KR101163894B1 - 불소화 기체화합물의 제조방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

원료 액체를 포함한 혼합 액체를 원료 기체와 반응시키는 반응 영역과, 상기 혼합 액체만이 유동하는 유동 영역과, 반응 후의 상기 혼합 액체를 상기 반응 영역의 상부로부터 상기 유동 영역의 상부로 이동시키는 상부 이동 영역과, 상기 혼합 액체를 상기 유동 영역의 하부로부터 상기 반응 영역의 하부로 이동시키는 하부 이동 영역으로 이루어진 순환계를 형성하고, (A)상기 반응 영역의 하부에 상기 원료 기체와, (B) 상기 반응 영역에서의 반응 생성물인 제1 불소화 기체화합물 및 상기 제1 불소화 기체화합물을 더 불소화시켜 얻어지는 제2 불소화 기체화합물로부터 선택되는 적어도 일종의 불소화 기체화합물을 도입하는 것에 의해서 상기 혼합 액체를 순환시키는 불소화 기체화합물 제조장치.

Description

불소화 기체화합물의 제조방법 및 장치{PROCESS AND APPARATUS FOR PRODUCING FLUORINATED GASEOUS COMPOUND}
불소화된 기체상 화합물, 예를 들면, NF3, IF5, IF7, ClF3, WF6 등은, CVD 장치, PVD 장치 등의 반도체 제조 장치의 내부 세정제로서 사용되고 있다. 이들 기체상 화합물을 효율적으로 생산하기 위한 방법이 여러 가지로 검토되고 있다. 한편, 상기 NF3, IF5, IF7, ClF3, WF6는, 본 발명에서는 불소화 반응이 완전하게 진행한 것인 예로서 들 수 있다.
예를 들면, 본 출원인은, 액상의 암모늄 착체 화합물과 기체상의 ClF3 등의 인터할로겐화물을 반응시켜, 식 NFxL3 -x(L는, F 이외의 할로겐, 1≤x≤3)로 나타나는 기체상의 할로겐화 질소를 합성하는 방법을 제안하고 있다(특허문헌 1 참조). 상기 할로겐화 질소는, 후속 공정에서 더 불소화되어, NF3으로 변환된다. 기체상의 불소화된 화합물을 효율적으로 제조하기 위해서는, 연속적인 생산 공정으로 이루어지는 것이 바람직하다. 여기서, 「연속적」이란, 기술 수단의 작동중에, 원료를 끊임없이 도입하여, 반응을 일으켜 기능성 기체를 발생시키는 것을 의미하고 있다. 불소화된 화합물은, 대부분의 경우, 원료 기체와 기체가 아닌 원료를 반응시켜 제조된다. 예를 들면, 특허문헌 1에서는, 원료 액체(L)와 원료 기체를 반응시키고 있다.
이러한 조건으로, 연속적인 생산을 효율적으로 행하기 위해서는, 원료 액체(L)와 원료 기체가 반응하는 반응 영역에 원료 액체(L)가 계속적으로 공급될 필요가 있다. 원료 액체(L)를 반응 영역에 계속적으로 공급하는 방법으로서 기포탑의 원리를 응용하여, 조(槽)내에서 액체 산성 불화 암모늄을 순환시키는 방법이 개시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조). 특허문헌 2에서는, 액체 산성 불화 암모늄을 기체 불소와 반응시켜, NF3를 발생시키고 있다. 액체 산성 불화 암모늄을 순환, 즉 작동시키기 위해서, 계내의 반응에 관여하지 않는 HF를 증기 제트로서 조내에 도입하고 있다.
