способ очистки тетрафторметана и его применение
Классы МПК: | C07C17/389 адсорбцией на твердых веществах C07C17/10 атомов водорода C07C17/007 из углерода или карбидов и галогенов C07C19/08 содержащие фтор |
Автор(ы): | ОНО Хиромото (JP), ОХИ Тосио (JP) |
Патентообладатель(и): | СОВА ДЕНКО К.К. (JP) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-04-26 публикация патента:
10.11.2003 |
Изобретение относится к очистке тетрафторметана, который используют в качестве газа для травления или очищающего газа в производстве полупроводниковых устройств. Способ осуществляют путем взаимодействия тетрафторметана, содержащего в качестве примесей одно или несколько производных этилена, одно или несколько углеводородных соединений, монооксид углерода и/или диоксид углерода, с целитом и/или углеродсодержащим адсорбентом. Используют цеолит со средним размером пор, равным
, и соотношением Si/Al, равным 1,5 или менее, углеродсодержащий адсорбент со средним размером пор, равным
Взаимодействие осуществляют в жидкой фазе. Цеолит выбирают из группы, состоящей из MS-4А, MS-5А, MS-10Х и MCS-13Х. Углеродсодержащий адсорбент представляет собой углеродные молекулярные сита 4А и/или углеродные молекулярные сита 5А. Технический результат - повышение чистоты целевого продукта. 10 з.п. ф-лы, 11 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11


Формула изобретения
1. Способ очистки тетрафторметана, снижающий содержание примесей, включающий контактирование тетрафторметана, содержащего в качестве примесей одно или несколько производных этилена, один или несколько углеводородных соединений, монооксид углерода и/или диоксид углерода, с цеолитом со средним размером пор, равным

2. Способ по п. 1, в котором тетрафторметан, содержащий указанные примеси, контактирует с цеолитом и/или углеродсодержащим адсорбентом в жидкой фазе. 3. Способ по п. 1 или 2, в котором используют, по крайней мере, один цеолит, выбранный из группы, состоящей из MS-4A, MS-5A, MS-10X и MS-13X. 4. Способ по п. 1 или 2, в котором углеродсодержащий адсорбент представляет собой углеродные молекулярные сита 4А и/или углеродные молекулярные сита 5А. 5. Способ по любому из пп. 1-4, в котором одно или несколько производных этилена выбраны из группы, состоящей из этилена, фторэтилена, дифторэтилена и тетрафторэтилена. 6. Способ по п. 5, в котором одно или несколько производных этилена представляют собой этилен и/или тетрафторэтилен. 7. Способ по любому из пп. 1-4, в котором одно или несколько углеводородных соединений выбраны из группы, состоящей из метана, этана и пропана. 8. Способ по п. 7, в котором один или несколько углеводородных соединений представляют собой метан и/или этан. 9. Способ по любому из пунктов 1-8, в котором общее содержание одного или нескольких производных этилена, одного или нескольких углеводородных соединений, монооксида углерода и диоксида углерода, в тетрафторметане снижают до 3 ppm или менее. 10. Способ по любому из пп. 1-9, в котором тетрафторметан, содержащий в качестве примесей одно или несколько производных этилена, одно или несколько углеводородных соединений, монооксид углерода и/или диоксид углерода, получают методом непосредственного фторирования путем реакции трифторметана с газообразным фтором. 11. Способ по любому из пп. 1-9, в котором тетрафторметан, содержащий в качестве примесей одно или несколько производных этилена, одно или несколько углеводородных соединений, монооксид углерода и/или диоксид углерода, получают методом непосредственного фторирования путем реакции углерода с газообразным фтором. Приоритет по пунктам:
28.04.2000 - по пп. 1-11,
07.09.2000 - по пп. 2-11, уточнение признаков по пп. 1-11.
Описание изобретения к патенту
Область техники, к которой относится изобретениеИзобретение относится к способу очистки тетрафторметана (далее он может быть обозначен как "FC-14" или "CF4") и применению очищенного тетрафторметана. Предшествующий уровень техники
FC-14 применяется в качестве газа для травления или как очищающий (осветляющий) газ, например, в производстве полупроводниковых устройств, в связи с чем необходима высокая степень очистки продукта. Для получения FC-14 были предложены различные способы. Особенно хорошо известны, например, следующие из них:
1) способ, основанный на взаимодействии дихлордифторметана с фтористым водородом в присутствии катализатора;
2) способ, основанный на взаимодействии монохлортрифторметана с фтористым водородом в присутствии катализатора;
3) способ, основанный на взаимодействии трифторметана с газообразным фтором;
4) способ, основанный на взаимодействии углерода с газообразным фтором; и
5) способ термического разложения тетрафторэтилена. Однако эти способы получения FC-14 вызывают трудности из-за того, что промежуточные продукты для FC-14 или побочные продукты реакции или примеси, входящие в состав исходного сырья, образуют азеотропную или близкую к азеотропной смеси с целевым продуктом - FC-14, либо делает его выделение чрезвычайно затруднительным. С целью преодоления указанных трудностей был, например, предложен способ очистки, предусматривающий обработку FC-14, содержащего в качестве примеси трифторметан (СНF3), цеолитом или углеродсодержащим адсорбентом (см. патент Японии 2924660). Сущность изобретения
До сих пор не был известен приемлемый в промышленном отношении способ, в котором FC-14, содержащий в качестве примесей соединения этилена, углеводородные соединения, монооксид углерода и/или диоксид углерода, очищают в результате которого может быть получен высокоочищенный FC-14, практически без указанных примесей и который является достаточно рентабельным. При данных обстоятельствах и было разработано настоящее изобретение, задачей которого является способ очистки, в соответствии с которым FC-14 контактирует с адсорбентом, с целью удаления в результате адсорбции вышеуказанных примесей с последующим получением высокоочищенного FC-14 и который является рентабельным при промышленном осуществлении. В результате проведенных всесторонних исследований для решения вышеописанных проблем авторами данного изобретения было установлено, что в способе получения высокоочищенного FC-14, в том случае, когда FC-14, содержащий в качестве примесей соединения этилена, углеводородные соединения, монооксид углерода и/или диоксид углерода, приводят в контакт с адсорбентом, содержащим цеолит с определенным средним размером пор и определенным соотношением Si/Al, и/или углеродсодержащим адсорбентом (Molecular Sieving Carbon) с определенным средним размером пор, примеси могут избирательно адсорбироваться и удаляться, при этом может быть получен высокоочищенный FC-14, практически свободный от примесей. С учетом указанных обстоятельств было разработано настоящее изобретение. Таким образом, настоящее изобретение относится к способу очистки тетрафторметана и применению очищенного тетрафторметана, которые описаны ниже в (1)-(15). (1) Способ очистки тетрафторметана, приводящий к снижению содержания примесей, включающий контактирование тетрафторметана, содержащего в качестве примесей одно или несколько соединений этилена, одно или несколько углеводородных соединений, монооксид углерода и/или диоксид углерода, с цеолитом со средним размером пор от 3,4 до


