(57)【要約】【課題】  インターハロゲンを、高収率かつ安価に製造する方法を提供することである。【解決手段】  反応器を用い、２種類のハロゲンガスをあるいはインターハロゲンガスとハロゲンガスを反応させ、インターハロゲン化合物を製造する方法において、該反応器に反応させるガスを、それぞれ個々に供給または予め混合して供給し、該反応器より放出される気体を冷却捕集器に通過させることにより該インターハロゲン化合物の一部を該冷却捕集器で捕集し、未反応物と生成物の混合気体である該冷却捕集器を通過する気体を再度該反応器に戻すことを特徴とする、インターハロゲン化合物の製造方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応器を用い、２種類のハロゲンガスをあるいはインターハロゲンガスとハロゲンガスを反応させ、インターハロゲン化合物を製造する方法において、該反応器に反応させるガスを、それぞれ個々に供給または予め混合して供給し、該反応器より放出される気体を冷却捕集器に通過させることにより該インターハロゲン化合物の一部を該冷却捕集器で捕集し、未反応物と生成物の混合気体である該冷却捕集器を通過する気体を再度該反応器に戻すことを特徴とする、インターハロゲン化合物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インターハロゲン化合物を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フッ素ガスと、塩素、臭素、またはヨウ素のいずれか一種類のハロゲンガスとを反応させた場合、ＣｌＦ３（融点−７６℃／沸点１２℃）、ＢｒＦ３（融点９℃／沸点１２６℃）、ＢｒＦ５（融点―６０℃／沸点４１℃）、ＩＦ５（融点１０℃／沸点１０１℃）、ＩＦ７（昇華点４．８℃）等のインターハロゲン化合物が生成する。また、塩素ガスとＣｌＦ３ガス、ヨウ素ガスとＩＦ７ガス、臭素ガスとＢｒＦ５ガスを反応させた場合、ＣｌＦガス、ＩＦ５ガス、ＢｒＦ３ガスのインターハロゲン化合物が生成する。
【０００３】
インターハロゲン化合物は種類の異なるハロゲンガスとハロゲンガス、あるいはインターハロゲンガスとハロゲンガスとの直接反応により合成される。
【０００４】
従来のインターハロゲン化合物の製造方法では、反応器で生成したインターハロゲン化合物は冷却捕集器を通過し、選択的に捕集されている（例えば、非特許文献１、２）。しかしながら、従来法によるインターハロゲン化合物の製造方法には次のような問題がある。
【０００５】
（ａ）冷却捕集器の通過段階で捕集できなかったインターハロゲン化合物および未反応のハロゲンガスは系外へ排出され、収率の低下を引き起こす。（ｂ）下記反応式（１）、（２）に示すように、インターハロゲン化合物の合成反応では反応による発熱量が大きく、高濃度で原料ガスを導入した場合、局所的な異常加熱が生じるため希釈した状態で原料ガスを混合する必要がある。
Ｃｌ２＋３Ｆ２  →  ２ＣｌＦ３  （ΔＨ３００℃＝−７５．５ｋｃａｌ）  （１）
Ｉ２＋７Ｆ２  →  ２ＩＦ７  （ΔＨ３００℃＝−４７１．９ｋｃａｌ）  （２）
【非特許文献１】Ｊ．Ｗ．Ｇｒｉｓａｒｄ：Ｊ．Ａｍｅｒ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，７３、（１９５１）ｐ５７２４
【非特許文献２】Ｌ．Ｓｔｅｉｎ：Ｊ．Ａｍｅｒ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，８１（１９５９）ｐ１２７３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、インターハロゲンを、高収率かつ安価に製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者等は鋭意検討の結果、インターハロゲン化合物を合成するための反応器から放出され冷却捕集器を通過したガスを循環する閉鎖系内でインターハロゲン化合物の合成及び冷却捕集を行うことにより、高収率でかつ安価にインターハロゲン化合物が製造可能であることを見出し、本発明に至った。
