專利名稱：生產三氟化氮的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用氟化氫銨熔融中間體的由氨和元素氟生產三氟化氮和氟化氫的方法和裝置。
背景技術：
三氟化氮可由氨和氟的氣相反應制得。反應1說明了所需的氣相NF3產生反應。
(g)(△H＝-904千焦/克摩爾NF3)反應1其中(g)代表氣相。通常使用固體催化劑來降低所需的操作溫度，這會增加NF3的產率。但是，在這種高度放熱反應中難以控制反應器溫度。其結果是氣相氨和氟的反應實際產生大量HF、N2、N2F2和NH4F，而NF3的產率實際上一般低于10％。
美國專利4,091,081描述了一種產率較高的方法，該方法通過將熔融的氟化氫銨[NH4F(HF)x]與氟氣[F2]和氨氣[NH3]接觸，產生三氟化氮[NF3]和副產物氟化氫銨[NH4F(HF)x]。美國專利5,637,285描述了一種類似方法，該方法通過利用高度的混合強度和HF/NH3摩爾比大于2.55(相當于熔體酸性x大于1.55)的氟化氫銨，進一步提高了產率。但是由于若干原因，專利‘285中所述的方法是不好的。專利‘285中所披露的方法會產生氟化氫銨廢液，從而產生處理問題。另外，難以將氟化氫銨本體的HF/NH3的摩爾比或x值保持在所需值。本領域仍需要沒有上述缺點的生產三氟化氮的高產率方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了使用無需精確控制熔體酸度值的氟化氫銨熔融中間體來生產三氟化氮的方法和裝置。本發(fā)明包括將含氟原料流和氟化氫銨液體在反應區(qū)中于足以產生三氟化氮的條件下接觸一段時間，來生成三氟化氮，氟化氫銨例如具有酸堿化學計量式(acid-base stoichiometry)NH4F(HF)x，其中x是熔體酸度值。在接觸步驟中，與進料氣體接觸的氟化氫銨液體的有效熔體酸度值下降，而總熔體酸度值基本保持不變。優(yōu)選使氟化氫銨液體的有效熔體酸度值從高于反應區(qū)操作條件下三氟化氮最高產率時最佳值以上的數(shù)值下降到接近于最佳值。從反應區(qū)中排出包含三氟化氮的反應產物流。以這種方式，抑制了不需要的副產物氮的生成，而不會犧牲產率或要將總熔體酸度值x精確控制在單一值。
接觸步驟時降低有效熔體酸度值的一個方法是將含氟原料流和氟化氫銨液體在一系列反應器中接觸，其中每個連續(xù)反應器所含的氟化氫銨的熔體酸度值逐漸降低。在優(yōu)選的實施方式中，通過形成元素氟和氟化氫的混合氣體，來降低有效酸度值?；旌蠚怏w在足以生產三氟化氮的條件下于反應區(qū)與氟化氫銨本體液(bulkliquid)接觸一段時間。由于進料氣體中存在氟化氫，反應區(qū)中的初始有效熔體酸度值會大于氟化氫銨本體液的熔體酸度值。在一實施方式中，反應區(qū)中的初始有效熔體酸度值至少比氟化氫銨本體液的熔體酸度值約大0.05，優(yōu)選至少約大0.1，更優(yōu)選至少約大0.3。氟化氫銨本體液熔體酸度值優(yōu)選約小于1.8，更優(yōu)選約小于1.6。
在一個實施方式中，從上述反應區(qū)中排出包含三氟化氮和夾帶的氟化氫銨液體的反應產物流。反應產物流優(yōu)選進入再生區(qū)如分離攪拌釜中，再生區(qū)中的操作壓力低于反應區(qū)的操作壓力，這使氟化氫氣體從夾帶的氟化氫銨液體中放出。然后，可從再生區(qū)排出包含三氟化氮和氟化氫的再生產物流，并使其進入分離區(qū)，以從三氟化氮中分離出氟化氫。優(yōu)選由分離區(qū)分離出的氟化氫至少有一部分進行循環(huán)和蒸發(fā)，以用于進入反應區(qū)的進料混合氣體。
