TWI710546B - 四氟甲烷之製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供不易損傷反應裝置，而可安全且便宜地穩定製造四氟甲烷的四氟甲烷之製造方法。其係包含於含有以化學式Cp
Hq
Clr
Fs
(化學式中之p為3以上18以下之整數，q為0以上3以下之整數，r為0以上9以下之整數，s為5以上30以下之整數)表示且不具有碳-碳不飽和鍵之氟化烴與反應誘發劑的原料液(1)中，導入氟氣而製造四氟甲烷。反應誘發劑係於常溫常壓下為固體之烴聚合物且藉由與氟氣反應，而誘發自氟化烴與氟氣生成四氟甲烷之反應者。
Description
本發明有關四氟甲烷之製造方法。
作為四氟甲烷之製造方法，已知有使固體碳與氟氣反應之方法、使氣體烴與氟氣反應之方法、使碳材料與金屬、金屬氟化物或熔融氧化鋁混合後與氟氣反應之方法(參見專利文獻1、2)等。
使固體碳與氟氣反應之方法係伴隨火焰之燃燒反應，由於產生非常大的反應熱，故有氟氣之吹入口或反應容器材質本身與氟氣反應而受腐蝕之虞。若以不發生火焰之方式進行反應，則有反應熱不充分而使四氟甲烷收率變低之情況。
又，使氣體烴與氟氣反應之方法亦係伴隨火焰之燃燒反應，由於產生非常大的反應熱，故有氟氣之吹入口或反應容器材質本身與氟氣反應而受腐蝕之虞。為了以不發生火焰之方式進行反應，而有以氮氣等惰性氣體稀釋氟氣而減小反應熱之手段，但由於必須使所得之四氟甲烷與惰性氣體分離純化之步驟，故有製造成本上升之問題。
使碳材料與金屬、金屬氟化物或熔融氧化鋁混合後與氟氣反應之方法係溫和進行碳材料與氟氣之反應的方法，由於並非使碳-碳間鍵切斷般之反應條件，故並不適於四氟甲烷之合成。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1] 日本專利公開公報平成6年第298681號
[專利文獻2] 日本專利公開公報平成11年第180706號
[發明欲解決之課題]
如此，以往之四氟甲烷之製造方法係進行使反應裝置損傷之程度的激烈反應，若在溫和條件下進行反應雖可抑制反應裝置之損傷但難以使四氟甲烷成為主生成物。
本發明之課題在於提供不易損傷反應裝置，而可安全且廉價地穩定製造四氟甲烷的四氟甲烷之製造方法。
[用以解決課題之手段]
為了解決上述課題，本發明之一態樣係如以下之[1]~[4]。
[1] 一種四氟甲烷之製造方法，其係包含：於含有以化學式Cp
Hq
Clr
Fs
(前述化學式中之p為3以上18以下之整數，q為0以上3以下之整數，r為0以上9以下之整數，s為5以上30以下之整數)表示且不具有碳-碳不飽和鍵之氟化烴與反應誘發劑的原料液中，導入氟氣，
前述反應誘發劑係於常溫常壓下為固體之烴聚合物，且藉由與前述氟氣反應，而誘發自前述氟化烴與前述氟氣生成四氟甲烷之反應者。
[2] 如[1]之四氟甲烷之製造方法，其中將前述原料液中含有之前述氟化烴與前述反應誘發劑之合計含量設為100質量%時，前述反應誘發劑之含量為超過0質量%且1質量%以下。
[3] 如[2]之四氟甲烷之製造方法，其中烴聚合物係選自聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯及石蠟之至少1種。
