DE2817117A1 - Verfahren zur herstellung von stickstofftrifluorid - Google Patents
Verfahren zur herstellung von stickstofftrifluoridInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
von Stickstofftrifluorid unter Verwendung von gasförmigem Fluor.
Stickstofftrifluorid ist ein farbloses Gas mit einem Siedepunkt
von etwa -1290C und, einem Schmelzpunkt von etwa -2080G. Stickstofftrifluorid ist als Fluorquelle bei der
Herstellung von Fluorkohlenwasserstoffen, insbesondere
Fluorolefinen, und als Oxydationsmittel für energiereiehe
Brennstoffe geeignet. Gegenüber elementarem Fluor als Fluorquelle weist es im Gegensatz zu Fluor den Vorteil
auf, daß es bei niedrigen Temperaturen, z.B. 21°0 (7O0F) verhältnismäßig inert ist. Ferner kann es beispielsweise
für den Transport mit hohem Druck, beispielsweise 70 kg/cm Überdruck (1000 psig) komprimiert werden.
In der US-PS 3 304- 24-8 ist ein Verfahren zur Herstellung
von Stickstofftrifluorid beschrieben, bei dem gasförmiger
Stickstoff durch einen Plasmabogen bei Temperaturen oberhalb 10000C geführt wird und gasförmiges elementares
Fluor im Nachbogenbereich, und zwar so nahe an der Anode als möglich, eingeführt wird. Das Molverhältnis zwischen
Stickstoff und Fluor wird bei diesem Verfahren bei oberhalb 0,4:1 gehalten.
In der US-PS 3 O55 817 ist ein Verfahren zur Herstellung
von Stickstofftrifluorid durch Umsetzung von Stickstoffwasserstoffsäure
(HN,) mit Sauerstoff&ifluorid (OFp) in
Gegenwart aktinischer (ultravioletter) Strahlung beschrieben.
In der US-PS 4- 001 380 ist ein verbessertes Verfahren zur
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Herstellung von Stickstofftrifluorid aus E1IT, durch Reaktion
mit Nitro sylfluo rid oder Chlortrifluorid bei Temperaturen
oberhalb des Siedepunktes des Fluorazids, jedoch unterhalb 10O0C beschrieben.
5
5
In der US-PS 3 043 662 ist ein Verfahren zur Herstellung
von Stickstofftrifluorid durch Umsetzung von Kohlenstofftetrafluorid
oder. Carbonylfluorid mit binären Oxiden des Stickstoffs, beispielsweise Distickstoffmonoxid, Stickoxid
und Stickstoffoxid, beschrieben. Die Umsetzung wird durchgeführt, indem das Gas durch einen elektrischen Bogen
bei einer Temperatur zwischen 2000 und 40000C und
Zeiten zwischen 0,001 und etwa 2 Sekunden geführt wird.
In dem Artikel "Fluorination of Ammonia" J.Am.Chem.Soc.
82, 53OI-4 (1960) wird die Synthese von Stickstofftrifluorid
durch direkte Dampfphasenfluorierung von Ammoniak bei einem Molverhältnis von Ammoniak zu Fluor zwischen
etwa 1,1-2:1 beschrieben. Die Reaktionstemperatur des Wasserdampfphasenverfahrens wird nicht mitgeteilt,
die Autoren geben jedoch eine Ausbeute zwischen etwa 10 und 25% NF_ bezogen auf Fluor an. Bei diesem Verfahren
treten einige schwerwiegende Probleme auf, nämlich
a) die konkurrierende Zersetzungsreaktion von Stickstofftrifluorid
zu Stickstoff und Fluorwasserstoff,
b) die Entfernung der Wärme und die Temperaturkontrolle
und c) die Bildung von Ammoniumfluorid, das zu einer
Verstopfung des nach dem Reaktor angeordneten Aufarbeitungssystems führen kann.