반응에 의해 발생한 기체의 일부를 반응 영역으로 돌려보내어 반응 물질의 순환의 유동원으로서 사용하는 종래 기술로서, 유지 가능한 생물학적 촉매를 이용하여, 폐수의 성분을 용이하게 분리 가능한 고형 형태로 변환하는 것에 의한, 폐수의 생물학적 처리를 위한 프로세스로서:
(a)처리되어야 할 폐수를, 폐수의 유입을 위한 1개 이상의 입구/노즐, 정제된 물의 제거를 위한 1개 이상의 출구/노즐, 1개 이상의 드래프트 튜브, 상기 드래프트 튜브의 내측의, 기포를 상승시킬 수 있는 가스/공기의 인풋을 위한 1개 이상의 입구/노즐, 및 미생물막이 부착한 입자의 베드를 가진 반응 베셀(vessel) 속을 통과시키는 공정;
(b)상기 처리되어야 할 폐수를, 상기 미생물을 포함한 입자의 베드와 접촉시켜, 상기 폐수의 몇가지 성분을 고형 산물로 변환하는 공정;
(c)상기 드래프트 튜브를 통과하는 액체의 상향 흐름을 형성하기 위해서, 가스 노즐을 통과하여 상기 드래프트 튜브 속에 가스/공기를 도입하는 공정;
(d)부력의 작용에 의해 상기 고형 산물로부터 상기 입자의 베드를 분리하여; 상기 베셀로부터, 처리수를, 요구되는 경우 연속적으로 제거하는 공정; 및
(e)상기 반응 베셀의 바닥으로부터, 상기 입자의 고형 산물을, 요구되는 경우 연속적으로 제거하는 공정을 포함하는, 프로세스가 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 3 참조).
반응에 의해 발생한 기체의 일부를 반응 영역으로 돌려보내 반응 물질의 순환의 유동원으로서 사용하는 다른 종래 기술로서, 반응조의 중간의 벽으로부터 개구부를 설치하여 상방에 격벽이 배치되고, 그 격벽의 안쪽을 반응부, 바깥쪽을 침전부로 하고, 또한, 상기 반응부내에 세워서 설치된 에어 리프트벽의 하부로부터 공기를 보내어 담체를 상방으로 유동시키면서 담체 표면의 미생물에 의해 상기 반응조 내에 공급되는 폐수를 처리하는 폐수 처리 장치로서, 상기 에어 리프트벽의 상부에 가동벽을 마련하고, 이 가동벽의 상단 위치를 조정하여 난류를 억제하고, 상기 담체 표면에서의 생물막의 형성을 촉진하도록 한 폐수 처리 장치가 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 4 참조).
특허문헌 1:팸플릿 W02007/04409호
특허문헌 2:일본 공개특허공보 2003-238122호
특허문헌 3:일본 공표특허공보 2004-526561호
특허문헌 4:일본 공개특허공보 02-135195호
특허문헌 2에 기재된 삼불화질소의 제조방법에서는, 반응기 외벽에 코일 쿨러 등을 설치하는 것에 의해서, HF증발열분에 거의 상당하는 반응열이 HF회수 장치에 의해서 냉각된다. 인용문헌 2의 제조방법에서는 또한, 액체가 도입되는 조, 즉 반응기(20)는, 본 발명과 같이 선형상이 아니라 항아리 형상이기 때문에, 생산 규모를 크게 하고자 하면, 반응기(20)의 용량을 크게 해야 한다. 용량이 큰 반응기 (20)는, 거기에 도입된 액체를 소정 온도로 균일하게 유지하는 것이 곤란하여, 설비비나 제조비용의 증대를 초래한다. 예를 들면, 산화 불화 암모늄 중에서 HF를 기화하기 위해서는, 반응계를 100℃ 이상으로 유지할 필요가 있고, 반응기의 용량을 크게 해야 하는 상술한 문제가 현저하게 된다.
특허문헌 3에 기재된 프로세스를 불소화 기체화합물의 제조방법에 사용하는 반응 용기(1)도, 본 발명과 같이 선형상이 아니라 항아리 형상이다. 따라서, 생산 규모를 크게 하고자 하면, 반응 용기(1)의 용량을 크게 해야만 하고, 특허문헌 2와 동일한 문제가 있다.
특허문헌 4에 기재된 프로세스를 불소화 기체화합물의 제조방법에 응용하는 경우에도, 특허문헌 4의 반응조(22)가 본 발명과 같이 선형상이 아니라 항아리 형상이기 때문에, 생산 규모를 크게 하고자 하면, 반응조(22)의 용량을 크게 해야만 하고, 특허문헌 2와 동일한 문제가 있다.
