本發(fā)明屬于氟化工和電子工業(yè)氣體領域領域，具體涉及一種合成碳酰氟的方法及裝置。
背景技術：
碳酰氟(COF2)廣泛用于半導體制造過程中的清潔氣體和刻蝕氣體，由于其具有非常低的全球變暖潛能(GWP)，故逐步替代了全氟化碳(PFC)和三氟化氮(NF3)等常規(guī)的清潔氣體和刻蝕氣體，另外碳酰氟在液晶制造領域的應用也有報道。
目前，按照反應原料種類分類，碳酰氟的合成方法主要分成四種。
1:一氧化碳或二氧化碳與氟氣或二氟化銀反應
日本專利特開平11-116216號公報、日本專利特開2003-267712號公報、日本專利特許第3707917號公報、中國專利ZL20048036110.8、中國專利ZL200580043042.2等對此種合成方法有所報道。若使用氟氣反應，由于其具有強烈的腐蝕性，設備成本非常高昂，另外氟氣容易發(fā)生爆炸，而反應后產物中含有四氟化碳(CF4)等不易分離的雜質，導致碳酰氟純度低。二氧化銀具有很高的反應性和吸水性，容易與空氣中的水反應分解，從而降低碳酰氟的產率及純度。
2:碳酰氯(也稱光氣)與氟化氫、三氟化銻、三氟化砷或氟化鈉等氟化試劑反應:美國專利第2836622號、美國專利3088975號、EPO253527號公報、日本專利特開2004-262679號公報、日本專利特開昭54-158396號公報等對此種合成方法有所報道。反應過程中使用的光氣具有高毒性，另外反應產物中可能含有碳酰氟氯、二氧化碳和氟化氫等雜質，不易分離，導致碳酰氟純度低。
3:三氟甲烷與氧氣反應
WO2005/105668號公報、WO2005/085129號公報等對此種方法有所報道。反應需要在500℃的高溫條件下進行，另外產物中含有二氧化碳，不易分離，導致碳酰氟純度低?；蛘叻磻诠廨椛湎逻M行，不易工業(yè)生產。另外，三氟甲烷屬于溫室氣體，使用受到限制。
4:四氟乙烯或六氟丙烯與氧氣反應
美國專利3639429號、美國專利3404180號、RU(11)2167812、WO2007/037468、PCT/2006/319652、CN102815686A、WO2011/122544等對此種合成方法有所報道。四氟乙烯與氧氣直接反應容易爆炸，為避免爆炸，通常需要添加昂貴的氣體狀氟化物作稀釋劑，增加了生產成本。另外，四氟乙烯在工業(yè)是通過高溫分解一氯二氟甲烷獲得的,產物中含有大量雜質，不易分離提純，進一步會影響碳酰氟的純度。六氟丙烯與氧氣反應會聯(lián)產六氟環(huán)氧丙烷，還需要進一步的分離工序。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術或者不易分離，或者不易于工業(yè)化的缺點，提供一種合成碳酰氟的方法及裝置。
為實現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術方案是：
一種合成碳酰氟的方法，以全氟烷基碘為原料，在氧氣氛下與所述的全氟烷基碘在加熱條件下得到碳酰氟。
所述的加熱條件為加熱溫度為250℃-650℃，所述的氧氣的濃度為20％-100％,通入氧氣的速度為100ml/min-500ml/min。
包含下述步驟，1)：將所述的全氟烷基碘加熱為氣體；2)：步驟1)生成的全氟烷基碘氣體連同氧氣混合后在加熱條件下得到碳酰氟。
所述的步驟2)中全氟烷基碘氣體連同氧氣混合后通入管式爐，在所述的管式爐中進行加熱后得到碳酰氟。
所述的加熱條件為加熱溫度為350℃-550℃，所述的氧氣的濃度為60％,通入氧氣的速度為300ml/min。
所述的全氟烷基碘為全氟辛烷基碘，全氟癸烷基碘，全氟十二烷基碘，或者全氟十四烷基碘的一種或者幾種的混合。
一種合成碳酰氟的裝置，包括依次連通的，進氣瓶、設置在加熱套上方的且設有溫度計的多口反應瓶、加熱反應管、產品收集瓶以及尾氣處理裝置；
所述的加熱反應管成螺旋狀并置于管式爐中；
所述的產品收集瓶置于冷阱中。
所述的加熱反應管的入口端以及出口端分別固定有加熱帶；
所述的加熱帶蛇形纏繞在所述的反應管的入口端及出口端。
