高純四氟化碳cf4的應(yīng)用

高純四氟化碳cf4的應(yīng)用

由于四氟化碳（也稱為四氟甲烷，cf4）的性質(zhì)非常穩(wěn)定，無色、無味、不燃燒。它是電子工業(yè)中最重要的原材料之一，主要用作雕刻劑和殺菌劑。此外,四氟化碳還用于金屬冶煉、塑料、航天航空等行業(yè)。自1926年首次用氟氣和木炭合成四氟化碳以來,經(jīng)過近百年的發(fā)展,目前四氟化碳的合成方法已達百余種,但能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的方法主要有以下四種:(1)三氟一氯甲烷氟化生產(chǎn)四氟化碳CF3Cl+HF→CF4+HClCF3Cl+ΗF→CF4+ΗCl(2)甲烷直接氟化生產(chǎn)四氟化碳CH4+4Cl2+4HF→CF4+8HClCΗ4+4Cl2+4ΗF→CF4+8ΗCl(3)三氟甲烷氟化生產(chǎn)四氟化碳CHF3+F2→CF4+HFCΗF3+F2→CF4+ΗF(4)氟碳直接合成四氟化碳C+2F2→CF4C+2F2→CF4前三種生產(chǎn)方法,因存在原料或工藝等問題,都已逐漸退出歷史舞臺,而氟碳合成生產(chǎn)四氟化碳的方法因其原料易得、工藝可控等優(yōu)點,已成為工業(yè)生產(chǎn)四氟化碳最普遍采用的方法。近幾年,國內(nèi)四氟化碳生產(chǎn)廠家越來越多,生產(chǎn)技術(shù)則以氟碳直接合成為主流,國內(nèi)現(xiàn)有廠家產(chǎn)品純度可達到99.99%,而產(chǎn)品純度穩(wěn)定在99.999%以上的廠家并不多,因此,國產(chǎn)CF4產(chǎn)品很難與國外競爭,而合成工藝可控性研究以及精餾—吸附工藝研究是四氟化碳生產(chǎn)過程的重要保障。1四氟碳合成與精制1.1氟氣與炭的合成cf4的工藝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。專利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)易進行,但隨著反應(yīng)的進行,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,專利介紹了在引燃?xì)?如二氟甲烷)的作用下,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95%以上。但由于該法引入了引燃?xì)?在初始反應(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90%以上。1.2產(chǎn)品精制1.2.1粗品清潔從反應(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,需要進行粗品的凈化。1.2.1.氟化氫堿水溶液ca-oh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.過吸附及去除自由基經(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低溫加壓精餾以及吸附—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,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0.5×10-6以下,生產(chǎn)的四氟化碳產(chǎn)品達到蝕刻級標(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。2精餾分離工藝路線佛山市華特氣體有限公司通過自主研發(fā)的氟碳直接合成—精餾生產(chǎn)工藝生產(chǎn)出99.999%的四氟化碳產(chǎn)品,其中H2O<0.5×10-6,N2+O2<5×10-6,CO2<0.5×10-6,THC<1×10-6。根據(jù)國內(nèi)某些生產(chǎn)廠家的工藝流程及現(xiàn)狀,筆者認(rèn)為:優(yōu)化工藝路線,合理調(diào)整工藝流程,是生產(chǎn)高純度產(chǎn)品的基本保障,如在