[4] 如[1]至[3]中任一項之四氟甲烷之製造方法，其中前述氟化烴係選自全氟碳、氟氫碳、氯氟碳、氯氟氫碳、氯三氟乙烯聚合物及全氟聚醚之至少1種含氟物質。
[發明效果]
依據本發明，可不損傷反應裝置而安全且廉價地穩定製造四氟甲烷。
以下針對本發明之一實施形態加以說明。又，本實施形態係顯示本發明之一例者，本發明並非限定於本實施形態。又，可對本實施形態加以各種變更或改良，該施加各種變更或改良之形態可包含於本發明。
使活性碳與氟氣反應而製造四氟甲烷之先前四氟甲烷之製造方法中，作為自反應場去除反應熱之路徑，有經由將藉由反應熱而加熱之環境中之氣體將熱排出至外部之路徑，與經由將藉由反應熱而加熱之反應裝置(例如氟氣吹入口或反應容器)將熱排出至外部之路徑。然而，氣體之熱容量較小故經由氣體排出之熱量少，大部分之反應熱被使用於反應裝置之加熱。其結果，使反應裝置成為高溫，引起反應裝置與氟氣之反應，而浸蝕反應裝置造成損傷。
本發明人等經積極檢討之結果，發現藉由使自氟化烴與氟氣生成四氟甲烷之反應於液相中進行，而可降低反應場之溫度，進而藉由誘發自氟化烴與氟氣生成四氟甲烷之反應的反應誘發劑共存於反應場中，可在低溫之液相中發生若不是非常高溫則無法發生之氟化烴之碳-碳鍵之開裂反應。
亦即，本發明人等發現即使於液體氟化烴中吹入氟氣，亦不易發生氟化烴與氟氣之反應，但若共存有反應誘發劑，則以反應誘發劑與氟氣之反應誘發而在低溫下發生氟化烴與氟氣之反應，生成四氟甲烷。
其機制可認為如下。若自吹入口對液體氟化烴吹入氟氣，則於氟氣之吹入口周邊形成含有氟氣之氣泡，於該氣泡自吹入口離開之前，引起氣泡中之氟氣與存在於氣泡周圍之反應誘發劑之反應。因該反應之反應熱而使周圍之氟化烴氣化，而與氣泡內之氟氣反應。藉此，於吹入口周邊形成比液相溫度高約20℃以上溫度之區域(以下記載為「高溫反應區域」)。認為藉由持續供給氟氣，而於該高溫反應區域內繼續氟化烴與氟氣之反應，但由於其反應熱使周圍液相(亦即氟化烴)持續蒸發，故抑制液相之溫度上升。
本實施形態之四氟甲烷之製造方法，係包含於含有以化學式CpHqClrFs表示且不具有碳-碳不飽和鍵之氟化烴(本說明書中，有時亦簡稱為「氟化烴」)與反應誘發劑的原料液中，導入氟氣。該反應誘發劑係於常溫常壓下為固體之烴聚合物，且藉由與氟氣反應，而誘發自氟化烴與氟氣生成四氟甲烷之反應者。本文中，上述化學式中之p為3以上18以下之整數，q為0以上3以下之整數，r為0以上9以下之整數，s為5以上30以下之整數。
由於即使於氟化烴不易與氟氣反應之情況下，藉由上述機制亦可於以反應誘發劑與氟氣之反應誘發而在低溫下發生氟化烴與氟氣之反應，故除了不易使反應場之異常溫度上升或因氟氣產生反應裝置之損傷以外，可
以高收率且安全且廉價地穩定製造四氟甲烷。
且，並不需要以對氟氣具有耐蝕性之昂貴材料(例如鎳合金、哈斯合金(HASTELLOY)(註冊商標)、蒙納合金(MONEL)(註冊商標))製造反應裝置，可藉不鏽鋼等之一般鋼製造反應裝置，故反應裝置便宜。
所得之四氟甲烷可使用作為例如半導體製造步驟中之基板的蝕刻劑、腔室之清潔劑。
以下，針對本實施形態之四氟甲烷之製造方法進而詳細說明。
氟化烴係以化學式CpHqClrFs表示且不具有碳-碳不飽和鍵之氟化烴。該氟化烴可為直鏈狀烴、分支鏈烴、環狀烴之任一者，且亦可為不含氫原子或氯原子之化合物。作為氟化烴之例舉例為選自全氟碳、氟氫碳、氯氟碳、氯氟氫碳、及氯三氟乙烯聚合物中之至少1種含氟物質。
