CN102311101A - 一种气固反应直接氟化法制备三氟化氮的技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气固反应直接氟化法制备三氟化氮的技术，主要由安装有反应器加热装置的反应器、安装有除雾器加热装置的除雾器、捕集器、洗涤器、冷阱、左吸附柱、右吸附柱、冷凝器、真空泵、连接阀门按其系统功能通过连接管线组装一体而构成。设计合理，使用方便，是理想的三氟化氮制备工艺技术。

Description

一种气固反应直接氟化法制备三氟化氮的技术

所属技术领域

本发明涉及一种化工产品-三氟化氮制备的工艺技术，特别是一种气固反应直接氟化法制备三氟化氮的技术，适合于化工合成三氟化氮。

背景技术

目前，制造三氟化氮的方法是将将氟气和氨气供给到管状反应器中，使其在稀释气体的存在下，气相中无催化剂条件下进行反应，生成主要含有三氟化氮的气体生成物和主要含有氟化铵和/或酸式氟化铵的固态生成物，利用安装在上述管状反应器上的用于除去上述固态生成物的装置，来除去附着在上述管状反应器的内壁的上述固态生成物。该方法不适用连续生产，且产出率相对比较低。

发明内容

本发明所要解决的问题在于，克服现有技术的不足，提供了一种气固反应直接氟化法制备三氟化氮的技术。该技术不仅工艺合理，制备简单，而且产品质量好，生产的三氟化氮纯度达80％以上以上，并解决了环境污染问题。

本发明采用的技术方案是：安装有反应器加热装置的反应器、安装有除雾器加热装置的除雾器、捕集器、洗涤器、冷阱、左吸附柱、右吸附柱、冷凝器、真空泵、连接阀门按其系统功能通过连接管线组装一体而构成。

本发明采用氨的化合物在全氟化碳液体介质中直接氟化制备三氟化氮的技术，本发明是一种将含有铵的化合物首先溶解在全氟化碳(PFC)液体中，将氟反应物引入反应混合物中在60-44℃的温度下发生反应生成三氟化氮产品。全氟化碳液体可以各种方式改善氟反应物同铵离子源之间发生的反应。反应混合物中的PFC至少部分地溶解了混合物中含有的一种或多种铵离子源。氟反应物也更容易溶解在反应混合物中，从而提高反应动力学以便增强氟反应物向三氟化氮转化。反应动力学的改善可导致在较低温度下的反应速率与预期的相同或比预期的高。还相信PFC提供了一种非极性反应混合物，从而使得自由基方法比离子方法更具优点。就此而论，与未添加PFC的反应混合物(例如，含HF和铵离子源的熔融物)相比，金属离子在含有PFC的反应混合物中的较低溶解度减少了对金属反应器和组件的腐蚀。而且，HF不混溶于大多数PFC液体且在其中浓度不高，从而相对于未添加PFC的反应混合物，改善了从含PFC的反应混合物中除去HF的能力。

任何铵离子源都可使用，以便在工作范围内的反应混合物中基本上呈液态或是在工作范围内具有熔点。适合的铵离子源包括NH₃、NH₄F、NH₄HF₂、NH₄Cl、NH₄Br、NH₄I、NH₄NO₃、(NH₄)₂SO₄、(NH₄)yMFz·nHF等或它们的混合物。此处M是选自元素周期表I-VIII族的一个或多个元素；y是1-4的数；z是2-8的数；而n的数量应能足以维持化合物在反应混合物中呈液态。

这种化合物也能通过氟化铵、HF、一个或多个二元氟化物反应得到或可选择地通过聚(氟化氢)铵和金属氟化物反应得到。

反应混合物含有的一种或多种全氟化碳液体是指在C主链的所有连接位置大多被氟原子取代的氟碳化合物。全氟化碳液体可包括那些含有被整个氢化链段隔离的全氟化链段或另一被氧或醚键隔离的全氟化链段的化合物。而且，全氟化碳液体也可包括另外一些化合物，其中全氟化物含有一种或多种有机官能团或氢端基团。适合的全氟化碳液体的非限制性例子包括：全氟烷烃(即全氟丙烷、全氟丁烷、全氟己烷、全氟庚烷或全氟正辛烷)，全氟芳基(即全氟苯基)，全氟环烷(即1，3-全氟二甲基环己烷，1，4-全氟二甲基环己烷，或全氟甲基环己烷)，全氟聚醚和全氟聚醚或氢氟醚。全氟化碳液体优先在所需工作温度范围即从60℃到144℃是非发挥性和惰性的，以减少三氟化氮合成中的液体损失。

本发明的有益效果是，设计合理，使用方便，是理想的三氟化氮制备工艺技术。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的结构示意图。

附图编号为：1反应器，2、反应器加热装置，3、除雾器，4、除雾器加热装置，5、捕集器，6、洗涤器，7、冷阱，8、左吸附柱，9、右吸附柱，10、冷凝器，11、真空泵，12、连接管线，13、连接阀门，14、加入口。

