СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРИФТОРИДА АЗОТА

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРИФТОРИДА АЗОТА 


RU (11) 2182555 (13) C1

(51) 7 C01B21/083 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2001123299/12 
(22) Дата подачи заявки: 2001.08.22 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2001.08.22 
(45) Опубликовано: 2002.05.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: US 4543242 A, 24.09.1985. SU 196734 A, 30.06.1967. EP 0787684 A2, 29.01.1997. US 3961024 A, 01.06.1976. US 4091081 A, 23.05.1978. 
(71) Заявитель(и): ЗАО "АСТОР-ЭЛЕКТРОНИКС" 
(72) Автор(ы): Виноградов Д.В.; Зайцев С.А.; Кузнецов А.С.; Львов В.А.; Меньшов В.С.; Рабинович Р.Л.; Сапожников М.В.; Туркин В.С. 
(73) Патентообладатель(и): ЗАО "АСТОР-ЭЛЕКТРОНИКС" 
Адрес для переписки: 197198, Санкт-Петербург, пр. Добролюбова, 14, ЗАО "АСТОР- ЭЛЕКТРОНИКС" 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРИФТОРИДА АЗОТА 

Изобретение относится к способам получения трифторида азота. Трифторид азота применяется в химической промышленности как стабильный фторирующий агент и как фторсодержащее сырье. В ракетной технике он используется как окислитель для высококалорийных топлив, в электронной промышленности - для чистки кристаллов полупроводников и кремниевых пластин. Он применяется и в лазерах, и в качестве чистящего газа в аппаратах химического парофазного осаждения (СVD). Способ получения трифторида азота заключается в том, что проводят взаимодействие реагентов, находящихся в гетерогенных фазах газ - твердое вещество. В качестве твердой фазы используют фторид аммония формулы NH4FxHF, где х - от 0,01 до 1,3, взаимодействие с газообразным фтором ведут при массовом отношении фторида аммония и фтора от 0,35 до 500 при 20-110oС с обеспечением принудительной циркуляции реагентов. Фторид аммония можно применять в смеси с инертным фторидом металла II или III группы Периодической системы элементов или их смесью. По дисперсности частиц фторид аммония и инертный материал должны быть примерно одинаковы от 1000 до 200 мк. При проведении процесса получения трифторида азота по разработанному способу достигается высокий выход целевого продукта, причем используется доступное и дешевое сырье. При этом содержание примесей в продуктовой смеси, определяющих безопасность проведения процесса, очень низко. Процесс характеризуется низкими энергозатратами и использованием доступного и простого оборудования. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к органической химии, а именно к способам получения трифторида азота.

Трифторид азота применяется в химической промышленности как стабильный фторирующий агент и как фторсодержащее сырье. В ракетной технике он используется как окислитель для высококалорийных топлив, в электронной промышленности - для чистки кристаллов полупроводников и кремниевых пластин. Он применяется и в лазерах, и в качестве чистящего газа - в аппаратах химического парофазного осаждения (CVD).

В настоящее время в промышленности для производства трифторида азота используются две основные технологии. Одна из них заключается в электролизе кислых фторидов аммония [патент США 5637285, кл. С 01 В 21/08, заяв. 30.01.1996, оп. 10.06.1997].

Вторая технология включает прямое фторирование аммиака в расплаве кислого фторида аммония или в присутствии твердых комплексных фторидов аммония и металлов [ЕР 959040, кл. С 01 В 21/083 заяв. 22.05.1998, oп. 24.11.1999].

Электролитические способы энергоемки, а потому являются дорогостоящими. Кроме того, при их эксплуатации возникают проблемы, связанные с образованием взрывоопасных смесей.

Фторирование аммиака в расплаве кислого фторида аммония также требует значительных энергозатрат.

Разработанное изобретение относится к способам получения трифторида азота, проводимым в гетерогенной фазе газ - твердое вещество.