所述的產品收集瓶上端設有用于取樣的開口。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：
本發(fā)明采用全氟烷基碘為反應物，提出一種全新的方法生產碳酰氟，避免了使用氟氣、光氣等強腐蝕、高毒性的氣體，也避免了使用三氟甲烷這種溫室氣體，反應過程相對溫和，并不需要過高的溫度且無爆炸的風險，關鍵是反應產物中沒有二氧化碳或氟化氫等氣相副產物產生，有利于獲得高純度的碳酰氟。本發(fā)明對以全氟烷基碘為反應物，在氧氣氛圍下的反應進行了優(yōu)化，將所述全氟烷基碘加熱為氣體；然后將加熱后的氣體連同氧氣混合后在加熱條件下得到碳酰氟，該方法得到的碳酰氟的無論產量以及純度都有一定的提高。
同時本發(fā)明還提供一種合成碳酰氟的裝置，該裝置針對合成碳酰氟的方法，設計了一種新型的聯(lián)通裝置，該裝置首先設計在加熱套的作用下將全氟烷基碘進行加熱氣化，氣化后的全氟烷基碘連同通入的氧氣一同傳遞至加熱反應管中，所述的加熱反應官成環(huán)形狀，并且放置與管式爐中，環(huán)形狀的設置增大反應氣體的體積；同時在加熱反應管的進口端和出口端分別設置蛇形纏繞的加熱帶可以防止全氟烷基碘冷凝后堵塞管路。所述的產品收集瓶上端設有用于取樣的開口方便對反應進行隨時的監(jiān)控，同時產品收集瓶后面連接一個盛有甲醇的尾氣處理瓶，碳酰氟與甲醇反應生成碳酸二甲酯，可以通過氣相色譜檢測。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的合成碳酰氟裝置結構示意圖。
具體實施方式
為了使本技術領域的技術人員更好地理解本發(fā)明的技術方案，下面結合附圖和最佳實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
圖1示出一種合成碳酰氟的裝置，包括依次連通的,進氣瓶、設置在加熱套1上方的且設有溫度計2的多口反應瓶3(本實施例中為三口反應瓶)、加熱反應管4、產品收集瓶8以及尾氣處理裝置10；所述的加熱反應管4成螺旋狀并置于管式爐中；所述的產品收集瓶7置于冷阱6中。所述的加熱反應管的入口端以及出口端分別固定有加熱帶9；所述的加熱帶9蛇形纏繞在所述的反應管的入口端及出口端。所述的產品收集瓶上端設有用于取樣的開口8。
該裝置針對合成碳酰氟的方法，設計了一種新型的聯(lián)通裝置，該裝置首先設計在加熱套的作用下將全氟烷基碘進行加熱氣化，氣化后的全氟烷基碘連同 通入的氧氣一同傳遞至加熱反應管中，所述的加熱反應官成環(huán)形狀，并且放置與管式爐中，環(huán)形狀的設置增大反應氣體的體積；同時在加熱反應管的進口端和出口端分別設置蛇形纏繞的加熱帶可以防止全氟烷基碘冷凝后堵塞管路。所述的產品收集瓶上端設有用于取樣的開口方便對反應進行隨時的監(jiān)控，同時產品收集瓶后面連接一個盛有甲醇的尾氣處理瓶，碳酰氟與甲醇反應生成碳酸二甲酯，可以通過氣相色譜檢測。
實施例1,將60g全氟烷基碘混合物(TI-n)，75％為TI-10(全氟癸烷基碘),16％為TI-12(全氟十二烷基碘)，其余為TI-8(全氟辛烷基碘)、TI-14及(全氟十四烷基碘)其他微量雜質，加入到100ml的三口反應瓶中，反應瓶的其中一個端口用于與進氣瓶(本實施例中為氧氣瓶)連接，中間的端口用于放置溫度計，另外一個端口用于與加熱反應管4連接，本實施例中加熱反應管為長為5m、內徑為6mm的不銹鋼環(huán)形螺旋管，其中，螺旋管的螺旋部分放置在管式爐5中，直管部分纏繞加熱帶9進行加熱以防全氟烷基碘冷凝堵塞管路。
加熱TI-n到150℃使其氣化，之后以300ml/min的氣速鼓入氧氣濃度為60％的O2/N2混合氣，管式爐的溫度為450℃，反應直到進氣管接觸不到TI-n液面為止。在產品收集瓶的開口處取樣進行紅外測試顯示有COF2的特征峰，尾氣處理瓶中的液體用氣相色譜分析顯示有碳酸二甲酯生成，進一步證明有COF2生成,產率95％，純度99％。
