(57)【要約】【課題】プロセスガスとともに存在する未反応フッ素の量と、反応プロセスによって生成する液体溶解廃棄物（ＨＦ／ＮＨ3）の量とを最小限に抑えながら、優れたＮＦ3生産収量の達成を可能とする改良された反応プロセスを提供する。【解決手段】基本的なＮＦ3プロセスは、ＮＦ3を形成するための条件化で、アンモニウムイオン源、例えば、酸性フッ化アンモニウムとＦ2を反応させることにあり、当該プロセスの改良は、Ｆ2とアンモニウムイオン源を第１温度で充填カラム又はモノリスカラムに並流かつ下方に通して導入する工程；当該カラムにおいてＦ2とアンモニウムイオン源を反応させる工程；及び前記第１温度よりも高い第２温度で当該カラムからＮＦ3と副産物の混合物を取り出す工程を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆ2とアンモニウムイオン源から構成される液体混合物をランダム充填カラム又は構造化充填カラムからなる群より選択されたカラムの入口に導入する工程；
当該液体混合物を当該カラムに並流に通し、それによって当該カラムにおいてＦ2とアンモニウムイオン源を反応させ、ＮＦ3と副産物ＨＦを生成する工程；
当該カラムの出口からＮＦ3を含有する反応生成物を取り出す工程；及び
当該反応生成物からＮＦ3を回収する工程
を含む、アンモニウムイオン源のフッ素化によりＮＦ3を生成する方法。
【請求項２】
前記カラムの入口に導入される反応体Ｆ2とアンモニウムイオン源から構成される液体混合物の温度が、当該カラムの出口における反応生成物の温度よりも低い、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記アンモニウムイオン源が、ＮＨ4ＮＯ3、（ＮＨ4）3ＰＯ4、（ＮＨ4）2ＳＯ4、（ＮＨ4）2ＣＯ3、ＮＨ4ＨＣＯ3、ＮＨ4ＨＳＯ4、ＮＨ4ＩＯ4、ＮＨ4ＣｌＯ4及びＮＨ4ＢｒＯ4；ＮＨ3、ＮＨ4Ｆ、ＮＨ4ＨＦ2、ＮＨ4Ｃｌ、ＮＨ4Ｂｒ、ＮＨ4Ｉ、ＮＨ4ＮＯ3、（ＮＨ4）3ＰＯ4、（ＮＨ4）2ＳＯ4、（ＮＨ4）2ＣＯ3、ＮＨ4ＨＣＯ3、ＮＨ4ＨＳＯ4、ＮＨ4ＯＳＯ2Ｆ、ＮＨ4ＯＳＯ2Ｃｌ、ＮＨ4ＯＳＯ2ＣＦ3、ＮＨ4ＯＳＯ2ＣＨ3、ＮＨ4ＯＣ（Ｏ）ＣＦ3、ＮＨ4ＯＣ（Ｏ）ＣＨ3、ＮＨ4Ｎ（ＳＯ2ＣＦ3）2、ＮＨ4ＯＩＯＦ4、ＮＨ4ＯＴｅＦ5、（ＮＨ4）2（Ｂ12Ｆ12）、ＮＨ4ＢｒＦ6、ＮＨ4ＩＦ6、ＮＨ4ＣｌＦ6、ＮＨ4ＶＦ6、ＮＨ4ＲｕＦ7、（ＮＨ4）3ＦｅＦ6、（ＮＨ4）2ＳｉＦ6、（ＮＨ4）3ＡｌＦ6、ＮＨ4ＳｂＦ6、ＮＨ4ＡｓＦ6、ＮＨ4ＢｉＦ6、ＮＨ4Ｓｂ2Ｆ11、ＮＨ4Ａｓ2Ｆ11及びＮＨ4Ｓｂ3Ｆ16からなる群より選択される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ＨＦ／ＮＨ3として表される液体混合物の溶解比が約２．４〜５である、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記カラムの出口における反応生成物の温度と当該カラムの入口に導入される液体混合物の温度の差が１〜３０℃である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記アンモニウムイオン源が酸性フッ化アンモニウムである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記カラムがモノリスカラムである、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