【０００８】
すなわち、本発明は反応器を用い、２種類のハロゲンガスをあるいはインターハロゲンガスとハロゲンガスを反応させ、インターハロゲン化合物を製造する方法において、該反応器に反応させるガスを、それぞれ個々に供給または予め混合して供給し、該反応器より放出される気体を冷却捕集器に通過させることにより該インターハロゲン化合物の一部を該冷却捕集器で捕集し、未反応物と生成物の混合気体である該冷却捕集器を通過する気体を再度該反応器に戻すことを特徴とするインターハロゲン化合物の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、冷却捕集器を通過する生成ガスと未反応ガスを循環し反応器で再利用するため、高収率でかつ安価にインターハロゲン化合物を得ることが可能となる。また、循環流量を調節して任意の希釈濃度で原料ガスを導入できることから、反応の制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明について詳細に述べる。
【００１１】
本発明において、使用されるハロゲンガスとしては、フッ素ガス、塩素ガス、臭素ガス、ヨウ素ガス、使用されるインターハロゲンガスとしては、ＣｌＦ３ガス、ＢｒＦ５ガス、ＩＦ７ガスなどが挙げられる。反応器に用いる材質は、ニッケルあるいはモネルのような、反応時の温度においてハロゲンガスに対する耐食性を示すものが好ましい。
【００１２】
反応器で生成したインターハロゲン化合物を捕集する冷却捕集器の温度はインターハロゲン化合物の露点以下であれば任意に選択可能であるが、融点近傍であることが好ましい。具体的には、ＣｌＦ３を製造する場合は−６０〜−７０℃、ＢｒＦ３を製造する場合は１０〜２０℃、ＩＦ５を製造する場合は１０〜２０℃が好ましい。
【００１３】
冷却捕集器を通過したガスはポンプ等の循環器により反応器内へと戻され循環する。このとき、循環流量を調節することで反応器内の原料ガスの濃度を制御できる。
【００１４】
原料ガスであるハロゲンガスまたはインターハロゲンガスの供給方法は、反応器に供給可能であれば特に限定されない。
【００１５】
反応温度は、反応部の温度が２０℃〜４００℃であることが好ましい。具体的には、ＣｌＦ３またはＩＦ７を製造する場合には２５０〜３５０℃、ＣｌＦを製造する場合には１００〜２００℃、ＢｒＦ３、ＢｒＦ５、またはＩＦ５を製造する場合には２０〜２００℃が好ましい。４００℃を超えると反応器の材質と原料のハロゲンガスまたはインターハロゲンガスとの反応が促進される可能性があるため好ましくない。
【００１６】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００１７】
本発明を用いた例の概略図を図１に示す。反応器４内のガスは、冷却捕集器５に導入され、反応生成物が冷却捕集される。冷却捕集器５で捕集されず通過するガスは、ポンプ３により反応器４内に戻され循環する。マスフローコントローラ１、２により、個々に流量を制御された原料ガスである、ハロゲンガスやインターハロゲン化合物は、ポンプ３と冷却捕集器５の間で導入され、循環するガス中に供給される。反応器４に設置されているヒーター６により、反応器４を所定の温度に加熱できる。
【００１８】
また、系内を真空置換するために、反応器４と冷却捕集器５の間に真空ライン及び置換ガス（ヘリウムガス）の供給ラインがそれぞれ開閉弁を経て接続されている。
［実施例１］