Известен способ фторирования твердых комплексных фторидов аммония и металлов [патент США 4543242, приор. Японии, заявка 83-177016, кл. С 01 В 21,83, з. 27.09.1983, oп. 04.09.1985].

Этими комплексами могут быть соединения, содержащие один металл общей формулы (NH4)xMFy или два металла формулы (NH4)хMM1Fy,

где х= 1-3, y=4-7, М=Fe, Al, Ti, Mn, Ni, Co, Cu, Zr, Nb, W, Si, Ge, Sb, Pb;

M1=Li, Na, K.

Реакция твердой соли с газообразным фтором может идти даже при комнатной температуре, однако при этом концентрация фтора в газовой фазе должна быть относительно высокой. Для подавления образования побочных фторидов азота, напротив, желательно поддерживать низкую концентрацию фтора - не более 10 об.%, но в этом случае приходится поддерживать температуру выше 80oС.

Фтор можно вводить как в чистом виде, так и разбавленным, например, азотом, аргоном или воздухом. Процесс проводят в никелевом двухступенчатом реакторе с принудительной циркуляцией. Так, через нагретый до 140oС порошок (NН4)3FеF6 непрерывно, в течение 15 часов пропускали 4584 г фтора. Получили целевой продукт с выходом 75%.

Перед создателями предлагаемого изобретения стояла задача создания способа получения трифторида азота из доступного и дешевого сырья, характеризующегося высоким выходом целевого продукта и низким уровнем примесей. К задачам, стоящим перед авторами изобретения, относится также разработка условий, определяющих безопасность проведения процесса, с низкими энергозатратами, в доступном и простом в исполнении оборудовании.

Предметом данного изобретения является способ получения фторида азота взаимодействием газообразного фтора и твердофазного соединения аммония, отличающийся тем, что в качестве соединения аммония используют фторид аммония формулы NH4FxHF, где х - от 0,01 до 1,3.

Разработанный способ получения трифторида азота заключается в том, что трифторид азота получают взаимодействием газообразного фтора и твердофазного соединения аммония, а в качестве соединения аммония используют фториды аммония формулы NH4FxHF, где х - от 0,01 до 1,3, взаимодействие ведут при массовом отношении фторида аммония и фтора от 0,35 до 500 при 20-110oC с обеспечением принудительной циркуляции реагентов. Фторид аммония используют в смеси с твердым инертным фторидом металла II или III группы Периодической системы элементов, или их смесью. Массовое отношение фторида металла к фториду аммония составляет от 0 до 100.

Подача фторида аммония в избытке к фтору позволяет избежать образования расплава фторида аммония. В качестве инертного материала могут быть использованы фториды Са, Мg, Al и т.п., или их смеси. По дисперсности частиц фторид аммония и инертный материал должны быть примерно одинаковы, например от 1000 до 2000 мк. Смешение фторида аммония перед подачей в реактор с порошкообразными частицами инертного материала позволяет избежать плавления фторида аммония при температуре проведения процесса и одновременно снизить его расход. При увеличении содержания инертного материала выше указанного соотношения снижается эффективность процесса из-за наличия "балластного" материала. Здесь и далее, если специально не оговаривается, приводятся массовые соотношения.

Процесс проводят на установке, изображенной на чертеже. Установка состоит из смесителя 1, реактора 2 и фазоразделителя 3. Применяемые фториды аммония NH4FxHF, где х - от 0,01 до 1,3. Это может быть, например, NH4FxHF со значением х 0,01, х=1, и т.п. в интервале до 1,3. В смеситель 1 подают газообразный фтор и свежий и/или возвратный NH4FxHF, или смесь NH4FхHF, где х=0,01 до 1,3, и инертного материала в порошкообразном состоянии. В смесителе происходит перемешивание твердых и газообразных реагентов до дисперсного состояния. Из смесителя эта дисперсия подается в реактор 2, где при температуре 20-110oС проходит взаимодействие. Из реактора продукты попадают в фазоразделитель 3, откуда выводятся газообразные продукты. Твердую фазу, состоящую из NH4FхHF, где х более 1,3, выводят из фазоразделителя и используют по усмотрению. Вещества, которые могут использоваться вновь: непрореагировавшие фториды аммония NH4FхHF, где х менее или равно 1,3, или из смеси этих фторидов аммония с инертным материалом, рециркулируют в смеситель. Газообразные продукты направляют на стадию разделения, где выделяется целевой продукт, выход которого составляет от 50 до 95 мас.%.