還優(yōu)選使氟化氫銨從再生區(qū)循環(huán)到反應區(qū)。在另一實施方式中，氟化氫銨循環(huán)液進入反應區(qū)的流速足以抵消三氟化氮生產時放出的高熱量。例如，循環(huán)的氟化氫銨的流速宜至少約為和原料流中氟反應所需的化學計量流速的1,000倍，更優(yōu)選至少約為2,000倍，或甚至至少約為化學計量流速的2,500倍。氟化氫銨循環(huán)液優(yōu)選經過氣-液分離罐，以在氟化氫銨循環(huán)到反應區(qū)之前從氟化氫銨液體中分離出氣相。分離罐中收集的氣相與再生產物流混合。
如有需要，本發(fā)明可通入氟化氫銨的補充物流?？捎砂焙头瘹湓诘诙磻獏^(qū)中反應制成補充物流。優(yōu)選將氟化氫銨補充物流送入再生區(qū)。在一個實施方式中，氟化氫銨補充物流和再生產物流在例如除霧器(demister)中接觸，從再生產物流中回收夾帶的氟化氫銨。或者，可將氨直接供給到第一反應區(qū)，來產生氟化氫銨。
本發(fā)明還提供了生產三氟化氮的裝置。該裝置可包括元素氟和氟化氫的混合氣體供料管線以及和混合氣體供料管線連通的第一反應器。反應器優(yōu)選包括反應區(qū)和出口，反應區(qū)經操作，使混合氣體和氟化氫銨本體液接觸。該裝置還可包括與第一反應器出口連通的再生器，并包括再生區(qū)和產物出口。對再生區(qū)進行操作，從氟化氫銨液體中分離出包含三氟化氮和氟化氫的再生產物流。該裝置還可包括與再生器產物出口連通的分離器。該分離器包括氣體出口和液體出口，對分離器進行操作，從三氟化氮氣體中分離出液體形式的氟化氫。


已概括地描述本發(fā)明，現(xiàn)在參照附圖，該附圖無需按比例畫出，其中圖1是本發(fā)明裝置的實施方式的工藝流程圖；圖2是實驗室規(guī)模的一組實驗中的F2反應分布(c1、c2和c3)估算值作為NH4F(HF)x熔體酸度值x的函數(shù)的曲線圖。
圖3是氟進料中氟化氫分壓不同時三氟化氮的產率作為NH4F(HF)x熔體酸度值x的函數(shù)的曲線圖。
具體實施例方式
下面參照顯示本發(fā)明優(yōu)選實施方式的附圖，更完整地描述本發(fā)明。雖然本發(fā)明可以具體化為許多不同方式，但不應將其視為受本文所述的實施方式所限；而是提供這些實施方式以使描述更透徹和完整，并使本領域的技術人員能完全理解本發(fā)明的范圍。相同編號代表所有相同組成部分。
如本文所用的術語“氟化氫銨”包括所有多(氟化氫)銨配合物和氟金屬酸銨多(氟化氫)配合物。氟化氫銨的組成通常由酸堿計量式NH4MyFz(HF)x來描述，其中M是選自元素周期表IA-VA族、IB-VIIB和VIII族的金屬和它們的混合物；y一般為0-12；z一般為1-12，并選來保持配合物的電荷中性；x是熔體酸度值。在優(yōu)選的實施方式中，y是0，z是1，因此產生有酸堿化學計量式NH4F(HF)x的配合物。但是，可以在不違背本發(fā)明的情況下使用其它氟化氫銨配合物。
下面對本發(fā)明的NF3生產工藝化學進行簡化描述。氟化氫銨熔融中間體NH4F(HF)x(其中x是熔體酸度值)一般由氨氣和HF氣體進行下列反應2或氨氣和NH4F(HF)x熔體進行下列反應3生成。
反應2
反應3其中(l)表示液相物料。
來自反應2或3的氟化氫銨產物能和氟氣進料按照下列反應4進行反應，產生所需的三氟化氮產物。
反應4其中c1是F2進料中會反應產生NF3的部分，α是NH4F(HF)x(l)的產生速率與其化學計量進料率之比。下列的反應5是主要的競爭反應，它產生N2，而不是NF3。
反應5其中c2是F2進料中會反應產生N2的部分?；蛘撸現(xiàn)2如下列反應6那樣不反應地經過NF3反應器。
反應6其中c3是F2原料中不反應的部分。上述分析假設反應4-6描述了所有氟反應(c1+c2+c3＝1)按照反應7，可通過蒸發(fā)從NH4F(HF)x熔體中除去HF副產物。