(2) Способ, как описано выше в (1), в котором тетрафторметан, содержащий примеси, контактирует с цеолитом и/или углеродсодержащим адсорбентом в жидкой фазе. (3) Способ, как описано выше в (1) или (2), в котором, по крайней мере, один цеолит выбирают из группы, состоящей из MS-4A, MS-5A, MS-10X и MS-13X. (4) Способ, как описано выше в (1) или (2), в котором углеродсодержащий адсорбент представляет собой 4А углеродные молекулярные сита и/или 5А углеродные молекулярные сита. (5) Способ, как описано выше в любом из (1)-(4), в котором одно или несколько производных этилена выбраны из группы, состоящей из этилена, фторэтилена, дифторэтилена и тетрафторэтилена. (6) Способ, как описано выше в (5), в котором одно или несколько производных этилена представляют собой этилен и/или тетрафторэтилен. (7) Способ, как описано выше в любом из (1)-(4), в котором одно или несколько углеводородных соединений выбраны из группы, состоящей из метана, этана и пропана. (8) Способ, как описано выше в (7), в котором один или несколько углеводородных соединений являются метаном и/или этаном. (9) Способ, как описано выше в одном из (1)-(8), в котором общее содержание одного или нескольких соединений этилена, одного или нескольких углеводородных соединений, монооксида углерода и диоксида углерода, содержащихся в тетрафторметане, снижают до 3 ppm или менее. (10) Способ, как описано выше в любом из (1)-(9), в котором тетрафторметан, содержащий в качестве примесей одно или несколько соединений этилена, одно или несколько углеводородных соединений, монооксид углерода и/или диоксид углерода, получают методом непосредственного фторирования путем реакции трифторметана с газообразным фтором. (11) Способ, как описано выше в любом из (1)-(9), в котором тетрафторметан, содержащий одно или несколько соединений этилена, одно или несколько углеводородных соединений, монооксид углерода и/или диоксид углерода в качестве примесей, получают методом непосредственного фторирования путем реакции углерода с газообразным фтором. (12) Продукт, представляющий собой тетрафторметан, имеющий чистоту 99,9997 мас. % и выше, полученный путем очистки, осуществленной согласно способу, описанному выше в одном из (1)-(11). (13) Газ для травления, содержащий тетрафторметан, описанный в (12) выше. (14) Очищающий газ, содержащий тетрафторметан, описанный в (12) выше. В общем настоящее изобретение относится к "способу очистки тетрафторметана, включающему для снижения содержания примесей контактирование FC-14, содержащего в качестве примесей одно или несколько соединений этилена, одно или несколько углеводородных соединений, монооксид углерода и/или диоксид углерода, с цеолитом со средним размером пор от 3,4 до


