專利名稱：硒化氫制備裝置和方法
砸化氫制備裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于精細(xì)化工特種氣體合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及半導(dǎo)體用電子氣硒化氫的制備技術(shù)，特別是涉及硒與氫直接反應(yīng)成硒化氫的裝置和エ藝方法。
背景技木硒化氫H2Se是可液化的有毒化學(xué)氣體，沸點_42°C，熔點_66°C。是制備紅外探測器PbSe、大功率激光器窗ロ ZnSe和薄膜太陽能電池CIGS的前體材料。因此，硒化氫是ー種重要的電子氣。硒化氫制備方法有幾種，主要的制備方法有兩種。其中之一是由硒化鋁與水反應(yīng)，生成硒化氫和氫氧化鋁。另ー種是由氫氣與元素硒在高溫下反應(yīng)，直接合成硒化氫。 H2Se合成反應(yīng)條件是在500-700 で H2+Se = = H2Se本發(fā)明專利屬于硒化氫直接合成法范疇。英國發(fā)明專利GB1508749 (1977年)報告了氫氣與硒合成硒化氫的技術(shù)方法。在一加熱不銹鋼反應(yīng)釜中，溫度維持500-700°C，元素Se被融化和汽化，H2通入液態(tài)Se中鼓泡并進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)釜上半部空間為氣相，反應(yīng)釜頂部有冷卻水，Se蒸汽冷凝回流，生成的H2Se氣體和未反應(yīng)的H2由導(dǎo)管引出反應(yīng)釜，導(dǎo)管上設(shè)置過濾器阻擋被夾帶的Se，H2Se/H2被導(dǎo)入ー不銹鋼冷凝釜，液氮作為冷源，液氮氣化的_198°C深冷溫度使H2Se冷凝和凍結(jié)，H2不凝被分離，凝結(jié)的H2Se隨冷源的逐步消減而逐漸汽化并產(chǎn)生壓力，此時，采用另ー受壓不銹鋼冷凝釜，作為H2Se的收集和充裝容器，同樣以液氮作為冷源，將H2Se重新收集并儲存起來。日本公開特許特開2007-246342(2007年)說明了氫氣與硒合成高純硒化氫的技術(shù)方法。其技術(shù)方法基本與GB1508749相同，也設(shè)置反應(yīng)釜和冷凝釜，反應(yīng)釜與冷凝釜前后相連，液氮作為冷凝釜收集H2Se產(chǎn)物的冷源。特開2007-246342與GB1508749所不同的是，特開2007-246342在反應(yīng)釜增加了ー個預(yù)處理過程。在預(yù)處理階段，物料Se在反應(yīng)釜加熱 到400°C以下，通入小量H2，少量雜質(zhì)元素形成低沸點汽化物質(zhì)(如H20、H2S等)被逸除而取得純化。然后物料Se再升到500-700°C汽化溫度，通入高純H2,繼續(xù)H2Se的制備過程，取得高純H2Se產(chǎn)品。兩項專利的技術(shù)方法，都是Se投到一反應(yīng)釜中，在500-700°C溫度范圍，H2氣通入液態(tài)Se中，生成H2Se, H2最高轉(zhuǎn)化率40%。GB1508749、特開2007-246342基本局限在原理性技術(shù)發(fā)明，疏略于產(chǎn)業(yè)性エ藝方法及設(shè)備配置，其結(jié)果，兩專利采用釜式鼓泡式反應(yīng)方式，反應(yīng)效率低下，有資源價值的未反應(yīng)游離H2未利用。釜式鼓泡式反應(yīng)方式反應(yīng)效率低下問題在于H2氣-Se液汽之間的有效反應(yīng)區(qū)僅限于H2氣-Se液汽有接觸的鼓泡區(qū)間，缺失反應(yīng)物間相互混合碰撞繼續(xù)反應(yīng)的物體依托，反應(yīng)釜內(nèi)上升氣流夾帶大量Se液滴不但起不到反應(yīng)物的作用，反而造成工作系統(tǒng)脈動性沖擊，影響反應(yīng)過程穩(wěn)定。由于反應(yīng)效率低下，供應(yīng)的H2氣氣量也就很小。