廃棄物とされる液体溶解物が実質的に生成しないほど出口温度が十分高い、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記カラムの圧力が１０〜５００ｐｓｉａである、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記カラムの入口に対する液体溶解物の温度が９０〜２００℃である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記カラムの入口に対する液体溶解物の溶解比が２．６〜３．６である、請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
前記液体溶解物が並流の上方流れである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記液体溶解物が並流の下方流れである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
フッ素反応体としての気体Ｆ2と酸性フッ化アンモニウム錯体を、ＮＦ3を含有する反応生成物を生成するための条件下で接触させることによりＮＦ3を生成するプロセスにおいて、
Ｆ2と液体溶解物としての酸性フッ化アンモニウム錯体を、ランダム充填及び構造化充填からなる群より選択された充填を有するカラムに導入する工程；
Ｆ2と酸性フッ化アンモニウム錯体の反応をＮＦ3を形成するための条件下で行う工程；
当該カラムの出口における反応生成物の温度が当該カラムの入口における液体溶解物の温度よりも高くなるような条件下で当該カラムを操作する工程；並びに
当該反応生成物からＮＦ3を回収する工程
を含む、上記プロセスの改良された方法。
【請求項１５】
ＨＦ／ＮＨ3として表される液体溶解物の溶解比が約２．４〜５である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記カラムの出口における反応生成物の溶解比が、入口における液体溶解物の溶解比よりも高い、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記反応生成物の溶解比と前記カラムに導入される液体溶解物の溶解比の差が０．０１〜０．５である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
酸性フッ化アンモニウムとの反応におけるＦ2の転化率が少なくとも９５％である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
気体のＦ2反応体と酸性フッ化アンモニウム錯体を、ＮＦ3と副産物ＨＦを含有する反応生成物を生成するための条件下で接触させることによりＮＦ3を生成するプロセスにおいて、
Ｆ2と２．６〜３．６のＨＦ／ＮＨ3溶解比を有する液体溶解混合物としての酸性フッ化アンモニウム錯体を、ランダム充填カラム及び構造化充填カラムからなる群より選択されたカラムに導入する工程；
Ｆ2と酸性フッ化アンモニウム錯体の反応をＮＦ3を形成するための条件下で行う工程；
当該カラムの出口における反応生成物の温度が当該カラムの入口における液体溶解混合物の温度よりも８〜２０℃高くなるような条件下で当該カラムを操作する工程；並びに
当該反応生成物からＮＦ3を回収する工程
を含む、上記プロセスの改良された方法。
【請求項２０】
前記カラムがモノリスカラムである、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
現在、半導体の製造においてＮＦ3に関する要求が大きくかつ増大している。ＮＦ3を生成するための初期の方法の１つは、気体のＦ2を撹拌槽反応器において液体の（溶解した）酸性フッ化アンモニウム（ＡＡＦ）と接触させる、Ｆ2によるアンモニウムイオンの直接フッ素化を伴う。当該初期の方法は、反応液中のＨＦ／アンモニアのモル比が２．０〜２．５（溶解比）でかつ重フッ化アンモニウム、ＮＨ4ＨＦ2の融点（１２７℃）よりも高い温度で操作される。ＮＦ3を生成するための後期の方法では、より高いＨＦ／ＮＨ3溶解比を用いて重フッ化アンモニウムの直接フッ素化が達成される。
【０００２】