作為氯三氟乙烯聚合物之具體例可舉例DAIFLON OIL(註冊商標)，作為全氟聚醚之具體例可舉例FOMBLIN OIL(註冊商標)。DAIFLON OIL係於常溫下具有流動性(流動點5~15℃)之分子量約1000以下之聚氯三氟乙烯。
氟化烴雖可為常溫常壓下為氣體、液體、固體之任一者，但較好為液體。又，本發明中，所謂常溫意指25℃，所謂常壓意指101.325kPa(1大氣壓)。
氟化烴為液體時，可將與常溫常壓下為固體之反應誘發劑混合作為原料液。反應誘發劑可溶解於液體之氟化烴中，亦可以粉狀分散。或者，可將塊狀反應誘發劑調配於液體氟化烴中。
又，於氟化烴為液體時，於反應中可使用溶劑，可於該溶劑中混合氟化烴與反應誘發劑作為原料液。該情況下，反應誘發劑可溶解於原料液中，亦可以粉狀分散。或者，可將塊狀反應誘發劑調配於原料液中。
於氟化烴為氣體或固體時，於反應中必須使用溶劑，必須使該溶劑與氟化烴與反應誘發劑混合作成原料液。該情況下，反應誘發劑可溶解於原料液中，亦可以粉狀分散。或者，可將塊狀反應誘發劑調配於原料液中。
同樣地，固體狀氟化烴可溶解於原料液中，亦可以粉狀分散。或者，可將塊狀氟化烴調配於原料液中。氣體狀之氟化烴可溶解於原料液中，亦可以泡狀分散。
如此，本實施形態之四氟甲烷之製造方法中，四氟甲烷之合成反應係對應於氟化烴之性狀，可於無溶劑下進行，亦可於溶劑中進行。
上述氟化烴係即使於40℃、101.325kPa下吹入100容量%之氟氣，亦不易與氟氣反應之有機化合物。氟化烴與氟氣之反應式記載如下。
Cp
Hq
Clr
Fs
+(4p+q+r-s)/2F2
àpCF4
+rClF+qHF
由該反應式考慮，為了使所供給之氟氣有效活用於四氟甲烷之生成，可說較好化學式Cp
Hq
Clr
Fs
中之q及r為較小值。
化學式Cp
Hq
Clr
Fs
中之p若為3以上，則由於大多情況氟化烴於常溫常壓下不成為氣體(大多情況成為液體或固體)，故不需要為了使氣體成為液體而進行冷卻或施加高壓，較為經濟。另一方面，p若為18以下，則由於大多情況氟化烴於常溫常壓下不成為固體(大多情況成為氣體或液體)，故不需要為了使固體成為液體而加溫，較為經濟。p為3以上18以下之整數，但較好為3以上10以下之整數，更好為3以上5以下之整數，儘可能小的情況，用以獲得1莫耳四氟甲烷所需之氟氣量較少即已足夠故而較經濟。
化學式Cp
Hq
Clr
Fs
中之q若為3以下，則由於氫原子與氟氣反應而副生氟化氫之比例減少，故用以獲得1莫耳四氟甲烷所需之氟氣量較少即已足夠故而較經濟。q為0以上3以下之整數，但較好為0以上2以下之整數，更好為0或1。進而，為了提高四氟甲烷之反應選擇率，氟化烴更好係q為0之全氟碳或氯氟碳。
化學式Cp
Hq
Clr
Fs
中之r若為0以上9以下，則由於大多情況氟化烴於常溫常壓下不成為固體(大多情況成為氣體或液體)，故不需要為了使固體成為液體而加溫，較為經濟。且由於氯原子與氟氣反應而副生氯化氟之比例減少，故用以獲得1莫耳四氟甲烷所需之氟氣量較少即已足夠故而較經濟。r為0以上9以下之整數，但較好為0以上4以下之整數。進而氟化烴更好為q與r均為0之全氟碳。