反應7圖2是實驗室規(guī)模的一組NF3實驗中F2反應產率分布(c1、c2和c3)估算值在一組給定工藝參數(shù)下的曲線圖。該分析說明，對于熔體酸度值小于最佳值(即小于能產生最高產率NF3的熔體酸度值)的NH4F(HF)x，反應5是NF3轉化率低的主要原因。對于熔體酸度值大于最佳值的NH4F(HF)x，未反應的F2(反應6)是NF3轉化率低的主要原因。
圖2還說明了常規(guī)的F2反應路線A和優(yōu)選的F2反應路線B。參見美國專利5,637,285，氟與NH4F(HF)x熔體在單一泡罩塔或單一攪拌釜中接觸。兩種反應器基本都在同一NH4F(HF)x酸度值下操作，以使F2進料在固定熔體酸度值的存在下轉化為NF3。相比之下，優(yōu)選的反應路線B先使氟氣和酸度值x大于最佳值的NH4F(HF)x熔體接觸，這使氟反應速率較低，但NF3的選擇性較高，然后氟和酸度值x逐步降低的NH4F(HF)x熔體接觸，以獲得逐步升高的F2反應速率，而NF3的選擇性僅稍微下降。使用該路線，就可獲得接近于NF3轉化率的最佳值，而不用精確了解NH4F(HF)x的最佳熔體酸度值，或要小心控制NH4F(HF)x的總熔體酸度值x。
本發(fā)明提供了使用氟化氫銨中間體、而無需將氟化氫銨本體的熔體酸度值嚴格控制在最佳設定點的生產三氟化氮的有效方法和裝置。在本發(fā)明的方法中，含氟原料流與氟化氫銨如[NH4F(HF)x](其中x是熔體酸度值)液體在反應區(qū)中于足以產生三氟化氮的條件下接觸一段時間。為了更好地模擬上述反應路線B，要降低接觸步驟中與含氟原料流接觸的氟化氫銨液體的有效熔體酸度值x。與含氟氣泡接觸的氟化氫銨液體的“有效熔體酸度值x”是在反應器操作條件(即反應器溫度和壓力)下能與含氟氣泡中氟化氫(HF)分壓相平衡的熔體酸度值。優(yōu)選的降低步驟包括使氟化氫銨液體的有效熔體酸度值從高于反應區(qū)條件下三氟化氮產率最高時的最佳值以上的數(shù)值降至接近于最佳值。初始有效熔體酸度值比反應區(qū)中的氟化氫銨本體液的熔體酸度值至少約大0.05，優(yōu)選至少約大0.1或至少約大0.3。例如，在一個實施方式中，酸度值從約為1.8-2.0的初始值下降到約1.6-1.8的較低值。
在一個實施方式中，在一系列反應器或反應段如攪拌釜或泡罩塔中進行接觸步驟，其中每個連續(xù)反應器都含有總熔體酸度值x逐漸降低的氟化氫銨。在該實施方式中，含氟氣體優(yōu)選以逆流方式與氟化氫銨接觸。由于含氟氣流離開第一反應器或反應段，含氟氣流中的HF分壓與第一反應段的氟化氫銨總熔體酸度值x平衡。結果，第二反應段中氟化氫銨的初始有效熔體酸度值x高于第二反應段的總熔體酸度值，反之亦然。
在只需單一反應段的優(yōu)選實施方式中，在元素氟進料中加入氟化氫[HF]，由于進料混合氣體先在反應區(qū)中與氟化氫銨本體液接觸，有效熔體酸度值x大于氟化氫銨本體液的熔體酸度值x。與含氟氣泡接觸的氟化氫銨液體的有效熔體酸度值隨著氣泡經過反應區(qū)而下降。如上所述，與含氟氣泡接觸的氟化氫銨液體的有效熔體酸度值x是會與反應器操作條件下氣泡中HF分壓平衡的熔體酸度值。氣泡進入反應區(qū)時的初始有效熔體酸度值x是與進入反應區(qū)中的含氟原料流中HF分壓相平衡的熔體酸度值x。到氣泡離開反應區(qū)時，氣泡的HF分壓與總熔體酸度值基本平衡。因此，氣泡離開反應區(qū)時有效熔體酸度值x和總熔體酸度值大致相同。氟化氫銨的總熔體酸度值定義為反應區(qū)中所含氟化氫銨總體積的酸度值。由于氟化氫銨一般在反應區(qū)內良好地混合，可假設整個反應區(qū)中的總酸度值是均一的。反應區(qū)定義為氟化氫銨和含氟進料在能產生三氟化氮的條件下接觸的部位。