ニッケル製で内径８０ｍｍ、長さ１０００ｍｍの管状の反応器４の外壁温度を３００℃に設定し、系内を真空置換した後、系内にヘリウムガスを導入し８０ｋＰａとした。冷却捕集器５は−５０℃に冷却した。その後、ポンプ３の循環流量を６Ｌ／ｍｉｎに設定し、マスフローコントローラ１を用いてフッ素ガスを６００ｃｃ／ｍｉｎ、マスフローコントローラ２を用いて塩素ガスを２００ｃｃ／ｍｉｎの流量で供給して１時間反応を行った。捕集されたガスをＦＴ−ＩＲ（大塚電子社製  ＩＧ−１０００）で分析しＣｌＦ３の生成を確認した。反応器４内のガス中のフッ素ガス濃度は、紫外分光光度計（日立製  Ｕ−２８１０）で分析したところ、１０ｖｏｌ％であった。反応終了後、冷却捕集器５内を真空置換し、導入したフッ素ガス量と捕集されたＣｌＦ３の質量によりＣｌＦ３の収率を求めたところ、フッ素基準で９４％であった。
［実施例２］
ニッケル製で内径４０ｍｍ、長さ５００ｍｍの管状の反応器４の外壁温度を２００℃に設定し、系内を真空置換した後、系内にヘリウムガスを導入し８０ｋＰａとした。冷却捕集器５は−１５０℃に冷却した。その後、ポンプ３の循環流量を１Ｌ／ｍｉｎに設定し、マスフローコントローラ１を用いてフッ素ガスを１００ｃｃ／ｍｉｎ、マスフローコントローラ２を用いて塩素ガスを１００ｃｃ／ｍｉｎの流量で供給して１時間反応を行った。捕集されたガスをＦＴ−ＩＲ（大塚電子社製  ＩＧ−１０００）で分析しＣｌＦの生成を確認した。反応器４内のガス中のフッ素ガス濃度は、紫外分光光度計（日立製  Ｕ−２８１０）で分析したところ、０．５ｖｏｌ％であった。反応終了後、冷却捕集器５内を真空置換し、導入したフッ素ガス量と捕集されたＣｌＦの質量によりＣｌＦの収率を求めたところ、フッ素基準で９８％であった。
［実施例３］
ニッケル製で内径４０ｍｍ、長さ５００ｍｍの管状の反応器４の外壁温度を１５０℃に設定し、系内を真空置換した後、系内にヘリウムガスを導入し８０ｋＰａとした。冷却捕集器５は１０℃に冷却した。その後、ポンプ３の循環流量を１Ｌ／ｍｉｎに設定し、マスフローコントローラ１を用いてフッ素ガスを５０ｃｃ／ｍｉｎ、マスフローコントローラ２を用いてヨウ素を１０ｃｃ／ｍｉｎの流量で供給して１時間反応を行った。捕集されたガスをＦＴ−ＩＲ（大塚電子社製  ＩＧ−１０００）で分析しＩＦ５の生成を確認した。反応器４内のガス中のフッ素ガス濃度は、紫外分光光度計（日立製  Ｕ−２８１０）で分析したところ、０．５ｖｏｌ％であった。反応終了後、冷却捕集器５内を真空置換し、導入したフッ素ガス量と捕集されたＩＦ５の質量によりＩＦ５の収率を求めたところ、フッ素基準で９６％であった。
［実施例４］
ニッケル製で内径４０ｍｍ、長さ５００ｍｍの管状の反応器４の外壁温度を３３０℃に設定し、系内を真空置換した後、系内にヘリウムガスを導入し８０ｋＰａとした。冷却捕集器５は−２０℃に冷却した。その後、ポンプ３の循環流量を２Ｌ／ｍｉｎに設定し、マスフローコントローラ１を用いてフッ素ガスを３５０ｃｃ／ｍｉｎ、マスフローコントローラ２を用いてヨウ素を５０ｃｃ／ｍｉｎの流量で供給して１時間反応を行った。捕集されたガスをＦＴ−ＩＲ（大塚電子社製  ＩＧ−１０００）で分析しＩＦ７の生成を確認した。反応器４内のフッ素ガスのガス中の濃度は、紫外分光光度計（日立製  Ｕ−２８１０）で分析したところ、１．０ｖｏｌ％であった。反応終了後、冷却捕集器５内を真空置換し、導入したフッ素ガス量と捕集されたＩＦ７の質量によりＩＦ７の収率を求めたところ、フッ素基準で９３％であった。
［実施例５］
ニッケル製で内径４０ｍｍ、長さ５００ｍｍの管状の反応器４の外壁温度を１５０℃に設定し、系内を真空置換した後、系内にヘリウムガスを導入し８０ｋＰａとした。冷却捕集器５は１５℃に冷却した。その後、ポンプ３の循環流量を１Ｌ／ｍｉｎに設定し、マスフローコントローラ１を用いてフッ素ガスを３０ｃｃ／ｍｉｎ、マスフローコントローラ２を用いて臭素ガスを１０ｃｃ／ｍｉｎの流量で供給して１時間反応を行った。捕集されたガスをＦＴ−ＩＲ（大塚電子社製  ＩＧ−１０００）で分析しＢｒＦ３の生成を確認した。反応器４内のガス中のフッ素ガス濃度は、紫外分光光度計（日立製  Ｕ−２８１０）で分析したところ、０．５ｖｏｌ％であった。反応終了後、冷却捕集器５内を真空置換し、導入したフッ素ガス量と捕集されたＢｒＦ３の質量によりＢｒＦ３の収率を求めたところ、フッ素基準で９４％であった。