(2)反應誘發劑
反應誘發劑係容易與氟氣反應之化合物。而且，反應誘發劑係藉由與氟氣反應，而誘發自氟化烴與氟氣生成四氟甲烷之反應者，且係常溫常壓下為固體之烴聚合物。
作為烴聚合物，具體舉例為選自聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯及石蠟之至少1種。又亦可能有藉由反應誘發劑與氟氣反應而生成四氟甲烷之情況。
反應誘發劑如前述可溶解於原料液中，亦可作為粉體分散。或者，亦可將塊狀反應誘發劑調配於原料液中。例如塊狀反應誘發劑亦可安裝於氟氣之吹入口。
反應誘發劑之使用量若為可誘發自氟化烴與氟氣生成四氟甲烷之反應的量，則未特別限定，但於將原料液含有之氟化烴與反應誘發劑之合計含量設為100質量%時，反應誘發劑之含量較好超過0質量%且1質量%以下，更好為0.2質量%以上0.7質量%以下。反應誘發劑之量超過1質量%時，雖獲得作為反應誘發劑之作用，但有氟化氫之副產量增加之虞而不經濟。
(3)反應裝置
針對實施本實施形態之四氟甲烷之製造方法製造四氟甲烷之反應裝置之一例邊參考圖1邊加以說明。
圖1之反應裝置具備：進行生成四氟甲烷之反應的金屬製反應容器11，將含有以化學式Cp
Hq
Clr
Fs
表示且不具有碳-碳不飽和鍵之氟化烴及於常溫常壓下固體之烴聚合物的反應誘發劑之原料液1導入反應容器11之原料液饋入用配管21，於末端具有將氟氣導入反應容器11內之原料液1之吹入口23a的氟氣用配管23，及將反應容器11內之氣相部分排出至外部之排氣用配管25。又，作為形成反應容器11之金屬舉例為例如不鏽鋼。又，反應誘發劑亦可安裝於吹入口23a，該情況下，亦可自原料液饋入用配管21僅導入氟化烴。
再者，圖1所示之反應裝置具備將反應中之反應容器11內之原料液1之一部分抽取至反應容器11外部並返回反應容器11內之循環設備。若詳述，則為對反應容器11連接環狀之循環用配管28之兩端，藉由設置於循環用配管28之液循環泵15送液原料液1，並將自反應容器11抽取之原料液1經由循環用配管28返回至反應容器11內。
於循環用配管28之中途，於液循環泵15之下游側設置熱交換器19，可使抽取之原料液1冷卻。藉由熱交換器19冷卻之原料液1返回反應容器1內。亦即，圖1所示之反應裝置可邊進行抽取反應容器11內之原料液1之一部分並冷卻，且使經冷卻之原料液1返回至反應容器11之操作，邊進行反應。
藉由反應生成之含有四氟甲烷之生成氣體經由排氣用配管25取出至反應容器11外部。於排氣用配管25之下游側設置熱交換器17，可使自反應容器11內排出之生成氣體冷卻。藉由以熱交換器17冷卻生成氣體，即使於使原料的氟化烴氣化而含於生成氣體中，亦可使氟化烴液化而返回反應容器11。因此，可防止未反應之氟化烴自反應容器11洩出至外部而損失。
氟氣用配管23之吹入口23a之形狀並未特別限定，但可將形成於氟氣用配管23之圓形貫通孔作為吹入口23a，貫通孔之直徑可設為例如0.5mm以上5mm以下。設於氟氣用配管23之吹入口23a數量可為1個亦可為複數個。且，亦可於吹入口23a之前端或附近安裝塊狀反應誘發劑。且亦可於吹入口23a之附近安裝熱電偶等之溫度測定裝置，測定吹入口23a附近之溫度。
