JPS58203924A - 四フツ化炭素の製造法 - Google Patents

四フツ化炭素の製造法

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JPS58203924A
JPS58203924A JP8781282A JP8781282A JPS58203924A JP S58203924 A JPS58203924 A JP S58203924A JP 8781282 A JP8781282 A JP 8781282A JP 8781282 A JP8781282 A JP 8781282A JP S58203924 A JPS58203924 A JP S58203924A
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JP
Japan
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carbon
halogen
reaction
fluorine gas
gas
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JP8781282A
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English (en)
Inventor
Jutaro Nakamura
中村 寿太郎
Teruhisa Niinuma
新沼 輝久
Hiroshi Tomioka
富岡 洋
Moriyuki Fukushima
福島 守之
Hideo Hosoya
細谷 英雄
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Kanto Denka Kogyo Co Ltd
Original Assignee
Kanto Denka Kogyo Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、単体の炭素とフッ素ガスとを出発物質として
四7ツ化炭素を製造する方法、さらに詳り、 < tよ
、ハロゲン、フッ化ハロゲン、あるいは、それらの数m
をフッ素ガスに添加し、これを炭素と反応させることに
よって、高純度の四フッ化炭素を、技術的に安全且つ容
易に、経済的に有利に得ることを可能ならしめる全く新
規な四フッ化炭素の製造法に関するものである。
四フッ化炭素(01F、 )は、沸点−128℃、融点
−184℃の無色ガス状の物質であシ、化学的に極めて
安定で、従来、極低温用の冷媒として着目されてきたが
、−さらに、近時、半導体のエツチング剤としての需要
が顕著に拡大して来ている〇 四フッ化炭素は、従来、四塩化炭素と7ツ化水素との反
応Iでよって製造されてきたが、このフッ素置換反応に
おいては、最後のすなわち、第四番目の塩素原子のフッ
素への置換が極めて困難であるーまた%得られる四フッ
化炭素中には、微量のクロロトリフルオロメタンが残存
混在するが、これを光全に除去して高=iの四フッ化戻
素を得ることは、不可能に近い難事であるーしかるに、
例えば、半導体のエツチング剤としては、塩素含有化合
物を全く含まない高縄度の四フッ化炭素が必要とされる
−万、炭素と7ツ索ガスとの反応によって四フッ化炭素
が生成することは古くから知られている。
しかしながら、炭素とフッ素ガスとの反応Qゴ爆兄をひ
き起こし易く、憔めて危険である。しかも、その反応生
成物は、四フッ化炭素を生成分とはするものの1種々の
、フルオロカーボンcOmFtよ)の混合物でるる。し
たがって、炭素とフッ素との反応は、未だかつて、四フ
ッ化炭素の工業的製造方法としてill!繊されたこと
がなかったO 本発明者等は、畝上の諸点に麺み炭素とフッ素ガスとを