實施例2，將60g全氟十二烷基碘加熱到150℃使其氣化，之后以300ml/min的氣速鼓入高純氧氣，管式爐的溫度為350℃，反應直到進氣管接觸不到TI-n液面為止。在產品收集瓶的開口處取樣進行紅外測試顯示有COF2的特征峰，尾氣處理瓶中的液體用氣相色譜分析顯示有碳酸二甲酯生成，進一步證明有COF2生成,產率92％，純度99％。
實施例3，將60g全氟辛烷基碘加熱到150℃使其氣化，之后以300ml/min的氣速鼓入氧氣濃度為60％的O2/N2混合氣，管式爐的溫度為550℃，反應直到進氣管接觸不到TI-n液面為止。紅外測試顯示有COF2的特征峰，另外還有C＝C的特征峰，說明反應溫度過高產生四氟乙烯，尾氣處理瓶中的液體用氣相色譜分析顯示有碳酸二甲酯生成，進一步證明有COF2生成，產率55％，純度62％。
實施例4，將60g全氟癸烷基碘和全氟十二烷基碘的混合物(40％為TI-10，60％為TI-12)加熱到150℃使其氣化，之后以500ml/min的氣速鼓入高純氧氣，管式爐的溫度為250℃，反應直到進氣管接觸不到TI-n液面為止。紅外測試顯 示有COF2的特征峰，尾氣處理瓶中的液體用氣相色譜分析顯示有碳酸二甲酯生成，進一步證明有COF2生成，產率85％，純度90％。
實施例5，加熱TI-n到150℃，之后以300ml/min的氣速鼓入氧氣濃度為60％的O2/N2混合氣，管式爐的溫度為650℃，反應直到進氣管接觸不到TI-n液面為止。紅外測試顯示只有C＝C的特征峰，說明反應溫度過高產生四氟乙烯，無COF2產生，尾氣處理瓶中的液體用氣相色譜分析只有甲醇，沒有碳酸二甲酯生成，進一步證明沒有COF2生成。
實施例6，加熱TI-n到150℃，之后以300ml/min的氣速鼓入空氣，管式爐的溫度為450℃，反應直到進氣管接觸不到TI-n液面為止。紅外測試顯示有COF2的特征峰，尾氣處理瓶中的液體用氣相色譜分析顯示有碳酸二甲酯生成，進一步證明有COF2生成，產率38％，純度42％。
實施例7，加熱TI-n到150℃，之后以300ml/min的氣速鼓入空氣，管式爐的溫度為550℃，反應直到進氣管接觸不到TI-n液面為止。紅外測試顯示有COF2的特征峰，尾氣處理瓶中的液體用氣相色譜分析顯示有碳酸二甲酯生成，進一步證明有COF2生成，產率65％，純度70％。
實施例8，加熱TI-n到150℃，之后以300ml/min的氣速鼓入高純氧氣，管式爐的溫度為450℃，反應直到進氣管接觸不到TI-n液面為止。紅外測試顯示有COF2的特征峰，另外還有C＝C的特征峰，說明反應溫度過高產生四氟乙烯，尾氣處理瓶中的液體用氣相色譜分析顯示有碳酸二甲酯生成，進一步證明有COF2生成，產率48％，純度54％。
實施例9，加熱TI-n到150℃，之后以300ml/min的氣速鼓入高純氧氣，管式爐的溫度為350℃，反應直到進氣管接觸不到TI-n液面為止。紅外測試顯示有COF2的特征峰，尾氣處理瓶中的液體用氣相色譜分析顯示有碳酸二甲酯生成，進一步證明有COF2生成，產率90％，純度95％。
實施例10，加熱TI-n到150℃，之后以100ml/min的氣速鼓入氧氣濃度為60％的O2/N2混合氣，管式爐的溫度為450℃，反應直到進氣管接觸不到TI-n液面為止。紅外測試顯示有COF2的特征峰，尾氣處理瓶中的液體用氣相色譜分析顯示有碳酸二甲酯生成，進一步證明有COF2生成，產率40％，純度45％。
實施例11，加熱TI-n到150℃，之后以100ml/min的氣速鼓入氧氣濃度為60％的O2/N2混合氣，管式爐的溫度為550℃，反應直到進氣管接觸不到TI-n液面為止。紅外測試顯示有COF2的特征峰，尾氣處理瓶中的液體用氣相色譜分析 顯示有碳酸二甲酯生成，進一步證明有COF2生成，產率78％，純度82％。
實施例12，加熱TI-n到150℃，之后以500ml/min的氣速鼓入氧氣濃度為60％的O2/N2混合氣，管式爐的溫度為350℃，反應直到進氣管接觸不到TI-n液面為止。紅外測試顯示有COF2的特征峰，尾氣處理瓶中的液體用氣相色譜分析顯示有碳酸二甲酯生成，進一步證明有COF2生成，產率93％，純度99％。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。