八氟丙烷的製備方法
2023-10-04 05:37:34
八氟丙烷的製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種八氟丙烷的製備方法，步驟依次包括：（1）氟氫化鉀經電解後得到氟氣混合氣，並依次進行除塵、冷凝、吸附處理，純化為原料氟氣；（2）將所述原料氟氣加壓後與惰性氣體均勻混合得到混合氣；（3）將所述混合氣通入裝有二氟化鈷的反應器內反應得到三氧化鈷；（4）反應完成後，對所述反應器及相關管路管件進行吹掃及抽真空置換處理；（5）將六氟丙烯通入反應器內與所述三氟化鈷反應得到含有雜質的八氟丙烷；（6）對八氟丙烷進行冷卻、吸附處理；（7）將八氟丙烷通過壓縮機進入精餾塔進行精餾處理。採用本發明，可降低雜質對反應器的腐蝕，抑制六氟丙烯裂解、自聚、加成等不良副反應，製備高純度的八氟丙烷。
【專利說明】八氟丙烷的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及化工領域，尤其涉及一種八氟丙烷的製備方法。
【背景技術】
[0002]八氟丙烷，常用作製備半導體器件工藝中的蝕刻或清洗氣體。現有關於使用六氟丙烯作為原料直接製備八氟丙烷的方法有多種:
日本專利JP-B-62-61572指出，在六氟丙烯和氟氣之間進行直接氟化反應製備八氟丙烷；日本專利JP-B-1-45455指出，在催化劑存在下，使六氟丙烯與氟反應製備八氟丙烷；日本專利JP-B-62-54777指出，將六氟丙烯與高級(high-order)金屬氟化物反應製備八氟丙烷；日本專利JP-B-62-61682指出，在使用惰性氣體和反應產物氣體稀釋的情況下，使六氟丙烯與氟氣反應製備八氟丙烷；日本專利JP-B-62-61115指出，在氟化氫中使六氟丙烯電解氟化以製備八氟丙烷。
[0003]然而，在上述方法中，由於反應過程中六氟丙烯裂解產生四氟甲烷(CF4)和六氟乙烷(C2F6),並加成產生C4F8和C6F12,以及環化加成產生4圓環等副產物，同時，也未對氟化劑(高級金屬氟化物)做深度處理，使得目的產物的選擇性和八氟丙烷的產率降低。另外，雜質中的某些化合物很難通過精餾分離掉，因此幾乎得不到高純八氟丙烷。特別是，在上述方法的實施過程中，都是實驗性質論證了方法的可行性，未提及產業化生產工藝。並且這些方法是在較高溫下進行，且反應過程中反應物加入的稀釋劑氟化氫(HF)對設備的腐蝕非常嚴重，因此，對設備的材質要求也就非常高，加重了該產品產業化的設備成本，嚴重製約了八氟丙烷的工業化生產。
【發明內容】
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[0004]本發明所要解決的技術問題在於，提供一種八氟丙烷的製備方法，可降低對設備的腐蝕，提高八氟丙烷的產率、純度，實現產業化。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明提供了一種八氟丙烷的製備方法，步驟依次包括:
(I)氟氫化鉀經電解槽電解處理後得到氟氣混合氣，並對所述氟氣混合氣依次進行除塵、冷凝、吸附處理，純化為原料氟氣；(2)將所述原料氟氣經壓縮機加壓後與惰性氣體均勻混合得到混合氣；(3)將所述混合氣通入裝有二氟化鈷的反應器內，所述混合氣與二氟化鈷反應得到三氧化鈷；(4)反應完成後，對所述反應器及相關管路管件依次進行用惰性氣體吹掃及抽真空惰性氣體置換處理；(5)將六氟丙烯通入經抽真空惰性氣體置換處理後的反應器內，所述六氟丙烯與所述三氟化鈷反應得到含有雜質的八氟丙烷；(6)對所述反應器出來的八氟丙烷進行冷卻處理，並採用吸附劑進行吸附處理除去微量的氟化氫和水份；(7)將所述經冷卻、吸附處理後的八氟丙烷通過壓縮機進入精餾塔進行精餾處理。
[0006]作為上述方法的改進，所述將原料氟氣經壓縮機加壓的過程中，所述壓縮機的壓力為0.0r0.9MPa ；所述混合氣中，氟氣濃度為20%~80%。