反応させて、安全vC且つ容易に、しかも、経済的に四
フッ化炭lIgを得る方法を提供すべく種々検討した結
果、フ、:、ツ素ガス中にフッ化ハロゲンを添加すると
、フッ素と炭素との反応が円滑になり、安全に四フッ化
炭素を得ることができることを知見した一 本発明は、上記知見に基づきなされたもので。
1種又は2種以上のハロゲン及び/又は1種又は2種以
上の7フ化ハロゲンを添加したフッ素ガスを炭素と反応
させることを特徴とする四フッ化炭素の製造法を提供す
るものである。
以下本発明の四フッ化炭素の製造法について詳述する。
本発明においてフッ素ガスに添加されるハロゲンとして
は、到えばヨウ素、臭素、塩素が挙げられ、また、フッ
化ハロゲンとしてri、例えば五7ツ化ヨウ素、七フッ
化ヨウ累、三フッ化臭素、五フッ化臭素、三7ツ化塩素
などが挙ケられるが、7ツ化ハロゲンを添加する方が好
ましい。
また、本発明で用いられる炭素としては1例えば適度な
大きさに粉砕した石油コークスなどが好適でめる− 一般に、炭素とフッ素ガスとは2oo℃以下の温度では
反応は進行せず、炭素の種類によっては500’C位に
なってはじめて反応するものもめると言ったように、炭
素は極めて複雑な物質で、像部によってその性質が大き
く異なるたけCなく、同一の試料についても、異翼なも
のの集合体とb−tii−うべき性′Xθ・持っている
・そ7L故ルこ。
炭素はフッ素ガスとの反応においても反応が一始され進
行しているかと思うと突如として停止し、停止し友かと
思うと爆発的反応、fひき起こすのでめる。
しかるに、本発明によれば、即ち、Iiノッ化ヨウ*、
−=;−七7ツ化ヨウ素、三 7ツ化X*、五フッ化拠本、めるいば三フッ化塩素をフ
ッ素ガスに添力Uすると、フッ素ガスと炭素との反応が
極めて平滑に進行するよシになる0 ちなみに、五フッ化ヨウ素(IP、1は沸点1(72℃
、融点8.5℃;七フフ化ヨウ素(エフ、)の固体が7
60mの蒸気圧會示すのは4.5℃塾融点は6℃;三フ
ッ化臭素(BrF31  は沸点127℃、Mi1点9
℃;五フッ化臭索(BrFB )  は沸点41℃、融
点−61℃;三フッ化塩素(OIF、)  は12℃、
融点−83℃で、それぞれ無色の物質である。
三フッ化塩素あるいは塩素を添加した。1合には、得ら
れた四フッ化炭素中に、僅かながら、例えば、1100
pp 程度のクロロトリフルオロメタンが混在する嫌い
がめる。これは半導体のエツチング用に使用する几めの
ものとしては不同きである。
これに反して、ヨウ素系あるいは臭素系の添加剤を使用
し念場合には、フッ素が充分に存在するpi 、p 、
ハロフルオロメタンは全く生成しない。すなわち、純粋
な四フッ化炭素+ ;t8ることができる。これは、炭
素・ヨウ素間ならびに炭素・臭素間の結合は炭素・フッ
素間の結合よりもはるかに弱いので、ヨウ素および臭素
原子がフッ素原子によって完全にとって代られるためで
あると考えらnる。
また、フッ素ガスにヨウ素、臭素るるいは塩紫ヲ添加し
ても本発明の目的+aすることが可能であるが−この場
合、添刀口の際に発熱を伴うので、これに対する配慮を
充分に行なう必要がめる0 ハキゲンめるいはフッ化ハロゲンの添加は億めて僅かで
も効果があるが、7ツ誹ガス100モルに対して、ハロ
ゲン0.5モル以上、あるいはフッ化ハロゲン1モル以
上を添加すれば効果は確実でめる。
反応偏波は250℃以上であれば極めて確実な幼釆が期
待できる。温度の上限は存在せず、ど1しはど11il
+温でもよいが5反応装置の材質、構造による制限があ
るため1反応は一般に500’に以下で夾几される。
ま7′c1本発明の方法においては、炭素とフッ系ガス
との反応はフッ素ガスを過剰に使用することなく達せら
れる。すなわち、幽蓋の割合C縦索とフッ素ガスとを反
応系に連続的に供給すればよく、また、炭素とフッ素ガ