Die Fluorierung von Ammoniumfluorid bei Temperaturen zwischen etwa 20 und 7O0C, wahlweise in Gegenwart von
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Natriumchlorid, wird "besclfflöben in Russian Journal of
Inorganic Chemistry 13 } .1618-1619 (1968).
In den ÜS-PSen 3 235 4-74- und 3 ;56 4-54- sind Verfahren
zur Herstellung von Stickstofi'trifluorid "beschrieben,
bei denen als Nebenprodukt etwas Distickstoffdifluorid anfällt. Di«se Verfahren beabsichtigen die Elektrolyse
von Ammoniumhydrogenfluorid bei Temperaturen oberhalb dessen Schmelzpunkts bei gleichzeitiger Einführung von
Fluorwasserstoff. Die Grundidee dieser Patente besteht darin, die Bildung einer explosiven Atmosphäre zu vermeiden,
die aufgrund der Bildung von Wasserstoff als Nebenprodukt an der Anode auftritt. Dies wird dadurch
erreicht, daß das Stickstoffluorid bei einer Konzentration
von unterhalb 9,4% oder oberhalb 95% gehalten
wird.
Aufgabe der Erfindung ist die·Schaffung eines· verbesserten
Verfahrens zur Herstellung von Stickstofftrifliiorid.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Stickstofftrifluorid unter Verwendung von gasförmigem
Fluor, das dadurch gekennzeichnet ist, daß gasförmiges Fluor mit geschmolzenem Ammoniumhydrogenfluorid
bei einer Temperatur unterhalb 2O4-°C in Kontakt gebracht
wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist 'folgende Vorteile
auf:
a) Das Produkt NF, wird in hoher Ausbeute gebildet, wobei der Umsatz von Fluor zu Produkt ausgezeichnet ist;
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BAD ORIGINAL
b) das Produkt ist weitgehend frei von Distickstoffdifluorid und anderen Verunreinigungen;
c) beim Arbeiten von Molverhältnissen zwischen Fluorwasserstoff und Ammoniak von über 2 wird die Bildung von
Ammoniumfluoridverunreinigungen vermieden, da diese zu Ammoniumhydrogenfluorid umgewandelt werden, wodurch die
Verstopfungsgefahr der Aufbereitungsanlage vermieden
wird;
d) die stark exotherme Fluorierungsreaktion erfolgt ohne Bildung einer entflammbaren oder explosiven wasserstoffenthaltenden
Atmosphäre und
e) die Prozeßtemperatur kann bedeutend besser als bei
elektrolytischen Verfahren geregelt werd ?n, da wesentliche
Wärmemengen eliminiert werden, nämlich 37^ Kilokalorien
je Mol durch das System geführtes Fluor.
Es wird angenommen, daß der Gruncl für die Erhöhung der
Ausbeute an Stickstofftrifluorid durch d'e Anwesenheit von Ammoniumhydrogenfluorid darin besteht, daß letzteres
als Wärmeabzug für die stark exotherme Fluorierungsreaktion
W. HF + 3F0 —>
NF_ + 3NH..F + 8HF -r d $ π-
dient. Die drei gebildeten Mole Ammoniumfluorid reagieren im wesentlichen sofort mit 3 Mol des als Nebenprodukt
anfallenden HF unter Bildung von mehr Ammoniumhydrogenfluorid, wobei 5 Mol HF als Nebenprodukt je 4- Mol zugeführtes
HH^r.BF"Verbleiben;* " *-~-
Experimente weisen darauf hin, daß wenn die Wärme nicht im wesentlichen sofort bei der Bildung des NF, abgezogen
wird und
die Reaktion
die Reaktion
gen wird und die lokale Temperatur um das NF, hoch ist,
2NH4F.HF + 3F2 —>
E2 + 1OHF
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oder alternativ die Reaktion
KF5 + KH4F.HF _>
K2 + 5HF
ablaufen können. Diese konkurrierenden Reaktionen werden durch, die ausgezeichnete Fähigkeit des Ammoniumhydrogenfluorids
"bezüglich, des Abzugs der Wärme hint angehalten.
