JP3516716B2 - トリフルオロメタンの精製法 - Google Patents

トリフルオロメタンの精製法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はトリフルオロメタンの精
製法に関するものであり、特にトリフルオロメタンに含
まれるブロモトリフルオロメタンなどの不純物を効率的
に除去し、電子工業分野で使用できる高純度トリフルオ
ロメタンを製造するトリフルオロメタンの精製法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】一般に工場生産されるトリフルオロメタ
ンは、不純物としてブロモトリフルオロメタン、クロロ
ジフルオロメタンなどを含んでいる。これらの不純物は
従来、主に蒸留によって除去されている。しかし、特に
不純物であるブロモトリフルオロメタン(大気圧下の沸
点−58.7℃)を蒸留によって、トリフルオロメタン
(大気圧下の沸点−84.4℃)から分離除去しようと
すると、不純物に随伴する大量のトリフルオロメタンを
廃棄せざるを得ず、精製効率がきわめて悪いばかりでな
く、廃棄ガスによる大気汚染などの問題も発生する。こ
のため、蒸留によって不純物濃度を1000ppm以下
程度まで低下させることは実質的にきわめて困難であ
る。特に、原料トリフルオロメタン中の不純物濃度があ
る程度以上に高い場合には、これから蒸留によって高純
度トリフルオロメタンを得ることは実際上不可能であ
る。
【0003】一方、トリフルオロメタンは電子工業分野
で半導体エッチングガスなどとしての需要があり、この
用途には例えば不純物ブロモトリフルオロメタンが5p
pm以下程度のきわめて高純度のものが求められる。そ
こで、この要求に応ずるために、モレキュラーシーブな
どの吸着材を用いて気相で精製するか、または活性炭を
用いて液相で精製する方法が検討された。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】トリフルオロメタン中
のブロモトリフルオロメタンを例えばモレキュラーシー
ブなどの吸着材によって除去する方法は、ブロモトリフ
ルオロメタンの分子サイズ(48〜59nm)がトリフ
ルオロメタンの分子サイズ(41〜51nm)より大き
い上に極性的にも両者間でほとんど差がないため、きわ
めて困難であった。また、液相での活性炭処理も、ブロ
モトリフルオロメタンの選択的な吸着能が低いため、精
製が可能ではあってもその効率はきわめて悪いものであ
った。本発明は上記の課題を解決するためになされたも
のであり、その目的は、トリフルオロメタン中の不純物
であるブロモトリフルオロメタンなどを効率よく除去す
ることによって、電子工業分野の需要にも対応し得る高
純度トリフルオロメタンを製造できるトリフルオロメタ
ンの精製法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、トリフル
オロメタンを気相で、活性炭を含む吸着材層に流通させ
ることによって解決できる。この吸着材層は、活性炭、
モレキュラーシービングカーボン、活性炭繊維、および
活性炭コーティングシリカ・アルミナからなる群から選
ばれた少なくとも1種を含むものであることが好まし
い。また吸着材層内の気相の圧力は、大気圧ないし10
kgf/cm2の範囲内とすることが好ましい。
【0006】次に本発明を図面を用いて具体的に説明す
る。図1は本発明の一実施例に用いた装置を示してい
る。図1において、ボンベに液相で充填された原料トリ
フルオロメタン1は、減圧弁2からガスとして取り出さ
れ、このガスは冷却槽3中の蛇管4で冷却され、次い
で、気相のまま、これも冷却槽3中で冷却された活性炭
を含む吸着材層5に流通される。吸着材層5に流通され
る気相の温度は−32±3℃、圧力はほぼ大気圧(<
0.1kgf/cm2−G)に調節される。吸着材層5
を通過したガス6は圧力調整弁7を経て高純度トリフル
オロメタンとして取り出される。