［実施例６］
ニッケル製で内径４０ｍｍ、長さ５００ｍｍの管状の反応器４の外壁温度を２００℃に設定し、系内を真空置換した後、系内にヘリウムガスを導入し８０ｋＰａとした。冷却捕集器５は−５０℃に冷却した。その後、ポンプ３の循環流量を１Ｌ／ｍｉｎに設定し、マスフローコントローラ１を用いてフッ素ガスを５０ｃｃ／ｍｉｎ、マスフローコントローラ２を用いて臭素ガスを１０ｃｃ／ｍｉｎの流量で供給して１時間反応を行った。捕集されたガスをＦＴ−ＩＲ（大塚電子社製  ＩＧ−１０００）で分析しＢｒＦ５の生成を確認した。反応器４内のガス中のフッ素ガス濃度は、紫外分光光度計（日立製  Ｕ−２８１０）で分析したところ、０．５ｖｏｌ％であった。反応終了後、冷却捕集器５内を真空置換し、導入したフッ素ガス量と捕集されたＢｒＦ５の質量によりＢｒＦ５の収率を求めたところ、フッ素基準で９４％であった。
［実施例７］
ニッケル製で内径４０ｍｍ、長さ５００ｍｍの管状の反応器４の系内を真空置換した。外壁温度を１７０℃に設定し、冷却捕集器５は−１１０℃に冷却した。その後、反応器４にフッ素ガス及び塩素ガスをそれぞれ１０ｃｃ／ｍｉｎで導入し、系内の圧力が８０ｋＰａになった時点でガスの供給を停止した。その後、ポンプ３の循環流量を１Ｌ／ｍｉｎに設定し、マスフローコントローラ１を用いてフッ素ガスを１００ｃｃ／ｍｉｎ、マスフローコントローラ２を用いて塩素ガスを１００ｃｃ／ｍｉｎの流量で供給して１時間反応を行った。捕集されたガスをＦＴ−ＩＲ（大塚電子社製  ＩＧ−１０００）で分析しＣｌＦの生成を確認した。反応器４内のガス中のフッ素ガス濃度は、紫外分光光度計（日立製  Ｕ−２８１０）で分析したところ、３ｖｏｌ％であった。反応終了後、冷却捕集器５内を真空置換し、導入したフッ素ガス量と捕集されたＣｌＦの質量によりＣｌＦの収率を求めたところ、フッ素基準で９７％であった。
［実施例８］
ニッケル製で内径８０ｍｍ、長さ１０００ｍｍの管状の反応器４の外壁温度を３００℃に設定し、系内を真空置換した後、系内にヘリウムガスを導入し８０ｋＰａとした。冷却捕集器５は−１４０℃に冷却した。その後、ポンプ３の循環流量を６Ｌ／ｍｉｎに設定し、マスフローコントローラ１を用いて塩素ガスを１００ｃｃ／ｍｉｎ、マスフローコントローラ２を用いてＣｌＦ３ガスを１００ｃｃ／ｍｉｎの流量で供給して１時間反応を行った。捕集されたガスをＦＴ−ＩＲ（大塚電子社製  ＩＧ−１０００）で分析しＣｌＦの生成を確認した。反応器４内のガス中の塩素ガス濃度は、紫外分光光度計（日立製  Ｕ−２８１０）で分析したところ、０ｖｏｌ％であった。反応終了後、冷却捕集器５内を真空置換し、導入した塩素ガス量と捕集されたＣｌＦの質量によりＣｌＦの収率を求めたところ、塩素基準で９６％であった。
［実施例９］
ニッケル製で内径４０ｍｍ、長さ５００ｍｍの管状の反応器４の外壁温度を２００℃に設定し、系内を真空置換した後、系内にヘリウムガスを導入し８０ｋＰａとした。冷却捕集器５は−５０℃に冷却した。その後、ポンプ３の循環流量を１Ｌ／ｍｉｎに設定し、マスフローコントローラ１を用いて臭素ガスを１０ｃｃ／ｍｉｎ、マスフローコントローラ２を用いて塩素ガスを１０ｃｃ／ｍｉｎの流量で供給して１時間反応を行った。捕集されたガスをＦＴ−ＩＲ（大塚電子社製  ＩＧ−１０００）で分析しＢｒＣｌの生成を確認した。反応器４内のガス中の塩素ガス濃度は、紫外分光光度計（日立製  Ｕ−２８１０）で分析したところ、１ｖｏｌ％であった。反応終了後、冷却捕集器５内を真空置換し、導入した塩素ガス量と捕集されたＢｒＣｌの質量によりＢｒＣｌの収率を求めたところ、塩素基準で９０％であった。
［実施例１０］
ニッケル製で内径４０ｍｍ、長さ５００ｍｍの管状の反応器４の系内を真空置換した。外壁温度を３００℃に設定し、冷却捕集器５を−１１０℃に冷却した。その後、反応器４に塩素ガス及びＣｌＦ３ガスをそれぞれ１０ｃｃ／ｍｉｎで導入し、系内の圧力が８０ｋＰａになった時点でガスの供給を停止した。