Для получения FС-14 известны, например, способ взаимодействия трифторметана с газообразным фтором, способ взаимодействия углерода с газообразным фтором и способ термического разложения тетрафторэтилена. При использовании этих способов получаемый FC-14 в качестве примесей содержит одно или несколько соединений этилена, одно или несколько углеводородных соединений, монооксид углерода и/или диоксид углерода, а также из-за примесей в исходном сырье, целевой продукт содержит, например, органические следовые примеси, следовые количества кислорода, следовые количества воды и т.п. Производные этилена могут быть одним или несколькими соединениями, выбранными из этилена (CH2=CH2), монофторэтилена (CH2=CHF), дифторэтилена (СН2= CF2) и тетрафторэтилена (CF2=CF2). Углеводородные соединения могут быть одним или несколькими соединениями, выбранными из метана (CH4), этана (С2Н6) и пропана (C3H8). Точки кипения целевого FC-14 и этих примесей при атмосферном давлении показаны в таблице 1. Эти примеси очень трудно отделить перегонкой, потому что целевой FC-14 образует с ними смесь, близкую к азеотропной, или потому, что как видно из данных таблицы 1, точки кипения очень близки. Для того чтобы преодолеть указанные трудности при осуществлении обычной процедуры перегонки, увеличивают число ступеней в дистилляционной колонне или число дистилляционных колонн с тем, чтобы уменьшить содержание примесей настолько, насколько это возможно, однако, этот путь невыгоден, и, кроме того, вряд ли может быть получен высокоочищенный FC-14, практически свободный от примесей. В настоящем изобретении для селективного адсорбирования с целью удаления указанных примесей в FC-14 используют адсорбент - цеолит со средним размером пор от 3,4 до


















Углерод взаимодействует с газообразным фтором в присутствии газа-разбавителя, не прореагировавший газ, образующий фтор, удаляют, а газ-продукт, обогащенный FC-14, очищают фракционной перегонкой согласно общепринятому способу. Затем полученный газ анализируют с помощью газовой хроматографии, полученный в результате FC-14 имеет состав, показанный в таблице 2. Пример 2. Исходное сырье для FC-14
Дифторметан (CH2F2) подвергают взаимодействию с газообразным фтором в присутствии газа-разбавителя, затем прореагировавший газ подают в колонну щелочной очистки для удаления образовавшегося фтористого водорода и небольшого количества непрореагировавшего фтора. Полученный газ, обогащенный FC-14, очищают фракционной перегонкой согласно известному методу и анализируют с помощью газовой хроматографии. В результате полученный FC-14 имеет состав, приведенный в таблице 3. Пример 1
В цилиндрический реактор из нержавеющей стали объемом 200 мл загружали 20 г цеолита (Молекулярные сита 4 ангстрем, выпускается Union Showa К.К., средний размер пор:


В цилиндрический реактор из нержавеющий стали объемом 200 мл загружали 20 г цеолита (Молекулярные сита 13Х, выпускаются Union Showa К.К., средний размер пор:


В цилиндрический реактор из нержавеющий стали объемом 200 мл загружали 20 г углеродсодержащего адсорбента (Углеродные молекулярные сита, выпускаются Takeda Jakuhin Koqyo К.К., средний размер


В цилиндрический реактор из нержавеющий стали объемом 200 мл загружали 15 г цеолита (Молекулярные сита 4 ангстрем, выпускаются Union Showa К.К., средний размер пор:


В цилиндрической реактор из нержавеющий стали объемом 200 мл загружали 20 г цеолита (Молекулярные сита ХН-9, выпускаются Union Showa К.К., средний размер пор:


В цилиндрический реактор из нержавеющий стали объемом 200 мл загружали 20 г цеолита (H-ZSM-5, выпускается N.E. Chemcat К.К., средний размер пор:


В цилиндрический реактор из нержавеющий стали объемом 200 мл загружали 20 г углеродсодержащего адсорбента (активированный уголь, Particulate SHIROSAGI KL, выпускается Takeda Jakauhin Koqio К.К., средний размер пор:


В соответствии с данным изобретением примеси, содержащиеся в тетрафторметане, которые до настоящего времени было трудно удалить (в частности, производные этилена, углеводородные соединения, монооксид и/или диоксид углерода), теперь можно удалить. После осуществленной очистки высокоочищенный тетрафторметан может использоваться как газ для травления или как очищающий газ.
Класс C07C17/389 адсорбцией на твердых веществах
Класс C07C17/10 атомов водорода
Класс C07C17/007 из углерода или карбидов и галогенов
Класс C07C19/08 содержащие фтор