可以被完全吸收。相应的，吸附器、气液分离器也可以采用多个设备串联构成，以保证在此步骤中，相应的气体可以被完全吸收。本发明同时请求保护一种检测三氟化硼原料气中氟化氢含量的装置，包括第一测试流程和第二测试流程；按三氟化硼原料气的行进方向，所述第一测试流程依次包括吸附器、气液分离器和碱液吸收器；所述吸附器主要用于吸附氟化氢和三氟化硼，所述气液分离器用于将三氟化硼原料气中的氟化氢液化；所述碱液吸收器用于对三氟化硼原料气中剩余的氟化氢进行吸收检测；按三氟化硼原料气的行进方向，所述第二测试流程依次包括气液分离器和碱液吸收器；所述气液分离器用于将三氟化硼原料气中的氟化氢液化；所述碱液吸收器用于对三氟化硼原料气中剩余的氟化氢进行吸收检测。上述技术方案中，所述第一测试流程中的碱液吸收器由1个或多个碱液吸收器串联构成。上述技术方案中，所述第一测试流程和第二测试流程中的碱液吸收器均为饱和碳酸氢钠吸收器。上述技术方案中，所述第二测试流程中的碱液吸收器由1个或多个碱液吸收器串联构成。上述技术方案中，还包括三氟化硼原料气钢瓶。上述技术方案中，所述三氟化硼原料气钢瓶的出口处设有减压阀。所述减压阀为0~15MPa压力控制三氟化硼专业减压阀。此外，为了测试原料气的流量，可以采用玻璃转子流量计。例如，可以采用0~6L/H流速玻璃转子流量计。由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：1．本发明开发了一种新的检测三氟化硼原料气中氟化氢含量的方法，试验证明，本发明的方法可以准确地测量三氟化硼络合物生产过程中三氟化硼尾气的氟化氢含量，具有良好的判定性能，取得了显著的效果；2.本发明先采用气液分离器将原料气中的部分氟化氢液化剥离出去，不仅提高了原料气中氟化氢测量的准确度，而且还可以避免氟化氢对后续设备的腐蚀，具有积极的现实意义；3.本发明在气液分离器的基础上添加了饱和碳酸氢钠吸收器，可以在气液分离的基础上对原料气中氟化氢余气进行再次吸收检测，因而具有良好的开发提纯空间；4.本发明的检测装置的检测效率高、简单易懂，而且易于操作、成本较低，适于推广应用。附图说明图1是本发明实施例一的装置流程图。其中：1、吸附器；2、气液分离器；3、一号碱液吸收器；4、二号碱液吸收器；5、气液分离器；6、三号碱液吸收器；7、四号碱液吸收器；8三氟化硼原料气钢瓶。具体实施方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：实施例一：参见附图1所示，一种检测三氟化硼原料气中氟化氢含量的装置，包括第一测试流程和第二测试流程；按三氟化硼原料气的行进方向，所述第一测试流程依次包括吸附器1、气液分离器2和两个碱液吸收器（分别称为一号碱液吸收器3和二号碱液吸收器4）；所述吸附器主要用于吸附氟化氢和三氟化硼，所述气液分离器用于将三氟化硼原料气中的氟化氢液化；所述碱液吸收器用于对三氟化硼原料气中剩余的氟化氢进行吸收检测；按三氟化硼原料气的行进方向，所述第二测试流程依次包括气液分离器5和两个碱液吸收器（分别称为三号碱液吸收器6和四号碱液吸收器7）；所述气液分离器用于将三氟化硼原料气中的氟化氢液化；所述碱液吸收器用于对三氟化硼原料气中剩余的氟化氢进行吸收检测。所述第一测试流程和第二测试流程中的碱液吸收器均为饱和碳酸氢钠吸收器。还包括三氟化硼原料气钢瓶8。所述三氟化硼原料气钢瓶的出口处设有减压阀。上述装置的工作流程包括如下步骤：(1)将富含三氟化硼原料气钢瓶中出来的原料气经过减压阀减压至0.15MPa后，通过连接的三通阀分别引入两组分析试验设备（即第一测试流程和第二测试流程）中，在三通阀后装有玻璃转子流量计，分别控制其导入的气量流速，以计算气引入的总气量；(2)一组连接到吸附器，此吸附器中填装有氟化钠粉末吸附剂，以吸附原料气中氟化氢气体，吸附实验前需对吸附器设备进行真空处理，待填装吸附剂后对吸附器用高纯氮气进行置换处理，待置换处理后进行试验；经过吸附器的吸附后的原料气体进入置于冷冻罐中的气液分离器，液化原料气中剩余部分的氟化氢气体，冷冻罐中的冷冻液为干冰与乙醇的混合配比溶液；将冷冻后的气体通过管道与碱液吸收器连接，碱液吸收器采用两级串联形式，吸收原料气中剩余未冷冻的氟化氢气体，用于滴定实验；依次称量在第一测试流程中，三氟化硼原料气通入前后的吸附器、气液分离器和两个碱液吸收器的质量差，分别记为△m1、△m2和△m3、△m4；通入的三氟化硼原料气的质量为m；(3)另一组直接进入置于冷冻罐中的另一个气液分离器，冷冻液化原料气体中的氟化氢气体，两组冷冻实验同时进行且为同一的冷冻罐；将冷冻后的气体通过管道与碱液吸收器连接，碱液吸收器采用两级串联形式，吸收原料气中剩余未冷冻的氟化氢气体，用于滴定实验；依次称量在第二测试流程中，三氟化硼原料气通入前后的气液分离器和碱液吸收器的质量差，分别记为△m5和△m6、△m7；通过进行多组分析实验即可得到原料三氟化硼气体中各组分气体的含量值。上述技术方案中，所述步骤(1)中，所述玻璃转子流量计流速控制在60ml/min。所述冷冻罐中冷冻液温度在-80~-75℃，压力为1.5bar。然后按照如下公式计算，即可得到三氟化硼原料气中氟化氢的含量w为：w=1-[（△m5+△m6+△m7）-（△m1+△m2+△m3+△m4）]/m。检测结果如下表所示：名称实验前/kg实验后/kg实验差值/kg吸附器（m1）5.8225.8270.005气液分离器（m2）2.6812.8290.148气液分离器（m5）2.6633.3140.471三号吸收器（m6）10.37110.4090.038一号吸收器（m3）10.31510.3150二号吸收器（m4）10.53910.5990.060四号吸收器（m7）9.8389.8380原料钢瓶气（m）49.71149.2500.461实验是直接运用称量法计算氟化氢含量的，根据上述计算公式，可得出：氟化氢含量w=16.53%。重复上述实验，测试多组数据，然后取平均值，得出原料气中氟化氢的含量w=13.5625%。为了验证本发明方法的准确性，将原料气通过色谱、ICP-MC与水分仪测定。得到氟化氢含量约为14%左右。说明本发明的方法可以准确地测量三氟化硼络合物生产过程中三氟化硼尾气的氟化氢含量，具有良好的判定性能。当前第1页1 2 3