RU2182556C1 - Method of obtaining nitrogen trifluoride - Google Patents
Method of obtaining nitrogen trifluoride Download PDFInfo
- Publication number
- RU2182556C1 RU2182556C1 RU2001126320/12A RU2001126320A RU2182556C1 RU 2182556 C1 RU2182556 C1 RU 2182556C1 RU 2001126320/12 A RU2001126320/12 A RU 2001126320/12A RU 2001126320 A RU2001126320 A RU 2001126320A RU 2182556 C1 RU2182556 C1 RU 2182556C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sorbent
- nitrogen trifluoride
- hydrogen fluoride
- xhf
- salt
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B7/00—Halogens; Halogen acids
- C01B7/01—Chlorine; Hydrogen chloride
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/082—Compounds containing nitrogen and non-metals and optionally metals
- C01B21/083—Compounds containing nitrogen and non-metals and optionally metals containing one or more halogen atoms
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/082—Compounds containing nitrogen and non-metals and optionally metals
- C01B21/083—Compounds containing nitrogen and non-metals and optionally metals containing one or more halogen atoms
- C01B21/0832—Binary compounds of nitrogen with halogens
- C01B21/0835—Nitrogen trifluoride
Abstract
Description
Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к способам получения трифторида азота. The invention relates to the field of inorganic chemistry, and in particular to methods for producing nitrogen trifluoride.
Трифторид азота применяется в химической промышленности как фторирующий агент и как окислитель для горючего. В электронной промышленности он используется в процессах сухого травления как газ, не оставляющий осадка; известно его применение и в аппаратах химического парофазного осаждения. Nitrogen trifluoride is used in the chemical industry as a fluorinating agent and as an oxidizing agent for fuel. In the electronics industry, it is used in dry etching processes as a non-sedimenting gas; its use is also known in chemical vapor deposition apparatuses.
Известны 3 основные технологии получения трифторида азота:
1. Электролиз расплава бифторида аммония [пат. США 3235474, кл. 204/63, оп. 02.10.1961].There are 3 main technologies for producing nitrogen trifluoride:
1. Electrolysis of the melt of ammonium bifluoride [US Pat. US 3235474, CL 204/63, op. 10/02/1961].
2. Жидкофазное фторирование расплава бифторида аммония при 130-160oС и 0,2-0,4 МПа [пат. США 4091091, кл. 423/406, оп. 23.05,1978].2. Liquid phase fluorination of a melt of ammonium bifluoride at 130-160 o C and 0.2-0.4 MPa [US Pat. USA 4091091, cl. 423/406, op. 05/23/1978].
3. Фторирование твердых комплексных фторидов аммония и металлов. К этому направлению относится предлагаемое изобретение. 3. Fluorination of solid complex ammonium fluorides and metals. The invention relates to this area.
Известен способ фторирования твердых комплексных фторидов аммония и металлов общей формулы (NH4)хMFy и (NH4)хMM1Fy, где х=1-3, y=4-7, M=Fe, Al, Ti и др. металлы, M1=Li, Na, К [пат. США 4543242, С 01 В 21/83В, 24.09.1985].A known method of fluorination of solid complex ammonium fluorides and metals of the General formula (NH 4 ) x MF y and (NH 4 ) x MM 1 F y , where x = 1-3, y = 4-7, M = Fe, Al, Ti and other metals, M 1 = Li, Na, K [US Pat. USA 4543242, C 01 B 21 / 83B, 09.24.1985].
Процесс может быть организован в непрерывном режиме, с подачей фтора, разбавленного инертным газом (азот, аргон). Комплексные фториды аммония применяют в виде частиц определенного размера, что обеспечивает стабильное протекание реакции. Выход реакции по фтору достигает 80-85%. The process can be organized in a continuous mode, with the supply of fluorine diluted with an inert gas (nitrogen, argon). Complex ammonium fluorides are used in the form of particles of a certain size, which ensures a stable reaction. The fluorine reaction yield reaches 80-85%.
Недостатком способа является высокая стоимость исходных комплексных фторидов аммония и металлов, а также необходимость утилизации образующихся фторидов металлов. The disadvantage of this method is the high cost of the original complex ammonium fluorides and metals, as well as the need for disposal of the resulting metal fluorides.