於氟氣之吹入口23a附近形成前述之高溫反應區域，但該高溫反應區域較好設為與反應裝置之構件例如反應容器11之壁槽、熱電偶、攪拌翼、擋板等不接觸。由於高溫反應區域接觸之部位溫度變高，故有進行構件腐蝕之虞。
吹入口23a之直徑設為D(mm)，溫度及壓力作為0℃、0MPaG而換算之氟氣之吹入線速度設為LV(m/s)，發生之高溫反應區域長度(氟氣噴出方向之長度)設為L(mm)時，可以In(LV)=aln(L/D)之式(以下有時稱為式(1))表示高溫反應區域之範圍。但，式中之In為自然對數、a為常數，作為a可使用1.2以上1.4以下之值。由該式，可算出假定之高溫反應區域長度，故可設計為使高溫反應區域不接觸構件。
高溫反應區域之長軸(沿著氟氣噴出方向之軸)所朝向之方向並未特別限制，但較好以儘可能安定地維持高溫反應區域之方式，於將垂直方向下方設為0°，將垂直方向上方設為180°時，以90°(水平方向)以上180°以下之角度自吹入口23a噴出氟氣。
由於反應裝置具備測定原料液1之溫度的未圖示之溫度測定裝置與具有熱交換器19之循環設備，故可邊使原料液1冷卻控制原料液1之溫度邊進行反應。因此，可抑制反應場之異常溫度上升或反應裝置之損傷。原料液1之溫度可為例如0℃以上200℃以下。且反應壓力可設為例如0.01MPaA(絕對壓力)以上1.0MPaA(絕對壓力)以下，較好設為常壓以上0.9MPaG以下。
反應裝置亦可具備測定原料1之液面位準之裝置。例如可使用自反應容器11內之液相與氣相之壓力差測定液面位準之裝置，或藉由浮球測定液面位準之裝置。
原料液1之液面位準伴隨四氟甲烷之合成反應進行而降低，但若可測定液面位準，則可邊監視液面位準邊連續或間續進行原料液1對反應容器11內之供給，故可連續合成四氟甲烷。
反應所使用之氟氣濃度並未特別限制，可為100%之氟氣，但亦可使用以氮氣、氬氣等之惰性氣體稀釋之氟氣。
又，為了使吹入之氟氣與原料液1均一反應，亦可於反應容器11中設置用以攪拌原料液1之具備攪拌翼之攪拌機。
[實施例]
以下顯示實施例及比較例，更具體說明本發明。
[實施例1]
除了不具備熱交換器19與循環用配管28與液循環泵15之方面以外，使用與圖1之反應裝置大致相同之反應裝置，進行四氟甲烷之合成。於容量1L之SUS製反應容器中，饋入常壓下之沸點為103℃之全氟正辛烷600mL (1030g)，進而於氟氣用配管之末端設置1個的直徑1mm之吹入口安裝反應誘發劑的塊狀聚乙烯(ALDRICH公司製之低密度聚乙烯(LDPE))。聚乙烯之使用量於將全氟正辛烷與聚乙烯總量設為100質量%時為0.5質量%。
自設於氟氣用配管之末端之氟氣吹入口，對原料液的全氟正辛烷導入氟氣。氟氣之吹入流量係將溫度及壓力設為0℃、0MPaG而換算之數值，設為400 mL/min，吹入線速度設為2.1m/s。
開始氟氣導入時，吹入口之溫度上升至200℃。邊自外部冷卻反應容器邊持續反應，邊將原料液溫度維持於25℃，將反應壓力維持於常壓邊進行反應。結果，於吹入口溫度維持於200℃之狀態進行反應。
採取生成氣體進行分析，結果生成氣體之95體積%為四氟甲烷，5體積%為六氟乙烷。由於經反應之全氟正辛烷中之95莫耳%轉化為四氟甲烷，故四氟甲烷之收率為95%。自生成氣體中未檢測到未反應之氟氣。