スの供給蓋の割合が1一時的に、多少手釣シ合いになっ
ても、′11!・A  ・ なんらの不都合なく操作を続けて行なうことができる。
次に本発明の好ましい実施態様を・図面t?#照しなが
ら説明する、 図」ti本発明の方法によって四フッ化炭素を製:it
i ’rるのに好適な装置の概要を示すものであり1図
直において、ムは直立した円筒型の反応−で、外1句面
から加熱と冷却ができるようになしである。反応を開始
するためには、反応器ム内kCめりかしめ収められてい
る炭素粒k h 先f送風磯K l’(Lよって反応器
ムの底部から送り込まfLる四7)化炭素ガスで吹き上
げ流動化しつつ、外側面から加熱してこれ全250〜4
50℃に昇温する。仄いて加熱を冷却に切り換え、反応
器Aの下部に設ifたフッ化ノNOゲン送入口Bからは
フッ比ハロゲ/を、反応器Aの下部および中央よりやや
上部に設けたフッ素ガス送入口CおよびDからはフッ素
ガスをそれぞれ反応器ム内に込べする。炭素は炭素仕込
@lから反応婦ム内参′C仕込−まれる〇 したがって、反応器A内では、フッ化ノ)ロゲンの存在
のもとで、反応器Aの下半部では炭素過料ご、その上半
部ではフッ素ガスの過剰で反応が退行する0 かくして、反応器ムの頂部からは、四7ノ化炭素、フッ
素ガスおよびフッ化ノ10ゲンの混合ガスが出2゜ この混合ガスは冷却11 M −?に導かit、そこで
水冷されて、フッ化ノ・ロゲンの一品が縦紬さ1する〇 凝縮したフッ化ハロゲン液は受器Gに貯えられ、ガスは
更に深冷all!績≦、fに進む0ここでは約−120
℃に冷却されて、フッ化/”tロゲンのほとんど全部が
凝結される0 深冷凝結器Hで凝結し九フッ化ノ・ロゲンは間歇的に加
熱融解され受器Gに戻さJするOそJ)ために深冷凝結
器Hは2基が交互に使用さlしる0陳冷皺績器Hを通過
したガスは四フッ化灰巣#に一器工に導びかれ、そこで
約−135℃に冷却される。四フフ化炭素の大部分はこ
こで液1ヒされる。四フッ化炭素液は四フッ化炭素貯4
Jに貯えられる〇 四フッ化炭素絨縮器工には極少量であるがフッ化ハロゲ
ンが凝結するので1時折9加熱融解してこれを取り除く
必要があるので、四フッ化炭系−縞器工は2基設けこれ
らを交互に使用する〇 四フッ化炭:Ig#!ll11器工および四7ツ化炭素
貯槽J′に通過したガスは、未反応のフッ素と未凝縮の
四フフ化炭素とからなる混合ガスで、送風機Kによ−シ
て1反応器ムに戻される。
なお、受器Gに貯えられたフッ化/Sロゲン液−一定の
割合で抜磁出し、気化して反応器ムに尿される〇 四ノツ化災素貯榴Jに貯えられた粗四7ツ化炭素液は、
例えば、tず、加温、気化し、カ性力v、m硫酸カリ、
混合水溶液で洗浄し、さらにγ占性アルミナ層を通して
乾燥することによって、惚めて純粋な四フッ化炭素に精
製されるO畝上O如く本発明の方法によれば、極めて簡
単な装置により、安全且つ容易な操作で、定量的な収率
で、偽めて純粋な&!ij7ツ化炭素を得ることができ
る。
次に実ル例を示し1本発明の方法のtf#微を−層明確
にする◎ 実施例 図に示した装置によって四フッ化炭素を製造した。
反応器ムは径31$■、高さ2000■の円筒聾でニッ
ケルでできている・ま九1反応器ムには、反応の開始に
必要な温度まで昇温する之めの加熱と、操業中の反応熱
を除去して反応温度に保つための冷却を外側面から行な
えるような、加熱、冷却設備が設けである。
60メツシユの石油コークス粉1s−を反応器ムに予め
充填し九〇そして送風器Iによって反応器ムの底部から
反応器ム内に毎時13#/の割合で四フッ化炭素を流通
させて5石油コークス1[)を浮遊せしめ、加熱によっ
て反応器ム内の偏置を3@0 ’Cまで昇温した0 次いで、四7ツ化炭素の流通をS分間で縮減して停止に
至らしめた0そして、この間に反応のためのガスに切p