[0007]作為上述方法的改進，所述混合氣與二氟化鈷反應的過程中，反應溫度控制在第一預設溫度範圍，所述第一預設溫度範圍為25(T350°C。
[0008]作為上述方法的改進，所述反應器內溫度達到所述第一預設溫度範圍後，通入所述混合氣，使所述混合氣與二氟化鈷反應。
[0009]作為上述方法的改進，所述六氟丙烯與三氟化鈷反應的過程中，反應溫度控制在第二預設溫度範圍，所述預設溫度範圍為200-5000C。
[0010]作為上述方法的改進，所述反應器內溫度達到所述第二預設溫度範圍後，通入所述六氟丙烯，使所述六氟丙烯與三氟化鈷反應。
[0011]作為上述方法的改進，所述反應器採用內加熱方式進行加熱。
[0012]作為上述方法的改進，所述吸附劑為活性炭、矽膠、氧化鋁、氟化鈣、氟化鈉、分子篩中的任意一種。
[0013]作為上述方法的改進，所述八氟丙烷通過壓縮機進入精餾塔進行精餾處理的過程中，精餾塔的壓力為0.0r0.9MPa。
[0014]作為上述方法的改進，所述精餾塔包括輕組分精餾塔及重組分精餾塔；所述輕組分精餾塔用於除去經冷卻、吸附處理後的八氟丙烷中的輕組分雜質；所述重組分精餾塔用於除去經冷卻、吸附處理後的八氟丙烷中的重組分雜質。
[0015]實施本發明，具 有如下有益效果:
氟氣混合氣依次進行除塵、冷凝、吸附處理後，除去了氟氣混合氣中氟化氫、氟氫化鉀等雜質，純化為原料氟氣，有效地降低氟化氫對反應器的腐蝕，延長反應器的壽命，同時也降低了設備的材質要求、加工成本，實現八氟丙烷的產業化生產。將原料氟氣經壓縮機加壓後與惰性氣體均勻混合後，再將與二氟化鈷進行反應，可降低反應的劇烈程度，對反應過程進行有效調控，降低氟氣對設備的腐蝕。反應完成後，對所述反應器及相關管路管件依次進行用惰性氣體吹掃及抽真空惰性氣體置換處理，可除去反應器及相關管路管件中殘留的游離氟氣，有效地抑制六氟丙烯裂解、自聚、加成等不良副反應的發生。對所述反應器出來的八氟丙烷進行冷卻、吸附、精餾處理後製備出高純度的八氟丙烷。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明八氟丙烷的製備方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0017]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步地詳細描述。
[0018]圖1是本發明八氟丙烷的製備方法的流程圖。
[0019]如圖1所示，所述八氟丙烷的製備方法的步驟依次包括:電解、除塵、冷凝、吸附；混合；混合氣與二氟化鈷反應；吹掃、抽真空惰性氣體置換；六氟丙烯與三氟化鈷反應；冷卻、吸附；精餾。
[0020]下面結合圖1具體介紹八氟丙烷的製備方法的詳細步驟:
S101，氟氫化鉀經電解槽電解處理後得到氟氣混合氣，並對所述氟氣混合氣依次進行除塵、冷凝、吸附處理，純化為原料氟氣。
[0021]電解反應式:2KHF2— 2KF+H2+F2本需要說明的是，氟氫化鉀經電解槽電解處理後得到氟氣混合氣，其中所述氟氣混合氣中含有約90%的氟氣，其餘為氟化氫和氟氫化鉀等其他雜質。電解後，將所述氟氣混合氣經除塵器進行除塵處理除掉部分氟氫化鉀，再進入冷凝分離器進行冷凝處理除去大部分氟化氫和氟氫化鉀，最後，再經過氟化鈉吸附器進行吸附處理進一步除去氟氣混合氣中的氟化氫，純化為氟氣含量為99%以上且基本不含氟化氫的原料氟氣，有效降低氟化氫對反應器的腐蝕，延長反應器的壽命。因此，生產過程中，還可以降低反應器部分設備及管路管件的材質要求，從而降低設備及管路管件的加工成本。
[0022]S102，將所述原料氟氣經壓縮機加壓後與惰性氣體均勻混合得到混合氣。
[0023]更佳地，所述將原料氟氣經壓縮機加壓的過程中，所述壓縮機的壓力為
0.0r0.9MPa。優選地，所述混合氣中，氟氣濃度為20%~80%。