以下の特許及び論文は、ＮＦ3の生成及び精製法を記載している。
【０００３】
米国特許第４，０９１，０８１号明細書（特許文献１）は、撹拌槽反応器において華氏２６０度よりも高く華氏４００度よりも低い温度で重フッ化アンモニウムを直接フッ素化することによりＮＦ3を生成する初期の方法を開示している。ＨＦ／ＮＨ3の比は２．０〜２．５に維持される。
【０００４】
米国特許第４，１５６，５９８号明細書（特許文献２）は、重フッ化アンモニウムの直接フッ素化によるＮＦ3の生成法を開示している。ＮＦ3の精製法で用いられる吸着カラムの寿命を延ばすため、反応生成物からＮＯ2と水を吸着する前に、Ｎ2Ｆ2が０．０３ｖｏｌ％よりも低いレベルに除去される。
【０００５】
米国特許第５，６３７，２８５号明細書（特許文献３）は、少なくとも２．５５のＨＦ／ＮＨ3溶解比と、反応媒体１ｍ3当たり１０００ワットを超える反応媒体に対する電力入力とを用いた、アンモニウム源、例えば、重フッ化アンモニウムの直接フッ素化によるＮＦ3の生成を開示している。ＮＦ3生成のために開示される代表的なアンモニウム源反応体は、式ＮＨ4Ｈx-1Ｆx（ＮＨ4）yＭＦz・ｎＨＦ（式中、ｘは２．５５よりも大きく；ｙは１〜４であり；ｚは２〜８であり；及びｎは当該反応体を液体として維持するのに十分なものである）の化合物を含む。特許権者らは、この方法では、低溶解比の先行技術プロセスよりも多くのＨＦ副産物が生成することを認めているが、ＨＦの一部を回収及びリサイクルすることができると指摘している。さらに、特許権者らは、たとえより高い溶解比が用いられても、廃棄溶解物の低レベル（ＮＦ3１ポンド当たり酸性フッ化アンモニウム１．３５ポンド）を達成することができると言及している。廃棄溶解物のこのレベルは、特許文献１で開示されている方法により達成できるレベルよりも相当に低い。
【０００６】
米国特許出願公開第２００３／１５２，５０７号明細書（特許文献４）は、ＮＦ3反応器とともに熱機関サイクルを用いてＮＦ3を生成し、Ｆ2からＮＦ3への高い転化率を犠牲にすることなく、従来用いられている撹拌器又はタービンに由来する機械エネルギー入力の必要性を排除するか又は大幅に低減する方法を開示している。１つの態様においては、当該反応器は、ＨＦが蒸気ジェットを介して通される混合ゾーン及び反応ゾーンを含む。機械エネルギーは、周期的な圧縮と膨張を受けることができる作業流体ＨＦ及びＮＨ4Ｆ（ＨＦ）xを用いて作り出される。
【特許文献１】米国特許第４，０９１，０８１号明細書
【特許文献２】米国特許第４，１５６，５９８号明細書
【特許文献３】米国特許第５，６３７，２８５号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００３／１５２，５０７号明細書
【発明の開示】
【０００７】
本発明は、プロセスガスとともに存在する未反応フッ素の量と、反応プロセスによって生成する液体溶解廃棄物（ＨＦ／ＮＨ3）の量とを最小限に抑えながら、優れたＮＦ3生産収量の達成を可能とする改良された反応プロセスに向けられる。基本的なＮＦ3プロセスは、ＮＦ3を形成するための条件化で、アンモニウムイオン源、例えば、酸性フッ化アンモニウムとＦ2を反応させることにある。当該プロセスの改良は、
Ｆ2とアンモニウムイオン源を第１温度で充填カラム又はモノリスカラムに並流に通して導入する工程；
当該カラムにおいてＦ2とアンモニウムイオン源を反応させ、ＮＦ3と副産物ＨＦを生成する工程；及び
好ましくは前記第１温度よりも高い第２温度で当該カラムからＮＦ3と副産物を含有する反応生成物を取り出す工程
を含む。
【０００８】
有意な利点を当該プロセスによって達成することができ、これらの利点としては、
ＮＦ3プロセスにおいて関連する生産コスト及び廃棄物の生成を有意に低減できること；
反応体の優れたスループットとともに低い圧力降下で操作でき、したがって、ＮＦ3生成の資本費を低減できること；