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種硒化氫制備裝置和方法，側(cè)重于氫氣與硒直接合成硒化氫的產(chǎn)業(yè)性設(shè)備配置及エ藝方法的發(fā)明。本發(fā)明的一種硒化氫制備裝置，是由氫氣與硒直接合成硒化氫的制備裝置，含有硒液化汽化器、合成反應(yīng)器、硒冷凝分離器和硒化氫冷凝分離器，其特征在干硒液化汽化器5通有氫氣進(jìn)氣管路26，硒液化汽化器出口與合成反應(yīng)器入口連通，合成反應(yīng)器為填料 塔式反應(yīng)器8形式，填料塔式合成反應(yīng)器出口與硒冷凝分離器10入口連通，硒冷凝分離器的硒冷凝液回流ロ或與填料塔式合成反應(yīng)器8連通，或硒冷凝分離器的硒冷凝液回流ロ連通著硒冷凝液回流管路31，回流管路31與硒液化汽化器5連通，硒冷凝分離器10氣體出ロ連通著氫氣硒化氫混合氣體輸送管路32,氫氣硒化氫混合氣體輸送管路另一端與硒化氫冷凝分離器18連通，硒化氫冷凝分離器有ー連通的氫氣回流管路24。本發(fā)明裝置硒化氫冷凝分離器18連通的氫氣回流管路24連通到氫氣增壓機(jī)3吸入ロ，氫氣增壓機(jī)排出ロ的氫氣管路與原料氫氣供氣管路25合并為氫氣進(jìn)氣管路26，通入硒液化汽化器5，或氫氣增壓機(jī)排出ロ的氫氣管路單獨連通到硒液化汽化器。硒液化汽化器的熱狀態(tài)直接影響整個系統(tǒng)的實時狀態(tài)，因此對硒液化汽化器的熱狀態(tài)調(diào)控十分重要，本發(fā)明裝置硒液化汽化器的供熱體系一方面來自硒液化汽化器的外加熱器7，另ー方面來自氫氣進(jìn)氣管路的管外加熱器33，這個管外加熱器與硒液化汽化器的外加熱器相互起補(bǔ)充和協(xié)調(diào)作用。本發(fā)明裝置選用以填料塔的結(jié)構(gòu)形式作為合成反應(yīng)器，并選用靜態(tài)分散、靜態(tài)混合、表面系留和持液滯留性能好的材料作為填料9。填料9堆放于填料塔8內(nèi)，形成填料床層。本發(fā)明填料塔式合成反應(yīng)器雖然與化工填料吸收塔及觸媒固定床反應(yīng)器形式相同，但選擇填料的標(biāo)準(zhǔn)卻不盡相同。化工填料吸收塔是液體向下流動、氣體向上流動，相互在填料床層相遇，要求填料不同床層間堆疊均勻，持液量少；而本發(fā)明填料塔式合成反應(yīng)器則要求填料要有足夠的持液能力，堆疊可以不均勻。觸媒固定床反應(yīng)器填料是觸媒，觸媒填料是內(nèi)部孔隙特別豐富的丸粒，而本發(fā)明填料塔式合成反應(yīng)器如果使用這類觸媒丸粒作填料，則其內(nèi)部孔隙會全部被液體硒堵塞，而且是不會參加合成反應(yīng)的死體積。本發(fā)明填料塔式合成反應(yīng)器填料的適用材料應(yīng)具備以下特點填料層材料內(nèi)空氣容積與材料體積之比的空隙率高；填料層材料表面積與材料體積之比的比表面高；耐高溫、耐腐蝕；對液態(tài)汽態(tài)Se有一定的滯留性。例如蓬松堆積的玻璃纖維(蓬松堆積的玻璃纖維的空隙率94% 98%)、某些化工填料塔絲網(wǎng)填料和小ロ徑填料環(huán)等材料。本發(fā)明裝置內(nèi)各単元設(shè)備的配置方法可以有幾種(I)、硒液化汽化器出口與填料塔式合成反應(yīng)器入口連通，填料塔式合成反應(yīng)器出ロ與硒冷凝分離器入ロ連通，為直接貫通連接的。硒液化汽化器5-填料塔式合成反應(yīng)器8-硒冷凝分離器10為直連貫通設(shè)備組合，它們之間無需管路連接，相關(guān)連通管路全部省去(圖I)。硒液化汽化器-填料塔式合成反應(yīng)器-硒冷凝分離器直連貫通組合的好處是設(shè)備緊湊并有利于硒液滴和H2Se/Se/H2混合氣液流的上下輸運(yùn)。