具体实施方式

参照图1，安装有反应器加热装置2的反应器1、安装有除雾器加热装置4的除雾器3、捕集器5、洗涤器6、冷阱7、左吸附柱8、右吸附柱9、冷凝器10、真空泵11、连接阀门13按其系统功能通过连接管线12组装一体而构成。

本发明采用氨的化合物在全氟化碳液体介质中直接氟化制备三氟化氮的技术，本发明是一种将含有铵的化合物首先溶解在全氟化碳(PFC)液体中，将氟反应物引入反应混合物中在60-44℃的温度下发生反应生成三氟化氮产品。全氟化碳液体可以各种方式改善氟反应物同铵离子源之间发生的反应。反应混合物中的PFC至少部分地溶解了混合物中含有的一种或多种铵离子源。氟反应物也更容易溶解在反应混合物中，从而提高反应动力学以便增强氟反应物向三氟化氮转化。反应动力学的改善可导致在较低温度下的反应速率与预期的相同或比预期的高。还相信PFC提供了一种非极性反应混合物，从而使得自由基方法比离子方法更具优点。就此而论，与未添加PFC的反应混合物(例如，含HF和铵离子源的熔融物)相比，金属离子在含有PFC的反应混合物中的较低溶解度减少了对金属反应器和组件的腐蚀。而且，HF不混溶于大多数PFC液体且在其中浓度不高，从而相对于未添加PFC的反应混合物，改善了从含PFC的反应混合物中除去HF的能力。

任何铵离子源都可使用，以便在工作范围内的反应混合物中基本上呈液态或是在工作范围内具有熔点。适合的铵离子源包括NH₃、NH₄F、NH₄HF₂、NH₄Cl、NH₄Br、NH₄I、NH₄NO₃、(NH₄)₂SO₄、(NH₄)yMFz·nHF等或它们的混合物。此处M是选自元素周期表I-VIII族的一个或多个元素；y是1-4的数；z是2-8的数；而n的数量应能足以维持化合物在反应混合物中呈液态。

这种化合物也能通过氟化铵、HF、一个或多个二元氟化物反应得到或可选择地通过聚(氟化氢)铵和金属氟化物反应得到。

反应混合物含有的一种或多种全氟化碳液体是指在C主链的所有连接位置大多被氟原子取代的氟碳化合物。全氟化碳液体可包括那些含有被整个氢化链段隔离的全氟化链段或另一被氧或醚键隔离的全氟化链段的化合物。而且，全氟化碳液体也可包括另外一些化合物，其中全氟化物含有一种或多种有机官能团或氢端基团。适合的全氟化碳液体的非限制性例子包括：全氟烷烃(即全氟丙烷、全氟丁烷、全氟己烷、全氟庚烷或全氟正辛烷)，全氟芳基(即全氟苯基)，全氟环烷(即1，3-全氟二甲基环己烷，1，4-全氟二甲基环己烷，或全氟甲基环己烷)，全氟聚醚和全氟聚醚或氢氟醚。全氟化碳液体优先在所需工作温度范围即从60℃到144℃是非发挥性和惰性的，以减少三氟化氮合成中的液体损失。

三氟化氮合成是在盛有反应混合物的反应器中进行的。合适的反应容器包括搅拌罐、升气反应器、文丘里循环反应器、气体液体旋流器和离心分离反应器、喷雾塔和喷雾旋流反应器、降膜反应器、填充柱状反应器、联机的静态混合反应器或鼓泡柱等。

反应物中的氟浓度(体积)范围可为1％-100％，优选80％-100％，特别优选100％。氟气反应物可通过各种途径输入反应混合物中，例如，通过喷头/或输入端口，或输入具有气体推进器的顶部空间或者反应气体从顶部空间引入反应介质中，同时不断通入NH₃维持铵离子浓度。借助较小的反应器头压或背压进行反应可以提高氟的转化率和三氟化氮的产率。

操作使用本发明生产三氟化氮的过程如下：氟气反应混合物通过加入口14进入安装有反应器加热装置2的反应器1加热反应，经连接管线12进入安装有除雾器加热装置4的除雾器3加热除雾后，又经连接管线12进入捕集器5、洗涤器6、冷阱7、左吸附柱8、右吸附柱9、冷凝器10完成生成过程，制备出的三氟化氮经真空泵11泵出装瓶。该发明技术不仅工艺合理，制备简单，而且产品质量好，生产的三氟化氮纯度达80％以上以上，并解决了环境污染问题。

Claims (1)

1.一种气固反应直接氟化法制备三氟化氮的技术，其特征在于：安装有反应器加热装置的反应器、安装有除雾器加热装置的除雾器、捕集器、洗涤器、冷阱、左吸附柱、右吸附柱、冷凝器、真空泵、连接阀门按其系统功能通过连接管线组装一体而构成。

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