本发明专利技术提供了生产三氟化氮的方法和装置。该方法包括将含氟原料流和氟化氢铵液体在反应区中于足以产生三氟化氮的条件下接触一段时间。在接触步骤中，降低氟化氢铵液体的熔体酸度值，排出反应产物流。在另一实施方式中，元素氟和氟化氢的混合气体与氟化氢铵本体液接触，使反应区中的初始熔体酸度值大于氟化氢铵本体液的熔体酸度值。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
生产三氟化氮的方法和装置
本专利技术涉及使用氟化氢铵熔融中间体的由氨和元素氟生产三氟化氮和氟化氢的方法和装置。
技术介绍
三氟化氮可由氨和氟的气相反应制得。反应1说明了所需的气相NF3产生反应。 (g)(△H＝-904千焦/克摩尔NF3) 反应1其中(g)代表气相。通常使用固体催化剂来降低所需的操作温度，这会增加NF3的产率。但是，在这种高度放热反应中难以控制反应器温度。其结果是气相氨和氟的反应实际产生大量HF、N2、N2F2和NH4F，而NF3的产率实际上一般低于10％。美国专利4,091,081描述了一种产率较高的方法，该方法通过将熔融的氟化氢铵[NH4F(HF)x]与氟气[F2]和氨气[NH3]接触，产生三氟化氮[NF3]和副产物氟化氢铵[NH4F(HF)x]。美国专利5,637,285描述了一种类似方法，该方法通过利用高度的混合强度和HF/NH3摩尔比大于2.55(相当于熔体酸性x大于1.55)的氟化氢铵，进一步提高了产率。但是由于若干原因，专利‘285中所述的方法是不好的。专利‘285中所披露的方法会产生氟化氢铵废液，从而产生处理问题。另外，难以将氟化氢铵本体的HF/NH3的摩尔比或x值保持在所需值。本领域仍需要没有上述缺点的生产三氟化氮的高产率方法。
技术实现思路
本专利技术提供了使用无需精确控制熔体酸度值的氟化氢铵熔融中间体来生产三氟化氮的方法和装置。本专利技术包括将含氟原料流和氟化氢铵液体在反应区中于足以产生三氟化氮的条件下接触一段时间，来生成三氟化氮，氟化氢铵例如具有酸碱化学计量式(acid-base stoichiometry)NH4F(HF)x，其中x是熔体酸度值。在接触步骤中，与进料气体接触的氟化氢铵液体的有效熔体酸度值下降，而总熔体酸度值基本保持不变。优选使氟化氢铵液体的有效熔体酸度值从高于反应区操作条件下三氟-->化氮最高产率时最佳值以上的数值下降到接近于最佳值。从反应区中排出包含三氟化氮的反应产物流。以这种方式，抑制了不需要的副产物氮的生成，而不会牺牲产率或要将总熔体酸度值x精确控制在单一值。接触步骤时降低有效熔体酸度值的一个方法是将含氟原料流和氟化氢铵液体在一系列反应器中接触，其中每个连续反应器所含的氟化氢铵的熔体酸度值逐渐降低。在优选的实施方式中，通过形成元素氟和氟化氢的混合气体，来降低有效酸度值。混合气体在足以生产三氟化氮的条件下于反应区与氟化氢铵本体液(bulkliquid)接触一段时间。由于进料气体中存在氟化氢，反应区中的初始有效熔体酸度值会大于氟化氢铵本体液的熔体酸度值。在一实施方式中，反应区中的初始有效熔体酸度值至少比氟化氢铵本体液的熔体酸度值约大0.05，优选至少约大0.1，更优选至少约大0.3。氟化氢铵本体液熔体酸度值优选约小于1.8，更优选约小于1.6。在一个实施方式中，从上述反应区中排出包含三氟化氮和夹带的氟化氢铵液体的反应产物流。反应产物流优选进入再生区如分离搅拌釜中，再生区中的操作压力低于反应区的操作压力，这使氟化氢气体从夹带的氟化氢铵液体中放出。然后，可从再生区排出包含三氟化氮和氟化氢的再生产物流，并使其进入分离区，以从三氟化氮中分离出氟化氢。优选由分离区分离出的氟化氢至少有一部分进行循环和蒸发，以用于进入反应区的进料混合气体。还优选使氟化氢铵从再生区循环到反应区。在另一实施方式中，氟化氢铵循环液进入反应区的流速足以抵消三氟化氮生产时放出的高热量。例如，循环的氟化氢铵的流速宜至少约为和原料流中氟反应所需的化学计量流速的1,000倍，更优选至少约为2,000倍，或甚至至少约为化学计量流速的2,500倍。氟化氢铵循环液优选经过气-液分离罐，以在氟化氢铵循环到反应区之前从氟化氢铵液体中分离出气相。分离罐中收集的气相与再生产物流混合。如有需要，本专利技术可通入氟化氢铵的补充物流。可由氨和氟化氢在第二反应区中反应制成补充物流。优选将氟化氢铵补充物流送入再生区。在一个实施方式中，氟化氢铵补充物流和再生产物流在例如除雾器(demister)中接触，从再生产物流中回收夹带的氟化氢铵。或者，可将氨直接供给到第一反应区，来产生氟化氢铵。本专利技术还提供了生产三氟化氮的装置。