(2)、硒液化汽化器出口與填料塔式合成反應(yīng)器入口連通并且是直接貫通連接的，填料塔式合成反應(yīng)器出口與硒冷凝分離器入口通過管路連通；或硒液化汽化器出口與填料塔式合成反應(yīng)器入口通過管路，填料塔式合成反應(yīng)器出ロ與硒冷凝分離器入ロ連通并且是直接貫通連接的。 在硒液化汽化器5、填料塔式合成反應(yīng)器8及硒冷凝分離器10之中，如果其中前后相鄰兩個為直連貫通設(shè)備組合，它們兩者之間無需管路連接，省去相關(guān)連通管路(圖2、圖3)。其好處也是設(shè)備緊湊并有利于反應(yīng)流體間的輸運(yùn)。(3)、硒液化汽化器出口與填料塔式合成反應(yīng)器入口連通，填料塔式合成反應(yīng)器出ロ與硒冷凝分離器入口連通，為通過聯(lián)通管路的連通，各相關(guān)設(shè)備彼此單立。其優(yōu)點是便于 設(shè)備制作、安裝和檢修。硒冷凝液回流ロ位于硒冷凝分離器下端，硒冷凝液回流通道或與填料塔式合成反應(yīng)器連通，或與硒液化汽化器連通，以便于硒冷凝液回流順暢。依設(shè)備緊湊性和操作便捷性考慮，方式(I)硒液化汽化器-填料塔式合成反應(yīng)器-硒冷凝分離器依次相鄰三單元設(shè)備直連貫通組合為最佳，(2)次之，當(dāng)然(3)亦有因地制宜的方便。本發(fā)明的硒化氫制備裝置與本發(fā)明的硒化氫制備方法相配合。本發(fā)明的一種硒化氫制備方法，是由氫氣與硒直接合成硒化氫，硒經(jīng)液化汽化，氫氣與硒啟動并持續(xù)合成反應(yīng)，未反應(yīng)硒和未反應(yīng)氫氣先后分離，H2Se冷凝取得產(chǎn)物，其特征在于氫氣進(jìn)氣26由33預(yù)熱后通入硒液化汽化器5，引發(fā)初期合成反應(yīng)，形成H2Se/Se/H2混合氣液流進(jìn)入合成反應(yīng)器8,合成反應(yīng)器為填料塔式合成反應(yīng)器形式，H2Se/Se/H2混合氣液流在填料塔式合成反應(yīng)器持續(xù)進(jìn)行合成反應(yīng)，從填料塔式合成反應(yīng)器出來的H2Se/Se/H2混合氣液流進(jìn)入硒冷凝分離器，在硒冷凝分離器將Se冷凝成液體分離，分離Se后的H2Se/H2混合氣流進(jìn)入硒化氫冷凝分離器，在硒化氫冷凝分離器將不凝氣體氫氣分離，同時H2Se被冷凝收集，被分離出的硒冷凝液或回流到填料塔式合成反應(yīng)器或回流到硒液化汽化器繼續(xù)參加反應(yīng)，被分離出的不凝氣體氫氣回收回流，經(jīng)氫氣增壓機(jī)提壓，與原料氫氣供氣一起或獨立，通入硒液化汽化器繼續(xù)參加反應(yīng)。本發(fā)明方法填料塔式合成反應(yīng)器中選擇的填料都是有豐富的表面積，有靜態(tài)分散、靜態(tài)混合、表面系留和持液作用，霧狀液態(tài)Se掛附于填料表面，H2Se/Se/H2混合氣液流互相紊亂著穿越在玻璃纖維間隙間，不但H2與Se和増加相遇反應(yīng)機(jī)會，而且反應(yīng)熱被填料吸收，提高反應(yīng)溫度，反應(yīng)速率提高。對硒液化汽化器熱狀調(diào)控的重要性在于，硒液化汽化器的熱狀態(tài)直接影響整個系統(tǒng)的實時狀態(tài)，本發(fā)明方法硒液化汽化器的供熱體系不但有硒液化汽化器的外加熱器，還包含氫氣進(jìn)氣管路的管外加熱器，二者相互起補(bǔ)充和協(xié)調(diào)作用。本發(fā)明方法氫氣進(jìn)氣預(yù)熱后通入硒液化汽化器，通過調(diào)節(jié)氫氣進(jìn)氣的氣量、溫度、壓力，可以更靈敏地控制反應(yīng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)。硒液化汽化器的熱狀態(tài)直接影響整個系統(tǒng)的實時狀態(tài)，因此對硒液化汽化器的熱狀調(diào)控十分重要，本發(fā)明方法氫氣進(jìn)氣預(yù)熱后通入硒液化汽化器，通過調(diào)節(jié)氫氣進(jìn)氣的氣量、溫度、壓力，調(diào)節(jié)硒液化汽化器溫度等條件，控制反應(yīng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)。