Наиболее близким техническим решением является способ [пат. Японии 3232710, кл. С 01 В 21/083, заяв. 06.02.1990, oп. 16.10.1991]. По этому способу трифторид азота получают реакцией фтора со смесью фторидов металлов и солей аммония в массовом соотношении 2:1 Реакцию проводят при температуре 50-450oС, с разбавлением азотом фтора, подаваемого в реактор.The closest technical solution is the method [US Pat. Japan 3232710, cl. C 01 B 21/083, application. 02/06/1990, op. 10.16.1991]. According to this method, nitrogen trifluoride is obtained by the reaction of fluorine with a mixture of metal fluorides and ammonium salts in a mass ratio of 2: 1. The reaction is carried out at a temperature of 50-450 o With dilution with fluorine nitrogen supplied to the reactor.
В качестве фторида металла в этом изобретении могут использоваться, например, фториды К, Na, Сu, Са, Zn, Al, Sn, Pb, Mn, Ni, Co, Fe и другие, однако наилучший результат достигается при использовании NaF, CaF2, FeF3.As the metal fluoride in this invention, for example, fluorides K, Na, Cu, Ca, Zn, Al, Sn, Pb, Mn, Ni, Co, Fe and others can be used, however, the best result is achieved using NaF, CaF 2 , FeF 3 .
В качестве неорганической аммониевой соли в настоящем изобретении можно использовать (NH4)2SO4, (NH4)2CO2, NH4NO2, NH4F, NH4CI, NH4Br, NН4I и другие.As the inorganic ammonium salt in the present invention, (NH 4 ) 2 SO 4 , (NH 4 ) 2 CO 2 , NH 4 NO 2 , NH 4 F, NH 4 CI, NH 4 Br, NH 4 I and others can be used.
Соотношение компонентов фторида металла и неорганической аммониевой соли может быть произвольным, однако желательно, чтобы реакция осуществлялась при избытке фторида металла, весовое соотношение фторида металла и неорганической аммониевой соли составляло примерно 2:1. The ratio of the components of the metal fluoride and inorganic ammonium salt can be arbitrary, however, it is desirable that the reaction be carried out with an excess of metal fluoride, the weight ratio of metal fluoride and inorganic ammonium salt was approximately 2: 1.
Температура реакции может быть близка к комнатной или выше нее. С точки зрения скорости реакции желательно, чтобы температура была более 50oС. Для предотвращения разложения образовавшегося NF3 желательно, чтобы температура была менее 450oС. Принимая во внимание ряд производственных факторов (скорость реакции, расход тепловой энергии и другие), желательно, чтобы температура реакции была 100~200oС.The reaction temperature may be close to or above room temperature. From the point of view of the reaction rate, it is desirable that the temperature is more than 50 ° C. To prevent decomposition of the resulting NF 3, it is desirable that the temperature is less than 450 ° C. Taking into account a number of production factors (reaction rate, heat consumption and others), it is desirable so that the reaction temperature is 100 ~ 200 o C.
Недостатком способа получения является образование жидких полифторидов аммония, которые получаются в результате взаимодействия солей аммония с фтористым водородом, образующимся в качестве побочного продукта. Образование жидкой фазы может привести к забивке реактора и повышенной коррозии оборудования. Высокие температуры проведения процесса резко увеличивают вклад побочных реакций, идущих с образованием азота, что существенно понижает выход целевого продукта - трифторида азота. A disadvantage of the production method is the formation of liquid ammonium polyfluorides, which are obtained as a result of the interaction of ammonium salts with hydrogen fluoride formed as a by-product. The formation of a liquid phase can lead to clogging of the reactor and increased corrosion of the equipment. High temperatures of the process sharply increase the contribution of side reactions occurring with the formation of nitrogen, which significantly reduces the yield of the target product - nitrogen trifluoride.
Задача, стоящая перед изобретением - разработка способа, позволяющего осуществлять полное использование исходной соли NH4F•xHF, отводить образующийся фтороводород, одновременно отводя тепло реакции.The challenge facing the invention is the development of a method that allows full use of the starting salt NH 4 F • xHF, to remove the resulting hydrogen fluoride, while removing heat of the reaction.
Решение этой задачи позволяет упростить процесс производства трифторида азота, достичь высокой эффективности его получения и в значительной мере облегчает решение проблемы утилизации побочных продуктов. The solution to this problem allows us to simplify the production process of nitrogen trifluoride, to achieve high efficiency of its production and greatly facilitates the solution of the problem of recycling by-products.