该装置可包括元素氟和氟化氢的混合气体供料管线以及和混合气体供料管线连通的第一反应器。反应器优选包括反应区和出口，反应区经操作，使混合气体和氟化氢铵本体液接触。该装置还可包括与第一反应器出口连通的再生器，并包括再生区和产物出口。对再生区进行操作，从氟-->化氢铵液体中分离出包含三氟化氮和氟化氢的再生产物流。该装置还可包括与再生器产物出口连通的分离器。该分离器包括气体出口和液体出口，对分离器进行操作，从三氟化氮气体中分离出液体形式的氟化氢。附图说明已概括地描述本专利技术，现在参照附图，该附图无需按比例画出，其中：图1是本专利技术装置的实施方式的工艺流程图；图2是实验室规模的一组实验中的F2反应分布(c1、c2和c3)估算值作为NH4F(HF)x熔体酸度值x的函数的曲线图。图3是氟进料中氟化氢分压不同时三氟化氮的产率作为NH4F(HF)x熔体酸度值x的函数的曲线图。具体实施方式下面参照显示本专利技术优选实施方式的附图，更完整地描述本专利技术。虽然本专利技术可以具体化为许多不同方式，但不应将其视为受本文所述的实施方式所限；而是提供这些实施方式以使描述更透彻和完整，并使本领域的技术人员能完全理解本专利技术的范围。相同编号代表所有相同组成部分。如本文所用的术语“氟化氢铵”包括所有多(氟化氢)铵配合物和氟金属酸铵多(氟化氢)配合物。氟化氢铵的组成通常由酸碱计量式NH4MyFz(HF)x来描述，其中M是选自元素周期表IA-VA族、IB-VIIB和VIII族的金属和它们的混合物；y一般为0-12；z一般为1-12，并选来保持配合物的电荷中性；x是熔体酸度值。在优选的实施方式中，y是0，z是1，因此产生有酸碱化学计量式NH4F(HF)x的配合物。但是，可以在不违背本专利技术的情况下使用其它氟化氢铵配合物。下面对本专利技术的NF3生产工艺化学进行简化描述。氟化氢铵熔融中间体NH4F(HF)x(其中x是熔体酸度值)一般由氨气和HF气体进行下列反应2或氨气和NH4F(HF)x熔体进行下列反应3生成。 反应2 反应3其中(l)表示液相物料。-->来自反应2或3的氟化氢铵产物能和氟气进料按照下列反应4进行反应，产生所需的三氟化氮产物。 反应4其中c1是F2进料中会反应产生NF3的部分，α是NH4F(HF)x(l)的产生速率与其化学计量进料率之比。下列的反应5是主要的竞争反应，它产生N2，而不是NF3。 反应5其中c2是F2进料中会反应产生N2的部分。或者，F2如下列反应6那样不反应地经过NF3反应器。 反应6其中c3是F2原料中不反应的部本文档来自技高网...
【技术保护点】
生产三氟化氮的方法，它包括：提供含氟原料流；使所述的含氟原料流与氟化氢铵液体在反应区内于足以产生三氟化氮的条件下接触一段时间，在所述的接触步骤中降低所述的氟化氢铵液体的有效熔体酸度值；从反应区排出包含三氟化氮的反应产物流。
【技术特征摘要】
US 2000-12-14 09/737,1911.生产三氟化氮的方法，它包括：提供含氟原料流；使所述的含氟原料流与氟化氢铵液体在反应区内于足以产生三氟化氮的条件下接触一段时间，在所述的接触步骤中降低所述的氟化氢铵液体的有效熔体酸度值；从反应区排出包含三氟化氮的反应产物流。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的接触步骤包括使所述的含氟原料流和所述的氟化氢铵液体在一系列反应器中接触，其中每个连续反应器都含有总熔体酸度值逐渐降低的所述氟化氢铵。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的降低步骤包括使所述的氟化氢铵液体的有效熔体酸度值从高于反应区温度和压力下三氟化氮最高产率时最佳值以上的数值下降到接近于最佳值。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的含氟原料流包含元素氟和氟化氢。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的氟化氢铵有酸碱化学计量式NH4MyFz(HF)x，其中M是选自元素周期表IA-VA族、IB-VIIB和VIII族的金属和它们的混合物；y为0-12；z为1-12，；x是熔体酸度值。6.生产三氟化氮的方法，它包括；提...
【专利技术属性】
技术研发人员：DP小萨切尔，约翰彼得鲁丝勒鲁，
申请(专利权)人：DP小萨切尔，约翰彼得鲁丝勒鲁，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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