本質上，在反應器進料中添加氟化氫能使每個進料氣泡都按照圖2所示的優(yōu)選反應路線B。例如，在每個F2-HF氣泡經過熔體酸度值在或低于最佳值的氟化氫銨本體時，有效熔體酸度值先處于或高于最佳酸度值，然后隨著氣泡與氟化氫銨相互作用而下降。到含氟氣泡離開反應區(qū)時，氣泡內的氟化氫分壓基本與氟化氫銨總熔體酸度值相平衡。結果，由于氣泡離開反應區(qū)，有效熔體酸度值和總熔體酸度值基本相等。
式E1提供了用于氟化氫和含有元素氟的進料氣體的NH4F(HF)x有效熔體酸度值的估算值。LogP=[x-1x]-0.5559+6.642×10-3t0.1620+1.147×10-3t]]>式E1其中t是以℃計的NH4F(HF)x熔融溫度。x是熔體酸度值，P是以毫米汞柱計的氟化氫蒸氣壓。一個復雜因素在于，氟化氫實際分壓可以是其它反應器操作條件特別是含水量的重要函數(shù)。氟化氫分壓會隨著氟化氫銨含水量的略微升高而顯著降低。盡管這個和其它類似的限制，實際經驗顯示，式E1提供了對在含有元素氟的進料氣體中調整氟化氫分壓的可靠指導。如上所述，調整氟進料中的HF分壓，以使氟化氫銨的初始有效熔體酸度值x大于測出的氟化氫銨的總熔體酸度值x。
圖1描述了本發(fā)明裝置10的實施方式。如該圖所示，含有元素氟的原料流1送入反應器100。原料流1的進料通量(feed flux)一般約為0.01-0.05米3/米2釜橫截面面積/秒。如圖1的示意性圖示，含氟原料氣流1與氟化氫氣流在混合點12處混合。氟化氫循環(huán)液流5一般在和含氟原料流1混合前，要用加熱器1000使之蒸發(fā)。然后，所產生的氟和氟化氫混合氣體14直接進入反應器100。在反應器100的操作溫度為130℃時，進料混合氣體14中的氟化氫分壓優(yōu)選至少約為15千帕(相當于氟化氫銨有效熔體酸度值x至少約為1.49)，更優(yōu)選至少約為25千帕(相當于氟化氫銨有效熔體酸度值x至少約為1.67)。在一個實施方式中，反應器100操作條件下的原料流14中HF分壓約為15-60千帕，優(yōu)選約30-50千帕。
氟化氫銨[NH4F(HF)x]循環(huán)物流6也進入反應器100。如圖所示，盡管不需要，進料混合氣體14在進入反應器100之前可與循環(huán)物流6混合。在該實例中，“反應區(qū)”包括兩條物流混合后通向反應區(qū)100的導管。或者，兩條物流即6和14可于分開部位進入反應器100。氟化氫銨循環(huán)流6優(yōu)選以至少為化學計量進料速率1000倍的流速進入反應器100，更優(yōu)選至少為化學計量進料速率的2000倍，最優(yōu)選約大于化學計量進料速率的2500倍。
在一個實施方式中，進入反應器100的氟化氫銨熔體的總熔體酸度值約小于1.8，更優(yōu)選約小于1.6。在一個實施方式中，反應器100中的總熔體酸度值約為1.5或更小。如上解釋，原料氣流14中氟化氫的存在使與進料氣體接觸的氟化氫銨液體的初始有效熔體酸度值高于反應器100中的總熔融材料酸度值。初始有效熔體酸度值優(yōu)選比反應器100中氟化氫銨的總熔體酸度值至少約高0.05，更優(yōu)選至少約高0.1或至少約高0.3。
由于三氟化氮的產率隨著溫度下降而增長，直至達到氟化氫銨熔體的熔點。反應器100宜在較低溫度和最小的溫度梯度下操作。盡管生成三氟化氮的反應放熱很高，通過使用高流速的氟化氫銨物流6，可將反應器100的溫度限制在最高上升不超過約4-5℃。另外，反應器100、再生器200(下述)和它們的連接管提供了充分的表面積，以消除來自裝置10的多余熱量。此外，如果合理配置反應器100和再生器200之間的連接管，循環(huán)物流6的流速能與含氟原料流1的流速大致成比例，并繼而和反應熱量大致成比例。因此，隨著氟原料流1流速的提高，反應器100中的溫度上升最大量只有很小。
