[发明专利]硒化氢制备装置和方法

说明书

【技术领域】

本发明属于精细化工特种气体合成技术领域，具体涉及半导体用电子气硒化氢的制备技术，特别是涉及硒与氢直接反应成硒化氢的装置和工艺方法。

【背景技术】

硒化氢H₂Se是可液化的有毒化学气体，沸点-42℃，熔点-66℃。是制备红外探测器PbSe、大功率激光器窗口ZnSe和薄膜太阳能电池CIGS的前体材料。因此，硒化氢是一种重要的电子气。

硒化氢制备方法有几种，主要的制备方法有两种。其中之一是由硒化铝与水反应，生成硒化氢和氢氧化铝。另一种是由氢气与元素硒在高温下反应，直接合成硒化氢。

H₂Se合成反应条件是

在500-700℃    H₂+Se＝＝H₂Se

本发明专利属于硒化氢直接合成法范畴。

英国发明专利GB1508749(1977年)报告了氢气与硒合成硒化氢的技术方法。在一加热不锈钢反应釜中，温度维持500-700℃，元素Se被融化和汽化，H₂通入液态Se中鼓泡并进行反应，反应釜上半部空间为气相，反应釜顶部有冷却水，Se蒸汽冷凝回流，生成的H₂Se气体和未反应的H₂由导管引出反应釜，导管上设置过滤器阻挡被夹带的Se，H₂Se/H₂被导入一不锈钢冷凝釜，液氮作为冷源，液氮气化的-198℃深冷温度使H₂Se冷凝和冻结，H₂不凝被分离，凝结的H₂Se随冷源的逐步消减而逐渐汽化并产生压力，此时，采用另一受压不锈钢冷凝釜，作为H₂Se的收集和充装容器，同样以液氮作为冷源，将H₂Se重新收集并储存起来。

日本公开特许特开2007-246342(2007年)说明了氢气与硒合成高纯硒化氢的技术方法。其技术方法基本与GB1508749相同，也设置反应釜和冷凝釜，反应釜与冷凝釜前后相连，液氮作为冷凝釜收集H₂Se产物的冷源。特开2007-246342与GB1508749所不同的是，特开2007-246342在反应釜增加了一个预处理过程。在预处理阶段，物料Se在反应釜加热到400℃以下，通入小量H₂，少量杂质元素形成低沸点汽化物质(如H₂O、H₂S等)被逸除而取得纯化。然后物料Se再升到500-700℃汽化温度，通入高纯H₂，继续H₂Se的制备过程，取得高纯H₂Se产品。

两项专利的技术方法，都是Se投到一反应釜中，在500-700℃温度范围，H₂气通入液态Se中，生成H₂Se，H₂最高转化率40％。

GB1508749、特开2007-246342基本局限在原理性技术发明，疏略于产业性工艺方法及设备配置，其结果，两专利采用釜式鼓泡式反应方式，反应效率低下，有资源价值的未反应游离H₂未利用。

釜式鼓泡式反应方式反应效率低下问题在于：H₂气-Se液汽之间的有效反应区仅限于H₂气-Se液汽有接触的鼓泡区间，缺失反应物间相互混合碰撞继续反应的物体依托，反应釜内上升气流夹带大量Se液滴不但起不到反应物的作用，反而造成工作系统脉动性冲击，影响反应过程稳定。由于反应效率低下，供应的H₂气气量也就很小。

【发明内容】

本发明提供一种硒化氢制备装置和方法，侧重于氢气与硒直接合成硒化氢的产业性设备配置及工艺方法的发明。

本发明的一种硒化氢制备装置，是由氢气与硒直接合成硒化氢的制备装置，含有硒液化汽化器、合成反应器、硒冷凝分离器和硒化氢冷凝分离器，其特征在于：硒液化汽化器5通有氢气进气管路26，硒液化汽化器出口与合成反应器入口连通，合成反应器为填料塔式反应器8形式，填料塔式合成反应器出口与硒冷凝分离器10入口连通，硒冷凝分离器的硒冷凝液回流口或与填料塔式合成反应器8连通，或硒冷凝分离器的硒冷凝液回流口连通着硒冷凝液回流管路31，回流管路31与硒液化汽化器5连通，硒冷凝分离器10气体出口连通着氢气硒化氢混合气体输送管路32，氢气硒化氢混合气体输送管路另一端与硒化氢冷凝分离器18连通，硒化氢冷凝分离器有一连通的氢气回流管路24。