(발명의 목적)
본 발명의 불소화 기체화합물의 제조방법 및 장치는, 종래의 3불화질소의 제조방법 및 반응에 의해 발생한 기체의 일부를 반응 영역으로 돌려보내 반응 물질의 순환의 유동원으로서 사용하는 방법의 상술한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 장치가 간단하며 고장의 우려가 적고, 화학반응도 효율적으로 이루어지는 불소화 기체화합물의 제조방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
제1 발명은,
원료 액체와 원료 기체를 반응시켜 불소화된 기체화합물을 제조하는 불소화 기체화합물의 제조방법에 있어서,
상기 원료 액체를 포함한 혼합 액체를 원료 기체와 반응시키는 반응 영역과, 상기 혼합액체만이 유동하는 유동 영역과, 반응 후의 상기 혼합 액체를 상기 반응 영역의 상부로부터 상기 유동 영역의 상부로 이동시키는 상부 이동 영역과, 상기 혼합 액체를 상기 유동 영역의 하부로부터 상기 반응 영역의 하부로 이동시키는 하부 이동 영역으로 이루어지는 순환계를 형성하고,
(A)상기 반응 영역의 하부에 상기 원료 기체와, (B)상기 반응 영역에서의 반응 생성물인 제1 불소화 기체화합물 및 상기 제 1 불소화 기체화합물을 더 불소화시켜 얻어지는 제2 불소 기체화합물로부터 선택되는 적어도 일종의 불소화 기체화합물을 도입하는 것에 의해서 상기 혼합 액체를 순환시키는 것을 특징으로 하는 불소화 기체화합물의 제조방법이다.
원료 기체를 원료 액체(L)에 도입하면, 원료 기체와 원료 액체(L)의 반응이 시작된다. 이 반응 과정에서 액체와 기체가 공존하는 것에 의한 겉보기 비중의 저하가 그다지 발생하지 않는 경우가 있고, 결과, 순환계를 순환시키기 위한 구동력이 작은 것이 된다.
상기 반응 영역의 하부에 상기 원료 기체뿐만 아니라, 상기 반응 영역에서의 반응 생성물인 제1 불소화 기체화합물 및 상기 제1 불소화 기체화합물을 더 불소화시켜 얻어지는 제2 불소화 기체화합물로부터 선택되는 적어도 일종의 불소화 기체화합물을 도입하는 것에 의해서, 액체와 기체가 공존하는 것에 의한 겉보기 비중의 저하의 억제를 확실하게 행할 수 있게 된다.
또한, 반응 생성물의 불소화 기체화합물은, 더 불소화될 여지가 있는 경우, 즉, 반응성이 있으므로 안정성이 낮은 경우가 있다. 이 경우, 반응 생성물의 불소화 기체화합물을 반응 영역의 하방의 영역으로 돌려보내는 과정에서, 도입관 등의 장치 재료를 열화시키는 경우가 있다. 따라서, 장치를 안정적으로 조업시키기 위해서, 원료 기체와 동시에 도입하는 기체화합물은, 그 반응성을 저하시키기 때문에, 상기 반응 영역에서의 반응 생성물인 불소화 기체화합물을 더 불소화시켜 얻어지는 기체화합물로 하는 것이 바람직하다.
제1 발명의 실시형태는, 이하와 같다.
상기 유동 영역, 또는 상기 반응 영역보다 하방의 영역에서, 상기 혼합 액체의 액온을 조정하는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성하는 것에 의해서, 유효하게 상기 혼합 액체의 액온 조정을 행하여, 효율적으로 불소화 기체화합물을 제조할 수 있다.
또한, 원료 기체 및 기체화합물이 도입되는 반응 영역의 하방의 영역을, 액온을 조정하는 영역으로 하면, 기체와 액체의 흐름이 동일 방향이 되어, 액의 순환이 보다 효율화하므로 바람직하다.