[0024]需要說明的是，壓縮後的原料氟氣與惰性氣體按一定比例混合後，再進入反應器與二氟化鈷製備三氟化鈷，可以降低反應過程的劇烈程度，對反應過程進行有效的調節控制，降低氟氣對設備的腐蝕。
[0025]優選地，所述壓縮機為氟氣壓縮機，另外，所述壓縮機還可用於電解槽和/或反應器的壓力調節。
[0026]S103，將所述混合氣通入裝有二氟化鈷的反應器內，所述混合氣與二氟化鈷反應`得到二氧化鈷。
[0027]反應式:2CoF2+F2— 2CoF3
更佳地，所述混合氣中的氟氣與二氟化鈷反應的過程中，反應溫度控制在第一預設溫度範圍，所述第一預設溫度範圍為25(T350°C。所述第一預設溫度範圍為生成三氟化鈷的最佳溫度範圍，可以有效提高二氟化鈷轉化為三氟化鈷的轉化率。
[0028]更佳地，所述反應器內溫度達到所述第一預設溫度範圍後，再通入所述混合氣，可使所述混合氣與二氟化鈷反應更為充分，可以有效提高二氟化鈷轉化為三氟化鈷的轉化率。
[0029]優選地，混合氣通入裝有二氟化鈷的反應器時，流速為12.5Nm3/h。反應器內壓力為0.r0.3 MPa，使反應更充分，相應地，可通過壓縮機調節壓力。
[0030]S104，反應完成後，對所述反應器及相關管路管件依次進行用惰性氣體吹掃及抽真空惰性氣體置換處理。
[0031]製備完三氟化鈷後，停止向反應器通混合氣，並用惰性氣體對反應器及相關管路管件進行吹掃，將殘留在反應器中的氟氣吹掃入尾氣處理裝置，然後，再對反應器以及相關管路管件進行抽真空惰性氣體置換處理，可以儘量除去反應器及相關管路管件中殘留的游離氟氣，有效的防止和抑制六氟丙烯裂解、自聚、加成等不良負副反應的發生。
[0032]優選地，所述惰性氣體為氮氣。
[0033]S105，將六氟丙烯通入經抽真空惰性氣體置換處理後的反應器內，所述六氟丙烯與所述三氟化鈷反應得到含有雜質的八氟丙烷。
[0034]反應式:C3F6+2CoF3— C3F8+2CoF2
更佳地，所述六氟丙烯與三氟化鈷反應的過程中，反應溫度控制在第二預設溫度範圍，所述預設溫度範圍為200-500°C。所述第二預設溫度範圍為生成八氟丙烷的最佳溫度範圍，可以有效提高六氟丙烯轉化為八氟丙烷的轉化率。[0035]更佳地，所述反應器內溫度達到所述第二預設溫度範圍後，再通入所述六氟丙烯，使所述六氟丙烯與三氟化鈷反應更為充分，可以有效提高六氟丙烯轉化為八氟丙烷的轉化率。
[0036]更佳地，所述反應器採用內加熱方式進行加熱。
[0037]優選地，將六氟丙烯通入反應器時，流速為5.6Nm3/h。
[0038]S106，對所述反應器出來的八氟丙烷進行冷卻處理，並採用吸附劑進行吸附處理除去微量的氟化氫和水份。
[0039]更佳地，所述吸附劑為活性炭、矽膠、氧化鋁、氟化鈣、氟化鈉、分子篩中的任意一種。
[0040]S107，將所述經冷卻、吸附處理後的八氟丙烷通過壓縮機進入精餾塔進行精餾處理。
[0041]需要說明的是，將從反應器出來的八氟丙烷依次經過冷卻、吸附、精餾後可製備出高純度的八氟丙烷，從而實現其產業化目的。
[0042]更佳地，所述八氟丙烷通過壓縮機壓進入精餾塔進行精餾處理的過程中，精餾塔的壓力為0.0T0.9MPa。
[0043]更佳地，所述精餾 塔包括輕組分精餾塔及重組分精餾塔。其中，所述輕組分精餾塔用於除去經冷卻、吸附處理後的八氟丙烷中的輕組分雜質；所述重組分精餾塔用於除去經冷卻、吸附處理後的八氟丙烷中的重組分雜質。
[0044]優選地，精餾後分離出的惰性氣體及少量重組分八氟環丁烷等可返回反應器用作吹掃、置換處理。
[0045]下面通過實施例來更詳細地描述本發明。
[0046]實施例1
反應器為固定床反應器，米用內加熱方式並設8個溫度控制點。混合氣中，氟氣濃度為20%，其生產方法為:
A、開啟電解槽，控制電解槽壓力為微負壓，氟氫化鉀經電解槽電解處理後得到氟氣混合氣，並將氟氣混合氣依次經過除塵、冷凝、吸附處理，純化為原料氟氣。
[0047]B、將原料氟氣經壓縮機加壓後與惰性氣體均勻混合得到混合氣，且混合氣中，氟氣濃度為20%。