反應結束後，確認氟氣用配管之吹入口，結果完全未發生腐蝕等，保有與反應前之形狀相同形狀。且，於測定原料液或吹入口之溫度的熱電偶與反應容器亦未發生腐蝕等。
[實施例2]
除了反應裝置具有3片傾斜槳翼之攪拌器之方面與將作為反應誘發劑之粉狀聚苯乙烯分散於原料液中使用之方面以外，與實施例1同樣進行反應。聚苯乙烯係ALDRICH公司製，係平均粒徑250μm之粉末狀。聚苯乙烯之添加量於將全氟正辛烷與聚乙烯總量設為100質量%時為0.5質量%。分散粉末狀聚苯乙烯時，使用攪拌器以旋轉速度400 min-1
進行原料液之攪拌。
開始氟氣導入時，吹入口之溫度上升至200℃。邊自外部冷卻反應容器邊進行反應，邊將原料液溫度維持於25℃，將反應壓力維持於常壓邊進行反應。結果，於吹入口溫度維持於200℃之狀態進行反應。
採取生成氣體進行分析，結果生成氣體之95體積%為四氟甲烷，5體積%為六氟乙烷。由於經反應之全氟正辛烷中之95莫耳%轉化為四氟甲烷，故四氟甲烷之收率為95%。自生成氣體中未檢測到未反應之氟氣。
反應結束後，確認氟氣用配管之吹入口，結果完全未發生腐蝕等，保有與反應前之形狀相同形狀。且，於測定原料液或吹入口之溫度的熱電偶與反應容器亦未發生腐蝕等。
[比較例1]
除了未使用反應誘發劑(聚乙烯)並使用全氟正辛烷作為原料液之方面以外，與實施例1同樣進行反應。氟氣導入持續5小時，但吹入口之溫度未發生變化，導入之氟氣全量自將反應容器內之氣相部分排出至外部之排氣用配管未反應地排出。而且，所排出之氟氣中未檢測到四氟甲烷，四氟甲烷之收率為0%。
[實施例3]
使用與圖1之反應裝置大致相同之反應裝置，進行四氟甲烷之合成。於容量4m3
之SUS製反應容器中，放入六氟四氯丁烷4700kg (2.8m3
)，進而於氟氣用配管之末端設置7個的直徑5mm之吹入口安裝合計33.1kg之反應誘發劑的塊狀聚苯乙烯。六氟四氯丁烷與聚乙烯之使用量，於將兩者總量設為100質量%時，六氟四氯丁烷為99.3質量%，聚苯乙烯為0.7質量%。
自氟氣用配管之吹入口將氟氣導入原料液中，邊將原料液溫度控制於60℃，將反應壓力控制於0.2MPaG邊進行反應。作為氟氣用配管使用設置7個直徑5mm之吹入口之環形噴霧器。自1個吹出口噴出之氟氣之吹入流量係將溫度及壓力設為0℃、0MPaG而換算之數值，設為277mL/min，吹入線速度設為45m/s。
於7個吹入口中之1個吹入口附近設置熱電偶，邊測定吹入口溫度邊進行反應。且，前述式(1)之a值設為1.27之情況，由於可預測於各吹入口形成長100mm之高溫反應區域，故於形成高溫反應區域之範圍不配置1個熱電偶以外之反應裝置的構件。
開始氟氣導入時，吹入口之溫度上升至190℃。邊以使原料液循環之熱交換器冷卻邊進行反應，邊將原料液溫度維持於60℃，將反應壓力維持於常壓邊進行反應。結果，於吹入口溫度維持於190℃之狀態進行反應。
開始導入氟氣時，原料液之液面位準開始降低同時生成四氟甲烷。所供給之氟氣之84莫耳%消耗於四氟甲烷之生成，其餘(16莫耳%)氟氣消耗於碳原子數為2個以上之氟化氯化碳化合物之生成。此時之六氟四氯丁烷之反應率為100%，故以六氟四氯丁烷基準之四氟甲烷之收率為84%。
又，為了維持原料液之液面位準，邊於反應容器中供給六氟四氯丁烷邊進行反應。結果，於停止氟氣供給之前，為安定且持續反應。