【0007】この気相での活性炭処理によって、電子工
業分野などで求められる、ブロモトリフルオロメタンな
どの不純物が5ppm以下の高純度トリフルオロメタン
が効率よく得られることがわかった。ブロモトリフルオ
ロメタン以外の、蒸留によって除去できる不純物も、微
量に残留するものはこの精製法によって同時に吸着除去
できる。
【0008】吸着材層5に用いられる吸着材は、少なく
とも成分として活性炭を含むものであればいずれのもの
であってもよい。その例としては、ヤシ殻系活性炭、コ
ール系活性炭、木炭系活性炭などの各種活性炭類、モレ
キュラーシービングカーボン、活性炭素繊維、および活
性炭コーティングシリカ・アルミナなどを挙げることが
できる。これらは、いずれか単独で、または2種以上を
混合または複合して、または他の担体、例えばゼオライ
ト、シリカゲル、アルミナなどと混合または複合して使
用することができる。一般的に、ブロモトリフルオロメ
タンの吸着量は、吸着材に含まれる活性炭の重量当り
0.1ないし0.8重量%である。実際の吸着材の使用
量は、その吸着活性、原料中の不純物濃度、処理速度、
温度、圧力などの運転条件、運転期間、および生産規模
などを考慮して決定される。
【0009】運転条件に関しては、一般に温度が低いほ
ど吸着材層の吸着率は増大する。圧力は、大気圧ないし
10kgf/cm2の範囲内とすることが好ましい。こ
の範囲内では大気圧に近いほど吸着材層の吸着率が高
く、圧力が上昇するに従って吸着率が低下する傾向を示
す。10kgf/cm2を越えると吸着率が著しく低下
し、一定量の活性炭当りのトリフルオロメタンの精製処
理量が低下するばかりでなく、設備上も高圧設備を必要
とするので実用的でない。また大気圧未満では減圧系の
設備を必要とするばかりでなく、大気中の汚染物質を吸
入する可能性があるので好ましくない。この観点から、
大気圧または吸着材層の圧損分だけ大気圧より高い圧力
下に流通させることが最適である。
【0010】トリフルオロメタンの蒸気圧(kgf/c
2−絶対値)と温度(℃)との関係を図2に示す。こ
の図は、ある設定された温度に対してトリフルオロメタ
ンが気相を保持するための圧力の上限を示している。従
って運転条件の内、温度と圧力に関しては、この圧力上
限を越えない範囲内で、温度をできるだけ低く、かつ圧
力を大気圧(約1kgf/cm2−絶対値)に近づける
ように設定すれば、最も効率よく高純度のトリフルオロ
メタンが得られる。
【0011】上記の精製工程に用いられて破過(失活)
した吸着材層は、焼成または水蒸気により賦活再生する
ことができる。この賦活再生時にフッ化水素、フッ素な
どの分解物の発生はほとんど観察されず、再生時の後処
理や設備の防食はほとんど必要としない。また、吸着・
再生を繰り返しても吸着能は劣化せず、再生品を用いた
ときにも高純度トリフルオロメタンへの不純物の混入は
認められない。
【0012】
【実施例】次に実施例によって本発明をさらに詳しく説
明する。 (実施例1)図1に示す装置を用いた。吸着材層5は、
内径22mmφ、高さ650mmのSUS製容器に、ヤ
シ殻活性炭(北越炭素社製、10メッシュ)を高さ60
0mmまで充填して形成した。この容器をイソプロパノ
ールを充した循環低温恒温槽に浸漬し、吸着材層5内部
の温度が−32±3℃に保たれるようにした。原料トリ
フルオロメタン1として、ブロモトリフルオロメタンを
約1000ppm(重量)含むものをボンベに液相充填
して用いた。
【0013】減圧弁2を調節して、原料トリフルオロメ
タン1を気相として線速度5m/minで吸着材層5に
連続的に供給した。吸着材層5内の圧力は、圧力調整弁
7によりほぼ大気圧(<0.1kgf/cm2−G)に
保った。吸着材層5に供給されるガスのブロモトリフル
オロメタン含量は検出端子S1からサンプリングし、ガ
スクロマトグラフにより測定した。また、吸着材層5を
通過した後のガスのブロモトリフルオロメタン含量は、
検出端子S2からサンプリングし、ガスクロマトグラフ
により測定した。
