四氟化碳電子氣體的合成與純化

1.1 四氟化碳的合成
  由于氟碳直接合成四氟化碳的反應(yīng)劇烈，并存在爆炸的危險，因此如何抑制爆炸，使反應(yīng)穩(wěn)定且快速完成是合成過程的關(guān)鍵。
  日本專利[4-5]采用了不同的鹵素氟化物做抑爆劑，如BrF3、IF5。然而BrF3、IF5也同樣具有很強(qiáng)的化學(xué)活性，抑爆的同時卻增加了新的危險因素。該工藝對設(shè)備的要求較為苛刻，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，且該劑價格昂貴。
介紹了用氟氣與炭含量>=90％的活性炭合成CF4的方法。此法起始反應(yīng)易進(jìn)行，但隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)器內(nèi)會積累越來越多的灰分，使氟氣與活性炭接觸面積越來越小，造成反應(yīng)器和管道堵塞，最終導(dǎo)致生產(chǎn)效率低。
  另外，介紹了在引燃?xì)猓ㄈ缍淄椋┑淖饔孟?，有利于氟氣與碳直接反應(yīng)制備四氟化碳的方法。據(jù)稱，該法生產(chǎn)的粗產(chǎn)品純度可達(dá)95％以上。但由于該法引入了引燃?xì)?，在初始反?yīng)時，如控制不當(dāng)，很可能發(fā)生劇烈爆炸，且該法操作復(fù)雜，氟氣損耗大，生產(chǎn)成本高。
  我公司自主研發(fā)了使用固體引燃劑的生產(chǎn)工藝，該工藝能夠有效地使氟氣與碳安全穩(wěn)定高效的生產(chǎn)，粗品純度可達(dá)90％以上。
1.2  產(chǎn)品純化
1.2.1 粗品純化
  從反應(yīng)器出來的混合氣含有四氟化碳、微量氟氣、氟化氫、二氧化碳、一氧化碳、六氟乙烷、八氟丙烷等氣體成分，需要進(jìn)行粗品的凈化。
1.2.1.1堿洗
  本工藝生成的混合氣通過10％-50％的堿水溶液，能有效除掉混合氣中的酸性氣體，如微量氟氣、氟化氫和部分二氧化碳。該堿水溶液可以是NaOH、Ca(OH)2或KOH。堿洗過程可以是多級。
1.2.1.2 吸附
  經(jīng)堿洗后的混合氣體中含有大量的水分和二氧化碳等雜質(zhì)，需要通過吸附過程而去除。吸附法有常壓吸附、加壓吸附以及低溫吸附三種，我公司采用先用硅膠或其他能夠大量吸附水分的吸附劑除去粗品中的大部分水分，再用分子篩除去剩余的H2O和CO2等雜質(zhì)。
1.2.2 精餾—吸附法生產(chǎn)高純四氟化碳
  粗品經(jīng)凈化吸附后，再經(jīng)精餾—吸附可生產(chǎn)高純四氟化碳產(chǎn)品。
  四氟化碳精餾一般采用低溫精餾方式，包括：低溫間歇精餾、低溫連續(xù)精餾、低溫加壓精餾以及吸附—低溫精餾。如核工業(yè)部理化工程研究院低溫精餾分離技術(shù)、中核紅華特種氣體股份有限公司的低溫加壓技術(shù)、光明化工研究設(shè)計院的吸附—低溫精餾技術(shù)等。
  我公司根據(jù)自主研發(fā)的四氟化碳生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，設(shè)計了低溫連續(xù)的兩級精餾—吸附技術(shù)。該技術(shù)穩(wěn)定連續(xù)，其中水分可控制在0.5×(10)ˉ6以下，生產(chǎn)的四氟化碳產(chǎn)品達(dá)到蝕刻級標(biāo)準(zhǔn)。其兩級精餾—吸附生產(chǎn)系統(tǒng)工藝流程圖如圖1所示。