反應結束後，確認氟氣用配管之吹入口，結果完全未發生腐蝕等，保有與反應前之形狀相同形狀。且，於反應容器之槽壁等亦完全未發生腐蝕等。
[比較例2]
除了未使用反應誘發劑(聚苯乙烯)並使用全氟正辛烷作為原料液之方面以外，與實施例2同樣進行反應。結果吹入口之溫度未發生變化，導入之氟氣全量自將反應容器內之氣相部分排出至外部之排氣用配管未反應地排出。而且，所排出之氟氣中未檢測到四氟甲烷，四氟甲烷之收率為0%。
[實施例4]
除了不具備熱交換器19與循環用配管28與液循環泵15之方面以外，使用與圖1之反應裝置大致相同之反應裝置，進行四氟甲烷之合成。於容量1L之無色透明耐壓玻璃製反應容器中，放入六氟四氯丁烷600mL(1000g)，進而於氟氣用配管之末端設置1個的直徑1mm之吹入口安裝反應誘發劑的塊狀聚苯乙烯(ALDRICH公司製之聚苯乙烯，膜厚0.05mm之膜捲成圓者)。六氟四氯丁烷與聚苯乙烯之使用量於將兩者總量設為100質量%時，六氟四氯丁烷為99.7量%，聚苯乙烯為0.3質量%。
自氟氣用配管之吹入口將氟氣導入原料液中。氟氣之吹入流量係將溫度及壓力設為0℃、0MPaG而換算之數值，設為400mL/min，吹入線速度設為2.1m/s。開始氟氣導入時，可藉目視確認於吹入口發生高溫反應區域，吹入口溫度上升至200℃。邊自外部冷卻反應容器邊進行反應，邊將原料液溫度維持於25℃，將反應壓力維持於常壓邊進行反應。
透明原料液因藉由反應而發生之煤而呈現黑色，所導入之氟氣的81莫耳%消耗於產生氣體之反應，產生之氣體的85體積%為四氟甲烷。以六氟四氯丁烷基準之四氟甲烷收率為75%。未檢測出未反應之氟氣。
[實施例5]
除了不具備熱交換器19與循環用配管28與液循環泵15之方面及具備具有6片扁平渦輪翼之攪拌器以外，使用與圖1之反應裝置大致相同之反應裝置，進行四氟甲烷之合成。又，氟氣用配管具有於添加氟氣之同時亦可導入氮氣之構造，將以氮氣稀釋之氟氣導入於原料液，進而於氟氣用配管之末端設置之氟氣吹入口之直徑為可變。
又，以可藉熱電偶測定氟氣之吹入口溫度之方式，於吹入口附近發生氟氣所致之燃燒反應時，由於吹入口溫度成為比原料液溫度更為高溫，故可檢測出有無氟氣所致之燃燒反應。進而，於反應容器之排氣用配管設置調壓閥，而可變更反應容器內之反應壓力。
於容量1L之SUS製反應容器中，放入六氟四氯丁烷600mL(1000g)，進而於氟氣用配管之吹入口安裝反應誘發劑的塊狀聚苯乙烯(ALDRICH公司製之聚苯乙烯，膜厚0.05mm之膜捲成圓者)。六氟四氯丁烷與聚苯乙烯之使用量於將兩者總量設為100質量%時，六氟四氯丁烷為99.7量%，聚苯乙烯為0.3質量%。
氟氣之吹入口直徑設為2.2mm，自該吹入口對原料液導入以氮氣稀釋為濃度40體積%之氟氣。以氮氣稀釋之氟氣之吹入流量係將溫度及壓力設為0℃、0MPaG而換算之數值，設為400mL/min，吹入線速度設為0.4m/s。
開始導入經氮氣稀釋之氟氣時，吹入口溫度上升至150℃。使用攪拌器以旋轉速度360min-1
進行原料液之攪拌並且自外部冷卻或加熱反應容器邊進行反應，邊將原料液溫度維持於70℃，將反應壓力維持於0.35MPaG邊進行反應。
開始導入氟氣時，生成四氟甲烷。所供給之氟氣之90莫耳%以上消耗於四氟甲烷之生成。以六氟四氯丁烷基準之四氟甲烷之收率為90%。
