CN102143793A - 三氟化氯的除害方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种除害方法，其特征在于，其是通过湿式涤气器对至少含有三氟化氯和氟气的混合气体进行除害处理的方法，在通过湿式涤气器进行除害处理之前的阶段中，向所述混合气体中添加卤素气体X2(X＝Cl、Br或I。)，使所述混合气体中的氟气与卤素气体X2(X＝Cl，Br或I。)反应，从而减少所述混合气体中的氟气，将在湿式涤气器中生成的过氯酰氟(ClO3F)的生成防止于未然。

Description

三氟化氯的除害方法
技术领域
本发明涉及含有三氟化氯和氟气的混合气体的除害方法。
背景技术
众所周知，如下述反应式1所示，三氟化氯(ClF3)可以通过氯气与氟气的直接反应来合成(非专利文献1、2)。
[化学式1]
Cl2+3F2→2ClF3
在通常的ClF3的制造工序中，反应器中生成的ClF3通过冷却捕集器，仅目标产物被选择性地捕集。
通常，在通过冷却捕集器后的气体中包含未反应的F2气、未捕集尽的ClF3，因此，可以通过使用水或碱溶液的湿式涤气器(排气处理装置)进行除害处理。
但是，在通过使用水的湿式涤气器对ClF3和F2的混合气体进行除害处理时，如下述反应式2所示，通过氟气与水反应生成氧自由基。
[化学式2]
F2+H2O→2HF+O*
进而，如下述反应式3所示，所生成的氧自由基与ClF3反应，生成过氯酰氟(ClO3F)。
[化学式3]
ClF3+H2O+2O*→ClO3F+2HF
ClO3F是对热非常稳定的化合物，加热到470℃以上才会发生热裂化。另外，其还具有不溶于水且在酸或碱中不发生分解的特性。进而，在物性与ClO3F类似的气体中含有低浓度的ClO3F时，难以通过蒸馏进行分离或浓缩，因此，存在难以除去的问题。
在上述问题的对策中，作为从含氟气体中除去氟气或氧氟化物的方法，提出了使用含有硫系还原剂和碱性化合物的吸收液的方法(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-231105号公报
非专利文献
非专利文献1：《氟化学和工业(フツ素化学と工業)》，渡边信淳编，化学工业社，p46～68
非专利文献2：J.W.Grisard：J.Amer.Chem.Soc.，73，(1951)p5724
发明内容
但是，在专利文献1所提出的使用含有硫系还原剂和碱性化合物的吸收液的方法中，还原剂本身的价格昂贵，进而需要管理吸收液中的还原剂的浓度，因此，存在使用湿式涤气器的除害处理工序的操作繁杂的问题。
因此，本发明的课题在于提供一种除害方法，其在通过湿式涤气器对含有ClF3和F2的混合气体进行除害处理时，能够抑制难分解性物质ClO3F的生成。
为了解决上述课题，本发明人等进行了深入研究，结果发现，在通过湿式涤气器对含有ClF3和F2的混合气体进行除害处理之前的阶段中，设置加热反应部，如下述反应式4所示，通过向混合气体中添加卤素气体而使未反应的氟气与卤素气体反应，能够大幅度地减少未反应的氟气，并抑制以往的使用湿式涤气器的ClF3的除害方法中成为问题的难分解性物质ClO3F的生成，从而完成了本发明。
[化学式4]
F2+X2→2XF(X＝Cl、Br或I。)
即，本发明提供一种除害方法，其特征在于，其为通过湿式涤气器对含有三氟化氯和氟气的混合气体进行除害处理的方法，其中，在通过湿式涤气器进行除害处理之前的阶段中，向所述混合气体中添加卤素气体X2(X＝Cl、Br或I。)，使所述混合气体中的氟气与卤素气体X2(X＝Cl、Br或I。)反应，从而减少所述混合气体中的氟气，将在湿式涤气器中生成的过氯酰氟的生成防止于未然。
附图说明
图1为本发明所使用的实验装置的简略图。
具体实施方式
本发明能够提供如下方法：在通过湿式涤气器对含有ClF3和F2的混合气体进行除害处理时，能够大幅度地抑制难分解性物质ClO3F的生成，且无需使用在难分解性物质ClO3F的处理中所用的昂贵的还原剂、无需进行繁杂的浓度管理，很简便。
进而，本发明能够在通过湿式涤气器进行除害处理之前的阶段大幅度地减少未反应的氟气，因此对于抑制湿式涤气器中毒性高的二氟化氧(OF2)等氧氟化物的生成也能够发挥效果。
以下，说明本发明的优选实施方式的一个例子。
在作为处理对象的三氟化氯和氟气的混合气体中也可以含有ClF5、ClF、BrF5、BrF3、BrF、IF7、IF5、IF3、IF、NF3等其他卤间化合物(interhalogen)气体。
作为用于减少未反应的氟气的原料气体，使用氟气以外的卤素气体，可以使用氯气、溴气或碘气。
相对于未反应的氟气，所添加的氟气以外的卤素气体优选添加1.0当量以上。
另外，所添加的氟气以外的卤素气体，可以不进行稀释而直接使用，也可以用氮气、氩气等惰性气体稀释后再使用。
反应器所用的材质，优选使用在高温下耐氟性能高、且具有充分的机械强度的镍或蒙乃尔合金。