[0048]C、將反應器溫度預先升至300°C，以12.5Nm3/h的流速將混合氣通入反應器，反應器內壓力控制在0.r0.3MPa，使混合氣與二氟化鈷反應生成三氟化鈷。
[0049]D、然後對反應器及相關管路管件依次進行用惰性氣體吹掃及抽真空惰性氣體置換處理。
[0050]E、保持反應器在300°C時，以5.6Nm3/h的流速將六氟丙烯通入反應器中，使六氟丙烯與三氟化鈷反應生成含有雜質的八氟丙烷。
[0051]F、對所述反應器出來的八氟丙烷進行冷卻處理，並採用吸附劑進行吸附處理除去微量的氟化氫和水份。
[0052]G、將所述經冷卻、吸附處理後的八氟丙烷通過壓縮機進入精餾塔，在0.0r0.9MPa壓力下精餾分離，而分離出的惰性氣體及少量重組分八氟環丁烷等則返回反應器用作吹掃、置換處理。[0053]實施例2
本實施例中，混合氣中，氟氣濃度為40%，其餘與實施I的方法相同。
[0054]實施例3
本實施例中，混合氣中，氟氣濃度為60%。其餘與實施I的方法相同。
[0055]表一為上述三個實施例的指標對比:
【權利要求】
1.一種八氟丙烷的製備方法，其特徵在於，所述製備方法的步驟依次包括: (1)氟氫化鉀經電解槽電解處理後得到氟氣混合氣，並對所述氟氣混合氣依次進行除塵、冷凝、吸附處理，純化為原料氟氣； (2)將所述原料氟氣經壓縮機加壓後與惰性氣體均勻混合得到混合氣； (3 )將所述混合氣通入裝有二氟化鈷的反應器內，所述混合氣與二氟化鈷反應得到三氧化鈷； (4)反應完成後，對所述反應器及相關管路管件依次進行用惰性氣體吹掃及抽真空惰性氣體置換處理； (5)將六氟丙烯通入經抽真空惰性氣體置換處理後的反應器內，所述六氟丙烯與所述三氟化鈷反應得到含有雜質的八氟丙烷； (6)對所述反應器出來的八氟丙烷進行冷卻處理，並採用吸附劑進行吸附處理除去微量的氟化氫和水份； (7 )將所述經冷卻、吸附處理後的八氟丙烷通過壓縮機進入精餾塔進行精餾處理。
2.如權利要求1所述的八氟丙烷的製備方法，其特徵在於，所述將原料氟氣經壓縮機加壓的過程中，所述壓縮機的壓力為0.0r0.9MPa ； 所述混合氣中，氟氣濃度 為20%~80%。
3.如權利要求1所述的八氟丙烷的製備方法，其特徵在於，所述混合氣與二氟化鈷反應的過程中，反應溫度控制在第一預設溫度範圍，所述第一預設溫度範圍為25(T350°C。
4.如權利要求3所述的八氟丙烷的製備方法，其特徵在於，所述反應器內溫度達到所述第一預設溫度範圍後，通入所述混合氣，使所述混合氣與二氟化鈷反應。
5.如權利要求1所述的八氟丙烷的製備方法，其特徵在於，所述六氟丙烯與三氟化鈷反應的過程中，反應溫度控制在第二預設溫度範圍，所述預設溫度範圍為200-500°C。
6.如權利要求5所述的八氟丙烷的製備方法，其特徵在於，所述反應器內溫度達到所述第二預設溫度範圍後，通入所述六氟丙烯，使所述六氟丙烯與三氟化鈷反應。
7.如權利要求4或6所述的八氟丙烷的製備方法，其特徵在於，所述反應器採用內加熱方式進行加熱。
8.如權利要求1所述的八氟丙烷的製備方法，其特徵在於，所述吸附劑為活性炭、矽膠、氧化鋁、氟化鈣、氟化鈉、分子篩中的任意一種。
9.如權利要求1所述的八氟丙烷的製備方法，其特徵在於，所述八氟丙烷通過壓縮機進入精餾塔進行精餾處理的過程中，精餾塔的壓力為0.0r0.QMPa0
10.如權利要求1所述的八氟丙烷的製備方法，其特徵在於，所述精餾塔包括輕組分精餾塔及重組分精餾塔； 所述輕組分精餾塔用於除去經冷卻、吸附處理後的八氟丙烷中的輕組分雜質； 所述重組分精餾塔用於除去經冷卻、吸附處理後的八氟丙烷中的重組分雜質。
【文檔編號】C07C17/383GK103497086SQ201310431026
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月22日 優先權日:2013年9月22日
【發明者】唐忠福, 馬建修, 陳豔珊 申請人:佛山市華特氣體有限公司, 綏寧縣聯合化工有限責任公司