雖然本領域中公知的其它構造如泡罩塔也能用，但反應器100優(yōu)選是攪拌釜反應器。在優(yōu)選的實施方式中，反應器100包括渦輪或本領域中公知的用于攪拌氣-液混合物的其它攪拌裝置。如圖所示，在一個實施方式中，攪拌裝置包括通氣葉片130和將原料流通入葉片的升氣管8。渦輪或其它攪拌裝置的輸入功率約優(yōu)選大于1千瓦/米3氟化氫銨熔體，更優(yōu)選約大于5千瓦/米3熔體。氟化氫銨熔體在反應器100中的深度優(yōu)選約大于1米，更優(yōu)選約大于2米。反應器100優(yōu)選在約80-200千帕的壓力和約120-150℃的溫度下操作。
在一個實施方式中，氣體產物旁通管線30從反應器100頂部延伸到下述的除霧器500或反應器100和再生器200間的中間點。旁通管線30的主要作用是在反應器100停開之前能吹掃反應器。另外，正常反應器操作時，可利用旁通管線30的流速來減少氟化氫銨[NH4F(HF)x]循環(huán)物流6的流速和流向再生器200的氣流量。由于沒有氣體從反應器100經旁通管線30流到除霧器500，所以能獲得物流6的最大流速和流向再生器200的最大氣流量，這通常是優(yōu)選的操作方式。從反應器100經旁通管線30到除霧器500的流速過高，會導致降低反應器熔體高度110和再生器熔體高度210之間的高度差120。
反應器產物流7從反應器100中排出，并送往再生器200。反應產物流7包含反應器100中產生的三氟化氮、氟化氫和氮，以及夾帶的氟化氫銨熔體和少量未反應的氟。反應器產物流7的進料量一般約為0.1-0.5米3/米2釜橫截面面積/秒。如有需要，如在裝置10啟動時，可將氮氣流28通入反應產物流7。
再生器200可包括和反應器100同類的攪拌釜。和反應器100相同，渦輪或其它攪拌裝置的輸入功率優(yōu)選約大于1千瓦/米3氟化氫銨熔體，更優(yōu)選約大于5千瓦/米3熔體。如圖所示，攪拌裝置優(yōu)選包括通氣葉片220和將原料流通入葉片的升氣管門22。
再生器200在低于反應器100的壓力下操作。再生器200的操作壓力優(yōu)選比反應器100的操作壓力至少約低50千帕。在一個實施方式中，再生器200的壓力約為5-20千帕。再生器200的壓力低，可促進進入再生器200的氟化氫氣體從夾帶的氟化氫銨液體中放出。優(yōu)選通過使再生器200高于反應器100，來獲得反應器100和再生器200間的操作壓力差，使反應器100的壓力為再生器200的壓力加上高度差產生的液頭壓頭。再生器200中氟化氫銨熔體表面210和反應器100中熔體表面110間的所需高度差應達到能用1.3的一般氟化氫銨熔體比重來估算的所需壓力差?？梢陨晕⒄{整100和200兩槽中氟化氫銨熔體物料量(melt inventory)，來控制再生器200中的熔體高度210。在一個實施方式中，高度120至少約為6米，更優(yōu)選至少約為8米。再生器200的操作溫度優(yōu)選比反應器100小5℃以內。
包含三氟化氮、氟化氫、氮和夾帶的氟化氫銨的再生產物流16從再生器200中被排出，并送往除霧器500，其中夾帶的氟化氫銨通過與補充氟化氫銨物流9逆流接觸來回收。如本領域中所知，可用其它類型的裝置來從產物流16中分離夾帶的液體。
補充氟化氫銨產生于第二反應器400中，其中氟化氫物流8和銨物流2混合并反應，形成氟化氫銨熔體。由于反應高度放熱，優(yōu)選冷壁降膜式反應器。離開第二反應器400的氟化氫銨物流9的熔體酸度值優(yōu)選至少約為1.8，更優(yōu)選至少約為2.0。使用熔體酸度值相對較高的補充物流9是有利的，因為它能迅速降低反應器產物流16的溫度，這會將三氟化氮的分解減至最小。另外，較高的熔體酸度值可使第二反應器400能用常規(guī)40℃冷卻水冷卻。