從最佳エ藝性考慮，本發(fā)明方法采用三単元(圖I)或兩單元(圖2、圖3)相鄰相關(guān)設(shè)備緊湊的直連貫通組合方式，合成和分離過程順暢，也更便于被分離的Se冷凝回流和不凝性氣體H2回收回流。本發(fā)明方法不凝氣體氫氣回收回流量的確定考慮幾項因素(I)、合成反應(yīng)平衡因素H2Se合成反應(yīng)H2+Se = = H2Se是平衡反應(yīng)，在一定溫度下存在一個反應(yīng)平衡常數(shù)K = P (H2Se) /P (H2)K表示平衡狀態(tài)條件下H2Se分壓與H2分壓之比，亦即在H2Se/Se/H2,流中總壓P(H2Se/Se/H2) = P(H2Se)+P(H2), Se因多為液態(tài)而不計分壓，在通常合成條件下，K大致為
O.7，據(jù)此計算(1+0. 7)份H2氣總量中反應(yīng)平衡后仍有I份游離H2氣存在。平衡游離H2占供H2氣總量的1/1. 7 = 60%。因此在反應(yīng)系統(tǒng)中必然始終有相當(dāng)量游離H2氣存在。(2)、反應(yīng)平衡向有利于生成H2Se的方向移動因素對于平衡反應(yīng)も+Se == H2Se, H2過量有利于平衡向生成H2Se方向移動。所以，在生產(chǎn)條件下反應(yīng)系統(tǒng)中未反應(yīng)游離H2要超過反應(yīng)平衡所需游離H2含量。(3)、工作氣流因素本發(fā)明的裝置和方法，需要一定量的H2氣作為工作氣流。如果在釜式鼓泡式反應(yīng)情況下，必須嚴(yán)格控制H2氣為微小氣流，才能維持過程正常進(jìn)行。而在本發(fā)明方法運(yùn)用下，一股H2氣工作氣流，對加大Se液化汽化器中Se的活化、汽化和氣提，形成H2Se/Se/H2混合組分氣流，是必須的。H2氣氣流還對所形成的氣流H2Se/Se/H2作為載氣攜帶它們到填料塔式H2Se/合成反應(yīng)器核心反應(yīng)區(qū)，攜帯H2Se/Se/H2混合組分氣在填料間進(jìn)行反應(yīng)分布，提高反應(yīng)效率。本發(fā)明H2增壓機(jī)輸送過量循環(huán)H2。在回收平衡反應(yīng)中被分離的不凝性氣體H2循環(huán)使用的情況下，原料H2供氣量與循環(huán)H2氣量之比大體為I : 3 5，當(dāng)采用過量H2氣循環(huán)技術(shù)，這個比值取I : 5 12。
附圖表示了本發(fā)明硒化氫制備裝置和方法的設(shè)備配置和エ藝流程，圖I是三個相鄰相關(guān)設(shè)備直連貫通組合的配置和流程，圖2、圖3是兩個相鄰相關(guān)設(shè)備直連貫通組合的配置和流程。其中圖中各符號說明如下h-高純H2氣，S-高純單質(zhì)Se, p_產(chǎn)品H2Se、w_冷卻水；I-高純H2氣瓶，2-流量計，3-H2氣增壓機(jī)，4_流量計，5-Se汽化液化器，6_溫度計，7_外加熱器，8-填料塔式H2Se合成反應(yīng)器，9-填料塔填料，IO-Se冷凝分離器，11-產(chǎn)品預(yù)冷器，12-過濾層，13-閥門，14-壓カ表，15-放空閥、16-真空閥、17-閥門，18-產(chǎn)品H2Se冷凝分離器，19-致冷劑夾套，20-保冷夾套，21-H2Se產(chǎn)品氣瓶，22-保冷夾套，23-閥門，24-不凝性H2氣回流管路，25-原料H2氣供氣管路，26- 氣進(jìn)氣管路，27-液體H2Se管路，28,29-致冷劑供、回管路，30-H2Se/Se/H2混合氣液流管路，31-Se冷凝液回流管路，32_H2Se/H2混合氣流管路，33-管外加熱器，34-H2Se/Se/H2混合氣液流管路。具體實施方式