Die Temperatur der Fluorierung kann zwischen dem Schmelzpunkt des Ammoniumhydrogenfluorids, der durch, erhöhte
Konzentrationen von Fluorwasserstoff erniedrigt werden kann und 2040C (4000F) liegen. Die Fluorierungstemperatur
liegt üblicherweise zwischen 65 und 2040O (1.50 bis 4000F),
vorzugsweise zwischen 126 und 2040C (260 bis 4000F) und
insbesondere zwischen 138 und 2040C (280 und 4000F).
Die Reaktion zwischen gasförmigem Fluor und Ammoniumhydrogenfluorid
wird vorzugsweise in Gegenwart von Ammoniak durchgeführt, das den Verlust bei der Reaktion wettmacht.
Ein Blick auf die Gesamtreaktion der vorstehenden Gleichungen zeigt, daß 1 Mol Amnoniak je Mol gebildetem Stickstofftrifluorid
verbraucht wird. Dieses Mol Ammoniak muß bei einer kontinuierlichen Reaktion ersetzt werden, und
zwar entweder durch Zugabe von Ammoniumhydrogenfluorid,
Ammoniumfluorid oder Ammoniak. Vorzugsweise wird der Reaktion Ammoniak in überschüssiger Menge zugeführt, um
ein Molverhältnis von Fluorwasserstoff zu Ammoniak von wenigstens 2 und vorzugsweise 2,0 bis 2,5 Mol HF je Mol
KH zu erreichen (das Verhältnis von HF zu Ammoniak wird
3
durch Analyse des flüssigen Bades bestimmt). Der Ammoniak bildet nicht nur einen zusätzlichen Reaktanten, wie dies zuvor erwähnt wurde, sondern erfüllt auch eine zweite Funktion, die darin besteht, daß er HF unter Bildung von
durch Analyse des flüssigen Bades bestimmt). Der Ammoniak bildet nicht nur einen zusätzlichen Reaktanten, wie dies zuvor erwähnt wurde, sondern erfüllt auch eine zweite Funktion, die darin besteht, daß er HF unter Bildung von
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Ammoniumhydrogenfluorid verbraucht, wodurch das Volumen an HF, das zum Produktaufbereitungssystem geführt wird,
verringert wird. Im allgemeinen beträgt die Konzentra-. tion an HF etwa 10 bis 15 Vol.-% des Reaktorgases, das
zur Produktaufbereitungseinheit geht. Wurden höhere Konzentrationen
von HF zu Ammoniak toleriert, würde der Vo1.-Prοζentsatζ an HF wesentlich ansteigen und müßte
bei der Produktaufbereitung entfernt werden.
Geeigneterweise kann die Reaktion zwischen Atmosphären-
druck und 3i5 kg/cm "Überdruck (50 ρsig ) durchgeführt
werden.
Zur Bewirkung der Fluorierung wird elementares Fluor in innige Verbindung mit Ammoniumhydrogenfluorid gebracht,
wobei NF gebildet wird. Es wird vorgezogen, den Fluordampf in dem geschmolzenen Ammoniumhydrogenfluorid fein
zu verteilen, um heiße Stellen zu vermeiden. Dies kann in einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß das
Fluorgas durch einea Sprinkler geführt wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform eines Sprinklers ist derart ausgebildet, daß er eine Vielzahl von Löchern im
allgemeinen mit gleichförmigem Durchmesser zwischen etwa 0,04 und 0,64- cm (1/64 und 1A inch ) aufweist. Anders
ausgedrückt haben die Löcher eine Querschnittsfläche
ρ 2
zwischen etwa 0,0006 bis 0,32 cm (0,0001 und 0,05 in ), wobei die Löcher dreieckige oder rechteckige Form aufweisen
können. Sprinkler dieser Art haben üblicherweise die Form eines geraden Rohrs oder eines Kreisrings.