상기 원료 기체가, 인터할로겐화물인 것이 바람직하다. 이와 같이 구성하는 것에 의해서, 예를 들면 착체 화합물인 원료 액체(L)와 인터할로겐화물을 조합하면, 원료의 인터할로겐화물(ClF3)을 원료 액체(L)에 주입했을 때에, 인터할로겐화물 기체가, 원료 액체(L)에의 용해도에 따라 원료 액체(L)에 용해한다. 이에 따라, 원료 기체와 원료 액체(L)의 반응에 더하여, 액체로 변한 원료 기체와 원료 액체(L)의 반응이 발생하므로, 반응이 효율적으로 진행한다. 원료 기체가 원료 액체(L)에 용해하면, 기체와 액체의 공존에 의한 겉보기 비중의 저하가 그다지 발생하지 않고, 결과, 순환계를 순환시키기 위한 구동력이 작은 것이 된다. 본 발명에서는, 상기 반응 영역의 하부에 반응 생성물의 불소화 기체화합물을 더 도입함으로써, 순환계의 순환을 용이하게 할 수 있게 된다.
제2 발명은,
원료 액체와 원료 기체를 반응시켜 불소화된 기체화합물을 제조하는 불소화 기체화합물의 제조장치에 있어서,
상기 원료 액체를 포함한 혼합 액체를 원료 기체와 반응시키는 반응 영역과, 상기 혼합 액체만이 유동하는 유동 영역과, 반응 후의 상기 혼합 액체를 상기 반응 영역의 상부로부터 상기 유동 영역의 상부로 이동시키는 상부 이동 영역과, 상기 혼합 액체를 상기 유동 영역의 하부로부터 상기 반응 영역의 하부로 이동시키는 하부 이동 영역으로 이루어진 순환계를 형성하고,
상기 반응 영역의 하부에 상기 원료 기체 및 반응 생성물의 제1 불소화 기체화합물 및 상기 제1 불소화 기체화합물을 더 불소화시켜 얻어지는 제2 불소화 기체화합물로부터 선택되는 적어도 일종의 불소 기체화합물을 도입하는 기체 도입부를 마련한 것을 특징으로 하는 불소화 기체화합물의 제조장치이다.
제2 발명의 실시형태는, 이하와 같다.
상기 유동 영역, 또는 상기 반응 영역보다 하방의 영역에서, 상기 혼합 액체의 액온을 조정하는 액온 조정 장치를 마련한 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성함으로써, 유효하게 상기 혼합 액체의 액온 조정을 행하여, 효율적으로 불소화 기체화합물을 제조할 수 있다.
본 발명의 불소화 기체화합물의 제조방법 및 장치에 의하면, 장치가 간단하고 고장의 우려가 적으며, 화학반응도 효율적으로 이루어지는 불소화 기체화합물의 제조방법 및 장치를 구성할 수 있다.
[도 1] 도 1은, 제1 실시형태의 불소화 기체화합물 제조장치(10)의 측면도이다.
[도 2] 도 2는, 제1 실시형태의 불소화 기체화합물 제조장치(10)의 평면도이다.
[도 3] 도 3은, 돌려보냄 냉각부(20) 또는 냉각부(21)의 수평 단면도이다.
[도 4] 도 4는, 도 1 또는 도 6의 원료 가스 공급구의 확대 부분 단면도이다.
[도 5] 도 5는, 원료 반응 가스 공급 노즐의 종단면도이다.
[도 6] 도 6은, 제2 실시형태의 불소화 기체화합물 제조장치(110)의 측면도이다.
(제1 실시형태)
이하에, 본 발명의 제1 실시형태의 불소화 기체화합물의 제조장치를 도면에 기초하여 설명한다. 도 1은, 제1 실시형태의 불소화 기체화합물 제조장치(10)의 측면도이다. 도 2는, 불소화 기체화합물 제조장치(10)의 평면도이다. 도 3은, 돌려보냄 냉각부(return column reactor)의 수평 단면도이다. 도 4는, 도 1의 원료 가스 공급구의 확대 부분 단면도이다. 도 5는, 원료 반응 가스 공급 노즐의 종단면도이다.
(장치의 구성)
불소화 기체화합물 제조장치(10)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 수직인 원통형상의 반응부(12), 반응부(12)의 상방부가 저부(14)에 연결되어 액체와 기체를 분리하는 분리조(16), 분리조(16)의 저부(14)에 연결되어 하방으로 이어진 돌려보냄 냉각부(20)를 가진다. NH4F?nHF 등의 액체는, 반응부(12), 분리조(16) 및 돌려보냄 냉각부(20)를 차례로 연속적으로 순환한다.