實施例I一種本發(fā)明硒化氫制備裝置和方法的エ藝過程，以圖I為例具體說明一種硒化氫制備裝置和方法，是由氫氣與硒直接合成硒化氫的制備裝置和方法，含有硒液化汽化器、合成反應(yīng)器、硒冷凝分離器和硒化氫冷凝分離器。硒液化汽化器5通有氫氣進(jìn)氣管路26，硒液化汽化器出ロ與合成反應(yīng)器入ロ直接貫通連通，合成反應(yīng)器為填料塔式反應(yīng)器8形式，填料9堆放于填料塔8內(nèi)，形成填料床層，填料塔式合成反應(yīng)器出ロ與硒冷凝分離器10入口也直接貫通連通，硒冷凝分離器的硒冷凝液回流ロ為與填料塔式合成反應(yīng)器8連通的直接貫通通ロ，硒冷凝分離器10氣體出ロ連通著氫氣硒化氫混合氣體輸送管路32，管路32的管段中間連通有產(chǎn)品預(yù)冷器11，產(chǎn)品預(yù)冷器11的作用是為節(jié)省其后冷凝過程的制冷能量消耗，氫氣硒化氫混合氣體輸送管路32另一端與硒化氫冷凝分離器18連通，硒化氫冷凝分離器有ー連通的氫氣回流管路24。本發(fā)明裝置硒化氫冷凝分離器18連通的氫氣回流管路24連通到氫氣增壓機(jī)3吸 入ロ，氫氣增壓機(jī)排出ロ的氫氣管路與原料氫氣供氣管路25合并為氫氣進(jìn)氣管路26，通入硒液化汽化器5。硒液化汽化器的熱狀態(tài)直接影響整個系統(tǒng)的實時狀態(tài)，因此對硒液化汽化器的熱狀態(tài)調(diào)控十分重要，本發(fā)明裝置硒液化汽化器的供熱體系一方面來自硒液化汽化器的外加熱器7，另ー方面來自氫氣進(jìn)氣管路的管外加熱器33,這個管外加熱器與硒液化汽化器的外加熱器相互起補(bǔ)償和協(xié)調(diào)作用。不銹鋼裝置，設(shè)備配置方式如圖I :裝置條件Se液化汽化器5 :直徑250mm, 15升；Se液化汽化器外加熱器7 :功率2000W ；H2氣進(jìn)氣管外加熱器33 :功率1000W ；填料塔式H2Se合成反應(yīng)器8 :填料塔塔徑40mm,高800mm ；H2氣增壓機(jī)3 :GPSQ氫氣增壓泵，增壓比I : 2，壓カ輸出范圍I. 7 20bar，流量輸出范圍O 500L/min ；制冷機(jī)LFJS_70制冷機(jī)，制冷溫度_60，制冷量350W ；高純H2 :純度99. 995%, 40升鋼瓶裝；高純Se 粉純度 99. 99%。填料塔式H2Se合成反應(yīng)器填料9 :疏松玻璃纖維，空隙率96%。工作條件系統(tǒng)壓カO. 08MPa，反應(yīng)溫度600°C，液化汽化器外加熱器工作，H2氣進(jìn)氣管外加熱器工作，制冷溫度-60°C，原料H2流量計2指示I. lL/min H2，循環(huán)H2流量計4指示8. 5L/min H20 原料 H2/循環(huán) H2 = I 7. 7，產(chǎn)量 239g/hr。エ藝方法(I)、H2Se合成反應(yīng)的啟動高純原料H2氣從H2氣瓶I經(jīng)流量計2沿原料H2氣供氣管路25送出，為了實施反應(yīng)余氫的回收利用，流程終端被分離出的不凝性氣體H2氣通過不凝性H2氣回流管路24經(jīng)H2氣增壓機(jī)3增壓和流量計4，與原料H2氣供氣管路25匯合，合并為H2氣進(jìn)氣管路26，H2氣進(jìn)氣經(jīng)管外加熱器33加熱，送人Se液化汽化器5中，Se液化汽化器5溫度維持500_600°C，元素Se被熔融和部分汽化，引入的H2氣與Se液相混合、反應(yīng)、汽化和氣提，形成H2Se (汽)/Se (液、汽)/H2 (氣)的混合氣液流。(2)、H2Se合成反應(yīng)的持續(xù)Se液化汽化器5中形成的H2Se/Se/H2混合氣液流進(jìn)入填料塔式合成反應(yīng)器8，H2Se/Se/H2混合氣液流在填料塔式合成反應(yīng)器持續(xù)進(jìn)行合成反應(yīng)，反應(yīng)熱導(dǎo)致溫度升高到600-700°C，達(dá)到最高反應(yīng)平衡溫度，H2達(dá)到最高平衡轉(zhuǎn)化率( 40% )。填料塔式合成反應(yīng)器8末端的H2Se/Se/H2混合氣液流中組分H2Se比例，與進(jìn)入反應(yīng)器的H2Se/Se/H2混合氣液流中組分H2Se比例，顯然發(fā)生由最低到最高的變化，其分壓由微小到平衡。