DE2817117A1

DE2817117A1 - Verfahren zur herstellung von stickstofftrifluorid

Info

Publication number: DE2817117A1
Application number: DE19782817117
Authority: DE
Inventors: John Theodore Lileck; Andrew Joseph Woytek
Original assignee: Air Products and Chemicals Inc
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 1977-04-19
Filing date: 1978-04-19
Publication date: 1978-10-26
Also published as: BE866133A; JPS53130296A; IT1094706B; JPS558926B2; GB1570253A; DE2817117C2; FR2387906A1; NL7804171A; FR2387906B1; IT7822464A0; ZA782210B; US4091081A; CA1090535A; NL172944C

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.
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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

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

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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.

Beispiel 1

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

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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-..

Beispiel 2

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.

Beispiel 5

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.

Beispiel 4

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) NH_x. Der Reak-

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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.

Beispiel 5

Es wurde die Arbeitsweise des Beispiels 3 wiederholt, wobei bei einer Temperatur von 135°0 (275°F) und einem

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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.

Beispiel 6

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.

Beispiel 7

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%.

Beispiel 8

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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Beispiel 9

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.

Tabelle

	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

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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.

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Claims

PATENTANWÄLTE DR.KADOR&DJLKLUMER K 12 Air Products and Chemicals Inc. P.O.Box 538 Allentown, Pennsylvania 18105 USA Verfahren zur Herstellung von Stickstofftrifluorid Patentansprüche

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.

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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

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je 0,09 m Querschnittsfläche des Reaktors eingeführt wird.

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10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 his 9» dadurch gekennzeichnet, daß gasförmiges Fluor in Mischung mit Inertgas eingeführt wird.

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