【００１９】
その後、ポンプ３の循環流量を６Ｌ／ｍｉｎに設定し、マスフローコントローラ１を用いて塩素ガスを１００ｃｃ／ｍｉｎ、マスフローコントローラ２を用いてＣｌＦ３ガスを１００ｃｃ／ｍｉｎの流量で供給して１時間反応を行った。捕集されたガスをＦＴ−ＩＲ（大塚電子社製  ＩＧ−１０００）で分析しＣｌＦの生成を確認した。反応器４内のガス中の塩素ガス濃度は、紫外分光光度計（日立製  Ｕ−２８１０）で分析したところ、０ｖｏｌ％であった。反応終了後、冷却捕集器５内を真空置換し、導入した塩素ガス量と捕集されたＣｌＦの質量によりＣｌＦの収率を求めたところ、塩素基準で９５％であった。
［比較例１］
本例に用いた反応器を図２に示す。反応器１４内のガスは、冷却捕集器１５に導入され、反応生物が冷却捕集される。マスフローコントローラ１１、１２により個々に流量を制御された原料ガスである、塩素ガスとフッ素ガスは反応器１４に供給される。反応器１４に設置されているヒーター１６により、反応器１４は所定の温度に加熱できる。
【００２０】
また、系内を真空置換するために、反応器１４と冷却捕集器１５の間に真空ライン及び置換ガス（ヘリウムガス）の供給ラインがそれぞれ開閉弁を経て接続されている。
【００２１】
ニッケル製で内径１５０ｍｍ、長さ５００ｍｍの内部攪拌翼を持つ円筒状の反応器１４の外壁温度を３００℃に設定し、系内を真空置換した後に冷却捕集器１５を−５０℃に冷却した。その後、マスフローコントローラ１１を用いて塩素ガスを５０ｃｃ／ｍｉｎ、マスフローコントローラ１２を用いてフッ素ガスを１５０ｃｃ／ｍｉｎの流量で供給して１時間反応を行った。捕集されたガスをＦＴ−ＩＲ（大塚電子社製  ＩＧ−１０００）で分析しＣｌＦ３の生成を確認した。反応器１４内のガス中のフッ素ガス濃度は、紫外分光光度計（日立製  Ｕ−２８１０）で分析したところ、１０ｖｏｌ％であった。反応終了後、冷却捕集器１５内を真空置換し、導入したフッ素ガス量と捕集されたＣｌＦ３の質量によりＣｌＦ３の収率を求めたところ、フッ素基準で８０％であった。
［比較例２］
本例に用いた反応器を図２に示す。反応器１４内のガスは、冷却捕集器１５に導入され、反応生物が冷却捕集される。マスフローコントローラ１１、１２により個々に流量を制御された原料ガスである、塩素ガスとＣｌＦ３ガスは反応器１４に供給される。反応器１４に設置されているヒーター１６により、反応器１４は所定の温度に加熱できる。
【００２２】
また、系内を真空置換するために、反応器１４と冷却捕集器１５の間に真空ライン及び置換ガス（ヘリウムガス）の供給ラインがそれぞれ開閉弁を経て接続されている。
【００２３】
ニッケル製で内径１５０ｍｍ、長さ５００ｍｍの内部攪拌翼を持つ円筒状の反応器１４の外壁温度を３００℃に設定し、系内を真空置換した後に冷却捕集器１５を−１３０℃に冷却した。その後、マスフローコントローラ１１を用いて塩素ガスを５０ｃｃ／ｍｉｎ、マスフローコントローラ１２を用いてＣｌＦ３ガスを５０ｃｃ／ｍｉｎの流量で供給して１時間反応を行った。捕集されたガスをＦＴ−ＩＲ（大塚電子社製  ＩＧ−１０００）で分析しＣｌＦの生成を確認した。反応器１４内のガス中の塩素ガス濃度は、紫外分光光度計（日立製  Ｕ−２８１０）で分析したところ、０ｖｏｌ％であった。反応終了後、冷却捕集器１５内を真空置換し、導入した塩素ガス量と捕集されたＣｌＦの質量によりＣｌＦの収率を求めたところ、塩素基準で５０％であった。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施様態の一例を示す概略図
【図２】従来法による実施様態の一例を示す概略図
【符号の説明】
【００２５】
１、２、１１、１２：マスフローコントローラ
３：ポンプ
４、１４：反応器
５、１５：冷却捕集器
６、１６：ヒーター
【図１】
2010116281.tif 000003
【図２】
2010116281.tif 000004