Eine andere Art von Sprinklern besteht aus gesintertem Metall. In diesem Fall sind die Poren im Mikronbereich.
ORIGINAL !NSPECTEO
Gemäß einer "bevorzugten Ausführungsform wird das Fluor
durch, einen Sprinkler geführt und dann in eine in einem Reaktorbad senkrecht angeordnete Festkörpersäule eingeleitet,
in der das Fluor weiterverteilt wird. Diese' Festkörpersäulen haben im allgemeinen einen Durchmesser
zwischen etwa 3,8 und 7,6 cm (1 1/2 bis 3 inch ) und eine Länge zwischen'etwa 15,2 und 4-5*7 cm (6 und 18
inch ). Sie können mit Maschendraht oder anderen üblichen Füllkörpern gefüllt sein. Ein Vorteil dieser Anordnung
liegt darin, daß nicht nur das Fluor fein verteilt wird, sondern daß der Wärmeübergang durch eine Thermosiphonwirkung
des Ammoniumhydrogenfluorids durch die Festkörpersäule erhöht wird. Das elementare Fluor wird
in das geschmolzene Ammoniumhydrogenfluorid vorzugsweise in einer Tiefe zwischen 0,15 und 1,2 m (0,5 und 4·
feet) unterhalb der Oberfläche eingeführt und vorzugsweise mit einem Durchsatz von 0,091 bis 0,91 kg (0,2 bis
2,0 pounds) (vorzugsweise 0,27 bis 0,68 kg (0,6 bis 1,5 pounds)) Fluor je 0,09 m Querschnittsfläche bezüglieh
Ammoniumhydrogenfluorid. Die Einführtiefe scheint nicht besonders kritisch zu sein, da im allgemeinen die
Temperatur des NF, sich auf Badtemperatur verringert hat,
diese verhältnismäßig stabil bleibt. Sie ist instabil, wenn lokale Temperaturen die Badtemperatur übersteigen.
Das in das Ammoniumhydrogenfluoridbad eingeführte Fluor
kann rein sein oder mit einem inerten Verdünnungsmittel, wie beispielsweise Helium, Neon oder Stickstoff, verdünnt
sein. Die hier genannten Fließgeschwindigkeiten sind jedoch auf der Basis von zugeführtem Fluor berechnet
und nicht bezogen auf zugeführtes Fluor und Verdünnungsmittel. Vorzugsweise beträgt die Fluorkonzentration
wenigstens 50 Vol.-% und vorzugsweise liegt sie
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oberhalb 85 Vo1*-%.
In Fig. 1 ist ein Fließdiagramm einer Laboratoriumsvorrichtung,
die in Zusammenhang mit den Beispielen 1 und 2 verwendet wurde, gezeigt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert.
In Fig. 1 ist die verwendete Vorrichtung gezeigt. 2,72 kg
(6 pounds) Ammoniumhydrogenfluorid 4 wurden in einen Nikkeireaktor 2 (Laboratoriumsgröße) mit einem Durchmesser
von etwa 10,2 cm (4 inches) und einer Höhe von etwa 0,9 m (3 feet) eingebracht. Das Ammoniumhydrogenfluorid 4 wurde
auf eine Temperatur von etwa 1350C (2750P) durch externe
Heizschlangen 6 erhitzt, um es zu schmelzen. Ein Sprinkler 8, der aus Nickel bestand, wurde oben beim Reaktor
eingeführt und etwa 30»5 cm (12 inch ) unter die Oberfläche
des geschmolzenen Ammoniumhydrogenfluorids 4 eingetaucht. Der Sprinkler 8 wies am Ende einen toroidalen
Teil 10 mit vielen im wesentlichen gleichförmigen Löchern 12 auf, die einen Durchmesser von etwa 0,08 cm
(1/32 inch ) hatten. Ein Ammoniaksprinkler 14 wurde von oben in den Reaktor 2 geführt und unterhalb der Oberfläche
des Ammoniumhydrogenfluorids 4 angeordnet. Der Ammoniaksprinkler hatte einen Endteil 16 mit zahlreichen
Löchern 18 mit im wesentlichen gleichförmigem Durchmesser.