Данная задача решается путем проведения взаимодействия находящейся в твердой фазе кислой соли полифторида аммония формулы NH4F•xHF, где х более 0 до 1,3, причем х может быть равен 1,3. Исходную соль применяют в смеси с сорбентом, способным сорбировать фтороводород, образующийся в результате синтеза. Сорбент представляет собой фториды металлов формулы MeF, где Me - металл I группы Периодической таблицы, предпочтительно NaF, KF, LiF. Могут использоваться также и RbF и CsF, однако их применение экономически нецелесообразно. Процесс получения трифторида азота проводят при 20 - 125oС и массовом отношении сорбент : NH4F•xHF от 2 до 100.This problem is solved by reacting an acid salt of ammonium polyfluoride of the formula NH 4 F • xHF in the solid phase, where x is greater than 0 to 1.3, and x may be 1.3. The starting salt is used in a mixture with a sorbent capable of sorbing hydrogen fluoride resulting from the synthesis. The sorbent is a metal fluoride of the formula MeF, where Me is a metal of group I of the Periodic table, preferably NaF, KF, LiF. RbF and CsF can also be used, but their use is not economically feasible. The process of obtaining nitrogen trifluoride is carried out at 20 - 125 o With and the mass ratio of the sorbent: NH 4 F • xHF from 2 to 100.
В составе твердой соли полифторида аммония х может принимать значения от величины, большей 0, до величины, меньшей или равной 1,3. In the composition of the solid salt of ammonium polyfluoride x can take values from a value greater than 0 to a value less than or equal to 1.3.
При фторировании находящихся в твердой фазе соединений формулы NH4F•xHF на 1 моль целевого продукта реакции NF3 образуется (4+х) моль HF.Upon fluorination of compounds of the formula NH 4 F • xHF in the solid phase per 1 mol of the desired reaction product NF 3 , (4 + х) mol of HF is formed.
Образующийся фтороводород сорбируется фторидами металлов (преимущественно металлами I группы периодической таблицы, например, LiF, NaF, KF), и при этом образуются полигидрофториды соответствующих металлов. Сорбцию ведут до мольного соотношения фтороводород : фторид металла от 1:1 до 1:100, используя специально подготовленный фторид металла. Перед подачей в реактор фторид металла подвергают активации нагреванием до температуры около 350oС, удаляя из него летучие примеси и влагу.The resulting hydrogen fluoride is sorbed by metal fluorides (mainly Group I metals of the periodic table, for example, LiF, NaF, KF), and polyhydrofluorides of the corresponding metals are formed. Sorption is carried out to a molar ratio of hydrogen fluoride: metal fluoride from 1: 1 to 1: 100, using a specially prepared metal fluoride. Before the metal fluoride is fed into the reactor, it is activated by heating to a temperature of about 350 ° C. , removing volatile impurities and moisture from it.
Фторид металла может использоваться в порошкообразном, таблетированном или гранулированном виде. Размер частиц, гранул или таблеток не является принципиальным для проведения реакции. Metal fluoride can be used in powder, tablet or granular form. The size of the particles, granules or tablets is not critical for the reaction.
Такой фторид металла допускает многократное проведение циклов сорбции-десорбции фтороводорода. Для проведения десорбции насыщенный сорбент помещают в десорбер и постепенно поднимают температуру со скоростью 25 - 100oС/ч, доводя ее в итоге до 350oС. Очень медленное поднятие температуры нецелесообразно технологически, а быстрое может вызвать разрушение структуры таблетированного или гранулированного материала. Образующийся в результате десорбции фтороводород может использоваться в синтезе фторсоединений.Such metal fluoride allows multiple cycles of sorption-desorption of hydrogen fluoride. To carry out desorption, the saturated sorbent is placed in the stripper and the temperature is gradually raised at a rate of 25-100 o C / h, eventually bringing it to 350 o C. A very slow rise in temperature is not technologically feasible, and a quick one can destroy the structure of the pelletized or granular material. Hydrogen fluoride formed as a result of desorption can be used in the synthesis of fluorine compounds.
Фтор можно подавать в зону реакции как разбавленным инертным газом (например, азотом, аргоном или гелием), так и без разбавления. Fluorine can be fed into the reaction zone both with diluted inert gas (for example, nitrogen, argon or helium), and without dilution.
Процесс проводят на установке, изображенной на чертеже. The process is carried out on the installation shown in the drawing.
