專利名稱：一種四氟化碳反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種四氟化碳反應(yīng)器技術(shù)領(lǐng)域[0001 ] 本實用新型涉及制備四氟化碳的設(shè)備。
背景技術(shù)：
[0002]四氟化碳是目前微電子工業(yè)中重要的等離子體蝕刻氣體，廣泛用于硅、二氧化硅、 氮化硅、磷硅玻璃及鎢等薄膜材料的蝕刻，在電子器件表面清洗、太陽能電池的生產(chǎn)、激光技術(shù)、低溫制冷、氣體絕緣、泄漏檢測劑、印刷電路生產(chǎn)中的去污劑、潤滑劑及制動液等方面也有大量應(yīng)用。[0003]專利文獻CN101580452公開了一種制備工藝及其設(shè)備，利用氟氣和固體含碳原料直接反應(yīng)，采用兩級反應(yīng)器制備。第一級反應(yīng)器為內(nèi)置托盤的水平反應(yīng)器，第二級反應(yīng)器為立式反應(yīng)器，先將固體含碳原料均勻地平鋪于托盤上，然后通入氟氣在引燃氣的作用下與碳接觸反應(yīng)。第一級反應(yīng)器產(chǎn)物中未完全反應(yīng)的&進入第二級立式反應(yīng)器與固體含碳原料進一步反應(yīng)，一、二級反應(yīng)器通過氣體管道連接。粗氣經(jīng)常規(guī)方法除塵、水洗、堿洗后純度可達到95%以上。經(jīng)過兩級反應(yīng),F2利用率達到98%以上。固體含碳原料是木炭、活性碳、延遲石油焦或煅后石油焦；引燃氣體為低碳鏈烷烴或其氟代烷烴；第一級反應(yīng)器反應(yīng)溫度在 300 500°C，第二級反應(yīng)器反應(yīng)溫度在300 550°C。該工藝二級反應(yīng)器不能將未反應(yīng)氟氣完全去除，工業(yè)生產(chǎn)中氟氣總反應(yīng)效率不能達到100%，二級反應(yīng)器采用加熱、降溫兩種手段交替控制溫度，高溫反應(yīng)器壁頻繁接觸低溫降溫水，存在安全隱患，另外，氟氣進入反應(yīng)器前需要稀釋，增加后續(xù)精制成本。[0004]俄羅斯專利文獻RU2181351采用電解KF *2HF生成的含HF的陽極氣作氟源，與木炭反應(yīng)來制備cf4。該反應(yīng)過程存在的問題是反應(yīng)溫度較高，測溫管設(shè)計在反應(yīng)中心區(qū)，測溫管極易腐蝕，生成物中雜質(zhì)較多，后續(xù)純化成本較高。[0005]專利文獻CN201250097公開了一種制備四氟化碳氣體的反應(yīng)器，該反應(yīng)器溫度檢測器也是在反應(yīng)器內(nèi)部，在高溫和氟氣存在下測溫管極易腐蝕，存在安全隱患，且在工業(yè)生產(chǎn)中，因是單級反應(yīng)器，氟氣利用率低，產(chǎn)品雜質(zhì)含量高，生產(chǎn)成本較高。[0006]發(fā)明內(nèi)容[0007]本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種制備四氟化碳的反應(yīng)器。該反應(yīng)器間接控制反應(yīng)區(qū)溫度，控制反應(yīng)過程，規(guī)避了對高溫區(qū)的溫度難以監(jiān)測問題。[0008]本實用新型為兩級立式反應(yīng)器。第一級反應(yīng)器上部有氟氣入口 I和固體含碳原料加料口 2，第一級反應(yīng)器內(nèi)部下端設(shè)置有篩板3，第一級反應(yīng)器下部氣體出口直接與第二級反應(yīng)器相連，第一級反應(yīng)器外設(shè)降溫水夾套4 ;第二級反應(yīng)器頂部與第一級反應(yīng)器的底部相通，上部有固體含碳原料加料口 6，下部有產(chǎn)品氣體出口 8，第二級反應(yīng)器內(nèi)部下端設(shè)置有篩板5，外部有加熱系統(tǒng)7，內(nèi)部有測溫裝置。