Diese Löcher hatten einen Durchmesser von gleichfalls etwa 0,08 cm (1/32 inch )..
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Eine Mischung aus gleichen Volumenteilen Stickstoff und Fluor (die eine Reinheit von etwa 99% aufwies, wobei
die Restverunreinigungen aus Stickstoff, Kohlenstofftetrafluorid und Fluorwasserstoff bestanden) wurde
in das geschmolzene Ammoniumhydrogenfluorid 4 in einer
Menge von 55,5 dm5A (1,96 scfh. ) eingeführt. Der Stick-"
stoff wurde über Leitung 20 dem Sprinkler 8 zugeführt. Eine
ausreichende Menge Ammoniak wurde durch den Ammoniaksprinkler 14 zugeführt, so daß ein Verhältnis von als
Nebenprodukt gebildetem HF zu Ammoniak von etwa 2,3:1 aufrechterhalten wurde (gemessen im geschmolzenen Ammoniumhydrogenfluorid).
Der Druck im Reaktor 2 wurde bei etwa 0,42 kg/cm Überdruck (6 psig) gehalten.
Das Reaktorgas 22 wurde über Leitung 24 und die Nebelentfernereinheit
26 zur NF,-Gewinnungseinheit geführt. Die Nebeleliminatoreinheit 26 wurde bei einer Temperatur
von oberhalb 126°C (2600F) gehalten, und zwar mittels
Erhitzer 55, und wurde eingesetzt um 1. die Entfernung von mitgerissener Schmelze im Reaktorgasstrom zu
bewirken, und 2. um die Reaktion von Ammoniumfluorid
mit Fluorwasserstoff unter Bildung von flüssigem Ammoniumhydrogenfluorid
zu unterstützen, das dann in den Reaktor 2 zurückfiel. Nach dem Durchgang des Reaktorgasstromes
.durch die Nebeleliminatoreinheit 26 wurde er über Leitung 28 zu einem Stickstofftrifluoridgewinnungssystcic
geführt.
Zur Gewinnung wurde das Reaktorgas durch eine Falle 30
und dann über Leitung 32 zu einem Scrubber 34, der Kaliumhydroxid
enthielt, geführt. Im Scrubber 34 reagierte HF mit KOH unter Bildung eines Salzes, das aus dem System
809843/091*
entfernt wurde. Anschließend wurde das Gas über Leitungen
36 und 38 zu einer Kühlfalle 40 geführt. Dort wurde die Temperatur auf etwa 4,4°C (A-O0P) zwecks Kondensation
eines wesentlichen Teils des Wassers erniedrigt. Das verbleibende Gas wurde dann über Leitung 42 zu einem von
zwei Molekularsiebtrocknern 44 und 46 zur Entfernung
sämtlicher Spuren an Wasser geführt. Anschließend wurde die Temperatur des Gases auf jene von flüssigem Stickstoff,
nämlich -196°C (-3200F) in einem Kondensator 48
erniedrigt, um im wesentlichen das gesamte Stickstofftrifluorid
des Gases zu kondensieren. Der Kondensator 48 war von flüssigem Stickstoff (nicht gezeigt) der in einem
Behälter 50 vorliegt, umgeben. Das Rohprodukt wurde am
Boden des Kondensators 48 gesammelt und mittels Pumpe 52 mit Vakuum beaufschlagt, um Restmengen von Stickstoff
aus dem flüssigen Produkt zu entfernen. Dieser Stickstoff wurde über Leitung 3^ abgezogen. Das Produkt wurde dann
erwärmen gelassen und gelagert.