反応の際に生成する有害な液体溶解廃棄物を低減又は排除できること；並びに
高いフッ素転化及び選択性により生成物の収量を向上させ、気体生成物ラインにおける未反応Ｆ2の量を低減できること
が挙げられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
フッ素と液体ＨＦ／ＮＨ3混合物（溶解物）の反応により、気体生成物としてＮＦ3、ＨＦ、Ｎ2及び他の窒素フッ化物から構成される反応生成物、並びに液体ＨＦ／ＮＨ3溶解物が生成する。残念ながら、初期の先行技術プロセスでは、ＮＦ3の生産収量を最適化すると、同様に液体ＨＦ／ＮＨ3溶解物の量が増加する。加えて、これらの先行技術プロセスでは、フッ素の不完全な転化及び中程度の生成物選択性となる場合が多い。したがって、現行のプロセスに存在する課題のうち２つは、廃棄物として処理される液体溶解物のレベル、即ち、プロセスを通してリサイクルされない液体廃棄物の量を低減すること、及びプロセスを出る未反応フッ素のレベルを低減することである。
【００１０】
本発明は、アンモニウムイオン源、好ましくは酸性フッ化アンモニウムとＦ2の反応による三フッ化窒素の生成における改良に向けられる。このプロセスにおいては、アンモニウムイオン源とフッ素含有ガスが、カラム、即ち、充填カラム又は構造化カラム、例えば、モノリスカラムに並流に通されて反応し、ＮＦ3及びＨＦを含む副産物を含有する反応生成物がカラムから回収される。反応混合物がカラムを下方へ通されるにつれ、発熱反応によりカラム長さに沿って温度が上昇する。加えて、反応及び副産物ＨＦの形成によりアンモニウムイオンが除去されるため、酸価、即ち、ＨＦのレベルが高くなる。したがって、ＨＦの増加により、反応生成物のＨＦ／ＮＨ3溶解比が高くなる。
【００１１】
先行技術のプロセスとは対照的に、本プロセスは、プロセスから排出される廃液溶解物の問題と低Ｆ2転化の問題を解決する。条件はカラムにおいて制御され、Ｆ2及びアンモニウムイオン源のフィード温度がカラム出口の反応生成物の温度よりも充填又はモノリスカラム入口で低くなるようにされる。カラムにおける温度上昇は、約１〜３０℃、好ましくは約８〜２０℃の範囲内で制御される。本プロセスはカラムにおいて温度上昇が制御される条件下で操作されるため、反応によって生成する過剰なＨＦを液体溶解物から気相に押し込むことができる。そうして、過剰なＨＦは、未反応の気体フッ素とともに除去され、後の回収工程で分離されて、液体溶解物とは一緒でなくされる。適切な制御により、プロセスからの廃棄物とされる液体溶解物のレベルを低減又は排除することが可能である。
【００１２】
本発明の理解を容易にするため図面が参照される。ＮＦ3プロセスにおいては、Ｆ2がライン２を介して導入され、それとともに液体アンモニウムイオンを含有する溶解リサイクル材料がライン４を介して反応カラム６の上端部に導入される。フィードライン２の気体フッ素はまた、Ｎ2などの不活性ガスとＮＦ3を含有することもできる。Ｆ2と液体アンモニウムイオン溶解物の混合から得られる入力フィードの溶解比は、ＨＦ／ＮＦ3として表されるか又は計算され、それは約２．４〜５であり、好ましい範囲は２．６〜４、最も好ましい範囲は２．６〜３．６である。ライン２及び４を通る反応体の混合によって形成されたフィード混合物は、並流に導入されてカラム６においてプラグ流れを確立し、反応のための十分に分散された気体−液体混合物を生成する。ガスの分散及び混合を促進させるため、カラム６は、リング若しくはラシヒリングなどのランダム充填又はモノリスカラムなどの構造化充填で満たされる。モノリスカラム又は充填材で満たされたカラムは、必要なエネルギー入力を反応混合物に与え、優れた反応速度及び優れた収量を可能にするのに十分な圧力降下を考慮している。
【００１３】