【0014】検出端子S2におけるガス中のブロモトリ
フルオロメタン含有量が5ppm(重量)を越えたとき
を吸着材層5の破過(失活)と定め、破過に至るまで連
続運転を続けた。破過時における活性炭のブロモトリフ
ルオロメタン吸着量は活性炭リットル当り3.6gであ
り、この間に、吸着材層通過ガス6として得られた高純
度トリフルオロメタンの精製処理量は活性炭リットル当
り3600gであった。得られた高純度トリフルオロメ
タン中のブロモトリフルオロメタン含有量は5ppm
(重量)以下であった。
【0015】(実施例2〜実施例6)図1の装置を用
い、吸着材層5としてそれぞれ、ヤシ殻活性炭(北越炭
素社製)(実施例2)、コール系活性炭(北越炭素社
製)(実施例3)、木炭系活性炭(北越炭素社製)(実
施例4)、モレキュラーシービングカーボン(5A、武
田薬品工業社製)(実施例5)、および活性炭素繊維
(東洋紡社製)(実施例6)をSUS製容器に高さ60
0mmまで充填し、実施例1と同一条件で、ただし温度
は室温で精製実験を行った。破過に至るまでの各吸着材
リットル当りのブロモトリフルオロメタン吸着量(g/
l)を、以下に述べる比較例1〜比較例7の結果と共に
表1に示す。実施例2〜実施例6において、破過に至る
までに得られた高純度トリフルオロメタン中のブロモト
リフルオロメタン濃度は、いずれも5ppm(重量)以
下であった。
【0016】
【表1】
【0017】(比較例1〜比較例7)図1の装置を用
い、吸着材層5としてそれぞれ、ゼオライト(東ソー社
製)(比較例1)、モレキュラーシーブス3A(ユニオ
ン昭和社製)(比較例2)、モレキュラーシーブス4A
(ユニオン昭和社製)(比較例3)、モレキュラーシー
ブス5A(ユニオン昭和社製)(比較例4)、モレキュ
ラーシーブス13X(ユニオン昭和社製)(比較例
5)、およびシリカゲル(富士デヴィソン化学社製)
(比較例6)、アルミナ(水沢化学社製)(比較例7)
を用い、温度、圧力条件は実施例2〜実施例6の場合と
同様にして精製実験を行った。これら比較例の吸着材層
は、いずれも活性炭を含んでいないものである。実験結
果を表1に示す。
【0018】以上の結果から、吸着材層が活性炭を含む
実施例2〜実施例6の場合は、室温、大気圧の条件下で
いずれもブロモトリフルオロメタンを吸着し、所定の純
度の高純度トリフルオロメタンが得られたが、吸着材層
が活性炭を含まない比較例1〜比較例7の場合は、同一
条件でいずれも最初からブロモトリフルオロメタンを吸
着せず、高純度トリフルオロメタンは得られなかったこ
とがわかる。
【0019】(実施例7)図1の装置を用い、実施例1
の方法を繰り返し、ただし、原料トリフルオロメタンと
しては、ブロモトリフルオロメタンを約1000ppm
(重量)およびクロロジフルオロメタンを約1000p
pm(重量)含むものを用いた。温度は室温に設定し
た。検出端子S2におけるガス中のブロモトリフルオロ
メタン含有量が5ppm(重量)を越えたとき、そのサ
ンプルガス中のクロロジフルオロメタン含有量は5pp
m(重量)以下であった。またこのとき、吸着材層5に
吸着されたブロモトリフルオロメタンの量は活性炭リッ
トル当り3.6gであり、トリフルオロメタンの精製処
理量は活性炭リットル当り1.5kg以上であった。
【0020】この結果は、実施例7の条件で活性炭がブ
ロモトリフルオロメタンと共にそれ以外の不純物をも有
効に吸着除去し、しかもトリフルオロメタン自体の吸着
損失は僅かであることを示している。
【0021】(実施例8〜実施例13)図1の装置を用
いて実施例1の方法を繰り返し、ただし圧力条件を1k
gf/cm2〜12kgf/cm2の範囲内で種々に変化
させた。温度は、実施例8〜実施例12では−32±3
℃に設定し、実施例13では20℃に設定した。検出端
子S2におけるガス中のブロモトリフルオロメタン含有
量が5ppm(重量)を越えたときを吸着材層5の破過
と定め、破過時における活性炭のブロモトリフルオロメ
タン吸着量(重量%)と活性炭リットル当りのトリフル