In 5 Stunden, v/obei 220 g Fluor dem Reaktor 2 zugeführt
wurden, wurden 51*5 g gereinigtes Stickstofftrifluorid
gesammelt. Die Ausbeute betrug etwa 47% NF,, bezogen auf
dem Reaktor 2 zugeführten Fluor und die Analyse des Endproduktes ergab einen Wert von über 95 Gew.-% NF-..
Die in Beispiel 1 beschriebene experimentelle Technik wurde wiederholt, jedoch wurden in diesem Fall insgesamt
142 g Fluor mit einer ausreichenden Menge Ammoniak, um ein Verhältnis von als Nebenprodukt gebildetem HF zu
NH, von etwa 2,3:1, gemessen in geschmolzenem Ammoniumhydrogenfluorid,
zu erreichen, während 5 Stunden umgesetzt, wobei 88,7 g reines NF, erhalten wurden.
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_ AlX. _
Die Ausbeute bei diesem Lauf betrug etwa 63%, bezogen
auf dem Reaktor zugeführten Fluor. Die große Differenz bezüglich, der Ausbeute wird der Analyse und experimentellen
Fehlern zugeordnet. Die Ausbeuten sind jedoch unter Berücksichtigung der vorhandenen analytischen
und experimentellen Gegebenheiten als gut anzusehen.
Es wurde im wesentlichen die Arbeitsweise des Beispiels angewandt, jedoch in einem pilot plant-Reaktor und unter
Verwendung einer anderen Sprinklereinrichtung anstelle des Reaktors 2 und des Sprinklers 8. Dieser Reaktor hat
einen Durchmesser von etwa 35,5 cm (14 inch) und eine Höhe von etwa 0,6 m (2 feet) bei einem Volumen von etwa
56,6 dar (2 cf)„ Die Sprinklereinrichtung bestand aus
einem geraden Rohr mit neun Löchern mit einem Durchmesser von 0,08 cm (1/32 inch ) und einer zylindrischen
Festkörpersäule mit einem Durchmesser von 5,1 cm (2 inch.) und einer Höhe von 15,2 cm (6 inch ). Die zylindrische
Säule wurde oberhalb des geraden Sprinklerrohres und vertikal
im Reaktor angeordnet. Sie war mit einer ausreichenden Menge an Monel York-Maschendraht gefüllt, um ein
weiteres Aufbrechen der Blasen zu bewirken, die vom Rohr abgingen ohne den Durchtritt der Flüssigkeit durch die
Säule wesentlich zu beschränken. Etwa 60,8 kg (13^ pounds)
Ammoniumhydrogenfluorid wurden in den Reaktor eingebracht
und auf eine Temperatur von 126,7°C (2600F) erhitzt.
Die Oberfläche des geschmolzenen Ämmoniumhydrogenfluorids
befand sich etwa 15,24 cm (6 inch ) oberhalb des oberen Endes der Sprinklereinrichtung. Es wurden 1416 dm
(50 scf) 100%-iges Fluor und 1416 dm5 (50 scf) Stickstoff
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gemischt und während 9 Stunden durch das geschmolzene Ammoniumhydrogenfluorid durchperlen gelassen. Die Ausbeute
an NF, während des 9-stünriigen Betriebs betrug etwa 31%, bezogen auf eingesetztes Fluor.
Das in Beispiel 3 beschriebene Verfahren wurde bei einer
Temperatur von 132°C (27O0F) wiederholt. Die eingeführten
Mengen betrugen 17O dm5/h (6,0 cfh) F2, 196,2 dm5/h
(7,0 cfh) Helium und 42,5 dm3/h (1,5 cfh) NHx. Der Reak-
2
tordruck betrug 0,35 kg/cm Überdruck (5 psig) und es
tordruck betrug 0,35 kg/cm Überdruck (5 psig) und es
wurde ein Verhältnis HF/EH, zwischen 2,25 und 2,31:1 auf4%
rechterhalten. Die Ausbeute bezüglich NF, betrug 41% und
NpFp wurde in geringerer Menge als 100 ppm gebildet.