반응부(12)의 상방에서 저부(14)가 연결되어 액체와 기체를 분리하는 분리조 (16)는, 속이 빈 원기둥형상으로서, 내면은 폴리테트라플루오로에틸렌 박막에 의해서 덮여 있다.
수평 단면이 원형의 분리조(16)는, 저부(14)에 반응부(12) 및 돌려보냄 냉각부(20)가 연결되어 있다. 분리조(16)는, 측면의 하방 영역에, 반응액을 빼내거나 혹은 공급하기 위한 반응액량 조정구(30)가 설치된다. 또한, 분리조(16) 내를 감압하기 위해서, 액면계 도입구(32)에 진공 펌프(도시하지 않음)를 설치해도 좋다. 분리조(16)의 상면에는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 중심에 액면계 도입구(32)가 배치되고(액면계는 도시하지 않음), 중간부의 동일 원주상에, 온도계 도입구(34)(온도계는 도시하지 않음)와 4개의 가스 출구(36)가 마련되어 있다.
돌려보냄 냉각부(20)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 측면의 하방 영역에 프레온계 냉매 등을 공급하는 냉매 공급구(40) 및 측면의 상방 영역에 프레온계 냉매 등을 추출하는 냉매 추출구(42)가 설치되어 있다. 돌려보냄 냉각부(20)는, 도 3의 수평 단면에 도시한 바와 같이, 속이 빈 원기둥형상의 냉각 하우징(44)의 내부에, 반응액이 하강하는 복수의 반응액로(46)가 서로 평행하게 배치되어 있다. 냉각 하우징(44)과 반응액로(46)의 사이를 냉매가 상승한다.
돌려보냄 냉각부(20)는, 하단 영역이 직각으로 구부러져 수평이 되고, 직각으로 더 구부러져서 상향이 되어, 반응부(12)의 하단 영역에 연이어 통하고 있다. 돌려보냄 냉각부(20)의 하단역이 직각으로 구부러져 수평이 되는 부분에, 반응액의 온도를 측정하기 위한 온도계(50)가 수평으로 배치되어 있다. 돌려보냄 냉각부(20)의 하단 영역이 직각으로 구부러져 수직으로 솟아오른 부분에는, 반응액량 조정구 (30)로부터 추출되어, 버진의 원료 액체(L)와 동일한 정도가 되도록 조정된 반응액을 돌려보냄 냉각부(20)에 보충 공급하기 위한 반응액 보충구(54)가 수직 상향으로 설치되어 있다. 한편, 버진의 원료 액체(L)는, 돌려보냄 냉각부(20)로부터 도입하여도 좋다.
반응부(12) 근방의 돌려보냄 냉각부(20)에는, 원료 반응 가스인 ClF3, 반응 영역에서의 반응 생성물인 생성 반응 가스 NF2Cl 및 NFCl2, 이들 반응 생성 가스를 더 불소화시킨 NF3를 공급하기 위한 원료 가스 공급구(60)가 마련되어 있다. ClF3는 새로이 공급되는 원료 반응 가스로서, NF2Cl 및 NFCl2는 분리조(16)의 상면의 가스 출구(36)로부터 추출된 것, NF3는 가스 출구(36)로부터 추출된 생성 반응 가스 NF2Cl 및 NFCl2를 더 불소화 반응시켜 얻어진 것이다. NF2Cl 및 NFCl2를 불소화하는 불소화제의 예로서는, 예를 들면, F2나 ClF3 등의 불소계 가스, 혹은 CoF3 등의 금속불화물, 또는 K3NiF7 등의 복합 금속불화물 등이 있다. 또한, NF2Cl 및 NFCl2를 불소화하는 것 외에 NF2Cl 및 NFCl2의 열분해에 의해서 NF3를 생성시켜도 좋다.
돌려보냄 냉각부(20)에 원료 반응 가스인 ClF3, NF2Cl, NFCl2, NF3를 공급하기 위한 원료 반응 가스 공급 노즐(62)은, 도 4 및 5에 도시한 바와 같이, 중공으로 선단이 닫히고, 선단 근방에 기울어져 하향하는 복수의 노즐구멍(66)을 형성하고 있다. 원료 반응 가스 공급 노즐(62)은, 노즐구멍(66)이 돌려보냄 냉각부(20)의 관로의 대략 중심 영역에 있도록 배치된다.