カラム６の入口又はフィード端での反応体温度は、カラム６の他の任意の区画の温度に比べて最も低いことが好ましい。入口の反応体のフィード温度は、典型的には９０〜２００℃、好ましくは１２０〜１８０℃である。カラムの圧力は、典型的には１０ｐｓｉａ〜５００ｐｓｉａであり、約２０ｐｓｉａ〜５０ｐｓｉａの圧力が好ましい。
【００１４】
Ｆ2とアンモニウムイオン含有溶解物の反応は非常に発熱性であり、それゆえ、かなりの量の熱が放出される。カラムの温度は、カラムにおける液体溶解比と液体溶解物／Ｆ2反応体の流量率を制御することにより維持される。液体溶解比はカラム内で上昇し、例えば、初期の液体溶解比を超えて０．０１〜０．５、好ましくは０．０３〜０．１の量で上昇する。このことは、反応生成物の溶解比とフィードの溶解比の差が０．０１〜０．５、好ましくは０．０３〜０．１であることを意味する。このようなカラムから熱を除去するのは困難であるため、反応生成物の液体溶解比と入力液体フィードの溶解比の差が０．５を超えると暴走反応が起こる場合がある。
【００１５】
続いて図面を参照すると、反応生成物はカラム６の底部からライン８を介して回収され、しばしば脱圧されて相分離器１０で分離される。副生成物ＨＦ、Ｎ2Ｆ2、Ｎ2、他のフッ化物化合物、及び未反応Ｆ2を含有する粗ＮＦ3がライン１２を介して取り出され、液体アンモニウムイオン含有溶解物がライン１４を介して底部留分として取り出される。任意の好適な相分離装置が、相分離器１０として液相と気相を分離するのに使用できる。
【００１６】
ライン８中の反応生成物の出口温度は、入口温度よりも約１〜３０℃高くなるよう制御され、そのため、出口温度は、典型的には１２０〜２３０℃であり、好ましい範囲は１２８〜１９５℃である。相分離後のライン１４における液体溶解物の温度は、フラッシング及び相分離のためにライン８よりも１〜２０℃だけ低い。その場合、ライン１４の溶解物の圧力は１５ｐｓｉａ〜１５０ｐｓｉａになるよう制御され、好ましい範囲は２０ｐｓｉａ〜５０ｐｓｉａである。
【００１７】
ＮＦ3プロセスにおける廃液溶解物の低減は、カラム出口付近の温度の上昇と（反応温度の上昇に等しい）圧力の低下によって主として生じる。高温では、本プロセスで生成する副産物ＨＦは、液相、即ち、液体溶解物から蒸気相へ追い出される。（カラム６の底部区画におけるより高い温度の第２の利点は、ＮＦ3へのＦ2ガスの転化を促進させることである。少なくとも９５％の転化を達成することができる。）液体溶解廃棄物の量を完全に排除することが望ましい場合には、本プロセスは、ライン１２において気体生成物とともに取り出されるＨＦの量が反応により生成するＨＦの量と等しくなるよう制御することができる。あるいはまた、液相に蓄積する場合のある望ましくない不純物のための出口を与えるために、液体溶解廃棄物の量を低減するが完全には排除しないよう選択する場合には、これは、溶解比、したがって反応器の出口温度を調整することにより達成できる。記載したように、出口の溶解比は、入口の溶解比、特にはライン２及び４を介して導入されるＦ2／リサイクル溶解物の比を調節することにより制御することができる。出口温度は、典型的には入口温度よりも８〜２０℃の範囲内で高く、それによって９０％を超えるＦ2の転化が可能となる。
【００１８】
ライン１２のガスは、ＨＦを回収するためさらに下流で処理することができる。スクラビング、吸着又は任意の好適なプロセスにより、他のフッ化物の副産物とともに粗生成物ラインから残留Ｆ2と副産物Ｎ2Ｆ2を除去することができる。
【００１９】
ライン１４の液体溶解物は、ライン４を介して導入される液体溶解物フィードの溶解比よりも高いＨＦ／ＮＨ3源の溶解比を一般に有するか、又は入口の溶解比と同等であることができる。記載したように、本プロセスは、廃液溶解物が全くないかそれに近い状態で操作されることが好ましい。しかしながら、廃液溶解物の一部が生成する場合があり、したがって、それはパージライン１６を介して系から除去され、その液体溶解物は廃棄物とみなされ、したがって処分される。廃棄物とされる少量の液体溶解物が時々生成するような条件下でカラム６を操作することが有利である。このような場合に液体溶解廃棄物を除去することは、反応器の壁及び充填材から金属が溶解することによって形成されるリサイクル溶解物中の金属塩の濃度を制御するのに役立つ。