Die Analyse des Reaktorgases zeigte vor dem Scrubben einen Wert von etwa 7,7 Vol.-%, wobei der Rest hauptsächlich
aus Helium und Stickstoff bestand.
Es wurde die Arbeitsweise des Beispiels 3 wiederholt, wobei bei einer Temperatur von 135°0 (275°F) und einem
2
Druck von 0,42 kg/cm Überdruck (6 psig) gearbeitet wurde und 283,2 dm5/h (10 cfh ) F2, 85,0 dm5/h (3 cfh) NH5 und 283,2 dm^/h (10 cfh ) He eingeführt wurden. Die Ausbeute betrug 41,5% NF, und der Gehalt an N2F2 weniger . als 100 ppm.
Druck von 0,42 kg/cm Überdruck (6 psig) gearbeitet wurde und 283,2 dm5/h (10 cfh ) F2, 85,0 dm5/h (3 cfh) NH5 und 283,2 dm^/h (10 cfh ) He eingeführt wurden. Die Ausbeute betrug 41,5% NF, und der Gehalt an N2F2 weniger . als 100 ppm.
Es wurde die Arbeitsweise des Beispiels 3 bei einer
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Temperatur von 1350O (2750F) wiederholt, wobei 425 dm /h
3 5
35 (75) , 5
cfh) F2, 425 dm3/h (15 cfh) MH3 und 225 dm5/h (15 cfh)
He eingeführt wurden und ein Tlolverhältnis von HF/NH
zwischen 2,17 u^d 2,23:1 eingehalten wurde. Die Ausbeute
von MF., betrug 32,1%.
Die Beispiele 4 bis 6 zeigen, daß bsi Zuführung zwischen etwa 170 und 425 dm5/h (6 bis 15 cfh) F2/0,09 m2 (ft2)
Reaktor verhältnismäßig gute Ausbeuten erhalten werden und bei Erhöhung der Menge an F^ über etwa 283,2 dm /h
(10 cfh) die Ausbeute abfällt. Die Versuche zeigen ferner, daß das Verfahrensprodukt im wesentlichen frei von
Verunreinigungen an Distickstoffdifluorid ist.
Es wurde die Arbeitsweise des Beispiels 3 wiederholt, wobei jedoch eine Fluor/Stickstoff-Mischung mit einem
Gehalt von 86% Fluor als Beschickungsgas diente. Die Aus beute, bezogen auf zugeführtes Fluor, betrug etwa 44%.
Es wurden die Arbeitsweisen der Beispiele 3 und 7 an~
gewandt, wobei jedoch 100%-iges F? als Beschickungsgas
verwendet wurde. Die Ausbeute betrug etwa 53%· Die Verseuche
der Beispiele 3, 7 und 8 zeigen, daß etwas bessere Ausbeuten erhalten werden können, wenn 100%-iges Fo als
Eeäktorgas anstelle von verdünnten Fluormischungen verwendet
wird.
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-- 17 -
Es wurde die Arbeitsweise des Beispiels 3 für eine
erste Versuchsreihe angewandt, wobei jedoch 100%-iges Fp
eingesetzt wurde, die zugeführte Menge bei 141,6 dm /h (5 scfh) gehalten wurde und die Reaktionstemperatur
zwischen 115,6 und 159°C (240 bis 281°F) variiert wurde. Bei einer zweiten Versuchsserie wurde die Temperatur
zwischen 147 und 188°C (294 bis 366°F) variiert, wobei 100%-iges F2 in einer Menge von 85,0 dm^/h (3 scfh)
zugeführt wurde« Die Höhe des Festbettes betrug 30,5 cm (12 inch ). Die Ausbeute bei diesen Versuchen ist aus
der nachstehenden Tabelle ersichtlich.