Установка состоит из смесителя 1, реактора 2, фазоразделителя 3 и десорбера 4. The installation consists of a
В смеситель 1 подают исходную соль NH4F•хHF, где х более 0 до 1,3, причем х может быть равен 1,3, и предварительно активированный фторид металла I группы. Реагенты смешивают в заданном отношении до однородной массы, и из смесителя направляют в реактор 2 диаметром 40 мм, длиной 500 мм, изготовленный из никеля. В этот реактор подают газообразный фтор или смесь фтора с инертным газом. В реакторе при 20 - 125oС происходит процесс фторирования. Из реактора реакционную смесь подают в фазоразделитель 3, где происходит разделение газообразных и твердых продуктов. Газообразные продукты собирают в приемник, затем оттуда их направляют на стадию разделения, где отделяют целевой продукт (на схеме не показано).In the
Твердые продукты, в основном представляющие собой фториды металлов, адсорбировавшие HF, направляются в десорбер 4, где проводят их десорбцию и/или активацию при 350oС. Выделенный фтороводород конденсируют и собирают в приемнике (не показан), а фториды металлов возвращают на стадию смешения.Solid products, mainly metal fluorides adsorbing HF, are sent to
Процесс может быть организован как в периодическом, так и в непрерывном режиме. Приведенные примеры иллюстрируют, но не ограничивают объем данного изобретения. The process can be organized in both periodic and continuous mode. The examples given illustrate but do not limit the scope of the present invention.
Изобретение иллюстрируется примерами, представленными в таблице. The invention is illustrated by the examples presented in the table.
Пример 1. В смеситель 1 подают 70 г NH4F•хHF, где х=0,01, и 700 г NaF. Перед этим фторид натрия, не использовавшийся в процессе, предварительно активируют в десорбере 4, поднимая температуру на 25oС в час. Доведя температуру до 350oС, выдерживают фторид натрия при этой температуре в течение 5 ч. В смеситель указанные реагенты подают в отношении NaF:NH4F•хHF=10, и смешивают их до однородной массы. Размер частиц твердых реагентов составлял около 200 мкм.Example 1. Into
В реактор 2 из смесителя подают твердые реагенты со скоростью 385 г/ч, а газообразный фтор - со скоростью 110 г/ч. Температуру в реакторе поддерживают на уровне 80oС. Полученную реакционную смесь из реактора выводят в фазоразделитель 3, где проводят отделение газообразных продуктов от твердых. Газообразные продукты пропускают через ловушку кислых примесей (не показана на схеме) и собирают в приемнике.Solid reactants are fed into the
Хроматографический анализ газообразных продуктов показал следующий состав, об.%: NF3 - 87%, N2 - 11,0%, другие продукты (CF4, N2F2, N2F4) - 2,0%.Chromatographic analysis of gaseous products showed the following composition, vol.%: NF 3 - 87%, N 2 - 11.0%, other products (CF 4 , N 2 F 2 , N 2 F 4 ) - 2.0%.
Твердую фазу, состоящую из NH4F•хHF, где х меньше или равен 1, подают на стадию десорбции HF, которую проводят при 350oС. Время десорбции составляет 30 ч. После десорбции NaF охлаждают до 20-60oС и направляют в смеситель 1. Фтороводород конденсируют в ловушке (на схеме не показана) и направляют на нейтрализацию.The solid phase, consisting of NH 4 F • xHF, where x is less than or equal to 1, is fed to the HF desorption step, which is carried out at 350 ° C. The desorption time is 30 hours. After desorption, the NaF is cooled to 20-60 ° C. and sent to
В остальных примерах (2-11) стадии активации и десорбции проводили, как описано в примере 1. In the remaining examples (2-11), the activation and desorption stages were carried out as described in example 1.
Примеры проведения других опытов приведены в таблице. Examples of other experiments are given in the table.
Проведение процесса в заявленных условиях позволяет осуществить полное использование исходной соли - полифторида аммония, рационально отводить фтороводород, одновременно отводя тепло реакции. Carrying out the process under the stated conditions allows full use of the starting salt, ammonium polyfluoride, to rationally remove hydrogen fluoride, while simultaneously removing the heat of reaction.