如上所述，來自再生器200的氟化氫銨熔體經物流6進行循環(huán)。氟化氫銨循環(huán)物流優(yōu)選經過裝有有助于氣/液分離的靜止區(qū)的氣-液分離器300。來自氣/液分離器300的氣流20優(yōu)選與除霧器500上游的再生器產物流16混合，或直接送往除霧器。氣-液分離器300的主要作用是產生物流6和7之間的足夠密度差，以使物流6獲得優(yōu)選氟化氫銨流速。而且，本發(fā)明可以允許物流6中大量夾帶氣體。
在除去夾帶的氟化氫銨后，產物氣流10從除霧器中被除去，并優(yōu)選通過一系列為從氟化氫中分離出三氟化氮粗制品而設計的過程步驟。如圖所示，在一個實施方式中，產物氣流10流經真空泵進料冷卻器600。真空泵進料冷卻器600優(yōu)選使產物流10的溫度下降到約小于50℃。然后產物流10經過真空泵700，該真空泵優(yōu)選包括用段間冷卻的干式真空泵。真空泵700的排出壓力優(yōu)選略高于大氣壓。在此之后，產物流10進入氣/液分離器800，該分離器優(yōu)選裝有回流冷凝器900。分離器800包括氣流出口26和液流出口24。三氟化氮粗制品物流3中的氟化氫含量優(yōu)選比產物流10中的含量少1％。這可通過使用溫度約為-30℃的回流冷凝器900來達到。然后粗制品物流3可用本領域中公知的凈化技術進行凈化，產生可出售的產物。
如圖1所示，分離器800的液體出口24與該過程所用的兩條氟化氫物流5和8的管線連通(fluid communication)，從而使氟化氫循環(huán)。另外，如有需要，可從過程中除去副產物氟化氫物流4。
可用下述方法來調整反應器100和再生器200的操作壓力，并控制氟化氫銨的熔體酸度值。如上所述，優(yōu)選在足夠低的溫度下操作回流冷凝器900，以使來自產物流10的所有氟化氫基本回收。銨原料流2的流速和副產物氟化氫物流4的流速都能根據(jù)氟進料1的流速和反應4-6中c1、c2和c3的預計值估算出。然后，可調整再生器200中的壓力，來為物流6和8提供合理的流速。如上所述，這通常使再生器200的壓力約在5-20千帕范圍內?？衫枚ㄆ跍y量循環(huán)物流6、反應器產物流7中的氟化氫銨、或反應器100或再生器200的熔體物料量，來校正c1、c2和c3的估算值和物流2和4的流速。因為反應器100、再生器200和它們的連接管中的氟化氫物料量相對于副產物流4的流速是大的，即使氟進料速率的估算有實際誤差，銨進料的速率或c1、c2和c3的值也會使物料6和7中的氟化氫銨的熔體酸度值變化減緩。
下表1-3提供了圖1中幾條有標記的物流的示范性物流性能的總結。
表1

表1

表1

實施例1圖3的數(shù)據(jù)顯示了在氟進料中加入氟化氫的用處。在圖3給出的反應器操作條件下，最佳熔體酸度值x約為1.7。35千帕的HF分壓相當于約1.8的初始有效熔體酸度值x。圖3中的數(shù)據(jù)顯示，在F2進料中加入HF，將NH4F(HF)x本體熔融酸性值x大大降低到小于最佳值1.7。在高于NH4F(HF)x的最佳熔體酸度值x時，在氟進料中加入HF對NF3轉化率和NH4F(HF)x熔體酸度值之間關系影響小。初始有效熔體酸度值在最佳總熔體酸度值時能獲得最佳的性能。而且，本發(fā)明的優(yōu)點之一在于，使用者能選擇略高于最佳值的初始有效熔體酸度值x和略低于最佳值的NH4F(HF)x總熔體酸度值x，并假設NF3生產速率會對由于反應器操作條件的未被檢出的改變或NH4F(HF)x酸度值的偏移而造成最佳NH4F(HF)x酸度值的變化極不敏感。另外，氟進料中存在HF，也會通過減少氟化氫銨可能產生的堵塞，而提高噴霧器或其它起泡裝置的可靠性和操作性。
