四氟化碳电子气体的合成与纯化

1.1 四氟化碳的合成
  由于氟碳直接合成四氟化碳的反应剧烈，并存在爆炸的危险，因此如何抑制爆炸，使反应稳定且快速完成是合成过程的关键。
  日本专利[4-5]采用了不同的卤素氟化物做抑爆剂，如BrF3、IF5。然而BrF3、IF5也同样具有很强的化学活性，抑爆的同时却增加了新的危险因素。该工艺对设备的要求较为苛刻，设备结构复杂，成本高，且该剂价格昂贵。
介绍了用氟气与炭含量>=90％的活性炭合成CF4的方法。此法起始反应易进行，但随着反应的进行，反应器内会积累越来越多的灰分，使氟气与活性炭接触面积越来越小，造成反应器和管道堵塞，最终导致生产效率低。
  另外，介绍了在引燃气（如二氟甲烷）的作用下，有利于氟气与碳直接反应制备四氟化碳的方法。据称，该法生产的粗产品纯度可达95％以上。但由于该法引入了引燃气，在初始反应时，如控制不当，很可能发生剧烈爆炸，且该法操作复杂，氟气损耗大，生产成本高。
  我公司自主研发了使用固体引燃剂的生产工艺，该工艺能够有效地使氟气与碳安全稳定高效的生产，粗品纯度可达90％以上。
1.2  产品纯化
1.2.1 粗品纯化
  从反应器出来的混合气含有四氟化碳、微量氟气、氟化氢、二氧化碳、一氧化碳、六氟乙烷、八氟丙烷等气体成分，需要进行粗品的净化。
1.2.1.1碱洗
  本工艺生成的混合气通过10％-50％的碱水溶液，能有效除掉混合气中的酸性气体，如微量氟气、氟化氢和部分二氧化碳。该碱水溶液可以是NaOH、Ca(OH)2或KOH。碱洗过程可以是多级。
1.2.1.2 吸附
  经碱洗后的混合气体中含有大量的水分和二氧化碳等杂质，需要通过吸附过程而去除。吸附法有常压吸附、加压吸附以及低温吸附三种，我公司采用先用硅胶或其他能够大量吸附水分的吸附剂除去粗品中的大部分水分，再用分子筛除去剩余的H2O和CO2等杂质。
1.2.2 精馏—吸附法生产高纯四氟化碳
  粗品经净化吸附后，再经精馏—吸附可生产高纯四氟化碳产品。
  四氟化碳精馏一般采用低温精馏方式，包括：低温间歇精馏、低温连续精馏、低温加压精馏以及吸附—低温精馏。如核工业部理化工程研究院低温精馏分离技术、中核红华特种气体股份有限公司的低温加压技术、光明化工研究设计院的吸附—低温精馏技术等。
  我公司根据自主研发的四氟化碳生产工艺特点，设计了低温连续的两级精馏—吸附技术。该技术稳定连续，其中水分可控制在0.5×(10)ˉ6以下，生产的四氟化碳产品达到蚀刻级标准。其两级精馏—吸附生产系统工艺流程图如图1所示。