一、二級反應(yīng)器間密封連通。第一、第二級反應(yīng)器可直接加工成一體。[0009]適于本實用新型的第一、第二級反應(yīng)器的材質(zhì)可以是低碳鋼、不銹鋼、鎳或蒙乃爾合金等。[0010]氟氣從第一級反應(yīng)器上部通入，與反應(yīng)器內(nèi)的固體含碳原料接觸反應(yīng)，第一級反應(yīng)器產(chǎn)生的混合氣進入第二級反應(yīng)器，未反應(yīng)氟氣在第二級反應(yīng)器內(nèi)與固體含碳原料進一步反應(yīng)，第一級反應(yīng)器外部設(shè)有降溫夾套，降溫水出口溫度一般在20 90°C ;第二級反應(yīng)器外部設(shè)有加熱套，反應(yīng)器內(nèi)部溫度一般在310 400°C。經(jīng)兩級反應(yīng)器反應(yīng)后氟氣反應(yīng)效率達到100%。[0011]由于氟碳反應(yīng)為強放熱反應(yīng)，本實用新型第一級反應(yīng)器利用降溫水系統(tǒng)帶走反應(yīng)放出的熱量，保護反應(yīng)器不被氟氣腐蝕。進入第二級反應(yīng)器的氟氣量較少，氟與碳反應(yīng)放熱不足以維持第二級反應(yīng)器的溫度，第二級反應(yīng)器通過外部加熱系統(tǒng)控制反應(yīng)器溫度。[0012]本實用新型為兩級立式反應(yīng)器，反應(yīng)氟氣不需稀釋，不需引燃劑，直接進入反應(yīng)器反應(yīng)，反應(yīng)核心區(qū)溫度高，氟氣利用率高，雜質(zhì)含量低；該裝置內(nèi)部不設(shè)測溫裝置，通過調(diào)節(jié)氟氣流速及停留時間，控制反應(yīng)過程，避免了測溫裝置腐蝕問題，反應(yīng)過程更加平穩(wěn)、可控。 一、二級反應(yīng)器結(jié)合為一體，結(jié)構(gòu)更加緊湊，適于工業(yè)化應(yīng)用。


[0013]圖1是本實用新型反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
[0014]
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步描述。[0015]如圖1所示，該反應(yīng)器分為上、下兩級。第一級反應(yīng)器下部有篩板3，固體含碳原料從加料口 2加入反應(yīng)器內(nèi)，氟氣從入口 I進入第一級反應(yīng)器，氟氣與固體含碳原料反應(yīng)，混合反應(yīng)氣直接進入第二級反應(yīng)器。通過降溫水夾套4對一級反應(yīng)器進行降溫保護。[0016]第二級反應(yīng)器與一級反應(yīng)器直接密封連通，固體含碳原料從加料口 6加入第二級反應(yīng)器內(nèi)，第二級反應(yīng)器下部有篩板5，反應(yīng)器溫度通過加熱控溫系統(tǒng)7控制。由第一級反應(yīng)器排出的混合氣進入第二級反應(yīng)器，與加熱后的固體含碳原料接觸，第一級反應(yīng)器內(nèi)未反應(yīng)的氟氣與固體含碳原料進一步反應(yīng)，制得的CF4粗氣從第二反應(yīng)器出口 8排出。經(jīng)兩級反應(yīng)器反應(yīng)后氟氣反應(yīng)效率達到100%。[0017]實施例1[0018]反應(yīng)器為低碳鋼材質(zhì),反應(yīng)器內(nèi)徑為100mm,兩級反應(yīng)器長度均為3000mm。[0019]采用煅后焦為固體含碳 原料，其含碳量大于98%，粒徑4. 5 7cm。經(jīng)過烘干后的煅后焦加入到反應(yīng)器內(nèi)，氟氣通過電解制得，含有約5%的HF等雜質(zhì)，以O(shè). 