有关反应温度，反应部的温度优选为200℃～400℃，特别优选为300℃～350℃。在低于200℃的温度时反应难以进行，在高于400℃的温度时，有可能明显腐蚀反应器，故不优选。
为了使氟气浓度为1～10％的混合气体中的氟气减少至1～10ppm左右，优选使导入到反应器中的混合气体滞留至少30秒以上。
导入到反应器的含有三氟化氯和氟气的混合气体以及卤素气体的供给方法，只要能够供给到反应器，则没有特别的限制。
除害处理所用的湿式涤气器优选为使用水或碱溶液的涤气器，特别优选的是，在第一阶段使用水涤气器、在第二阶段使用碱涤气器。
另外，作为湿式涤气器中使用的碱溶液，可以使用KOH溶液、NaOH溶液等，特别优选使用对水的溶解度较高的KOH溶液。
实施例
通过以下实施例对本发明进行说明，但本发明不受这些实施例的限制。
图1示出了使用本发明的实验的简略系统图。通过质量流量控制器1、2分别控制卤素气体的流量以及三氟化氯气体与氟气的混合气体的流量，并向镍制筒型反应器3中导入气体。镍制筒型反应器3可以通过设置在外部的加热器4加热到规定温度。
使导入到预先加热到规定温度的镍制筒型反应器3的气体反应规定时间，然后，通过连接在镍制筒型反应器3的后段的水涤气器(排气处理装置)5和KOH浓度为0.1mol/l的碱溶液的涤气器(排气处理装置)6进行除害处理操作。
进而，对通过涤气器的出口气体进行取样，用FT-IR(大塚电子公司制IG-1000)进行分析，测定ClO3F的浓度。
[实施例1]
将内径30mm、长600mm的镍制筒型反应器3的外壁温度设定成350℃，使用质量流量控制器1，以75ml/min的流量向镍制筒型反应器3中导入2.8mol％的氟气和3.5mol％的ClF3的混合气体，并且使用质量流量控制器2，以10ml/min的流量向其中导入3.4mol％的氯气，使其反应30秒，然后通过连接在后段的水涤气器(排气处理装置)5和KOH浓度为0.1mol/l的碱溶液的涤气器(排气处理装置)6进行除害处理，然后，对涤气器流通的出口气体进行取样，使用FT-IR(大塚电子公司制IG-1000)对ClO3F浓度进行了分析，其结果为180volppm。
[比较例1]
除了不添加氯气以外，在与实施例1相同的条件下进行。其结果为：取样的气体中的ClO3F浓度为6000volppm。
[实施例2]
将内径12.4mm、长1000mm的镍制筒型反应器3的外壁温度设定成350℃，使用质量流量控制器1，以493ml/min的流量向镍制筒型反应器3中导入5.0mol％的氟气和3.0mol％的ClF3的混合气体，并且使用质量流量控制器2，以44ml/min的流量向其中导入6.0mol％的氯气，使其反应30秒，然后通过连接在后段的水涤气器(排气处理装置)5和KOH浓度为0.1mol/l的碱溶液的涤气器(排气处理装置)6进行除害处理，然后，对涤气器流通的出口气体进行取样，使用FT-IR(大塚电子公司制IG-1000)对ClO3F浓度进行了分析，其结果为4volppm。
[比较例2]
除了不添加氯气以外，在与实施例2相同的条件下进行。其结果为：取样的气体中的ClO3F浓度为3500volppm。
[实施例3]
将内径30mm、长600mm的镍制筒型反应器3的外壁温度设定成370℃，使用质量流量控制器1，以75ml/min的流量向镍制筒型反应器3中导入2.8mol％的氟气和3.5mol％的ClF3的混合气体，并且使用质量流量控制器2，以10ml/min的流量向其中导入3.4mol％的氯气，使其反应30秒，然后通过连接在后段的水涤气器(排气处理装置)5和KOH浓度为0.1mol/l的碱溶液的涤气器(排气处理装置)6进行除害处理，然后，对涤气器流通的出口气体进行取样，使用FT-IR(大塚电子公司制IG-1000)对ClO3F浓度进行了分析，其结果为160volppm。
[比较例3]
除了不添加氯气以外，在与实施例3相同的条件下进行。其结果为：取样的气体中的ClO3F浓度为5600volppm。

Claims (3)

1.一种除害方法，其特征在于，其是通过湿式涤气器对至少含有三氟化氯和氟气的混合气体进行除害处理的方法，
在通过湿式涤气器进行除害处理之前的阶段中，向所述混合气体中添加卤素气体X2使所述混合气体中的氟气与卤素气体X2反应，从而减少所述混合气体中的氟气，将在湿式涤气器中生成的过氯酰氟(ClO3F)的生成防止于未然，其中X表示Cl、Br或I。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，相对于所述混合气体中的氟气，添加1.0当量以上的卤素气体X2，其中X表示Cl、Br或I。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使所述混合气体中的氟气与卤素气体X2在200℃～400℃的温度范围内发生反应，其中X表示Cl、Br或I。
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