使用还原剂制备无水卤化氢的制作方法
【专利说明】使用还原剂制备无水卤化氢 相关申请
[0001] 本申请要求于2012年9月7日提交的美国临时专利申请号61/698,536和2013 年2月15日提交的美国专利申请号13/769, 184的权益，出于所有的目的将它们通过引用 结合在此，正如在此完全陈述的那样。 发明背景 发明领域
[0002] 本发明涉及一种在一个热还原反应器中在温度和压力下使用还原剂完全还原无 机卤化物以获得非卤素无机物质和/或其氢化物以及优选地还有无水卤化氢的方法。 发明背景
[0003] 卤化氢在化学工业中是非常有价值的物质，因为它们是能够用于不同方法中的主 要卤素来源。氟化氢是一种特别重要的卤化氢。它在环境温度下是一种无色液体，提供氟 的主要工业来源并且因此是许多重要的有机和无机氟化物的前体。
[0004] 无水氟化氢因其相对快速地扩散通过多孔物质的能力已知。出于这个原因，无水 氟化氢通常用在氟化的物质（所谓的有机和无机氟化物）的生产中。这些材料主要是制冷 剂、药物、泡沫发泡剂、灭火剂、溶剂以及用于生产塑料工业的氟化单体的原料。
[0005] 其他卤化氢如氯化氢、溴化氢、碘化氢、以及砹化氢具有相似的有益特性（尽管在 不同的程度上），并且因此存在多种可以使用它们的应用。
[0006] 在本领域中已经存许多已开发的、适合于从卤化的无机物质生产无水卤化氢的方 法。例如，来自氟化的无机物质的无水氟化氢。然而，这些方法经常是非常复杂的，不是完 全有效的并且可能是非常昂贵且难以操作的。
[0007] 在Hage等人的国际公开W099/36352中披露了一种涉及氟化的物质的示例性方 法，将其通过引用结合在此。此公开披露了一种从六氟化铀回收无水氟化氢（AHF)的方法。 具体地，Hage等人披露了一种多反应系统，其中六氟化铀与氟化氢/水共沸物反应以产生 氧化铀。尽管最终Hage等人提供了高的转化产率，该系统不产生无水氟化氢。反而，Hage 等人仅在一个除去水的分离过程之后获得了无水氟化氢。此附加的分离步骤可以是非常昂 贵的并使该方法较不有效。
[0008] 涉及氟化的物质的另一种示例性方法是这样一种方法其中使六氟化铀反应以得 到无水氟化氢，是由Yu. N. Tumanov等人在"通过氢还原六氟化铀的机理，"中披露，将其通 过引用结合在此。在这篇文章中，Tumanov等人披露了使六氟化铀与氢反应以产生四氟化 铀和无水氟化氢。尽管这是无水氟化氢的一种更直接的生产，Tumanov没有提供一种充分 有效的机理。相反，Tumanov仅将六氟化铀还原为四氟化铀。
[0009] 对于六氟化铀的离解平衡，六氟化铀由分子氢的部分还原的机理与阿仑尼乌斯方 程类似。此过程通常达到1800K的温度，其中反应的速率常数是在1000K-4000K的范围内。
[0010] 出于所有的实际目的，阿仑尼乌斯方程是如，例如，在Tumanov等人的图2中所示 出的数据的足够精确的表示。
[0011] 反应UF6 - UF5+F的速度常数的对数相对于温度的倒数也在麦格劳-希尔出版 公司(McGraw-Hill Book Company, Inc.) Stanley M. Walas 的 Reaction Kinetics for Chemical Engineers[化学工程师用反应动力学]，I959 年（Fundamentals，5· The rate equation, 6. Variables other than mass or concentration, 7. Effect of temperature and S.Energy of activation.(基础，5.速率方程，6.质量或浓度以外的变量，7.温度的 效应以及8.活化能。））的图l-21og kT2相对于1/T(其中kT2= 1/秒）图中表达，此文 件通过引用结合在此。
[0012] 因此，Tumanov提供了一种由氢还原六氟化铀的已知的机理，其仅是一种部分还原 并且仅代表六氟化铀全部还原的通过去除六个氟原子中仅两个氟原子的一个步骤。