オロメタン精製処理量(kg/l)とを測定した。結果
を表2に示す。
【0022】
【表2】
【0023】(比較例8)図1の装置を用いて実施例1
の方法を繰り返し、ただしブロモトリフルオロメタンを
約1000ppm(重量)含有する原料トリフルオロメ
タンを、ボンベを倒立させ、液相として、線速度5m/
min(気相換算値)で連続的に吸着材層5に供給し
た。吸着材層5の温度は−32±3℃とし、出口圧力
は、圧力調整弁7を絞り込んで12kgf/cm2(1
1kgf/cm2−G)に保った。この温度、圧力の条
件下では、吸着材層5を通過するトリフルオロメタンは
液状に保たれていた。
【0024】検出端子S2におけるガス中のブロモトリ
フルオロメタン含有量が5ppm(重量)を越えたとき
を吸着材層5の破過と定め、破過時における活性炭のブ
ロモトリフルオロメタン吸着量(重量%)と活性炭リッ
トル当りのトリフルオロメタン精製処理量(kg/l)
とを測定した。結果を表2に示す。
【0025】表2の結果から、実施例8〜実施例13に
おいて、圧力を大気圧から12kgf/cm2まで変化
させたとき、いずれも吸着材層5はブロモトリフルオロ
メタンを吸着し、高純度のトリフルオロメタンが得られ
た。ただし、圧力が高くなるに従い、破過に至るまでの
トリフルオロメタンの精製処理量が次第に減少する傾向
が観察された。一方、原料トリフルオロメタンを液相の
まま吸着材層5に供給した比較例8の場合は、低温度処
理であるにかかわらず、活性炭がブロモトリフルオロメ
タンをほとんど吸着せず、従って精製処理量もきわめて
僅かで実質的に精製不能であった。
【0026】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
トリフルオロメタンの精製法は、トリフルオロメタンを
気相で、活性炭を含む吸着材層に流通させるものである
ので、不純物が5ppm(重量)以下の高純度トリフル
オロメタンを連続的に容易に得ることができ、電子工業
分野の需要に対応することができる。このとき吸着材層
内の気相の圧力を大気圧ないし10kgf/cm2の範
囲内とすれば、不純物の吸着率が高く、しかも装置が簡
単であるから、設備費および運転経費が大幅に軽減され
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例を示す工程図。
【図2】 トリフルオロメタンの温度と蒸気圧との関係
を示すグラフ。
【符号の説明】
1…原料トリフルオロメタン、 5…吸着材層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−271120(JP,A) 特開 昭53−87303(JP,A) 特開 昭52−144605(JP,A) 特開 昭51−16602(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C07C 17/389 C07C 19/08

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ブロモトリフルオロメタンを含むトリフル
    オロメタンを精製して高純度トリフルオロメタンを製造
    するに際して、ブロモトリフルオロメタンを含むトリフ
    ルオロメタンを気相で、活性炭を含む吸着材層に流通さ
    せて不純物を除去するトリフルオロメタンの精製法。
  2. 【請求項2】吸着材層が、活性炭、モレキュラーシービ
    ングカーボン、活性炭素繊維、および活性炭コーティン
    グシリカ・アルミナからなる群から選ばれた少なくとも
    1種を含むものである請求項1に記載のトリフルオロメ
    タンの精製法。
  3. 【請求項3】吸着材層内の気相の圧力を大気圧ないし1
    0kgf/cm の範囲内とする請求項1または請求
    項2のいずれかに記載のトリフルオロメタンの精製法。
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