(3)、Se 分離H2Se/Se/H2混合氣液流離開填料塔式合成反應(yīng)器8，進(jìn)入Se冷凝分離器10，Se冷凝分離器IOa是ー個換熱器，H2Se/Se/H2混合氣液流被冷卻，氣流中所夾帶的氣態(tài)和液態(tài)Se 冷凝成液體Se被分離，Se冷凝液回流到填料塔式合成反應(yīng)器8繼續(xù)參加反應(yīng)，H2Se/H2隨后離開Se冷凝分離器10。(4)、H2 分離離開Se冷凝分離器10的H2Se/H2氣流進(jìn)入產(chǎn)品預(yù)冷器11，氣流預(yù)冷的目的是為了節(jié)省制冷機(jī)制冷能量，H2Se/H2氣流降溫至常溫，常溫H2Se/H2氣流進(jìn)入產(chǎn)品H2Se冷凝分離器18，制冷機(jī)將-60°C制冷劑經(jīng)管道28送入產(chǎn)品冷凝器18的夾套19，回流冷凝劑經(jīng)管道29回到制冷機(jī)，H2Se冷凝，H2被H2氣增壓機(jī)3通過管路24吸走，H2實現(xiàn)分離。(5)、產(chǎn)品 H2Se 收集H2Se產(chǎn)品氣瓶21設(shè)置在產(chǎn)品冷凝器18下方，H2Se冷凝液自動流入H2Se產(chǎn)品氣瓶21，完成產(chǎn)品收集。實施例2一種本發(fā)明硒化氫制備裝置和方法的エ藝過程，以圖2為例具體說明一種由氫氣與硒直接合成硒化氫的硒化氫制備裝置，含有硒液化汽化器5、合成反應(yīng)器8、硒冷凝分離器10和硒化氫冷凝分離器18。硒液化汽化器通有氫氣進(jìn)氣管路25，氫氣進(jìn)氣管路附有管外加熱器33，硒液化汽化器作為氫氣與硒合成硒化氫的初期合成反應(yīng)器，硒液化汽化器5連通著合成反應(yīng)器8，合成反應(yīng)器為填料塔式反應(yīng)器形式，填料塔式反應(yīng)器內(nèi)含有填充床9，硒液化汽化器出口與填料塔式合成反應(yīng)器入口直接貫通連通，填料塔式合成反應(yīng)器出ロ位于填料塔式反應(yīng)器上端，填料塔式合成反應(yīng)器出ロ通過管路30與硒冷凝分離器10入口連通，硒冷凝分離器ー個出口為硒冷凝液回流ロ，硒冷凝液回流ロ位于硒冷凝分離器下端，硒冷凝液回流管路31與硒液化汽化器5連通，硒冷凝分離器另ー個出ロ位于硒冷凝分離器側(cè)面，這個出ロ連通著氫氣硒化氫混合氣體輸送管路32，管路32的管段中間連通有產(chǎn)品預(yù)冷器11，產(chǎn)品預(yù)冷器11的作用是為節(jié)省其后冷凝過程的制冷能量消耗，氫氣硒化氫混合氣體輸送管路32另一端與硒化氫冷凝分離器18連通。硒化氫冷凝分離器18連通的不凝氫氣回流管路24通到氫氣增壓機(jī)3吸入ロ，氫氣增壓機(jī)排出ロ的氫氣管路與原料氫氣供氣管路25合并為氫氣進(jìn)氣管路26,通入硒液化汽化器5。不銹鋼裝置，設(shè)備配置方式如圖2::裝置條件同實施例I，
填料塔式H2Se合成反應(yīng)器填料9 同實施例I。工作條件系統(tǒng)壓カO. 08MPa，反應(yīng)溫度680°C，液化汽化器外加熱器工作，H2氣進(jìn)氣管外加熱器工作，制冷溫度-60°C，原料H2流量計2指示I. 4L/min H2，循環(huán)H2流量計4指示8. 5L/min H2。原料 H2/循環(huán) H2 = I 6. 1，產(chǎn)量 304g/hr。被33加熱的氫氣26通入硒液化汽化器5,硒被7和氫氣26加熱液化汽化,氫氣與硒啟動并持續(xù)合成反應(yīng)。氫氣進(jìn)氣預(yù)熱后通入硒液化汽化器，引發(fā)初期合成反應(yīng)，形成H2Se/Se/H2混合氣液流進(jìn)入填料塔式合成反應(yīng)器8，H2Se/Se/H2混合氣液流經(jīng)過玻璃纖維填料9持續(xù)進(jìn)行合成反應(yīng)，從塔式合成反應(yīng)器出來的H2Se/Se/H2混合氣液流通過管路30進(jìn)入硒冷凝分離器10，在硒冷凝分離器將Se冷凝成液體分離，分離Se后的H2Se/H2混合氣流通過管路32進(jìn)入硒化氫冷凝分離器18，在硒化氫冷凝分離器將不凝氣體氫氣分離，同時H2Se被冷凝通過管路27收集到H2Se產(chǎn)品氣瓶內(nèi)。