【００２０】
相分離器１０からの残留液体溶解物は、ライン１８を介して熱交換器２０に運ばれる。そこで、液体溶解物の温度が下げられ、したがって反応熱がプロセスから取り除かれる。約８０〜１４０℃の温度に冷却された溶解物は、ライン２２を介して取り出され、ポンプ２４の入口に装入され、そこで液体ラインの圧力が約２０〜５０ｐｓｉａに上げられる。このように、ポンプ２４により系を操作するのに必要なエネルギーが提供される。
【００２１】
より高圧の液体溶解物がポンプ２４から放出され、ライン２６を介して混合装置２８、例えば、一定撹拌槽反応器（「ＣＳＴＲ」）又はインラインの静的ミキサーに送られ、そこで新しいＮＨ3がライン３９を介して加えられ、必要に応じて、ライン３２を介して組成ＨＦが加えられる。任意選択で、ライン２からのＦ2を、図に示すようにカラム６の上部で混合されるよりはむしろこの時点で全体又は部分的に導入することができる。ＮＨ3、ＨＦ及びリサイクル溶解物の混合装置２８における反応は発熱性であり、結果として温度が上昇する。反応によって生成した熱は、ジャケットを介して混合装置において除去されるか、又は混合装置の後の熱交換器において除去される。次いで、得られた液体溶解物が混合装置２８から回収され、ライン４を介してカラム６の入口に導入されてリサイクルループが完了する。
【００２２】
本発明においては、任意のアンモニウムイオン源を使用し、適量のＨＦと組み合わせて運転範囲で液体の反応混合物が生成するようにすることができる。アンモニウムイオン源の例としては、以下の式、即ち、Ａ：（ＮＨ4）yＭＦz・ｎＨＦ（式中、Ｍは元素の周期表の１族から１８族より選択される１つ又は複数の元素であり、ｙは１〜４の数であり、ｚは２〜８の数であり、ｎは反応混合物中で液体として化合物を維持するのに十分な量である）及びＢ：（ＮＨ4）yＭxＡ・ｎＨＦ（式中、Ｍは元素の周期表の１族から１８族より選択される１つ又は複数の元素であり、ｘは１又は２であり、Ａはアニオン、例えば、炭酸塩、重炭酸塩、リン酸塩、硫酸塩、硝酸塩、過ヨウ素酸塩、過臭素酸塩、又は過塩素酸塩よりなる群からのアニオンであり、ｙは０〜２の数であり、ｘは１〜３の数である）で記載される、フルオロ金属酸アンモニウムとある特定量のＨＦとの反応により得ることができるフルオロ金属酸アンモニウムポリ（フッ化水素）が挙げられる。
【００２３】
式Ａで表される化合物の例としては、（ＮＨ4）2（Ｂ12Ｆ12）、ＮＨ4ＢｒＦ6、ＮＨ4ＩＦ6、ＮＨ4ＣｌＦ6、ＮＨ4ＶＦ6、ＮＨ4ＲｕＦ7、（ＮＨ4）3ＦｅＦ6、（ＮＨ4）2ＳｉＦ6、（ＮＨ4）3ＡｌＦ6、ＮＨ4ＳｂＦ6、ＮＨ4ＡｓＦ6、ＮＨ4ＢｉＦ6、ＮＨ4Ｓｂ2Ｆ11、ＮＨ4Ａｓ2Ｆ11、ＮＨ4Ｓｂ3Ｆ16又はそれらの組み合わせが挙げられる。式Ｂで表される好適なアンモニウムイオン化合物の具体例としては、ＮＨ4ＮＯ3、（ＮＨ4）3ＰＯ4、（ＮＨ4）2ＳＯ4、（ＮＨ4）2ＣＯ3、ＮＨ4ＨＣＯ3、ＮＨ4ＨＳＯ4、ＮＨ4ＩＯ4、ＮＨ4ＣｌＯ4及びＮＨ4ＢｒＯ4が挙げられるがそれらに限定されない。すべての化合物のうち、酸性フッ化アンモニウムが好ましいアンモニウム源反応体である。
【００２４】
以下の例は、本発明の種々の実施態様を説明するために与えられるが、本発明の範囲を限定しようとするものではない。
【実施例】
【００２５】
［例１］
［充填カラムの並流反応器の使用］