Temp.0C | OJ. | NF -Ausbeute, bezogen | prozentualer Fp- | |
auf zugeführtes Fluor | ümsatz | |||
115,6 | 240 | 21,7 | ||
20 | 127,8 | 262 | 29,6 | |
155,2 | 272 | 52,2 | ||
158,5 | 281 | 54,9 | ||
145,4 | 294 | 57,9 | 83,8 | |
25 | 150,5 | 5O5 | 56,1 | 71,8 |
155,8 | 515 | 40,3 | 90,6 | |
167,5 | 555 | 12,3 | 95,2 | |
178,0 | 552 | 4,2 | 99,6 | |
185,0 | 566 | 4,8 | 94,1 | |
50 |
B09843/0912
Die Ergebnisse zeigen, daß die Temperatur bezüglich der Ausbeute von Bedeutung ist und im allgemeinen bei
Temperaturen unterhalb etwa 12f~.0G (2600F) und oberhalb etwa
1600C (3200F) die Ausbeuten stark abfallen.
S Π «1 8 4 3 / 0 J 1 2
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung von Stickstofftrifluorid
unter Verwendung von gasförmigem Fluor, dadurch
gekennzeichnet, daß gasförmiges Fluor mit geschmolzenem Ammoniumhydrogenfluorid hei einer
Temperatur unterhalb 2040C in Kontakt gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Ammoniumhydrogenfluorid eine
Temperatur zwischen 126 und 1600C aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Inkontaktbringen in Gegenwart von Ammoniak
durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3? dadurch gekennzeichnet,
daß in das geschmolzene Ammoriumhydrogenfluorid eine
solche Menge an Ammoniak eingeführt wird, daß das
Molverhältnis von Hydrogenfluorid zu Ammoniak im
geschmolzenen Ammoniumhydrogenfluorid nicht weniger als 2,0 beträgt.
809843/0 912
ORIGINAL INSPECTED
2017117
5. Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Molverhältnis zwischen 2,0 und 2,5 gearbeitet
wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Druck zwischen atmosphärischem
Druck und 3?52 kg/cm Überdruck gearbeitet
wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Fluor mit dem geschmolzenen
Ammoniumhydrogenfluorid in Kontakt gebracht wird, indem gasförmiges Fluor in das geschmolzene
Ammoniumhydrogenfluorid durch einen Sprinkler mit einer Vielzahl von Löchern mit einer Querschnitts-
2 fläche zwischen 0,0006 und 0,32 cm eingeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch
gekennzeichnet, daß das gasförmige Fluor mit dem geschmolzenen
Ammoniumhydrogenfluorid in Kontakt gebracht wird, indem das gasförmige Fluor in das geschmolzene
Ammoniumhydrogenfluorid durch einen Sprinkler eingeführt wird, der in einer Festkörpersäule angeordnet
ist, die einen Durchmesser zwischen 3»8 und
7j6 cm und eine Länge zwischen 15,2 und 45,7 cm aufweist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Inkontaktbringen in einem
Reaktor erfolgt, wobei das gasförmige Fluor in den Reaktor in einer Menge zwischen 0,09 und 0,9 kg Fluor
2
je 0,09 m Querschnittsfläche des Reaktors eingeführt wird.
je 0,09 m Querschnittsfläche des Reaktors eingeführt wird.
809843/0912
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 his 9» dadurch
gekennzeichnet, daß gasförmiges Fluor in Mischung mit Inertgas eingeführt wird.
S C 3843 / 091
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US05/788,724 US4091081A (en) | 1977-04-19 | 1977-04-19 | Preparation of nitrogen trifluoride |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2817117A1 true DE2817117A1 (de) | 1978-10-26 |
DE2817117C2 DE2817117C2 (de) | 1984-05-03 |
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ID=25145354
Family Applications (1)
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