Пример

В качестве исходного сырья используют порошкообразный фторид аммония дисперсностью около 200 мк и газообразный фтор. Фторид аммония подают со скоростью 0,02 кг/час в смеситель 1, где он смешивается с фтором, подаваемым со скоростью 0,002 кг/час. Из смесителя реагенты направляются в реактор 2, изготовленный из никеля, диаметром 20 мм и длиной 200 мм. В реакторе, где организована принудительная циркуляция реагентов, при температуре 20oС проходит взаимодействие. Из реактора смесь поступает в фазоразделитель 3, где газообразные продукты отделяются от твердых. Газообразные продукты пропускают через ловушку фтористого водорода (на схеме не показана) и собирают в приемнике. Анализ методом газожидкостной хроматографии показал, что продукт имеет следующий состав, об.%: NF3-77,7; N2-20,1. Суммарное содержание N2F4, CF4, и т.п. составляет 2,2%.

Твердую фазу, состоящую из NH4FxHF, где х до 1,3, возвращают на стадию смешения, остальные продукты используют по усмотрению.

Примеры проведения остальных опытов приведены в таблице.

Таким образом, основными отличиями данного изобретения от ранее известного является использование в качестве исходного реагента соединения формулы NH4FхHF, где х= 0,01 до 1,3, т.е. фторида аммония NH4F или его фтороводородной соли формулы NH4FхHF, где х = более 0, но не более 1,3, температура проведения процесса 20-110 oС, и принудительная циркуляция.

При этом массовое соотношение фторидов аммония и фтора - от 0,35 до 500. Кроме того, отличием является то, что это соединение аммония может подаваться на стадию синтеза в смеси с инертным фторидом металла при массовом отношении фторид металла: NH4FxHF oт 0 до 100, и тогда расход фторида снижается.

При проведении процесса получения трифторида азота по разработанному способу достигается высокий выход целевого продукта, причем используется доступное и дешевое сырье. При этом содержание примесей в продуктовой смеси, определяющих безопасность проведения процесса, очень низко. Процесс характеризуется низкими энергозатратами и использованием доступного и простого оборудования. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ получения трифторида азота взаимодействием газообразного фтора и твердофазного соединения аммония, отличающийся тем, что в качестве соединения аммония используют фториды аммония формулы NH4FxHF, где х - от 0,01 до 1,3, взаимодействие ведут при массовом отношении фторида аммония и фтора от 0,35 до 500 при 20-110oС с обеспечением принудительной циркуляции реагентов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фторид аммония используют в смеси с твердым инертным фторидом металла II или III группы Периодической системы элементов или их смесью.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что массовое отношение фторида металла к фториду аммония составляет 0-100.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что непрореагировавшие соединения фторида аммония или их смесь с инертным фторидом металла после отделения газообразных продуктов взаимодействия рециркулируют на стадию смешения.


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к лазерным квантовым генераторам, а именно лазеры и лазерное оборудование:

- твердотельные полупроводниковые лазеры

- газовые лазеры

- химические лазеры

- практическое применение в промышленности, науке и в быту газовых, твердотельных и химических лазеров.


Лазеры. Лазерное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+газовый -лазер".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "лазер" будут найдены слова "лазеры", "лазерный" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("лазер!").



Рейтинг@Mail.ru