被分離出的硒冷凝液通過管路31回流到硒 液化汽化器5繼續(xù)參加反應(yīng)，被分離出的不凝氣體氫氣回流通過管路24經(jīng)氫氣增壓機(jī)3回收提壓，與原料氫氣供氣25 —起由26通入硒液化汽化器5繼續(xù)參加反應(yīng)。實施例3一種由氫氣與硒直接合成硒化氫的硒化氫制備裝置和方法，以圖3為例具體說明。含有硒液化汽化器5、合成反應(yīng)器8、硒冷凝分離器11和硒化氫冷凝分離器18，硒液化汽化器通有氫氣進(jìn)氣管路26。硒液化汽化器5出ロ通過管路34與合成反應(yīng)器8入口連通，合成反應(yīng)器為填料塔式反應(yīng)器，填料塔式合成反應(yīng)器8出口與硒冷凝分離器10入口直接貫通連通。硒冷凝分離器10 —個出ロ位于硒冷凝分離器下端，這個出口為硒冷凝液的回流通道31.，管路31與硒液化汽化器5連通；硒冷凝分離器10另ー個出ロ位于硒冷凝分離器下部側(cè)面，這個出ロ通著氫氣硒化氫混合氣體輸送管路32。管路32另一端與硒化氫冷凝分離器18連通，硒化氫冷凝分離器有一路氫氣回流管路24，氫氣回流管路24通到氫氣增壓機(jī)3吸入ロ，氫氣增壓機(jī)排出ロ的氫氣管路與原料氫氣供氣管路25合并為氫氣進(jìn)氣管路26，通入硒液化汽化器5。被33加熱的氫氣26通入硒液化汽化器5，硒被外加熱器7和氫氣26加熱液化汽化，氫氣與硒啟動并持續(xù)合成反應(yīng)。氫氣進(jìn)氣預(yù)熱后通入硒液化汽化器，引發(fā)初期合成反應(yīng)，形成H2Se/Se/H2混合氣液流通過管路34進(jìn)入填料塔式合成反應(yīng)器8上端，H2Se/Se/H2混合氣液流經(jīng)過玻璃纖維填料9持續(xù)進(jìn)行合成反應(yīng)。從塔式合成反應(yīng)器下部出來的H2Se/Se/H2混合氣液流直接進(jìn)入硒冷凝分離器10C，在硒冷凝分離器將Se冷凝成液體分離，分離Se后的H2SeM2混合氣流通過管路32進(jìn)入硒化氫冷凝分離器18。在硒化氫冷凝分離器將不凝氣體氫氣分離，同時H2Se被冷凝通過管路27收集到H2Se產(chǎn)品氣瓶內(nèi)。被分離出的硒冷凝液通過管路31回流到硒液化汽化器5繼續(xù)參加反應(yīng)，被分離出的不凝氣體氫氣回流通過管路24經(jīng)氫氣增壓機(jī)3回收提壓，與原料氫氣供氣25 —起由26通入硒液化汽化器5繼續(xù)參加反應(yīng)。不銹鋼裝置，設(shè)備配置方式如圖3::裝置條件同實施例I。裝置填料填料塔式H2Se合成反應(yīng)器填料9 : Φ 5不銹鋼Θ環(huán)。工作條件
系統(tǒng)壓カO. 08MPa,反應(yīng)溫度600°C，液化汽化器外加熱器工作，H2氣進(jìn)氣管外加熱器關(guān)閉，制冷溫度_60°C，原料H2流量計2指示I. lL/min H2，循環(huán)H2流量計4指示 8. 5L/min H2。原料 H2/循環(huán) H2 = I 7. 7，產(chǎn)量 244g/hr。
權(quán)利要求
1.一種由氫氣與硒直接合成硒化氫的硒化氫制備裝置，含有硒液化汽化器、合成反應(yīng)器、硒冷凝分離器和硒化氫冷凝分離器，其特征在干硒液化汽化器通有氫氣進(jìn)氣管路，硒液化汽化器出口與合成反應(yīng)器入口連通，合成反應(yīng)器為填料塔式反應(yīng)器，填料塔式合成反應(yīng)器出ロ與硒冷凝分離器入口連通，硒冷凝分離器的硒冷凝液回流通道或與填料塔式合成反應(yīng)器連通或與硒液化汽化器連通，硒冷凝分離器的氣體出口連通著氫氣硒化氫混合氣體輸送管路，氫氣硒化氫混合氣體輸送管路另一端與硒化氫冷凝分離器連通，硒化氫冷凝分離器有ー連通的氫氣回流管路。