Claims (5)
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001126320/12A RU2182556C1 (en) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | Method of obtaining nitrogen trifluoride |
PCT/RU2002/000250 WO2003027010A1 (en) | 2001-09-28 | 2002-05-20 | Method for producing nitrogen trifluoride |
CNB028188608A CN1301899C (en) | 2001-09-28 | 2002-05-20 | Method for producing nitrogen trifluoride |
KR10-2004-7004389A KR20040054695A (en) | 2001-09-28 | 2002-05-20 | Method for producing nitrogen trifluoride |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001126320/12A RU2182556C1 (en) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | Method of obtaining nitrogen trifluoride |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2182556C1 true RU2182556C1 (en) | 2002-05-20 |
Family
ID=20253366
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001126320/12A RU2182556C1 (en) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | Method of obtaining nitrogen trifluoride |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20040054695A (en) |
CN (1) | CN1301899C (en) |
RU (1) | RU2182556C1 (en) |
WO (1) | WO2003027010A1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100660444B1 (en) * | 2005-06-14 | 2006-12-22 | 울산화학주식회사 | Storage method of Nitrogen trifluoride |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6071503A (en) * | 1983-09-27 | 1985-04-23 | Central Glass Co Ltd | Manufacture of nf3 |
JP2930351B2 (en) * | 1990-02-06 | 1999-08-03 | 関東電化工業株式会社 | Manufacturing method of NF (3) |
JP3727797B2 (en) * | 1998-05-22 | 2005-12-14 | セントラル硝子株式会社 | Method for producing nitrogen trifluoride |
-
2001
- 2001-09-28 RU RU2001126320/12A patent/RU2182556C1/en not_active IP Right Cessation
-
2002
- 2002-05-20 WO PCT/RU2002/000250 patent/WO2003027010A1/en not_active Application Discontinuation
- 2002-05-20 KR KR10-2004-7004389A patent/KR20040054695A/en not_active Application Discontinuation
- 2002-05-20 CN CNB028188608A patent/CN1301899C/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20040054695A (en) | 2004-06-25 |
CN1301899C (en) | 2007-02-28 |
WO2003027010A1 (en) | 2003-04-03 |
CN1558869A (en) | 2004-12-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3024779B1 (en) | Synthesis of hydrogen bis(fluorosulfonyl)imide | |
JP3023343B2 (en) | Method for producing lithium hexafluorophosphate | |
US9758375B2 (en) | Preparation of an aqueous reagent for the absorption or destruction of pollutants | |
EP0543009B1 (en) | Process for purifying nitrogen trifluoride gas | |
JPH06510517A (en) | Production method of high purity hydroxylammonium nitrate | |
GB2146978A (en) | Process of preparing nitrogen trifluoride by gas-solid reaction | |
SU489312A3 (en) | The method of producing tetrachlorophthalonitrile | |
EP2118000B1 (en) | Preparation of hydrogen fluoride from calcium fluoride and sulfuric acid | |
RU2182556C1 (en) | Method of obtaining nitrogen trifluoride | |
KR100559919B1 (en) | Process for the reduction or elimination of nh3/hf byproduct in the manufacture of nitrogen trifluoride | |
JP2000159505A (en) | Production of halogen fluoride compound | |
CN1260120C (en) | Preparation of nitrogen trifluoride | |
JP4695069B2 (en) | Production of 3,6-dichloro-2-trichloromethylpyridine by gas phase chlorination of 6-chloro-2-trichloromethylpyridine | |
JP4515989B2 (en) | Generation method of nitrogen trifluoride | |
WO2007004409A1 (en) | Process for synthesis of halogenated nitrogen | |
CA2368441A1 (en) | Method for producing high-purity solutions using gaseous hydrogen fluoride | |
RU2182555C1 (en) | Method of production of nitrogen trifluoride | |
JP2856636B2 (en) | Production method of ammonium cryolite | |
KR930007411B1 (en) | Method of treatment of waste water containing flurorine compounds and process for making ammonium fluoride | |
RU2038299C1 (en) | Method of ammonium bifluoride producing | |
JP2011162388A (en) | Method for producing alkali metal silicofluoride and nitric acid from waste liquid | |
RU2211210C1 (en) | Method for preparing tetrafluoromethane and device for its realization | |
CN1285813A (en) | Method of production hydrofluorocarbons | |
CN114040888A (en) | Method for producing alkali metal salt of bis (fluorosulfonyl) imide | |
JP2001162139A (en) | Method for catalytic decomposition of global warming gas |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080929 |