換えた0 7フ化ハロゲン送入口Bからは五フッ化曹り素を毎時7
に9mフッ素ガス送入口0からはフッ素ガスを毎時1・
J#/、フッ素ガス送入口りからは同じくフッ素ガスを
毎時1.2dの割合でそれぞれ反応器ムに仕込んだ0ま
た、炭素仕込機Eを通じて石油コークス粉を毎時sKQ
の割合で反応−ムに仕込んだ0仕込開始の際は約5分間
で仕込atなだらかに増して、この割合にまで達するよ
うにした〇 反応操菓中は激しい発熱が伴うので1反応器ムの外撫を
水冷して反応器ム内の温度をaSO℃に@持した。
反応器ムの1lilt部から出た反応混合ガスを冷却艇
−器?、に導き、充分に水冷した〇五フッ化冒ワ累蒸気
の一部はここで凝縮した0凝縮し次五フッ化薦つ素は受
器aに貯えた。冷却凝縮器1會i11遇したガスは深冷
凝結器Hに導き、そこで−120’Cまで冷却し九〇ガ
ス中の残余の五フッ化曹り累蒸気のほとんどが冷却面上
に凝結固定した〇 深冷皺結器Hti2基t4時間毎に交互に使用して、凝
結固定した五フフ化ヨウ素を加熱融解して、受器Gに戻
した。
深冷凝結器Hを通過したガスは四フッ化炭素凝縮器Iに
導11.そこで−135〜−140℃に冷却し九。四フ
ッ化炭素の大部分はここで凝縮液化し九〇液化した四フ
ッ化炭素は四7ツ化炭素貯桶Jに貯え九〇四フッ化炭素
凝縮器Iを出るガスは毎時約2イで、フッ素ガスと四フ
フ化炭素の約半量づつから成っていたOこれらの混合ガ
スは、送風機!によって反応器ムに戻し九〇四フッ化炭
素凝縮器IO冷却面上には少蓋つつではあるが、五フッ
化ヨウ素が凝結付着したO従って、数か月に一度の加温
融解除去操作が必要で6つた◎ 四フッ化炭素貯檜Jの四7ツ化炭素液を加温気化し、力
性カリ、亜硫酸カリ、混合水滴液を循環する洗浄塔に導
き、さらに、 #i性アルミナを充填した乾燥塔に導い
た。
得られた四フフ化炭素は極めて純粋で99.99996
以上の純度を有し、その収量は毎時36.5Kgの割合
で、#丘とんど定曾的であった◎なお、五フッ化ヨウ素
の損失はほとんど皆無でめった。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の実りに好適な装置・バー例を示す概略図
である。 ム・・・反応kW      B ・’・フッ化ハロゲ
ン送入口 0、D・・・フッ素ガス送入口 I・・・炭素仕込機?
・・・冷却凝縮器    G・・・受器H・・・深冷凝
結器 工・・・四フッ化炭素凝縮器 J・・・四フッ化炭素貯槽 K・・・送風機 特許出願人 関東電化工業株式会社

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)1徳又は2徳以上のハロゲン及び/又は1櫨又は
    2徳以上のフッ化ハロゲンを添加したフッ本ガスを炭素
    と反応さすることをff輩とする四7ツ化炭素の製造法
  2. (2)  ハロゲンがヨウ素、臭素あるいは塩素でめる
    特許請求の範囲第(1)項記載の四フッ比炭素の製造法
  3. (3)  フッ化ハロゲンが五フッ化ヨウ素、七フッ化
    ヨウ素、三フッ化臭素、五フッ化臭素めるいは三7ツ1
    に塩素である%#F、!求の範囲第i11項紀項記載フ
    ッ化炭素の製造法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001096263A1 (fr) * 2000-06-13 2001-12-20 Daikin Industries, Ltd. Procedes pour la production de composes organiques fluores et agents de fluoration
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