(장치의 작동)
상술한 불소화 기체화합물 제조장치(10)의 작동은, 이하와 같다. 돌려보냄 냉각부(20)에서, 반응액량 조정구(30)로부터 추출되어, 버진의 원료 액체(L)와 동일한 정도가 되도록 조정된 반응액, 버진의 원료 액체(L)(예를 들면, NH4F?nHF), 및 돌려보냄 냉각부(20)로 냉각된 원료 액체(L)의 어느 하나를 1종 이상을 가지는 액체에, 공급구(60)로부터 원료 기체(원료 반응 가스) ClF3와, 생성 반응 가스 NF2Cl, NFCl2, NF3 등이 혼입된다. 그 결과, 반응부(반응 영역)의 액체의 겉보기상의 비중이 작고 경량이 되어, 반응을 하면서 반응부(12)(반응 영역)를 상승하여, 분리조(16)에 들어간다.
원료 기체의 기타 예로서(NH4)3AlF6?nHF 등을 들 수 있다. 또한, 원료 액체의 기타 예로서 ClF, BrF, BrF3, ClF5, BrF5, IF5, IF7 등을 들 수 있다.
분리조(16)에서의 반응액량 즉 반응액의 수위는, 액면계 도입구(32)의 액면계 측정치를 참조하여, 분리조(16)의 반응액량 조정구(30)의 조정 밸브(도시하지 않음)와 돌려보냄 냉각부(20)의 반응액 보충구(54)의 조정 밸브(도시하지 않음)의 조작에 의해서 조정된다.
분리조(16)에서는, 생성 반응 가스 NF2Cl 및 NFCl2가 4개의 가스 출구(36)로부터 추출되어, 일부는 목적물로서 다음의 공정에 보내지고, 다른 부분은 원료 가스 공급구(60)에 공급된다.
불소화 기체화합물의 생성에 직접 영향을 미치는 반응부(12) 내의 온도는, 예를 들면, 20±5℃가 되도록, 분리조(16)의 온도계 도입구(34)의 온도계 및 돌려보냄 냉각부(20)의 온도계(50)의 측정치를 참조하여, 냉매 공급구(40)의 조정 밸브(도시하지 않음)를 조작하여 냉매의 공급량을 제어하는 것에 의해서 행한다.
(제2 실시형태)
도 6은, 제2 실시형태의 불소화 기체화합물 제조장치(10)의 측면도이다. 제2 실시형태의 불소화 기체화합물 제조장치(110)와 제1 실시형태의 불소화 기체화합물 제조장치(10)의 차이는, 냉각부(124)가 원료 기체 및 기체화합물이 도입되는 반응 영역의 하부의 더 하방의 영역에 마련되어 있는 점이다. 냉각부(124)는, 도 3에 도시한 바와 같은 수평 단면을 갖도록 구성해도 좋다. 냉각부(124)에 의해서 액체의 온도 조정이 이루어지기 때문에, 도 6의 장치(110)에서는, 도 1 중의 돌려보냄 냉각부(20)에 상당하는 돌려보냄부(122)에서는, 냉각 구조를 마련하지 않아도 좋다.
[실시예]
실시예 1
도 1에 도시한 불소화 기체화합물 장치(10)의 구조를 가진 반응 장치를 준비하였다. 반응액 보충구(54)로부터 원료 액체(L)(NH4F?2.0HF)를 도입하여, 분리층 (16)의 중간 정도의 높이까지 원료 액체(L)를 반응 장치에 도입하였다. 도입된 원료 액체량은, 약 35L이다. 반응중에 원료 액체(L)의 감소분은, 반응액 보충구(54)로부터 적절히 보충을 행하였다.
원료 공급구(60)로부터, 원료 기체 ClF3 가스를 유량 4SLM로 도입하고, 반응을 개시시켜, 반응으로 얻어진 반응 생성 가스 NF2Cl, NFCl2를 가스 출구(36)로부터 추출하여, 그 일부를 도시하지 않은 배관(SUS304제)을 통해서, 원료 공급구(60)에 돌려보낸다. 원료 공급구(60)로부터 도입되는 반응 생성 가스의 유량은 40으로부터 60SLM으로 하였다.