02m/s的空塔氣速將氟氣連續(xù)通入第一級反應(yīng)器，平均停留時間100s。生成的混合氣進入第二級反應(yīng)器，在第二級反應(yīng)器內(nèi)進一步與碳反應(yīng)。通過降溫水系統(tǒng)給第一級反應(yīng)器降溫保護，控制降溫水出口溫度為20°C，第二級反應(yīng)器通過電加熱系統(tǒng)，控制反應(yīng)器內(nèi)溫度340±20°C。反應(yīng)生成的粗氣進入高溫裂解器，內(nèi)裝鎳絲，裂解溫度300±20°C，裂解后氣體再經(jīng)過水洗、堿洗后， 采用色譜分析產(chǎn)品成分。裝置運行72h，停止反應(yīng)。分析結(jié)果見表I。[0020]實施例2[0021]反應(yīng)器為低碳鋼材質(zhì)，結(jié)構(gòu)與實施例1相同。[0022]采用煅后焦為固體含碳原料，其含碳量大于98%，粒徑4. 5 7cm。經(jīng)過烘干后的煅后焦加入到反應(yīng)器內(nèi)，氟氣通過電解法制得，含有約5%的HF等雜質(zhì)，以O(shè). 06m/s的空塔氣速將氟氣連續(xù)通入第一級反應(yīng)器，平均停留時間50s，生成的混合氣進入第二級反應(yīng)器， 在第二級反應(yīng)器內(nèi)進一步與碳反應(yīng)。通過降溫水系統(tǒng)給第一級反應(yīng)器降溫保護，控制降溫水出口溫度70°C，第二級反應(yīng)器通過電加熱系統(tǒng)，控制反應(yīng)器內(nèi)溫度360±20°C。反應(yīng)生成的粗氣進入高溫裂解器，內(nèi)裝鎳絲，裂解溫度350±20°C，裂解后氣體再經(jīng)過水洗、堿洗后， 采用色譜分析產(chǎn)品成分。裝置運行72h，停止反應(yīng)。分析結(jié)果見表I。[0023]實施例3[0024]反應(yīng)器均為不銹鋼材質(zhì)，結(jié)構(gòu)與實施例1相同。[0025]采用煅后焦為固體含碳原料，其含碳量大于98%，粒徑6 9cm。經(jīng)過烘干后的煅后焦加入到反應(yīng)器內(nèi)，氟氣通過電解制得，含有約5%的HF等雜質(zhì)，以空塔氣速O. 08m/s將氟氣連續(xù)通入第一級反應(yīng)器，平均停留時間40s，生成的混合氣進入第二級反應(yīng)器，在第二級反應(yīng)器內(nèi)進一步與碳反應(yīng)。通過降溫水系統(tǒng)給第一級反應(yīng)器降溫保護，控制降溫水出口溫度90°C，第二級反應(yīng)器通過電加熱系統(tǒng)，控制溫度370±20°C。反應(yīng)生成的粗氣進入高溫裂解器，內(nèi)裝金屬鈀負載型催化劑，裂解溫度400±20°C，裂解后氣體再經(jīng)過水洗、堿洗后， 采用色譜分析產(chǎn)品成分。裝置運行72h，停止反應(yīng)。分析結(jié)果見表I。[0026]實施例4[0027]反應(yīng)器均為鎳材質(zhì)，結(jié)構(gòu)與實施例1相同。[0028]采用活性炭為固體含碳原料，其含碳量約96%，粒徑4. 5cm 6cm。經(jīng)過烘干后的活性炭加入到反應(yīng)器內(nèi)，氟氣通過電解制得，含有約5%的HF等雜質(zhì)，以空塔氣速O. 04m/s 連續(xù)通入第一級反應(yīng)器，平均停留時間60s，生成的混合氣進入第二級反應(yīng)器，在第二級反應(yīng)器內(nèi)進一步反應(yīng)。通過降溫水系統(tǒng)給第一級反應(yīng)器降溫保護，控制降溫水出口溫度40°C， 第二級反應(yīng)器通過電加熱系統(tǒng)，控制溫度380±20°C。反應(yīng)生成的粗氣進入高溫裂解器， 內(nèi)裝金屬鉬負載型催化劑，溫度400±20°C，粗氣再經(jīng)過水洗、堿洗后，采用色譜分析產(chǎn)品成分。