図１で表されるプロセスにおいて、ＮＨ3を含有するアンモニウムイオン源溶解物を直径６ｍｍ、空隙率０．４６のラシヒリングのランダム充填で満たされたカラム６に導入する。純粋なＦ2ガスをライン２を介して反応器の上部区画にさらに導入する。カラム６の反応体入口温度は１３０℃である。液体溶解物とガスの混合物をカラムに通して下方に流しながら、Ｆ2とＮＨ3が反応してＮＦ3を生成するように、重力と外圧により十分に分散された相を形成する。Ｆ2とＮＨ3の反応は発熱性であり、結果としてカラム内の流体相の温度が上昇する。カラムの底部付近で温度が最も高く、例えば、１４４℃であり、その結果、反応の間に形成したＨＦの大部分又はすべてが気化する。窒素、副産物及び未転化Ｆ2を含有するライン１２の粗ＮＦ3を相分離器１０から取り出し、このラインからＨＦを回収する。ライン１４の液体（溶解物）ラインを冷却し、圧力を上げてＮＨ3及びＨＦと混合した後、カラム６にリサイクルする。
【００２６】
下表に反応器の操作をまとめる。
【００２７】
【表１】
2006089371.tif 000003
【００２８】
下表にプロセスの全体的な物質収支をまとめる。
【００２９】
【表２】
2006089371.tif 000004
【００３０】
下方流れの並流反応器の設計パラメータは、以下の要件を一般に有する。
・Ｆ2転化率＝少なくとも９５％、好ましくは少なくとも９８％
・２．４≦溶解比≦５．０
・５０℃≦反応器温度≦１４４℃
・反応器圧力＞１０ｐｓｉａ〜５００ｐｓｉａ、好ましくは２０〜５０ｐｓｉａ
【００３１】
［例２］
［並流反応器としてのモノリスカラムの使用］
モノリスカラムを充填カラムの代わりに使用する以外は、図１の手順を繰り返す。モノリスカラム６自体は、種々の形状、例えば、円形、正方形、長方形又は六角形の長さに沿って延びるチャンネルを有する構造から構成される。この構造は、断面積１平方インチ当たり１０〜１０００のセルを含むことができる。
【００３２】
液体起動ガスエジェクター３４をモノリスカラム６の入口に設けることができる。液体起動ガスエジェクター３４において、モノリスカラム中の混合と物質移動の両方を促進させる条件下で、液体溶解物が反応体のＦ2ガスと組み合わせられる。液体起動ガスエジェクターにより気体−液体混合物をカラムに与える圧力の制御が可能となるので、これらの改良を達成することができる。圧力差はポンド／平方インチ（相対値）（ｐｓｉｇ）として表される。圧力差は、典型的には０〜約３０ｐｓｉｇであることができるが、好ましくは０．５〜約２０ｐｓｉｇである。
【００３３】
要約すると、カラム６の入口又は流入口で比較的低温で以ってＦ2とアンモニウムイオン源から構成されるフィードを並流導入すると、ＮＦ3に関して高い選択性をもたらす反応が得られる。そして、反応生成物の最も高い温度がカラム出口で達成される状態で反応媒体の温度がカラム中で上昇し、Ｆ2の転化がより高くなることが有利である。このような操作により、気体生成物のライン１２中の未転化Ｆ2が少なくなる。入口の溶解比とは対照的に、カラム出口付近で温度が高く、酸価（溶解比）がより高いことは、気体生成物のライン１２中のＨＦ濃度を高くするのに有利である。
【００３４】
気体生成物のライン１２中の蒸気としてのＨＦを除去することにより、プロセスから生成する液体廃棄物が相当に低減される。フィードの溶解比、気体−液体の流量及び温度を適切に選択することにより、プロセスによって生成するほとんどすべての副産物ＨＦを、ＮＦ3の収量を犠牲にすることなく蒸気として回収することができる。カラム中の気体及び液体の速度が低いと、従来、ＮＦ3の生成で用いられている撹拌槽反応器で受けるエロージョン及びコロージョンもまた低減される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】ＮＦ3を生成するためのフローダイアグラムである。
【符号の説明】
【００３６】
６    カラム
１０    相分離器
２０    熱交換器
２４    ポンプ
２８    混合装置
３４    液体起動ガスエジェクター
【図１】
2006089371.tif 000005
【外国語明細書】
2006089371000001.pdf