反應結束後，確認氟氣用配管之吹入口，結果完全未發生腐蝕等，保有與反應前之形狀相同形狀。
[比較例3]
於容量500mL之SUS製反應容器中，放入活性碳500 mL作為固體之反應原料(碳源)，將反應容器之下部加熱至450℃。反應容器之上部處於開放至大氣之狀態。將外徑3mm、內徑1mm之SUS製氟氣用配管配置為氟氣之吹入口與活性碳之距離為5mm，自吹入口吹附濃度100體積%之氟氣。氟氣之吹入流量係將溫度及壓力設為0℃、0MPaG而換算之數值，設為400mL/min，吹入線速度設為2.1m/s。
開始氟氣吹附後不久，氟氣與活性碳反應伴隨火焰開始燃燒且同時氟氣與SUS反應，自氟氣用配管之吹入口發生火花。而且，因氟氣與SUS之反應而使氟氣用配管慢慢變短，於停止氟氣導入之前，氟氣用配管持續燒損。
[比較例4]
於SUS製之筒型反應容器中，填充100mL活性碳作為固體之反應原料(碳源)，以電加熱氣將反應容器外面加熱至450℃並且於筒型反應容器中導入氟氣與氮氣。氟氣與氮氣之吹入流量係以使導入之氟氣與氮氣的混合氣體中之氟氣濃度成為10體積%之方式，將溫度及壓力設為0℃、0MPaG而換算之數值，氮氣設為90mL/min，氟氣設為10 mL/min，吹入線速度設為0.0008m/s。
活性碳溫度上升至500℃，分析自筒型反應容器之出口排出之筒型反應容器內之反應氣體，結果四氟甲烷濃度為48體積%，檢測出作為其他氣體成分之碳數2以上之氟化碳化合物。
反應結束後，切斷筒型反應容器進行內部之表面觀察後，見到部分孔蝕。
1‧‧‧原料液
11‧‧‧反應容器
15‧‧‧液循環泵
17‧‧‧熱交換器
19‧‧‧熱交換器
21‧‧‧原料液饋入用配管
23‧‧‧氟氣用配管
23a‧‧‧吹入口
25‧‧‧排氣用配管
28‧‧‧循環用配管
圖1係說明本發明之四氟甲烷之製造方法的一實施形態之圖，係說明四氟甲烷之反應裝置的構成之示意圖。
1‧‧‧原料液
11‧‧‧反應容器
15‧‧‧液循環泵
17‧‧‧熱交換器
19‧‧‧熱交換器
21‧‧‧原料液饋入用配管
23‧‧‧氟氣用配管
23a‧‧‧吹入口
25‧‧‧排氣用配管
28‧‧‧循環用配管
Claims (3)
- 一種四氟甲烷之製造方法，其係包含：於含有以化學式CpHqClrFs(前述化學式中之p為3以上18以下之整數，q為0以上3以下之整數，r為0以上9以下之整數，s為5以上30以下之整數)表示且不具有碳-碳不飽和鍵之氟化烴與反應誘發劑的原料液中，導入氟氣；其中前述反應誘發劑係於常溫常壓下為固體之烴聚合物，且藉由與前述氟氣反應，而誘發自前述氟化烴與前述氟氣生成四氟甲烷之反應者，將前述原料液中含有之前述氟化烴與前述反應誘發劑之合計含量設為100質量%時，前述反應誘發劑之含量為超過0質量%且1質量%以下。
- 如請求項1之四氟甲烷之製造方法，其中烴聚合物係選自聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯及石蠟之至少1種。
- 如請求項1或2之四氟甲烷之製造方法，其中前述氟化烴係選自全氟碳、氟氫碳、氯氟碳、氯氟氫碳、及氯三氟乙烯聚合物之至少1種含氟物質。
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