裝置運行72h，停止反應(yīng)。分析結(jié)果見表I。[0029]實施例5[0030]反應(yīng)器均為蒙乃爾材質(zhì)，結(jié)構(gòu)與例I相同。[0031]采用活性炭為固體含碳原料，其含碳量約96%，粒徑4. 5cm 6cm。經(jīng)過烘干后的活性炭加入到反應(yīng)器內(nèi)，氟氣通過電解制得，含有約5%的HF等雜質(zhì)，以空塔氣速O. 09m/s 連續(xù)通入第一級反應(yīng)器，平均停留時間30s，生成的混合氣進入第二級反應(yīng)器，在第二級反應(yīng)器內(nèi)進一步反應(yīng)。通過降溫水系統(tǒng)給第一級反應(yīng)器降溫保護，控制降溫水出口溫度60°C， 第二級反應(yīng)器通過電加熱系統(tǒng)，控制溫度350±20°C。反應(yīng)生成的粗氣進入高溫裂解器，內(nèi)裝金屬鉬負載型催化劑，溫度450±20°C，粗氣再經(jīng)過水洗、堿洗后，采用色譜分析產(chǎn)品成分。裝置運行72h，停止反應(yīng)。分析結(jié)果見表I。[0032]表I實驗結(jié)果
權(quán)利要求1.一種四氟化碳反應(yīng)器，由兩級立式反應(yīng)器組成，第一級反應(yīng)器上部有氟氣入口(I)和固體含碳原料加料口(2)，第一級反應(yīng)器內(nèi)部下端設(shè)置有篩板(3)，第一級反應(yīng)器下部氣體出口直接與第二級反應(yīng)器相連，第一級反應(yīng)器外設(shè)降溫夾套(4);第二級反應(yīng)器頂部與第一級反應(yīng)器的底部相通，上部有固體含碳原料加料口 ￠)，下部有產(chǎn)品氣體出口(8)，第二級反應(yīng)器內(nèi)部下端設(shè)置有篩板(5)，外部有加熱系統(tǒng)(7)，內(nèi)部有測溫裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四氟化碳反應(yīng)器，其特征是第一、二級反應(yīng)器加工為一體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的四氟化碳反應(yīng)器，其特征是材質(zhì)是低碳鋼、不銹鋼、鎳或蒙乃爾合金。
專利摘要本實用新型公開了一種四氟化碳反應(yīng)器，由兩級立式反應(yīng)器組成。第一級反應(yīng)器上部有氟氣入口和固體含碳原料加料口，反應(yīng)器內(nèi)部下端設(shè)置有篩板，反應(yīng)器下部氣體出口直接與第二級反應(yīng)器相連，反應(yīng)器外設(shè)降溫夾套；第二級反應(yīng)器頂部與第一級反應(yīng)器的底部相通，上部有固體含碳原料加料口，下部有產(chǎn)品氣體出口，反應(yīng)器內(nèi)部下端設(shè)置有篩板，外部有加熱系統(tǒng)，內(nèi)部有測溫裝置。經(jīng)兩級反應(yīng)器反應(yīng)后氟氣反應(yīng)效率達到100％。該反應(yīng)器氟氣利用率高，該裝置內(nèi)部不設(shè)測溫裝置，通過調(diào)節(jié)氟氣流速及停留時間，控制反應(yīng)過程，避免了測溫裝置腐蝕問題，反應(yīng)過程更加平穩(wěn)、可控。一、二級反應(yīng)器結(jié)合為一體，結(jié)構(gòu)更加緊湊，適于工業(yè)化應(yīng)用。
文檔編號C01B9/08GK202864909SQ201220479518
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月7日
發(fā)明者張金彪, 黃曉磊, 李賢武, 趙國輝, 張景利, 張鑫, 湯月貞, 梁芙蓉 申請人:黎明化工研究設(shè)計院有限責任公司