2.如權(quán)利要求I所說的硒化氫制備裝置，其特征在于硒液化汽化器出口與填料塔式合成反應(yīng)器入口直接貫通連接，以及填料塔式合成反應(yīng)器出口與硒冷凝分離器入口直接貫通連接。
3.如權(quán)利要求I所說的硒化氫制備裝置，其特征在于硒液化汽化器出口與填料塔式合成反應(yīng)器入口直接貫通連接，填料塔式合成反應(yīng)器出口與硒冷凝分離器入口通過管路連接。
4.如權(quán)利要求I所說的硒化氫制備裝置，其特征在于硒液化汽化器出口與填料塔式合成反應(yīng)器入口通過管路連接，填料塔式合成反應(yīng)器出ロ與硒冷凝分離器入ロ連通為直接貫通連接。
5.如權(quán)利要求I或2或3或4所說的硒化氫制備裝置，其特征在于氫氣進(jìn)氣管路有用于預(yù)熱氫氣的管外加熱器。
6.如權(quán)利要求I或2或3或4所說的硒化氫制備裝置，其特征在于氫氣回流管路24經(jīng)氫氣增壓機(jī)(或引射器)3提升壓力后與原料氫氣供氣管路25合并為氫氣進(jìn)氣管路26,通入硒液化汽化器5，或氫氣增壓機(jī)3排出ロ的氫氣管路單獨連通到硒液化汽化器5。
7.如權(quán)利要求5所說的硒化氫制備裝置，其特征在于氫氣回流管路24通到氫氣增壓機(jī)3吸入ロ，氫氣增壓機(jī)排出ロ的氫氣管路與原料氫氣供氣管路25合并為氫氣進(jìn)氣管路.26，通入硒液化汽化器5，或氫氣增壓機(jī)排出ロ的氫氣管路單獨連通到硒液化汽化器。
8.如權(quán)利要求I或2或3或4所說的硒化氫制備裝置，其特征在于填料塔式合成反應(yīng)器的填料為堆放的玻璃纖維。
9.一種硒化氫制備方法，由氫氣與硒直接合成硒化氫，經(jīng)硒液化汽化，氫氣與硒啟動并持續(xù)合成反應(yīng)，未反應(yīng)硒和未反應(yīng)氫氣先后分離，H2Se冷凝取得產(chǎn)物,其特征在于H2氣進(jìn)氣通入Se液化汽化器，引發(fā)初期合成反應(yīng),形成H2Se/Se/H2混合氣液流進(jìn)入填料塔式合成反應(yīng)器持續(xù)進(jìn)行合成反應(yīng)，從填料塔式合成反應(yīng)器出來的H2Se/Se/H2混合氣液流進(jìn)入Se冷凝分離器，在Se冷凝分離器將Se冷凝成液體分離，被分離出的Se冷凝液或回流到填料塔式合成反應(yīng)器或回流到Se液化汽化器繼續(xù)參加反應(yīng)，分離Se后的H2Se/H2混合氣流進(jìn)入H2Se冷凝分離器，在H2Se冷凝分離器將不凝氣體H2氣分離，同時H2Se被冷凝收集，被分離出的不凝氣體H2氣回收回流到Se液化汽化器繼續(xù)參加反應(yīng)。
10.如權(quán)利要求6所說的硒化氫制備方法，其特征在于=H2氣進(jìn)氣先預(yù)熱再通入Se液化汽化器，引發(fā)初期合成反應(yīng)；被H2Se冷凝分離器分離出的回收回流不凝氣體H2提壓后繼續(xù)參加反應(yīng)。
全文摘要
硒化氫制備裝置和方法，由氫氣與硒直接合成硒化氫，氫氣進(jìn)氣管路26通入硒液化汽化器5，氫氣與硒啟動初期合成反應(yīng)，形成的H2Se/Se/H2混合氣液流通入填料塔式合成反應(yīng)器8，進(jìn)行持續(xù)合成反應(yīng)，然后在硒冷凝分離器10Se冷凝成液體分離回流到合成反應(yīng)器或硒液化汽化器繼續(xù)參加反應(yīng)，H2Se/H2混合氣流進(jìn)入硒化氫冷凝分離器18，在硒化氫冷凝分離器不凝氣體H2氣分離回輸?shù)綒錃膺M(jìn)氣管路26，合并為氫氣進(jìn)氣，最終產(chǎn)品H2Se在硒化氫冷凝分離器冷凝收集。
文檔編號C01B19/04GK102674268SQ20111005794
公開日2012年9月19日 申請日期2011年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月11日
發(fā)明者王同文 申請人:大連立方化學(xué)技術(shù)有限公司