한편, 반응중에는, 돌려보냄 냉각부를 냉각함으로써, 분리층(16)부의 액체의 온도가 19℃～25℃로 조정되었다.
원료 기체와 반응 생성 가스가 원료 공급구(60)로부터 도입되기 시작하고 나서, 240시간 반응 장치를 작동시켰지만 문제가 발생하는 경우는 없었다.
실시예 2
도 1에 도시한 불소화 기체화합물 장치(10)의 구조를 가진 반응 장치를 준비하였다. 반응액 보충구(54)로부터 원료 액체(L)(NH4F?2.0HF)를 도입하여, 분리층 (16)의 중간 정도의 높이까지 원료 액체(L)를 반응 장치에 도입하였다. 도입된 원료 액체량은 35L이다. 반응중에 원료 액체(L)의 감소분은, 반응액 보충구(54)로부터 적절히 보충을 행하였다.
원료 공급구(60)로부터, 원료 기체 ClF3 가스를 유량 0.4SLM로 도입하고, 반응을 개시시켜, 반응으로 얻어진 반응 생성 가스 NF2Cl, NFCl2를 가스 출구(36)로부터 추출하여, 그 전체량을 이하의 반응을 거쳐 「더 불소화시켜 얻어지는 기체화합물 NF3」으로 하고, 얻어진 상기 기체화합물의 일부를 도시하지 않은 배관(SUS304제)을 통해서, 원료 공급구(60)로 돌려보낸다. 원료 공급구(60)로부터 도입되는 반응 생성 가스의 유량은 40～60SLM로 하였다. 이 중에는 미반응의 ClF3가 5로부터 6SLM 포함된다. 원료 기체 ClF3 가스도 포함해서, 이 중 실제로 반응하는 것은 약 4SLM가 된다.
한편, 반응중에는, 돌려보냄 냉각부를 냉각함으로써, 분리층(16)부의 액체의 온도가 19℃～25℃로 조정되었다.
원료 기체와 반응 생성 가스가 원료 공급구(60)로부터 도입되기 시작하고 나서, 240시간 반응 장치를 작동시켰지만 문제가 발생하는 경우는 없었다. 또한, 반응중에 가스 출구(36)의 후단의 가스 조성을 분석하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다. 비교예 1과 비교해서 가스중의 N2의 비율이 적었다.
Figure 112010044827022-pct00001
비교예 1
도 1에 도시한 불소화 기체화합물 장치(10)의 구조를 가진 반응 장치를 준비하였다. 반응액 보충구(54)로부터 원료 액체(L)(NH4F?2.0HF)를 도입하여, 분리층 (16)의 중간 정도의 높이까지 원료 액체(L)를 반응 장치에 도입하였다. 도입된 원료 액체량은 35L이다. 반응중에 원료 액체(L)의 감소분은, 반응액 보충구(54)로부터 적절히 보충을 행하였다.
원료 공급구(60)로부터, 원료 기체 ClF3 가스를 유량 4SLM로 도입하고, 반응을 개시시켜, 반응으로 얻어진 반응 생성 가스 NF2Cl, NFCl2를 가스 출구(36)로부터 추출하고, 추출한 일부를 도시하지 않은 배관(SUS304제)을 통해서, 원료 공급구 (60)로 돌려보낸다. 원료 공급구(60)로부터 도입되는 반응 생성 가스의 유량은 40～60SLM로 하였다.
한편, 반응중에는, 돌려보냄 냉각부를 냉각함으로써, 분리층(16)부의 액체의 온도가 19℃～25℃로 조정되었다.
한편, 반응으로 얻어지고, 가스 출구(36)로부터 추출된 반응 생성 가스 NF2Cl, NFCl2 중에서, 원료 공급구(60)로 돌려 보내지지 않은 잔여 가스를 다른 반응기로 F2와 반응시켜, NF3으로 했다. 이 반응은, 수율이 거의 100%가 되는 것을 알 수 있다. 반응기 후단의 가스 조성을 분석하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
실시예 1과 비교하여 명백히 가스 출구(36)의 후단의 가스 조성중에 차지하는 N의 비율이 많았다. NF2Cl, NFCl2와 F2로부터 NF3를 합성하는 반응의 수율은 거의 100%이기 때문에, 실시예 2와 비교해 뒤떨어지는 결과가 되었다.