本領域中的技術人員會想起許多從屬于本發(fā)明、并具有前述和有關附圖所述技術優(yōu)點的對本發(fā)明的改進和其它實施方式。因此，應當了解本發(fā)明不受所述的具體實施方式
所限，并且該改進和其它實施方式會包括在所附的書的范圍內。雖然本文使用了特定術語，但它們是一般性的和描述性的，并不起限制作用。
權利要求
1.生產三氟化氮的方法，它包括提供含氟原料流；使所述的含氟原料流與氟化氫銨液體在反應區(qū)內于足以產生三氟化氮的條件下接觸一段時間，在所述的接觸步驟中降低所述的氟化氫銨液體的有效熔體酸度值；從反應區(qū)排出包含三氟化氮的反應產物流。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述的接觸步驟包括使所述的含氟原料流和所述的氟化氫銨液體在一系列反應器中接觸，其中每個連續(xù)反應器都含有總熔體酸度值逐漸降低的所述氟化氫銨。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述的降低步驟包括使所述的氟化氫銨液體的有效熔體酸度值從高于反應區(qū)溫度和壓力下三氟化氮最高產率時最佳值以上的數(shù)值下降到接近于最佳值。
4.如權利要求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氫。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述的氟化氫銨有酸堿化學計量式NH4MyFz(HF)x，其中M是選自元素周期表IA-VA族、IB-VIIB和VIII族的金屬和它們的混合物；y為0-12；z為1-12，；x是熔體酸度值。
6.生產三氟化氮的方法，它包括；提供元素氟和氟化氫的混合氣體；將所述的混合氣體送入含有氟化氫銨本體液(bulk liquid)的反應區(qū)；使所述的混合氣體與所述的氟化氫銨本體液于足以產生三氟化氮的條件下接觸一段時間，其中所述氟化氫銨的初始有效熔體酸度值大于氟化氫銨本體液的熔體酸度值；從所述的反應區(qū)排出包含三氟化氮的反應產物流。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于所述的初始有效熔體酸度值比所述反應區(qū)中的氟化氫銨本體液的熔體酸度值至少約大0.05。
8.如權利要求6所述的方法，其特征在于所述的氟化氫銨本體液的熔體酸度值約小于1.8。
9.如權利要求6所述的方法，其特征在于所述反應區(qū)操作溫度和壓力下的所述混合氣體中初始氟化氫分壓至少約15千帕。
10.如權利要求6所述的方法，其特征在于反應區(qū)操作溫度為120-150℃，所述的反應區(qū)的操作壓力為80-200千帕。
11.如權利要求6所述的方法，其特征在于所述的接觸步驟發(fā)生在攪拌釜反應器中。
12.生產三氟化氮的裝置，其特征在于它包括包含元素氟和氟化氫混合氣體供料管線；與所述的混合氣體供料管線連通、并包括反應區(qū)和出口的第一反應器，其中所述的反應區(qū)經操作使所述的混合氣體與氟化氫銨本體液接觸。
全文摘要
本發(fā)明提供了生產三氟化氮的方法和裝置。該方法包括將含氟原料流和氟化氫銨液體在反應區(qū)中于足以產生三氟化氮的條件下接觸一段時間。在接觸步驟中,降低氟化氫銨液體的熔體酸度值,排出反應產物流。在另一實施方式中,元素氟和氟化氫的混合氣體與氟化氫銨本體液接觸,使反應區(qū)中的初始熔體酸度值大于氟化氫銨本體液的熔體酸度值。
文檔編號C01B21/00GK1358665SQ0114385
公開日2002年7月17日 申請日期2001年12月14日 優(yōu)先權日2000年12月14日
發(fā)明者D·P·小薩切爾, 約翰·彼得魯絲·勒魯 申請人:波克股份有限公司, 南非原子能股份有限公司