[0013] 因此，对于一种其中无机卤化物可以被完全还原以获得非卤素无机物质并且优选 地无水卤化氢的改进的方法存在一种需要。对于所有的无机卤化物这种需要同样存在，但 对于无机氟化物物质是特别重要的。 发明概沭
[0014] 因此，本发明是一种完全还原一种或多种无机卤化物以从所述一种或多种无机卤 化物获得一种或多种非卤素无机物质和/或其氢化物并且还优选获得无水卤化氢的方法。
[0015] 示例性实施例提供了一种使用热还原反应器其中氢与无机卤化物的所有卤化物 部分发生反应以产生无水卤化氢和一种或多种非卤素无机物质用于合成无水卤化氢以及 非卤素无机物质的新方法。
[0016] 示例性实施例还提供了一种使用包括分子氢、无机氢化物、以及无机金属元素中 的一种或多种的还原剂完全还原无机卤化物的方法。
[0017] 本发明的附加特征和优点将在下面的说明中给出，并且在某种程度上将会从说明 书变得清楚，或者可以通过本发明的惯例而获知。本发明的这些目的和其他优点将通过在 书面说明书和其权利要求书连同附图中所指出的具体结构实现并获得。为了实现这些和其 他优点并且根据本发明（如实施的和概括地描述的）的目的，一种用于合成无水卤化氢以 及至少一种非卤素无机物质的方法包括将一种或多种无机卤化物与至少一种还原剂完全 反应以产生无水卤化氢和至少一种非卤素无机物质。该至少一种还原剂可以包括分子氢、 无机氢化物、无机金属元素或其组合。该无机氢化物可包括与该无机卤化物的非卤素无机 物质相同的无机物质。所述无机卤化物可以包括无机氟化物、无机氯化物、无机溴化物、无 机碘化物、无机砹化物或其组合。示例性无机齒化物包括六氟化硫、三氟化氮、六氟化钨以 及六氟化铀。当该还原剂包括分子氢时，反应区温度TR可以使用一个如下面进一步详细说 明的公式来确定。
[0018] 在本发明的另一个方面中，一种用于合成无水氟化氢和至少一种非卤素无机物质 的方法包括将一种或多种无机氟化物与一种或多种还原剂反应以产生无水氟化氢以及至 少一种非卤素无机物质。这些还原剂可以包括分子氢、无机氢化物、无机金属元素或其组 合。例如，这些还原剂可以包括分子氢和元素钙。当该还原剂包括分子氢时，热还原反应的 反应区温度T kz可以使用一个如下面进一步详细说明的公式来确定。
[0019] 在本发明的又另一个方面中，一种用于还原无机卤化物的方法包括将一种或多种 无机卤化物与一种或多种还原剂反应以产生至少一种完全还原的非卤素无机物质，其中所 述一种或多种还原剂是选自无机氢化物、无机金属元素或其组合。当这些还原剂包括一种 无机氢化物时，所述无机氢化物可以包括一种与所述无机卤化物的非卤素无机物质相同的 非氢无机物质。这些还原剂可以包括一种无机物质，其电负性小于所述无机卤化物的非卤 素无机物质的电负性。
[0020] 应理解的是以上概括说明以及以下详细说明二者都是示例性的和解释性的并且 旨在提供本发明的进一步说明，如权利要求所要求的。 附图简要说明
[0021] 包括附图来提供对本发明的进一步理解并且附图被结合在说明书中并且构成本 说明书的一部分，附图展示了本发明的实施例并且与说明书一起用来说明本发明的原理。
[0022] 在附图中：
[0023] 图1是可用于执行本发明的示例性设备的示意图。
【具体实施方式】
[0024] 现将详细参考在附图中示出的本发明的示例性实施例。
[0025] 为了本申请的目的，术语"卤素"用来指处于周期表的第7A族的那些元素，即氟、 氯、溴、碘以及砹。术语"卤化物"用来指当与另一种元素键合时这些卤素的阴离子或还原 形式，即氟化物、氯化物、溴化物、碘化物以及砹化物。
[0026] 尽管以下详细说明包含很多说明目的的具体细节，要理解的是本领域普通技术人 员将理解对以下细节的很多实例、变体和改变都是在本发明的范围和精神内。因此，提出了 在此所述的本发明的这些示例性实施例，而没有损失所提出权利要求的发明的任何概括性 并且没有对其加以限制。
[0027]