Figure 112010044827022-pct00002
L 원료 액체
10 불소화 기체화합물 제조장치
12 반응부
14 저부
16 분리조
20 돌려보냄 냉각부(Return Column Cooler)
30 반응액량 조정구
32 액면계 도입구
34 온도계 도입구
36 가스 출구
40 냉매 공급구
42 냉매 추출구
44 냉각 하우징
46 반응액로
50 온도계
54 반응액 보충구
60 원료 가스 공급구
62 원료 반응 가스 공급 노즐
66 복수의 노즐구멍
110 불소화 기체화합물 제조장치
122 돌려보냄부(Return Conduit)
124 냉각부

Claims (7)

  1. 원료 액체와 원료 기체를 반응시켜 불소화된 기체화합물을 제조하는 불소화 기체화합물의 제조방법에 있어서,
    상기 원료 액체 및 액체로 변한 상기 원료 기체를 포함한 혼합 액체를 원료 기체와 반응시키는 반응 영역과, 상기 혼합 액체만이 유동하는 유동 영역과, 반응 후의 상기 혼합 액체를 상기 반응 영역의 상부로부터 상기 유동 영역의 상부로 이동시키는 상부 이동 영역과, 상기 혼합 액체를 상기 유동 영역의 하부로부터 상기 반응 영역의 하부로 이동시키는 하부 이동 영역으로 이루어지는 순환계를 형성하고,
    (A)상기 반응 영역의 하부에 상기 원료 기체와, (B)상기 반응 영역에서의 반응 생성물인 제1 불소화 기체화합물 및 상기 제1 불소화 기체화합물을 더 불소화시켜 얻어지는 제2 불소화 기체화합물로부터 선택되는 적어도 일종의 불소화 기체화합물을 도입하는 것에 의해서 상기 혼합 액체를 순환시키는 것을 특징으로 하는 불소화 기체화합물의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유동 영역, 또는 상기 반응 영역보다 하방의 영역에서, 상기 혼합 액체의 액온을 조정하는 것을 특징으로 하는 불소화 기체화합물의 제조방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 원료 기체가, 인터할로겐화물인 것을 특징으로 하는 불소화 기체화합물의 제조방법.
  4. 제 1 항 또는 2항에 있어서, 상기 원료 액체가, 착체 화합물인 것을 특징으로 하는 불소화 기체화합물의 제조방법.
  5. 제 1 항 또는 2항에 있어서, 상기 제2 불소화 기체화합물이, 불소화 반응이 완전하게 진행한 것인 것을 특징으로 하는 불소화 기체화합물의 제조방법.
  6. 원료 액체와 원료 기체를 반응시켜 불소화된 기체화합물을 제조하는 불소화 기체화합물의 제조장치에 있어서,
    상기 원료 액체 및 액체로 변한 상기 원료 기체를 포함한 혼합 액체를 원료 기체와 반응시키는 반응 영역과, 상기 혼합 액체만이 유동하는 유동 영역과, 반응 후의 상기 혼합 액체를 상기 반응 영역의 상부로부터 상기 유동 영역의 상부로 이동시키는 상부 이동 영역과, 상기 혼합 액체를 상기 유동 영역의 하부로부터 상기 반응 영역의 하부로 이동시키는 하부 이동 영역으로 이루어진 순환 반응부를 형성하고,
    상기 반응 영역의 하부에 상기 원료 기체 및 반응 생성물의 제1 불소화 기체화합물 및 상기 제1 불소화 기체화합물을 더 불소화시켜 얻어지는 제2 불소화 기체화합물로부터 선택되는 적어도 일종의 불소 기체화합물을 도입하는 기체 도입부를 마련한 것을 특징으로 하는 불소화 기체화합물의 제조장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 유동 영역, 또는 상기 반응 영역보다 하방의 영역에서, 상기 혼합 액체의 액온을 조정하는 액온 조정 장치를 마련한 것을 특징으로 하는 불소화 기체화합물의 제조장치.
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