本发明属于氟化工和电子工业气体领域领域，具体涉及一种合成碳酰氟的方法及装置。
背景技术：
碳酰氟(COF2)广泛用于半导体制造过程中的清洁气体和刻蚀气体，由于其具有非常低的全球变暖潜能(GWP)，故逐步替代了全氟化碳(PFC)和三氟化氮(NF3)等常规的清洁气体和刻蚀气体，另外碳酰氟在液晶制造领域的应用也有报道。
目前，按照反应原料种类分类，碳酰氟的合成方法主要分成四种。
1:一氧化碳或二氧化碳与氟气或二氟化银反应
日本专利特开平11-116216号公报、日本专利特开2003-267712号公报、日本专利特许第3707917号公报、中国专利ZL20048036110.8、中国专利ZL200580043042.2等对此种合成方法有所报道。若使用氟气反应，由于其具有强烈的腐蚀性，设备成本非常高昂，另外氟气容易发生爆炸，而反应后产物中含有四氟化碳(CF4)等不易分离的杂质，导致碳酰氟纯度低。二氧化银具有很高的反应性和吸水性，容易与空气中的水反应分解，从而降低碳酰氟的产率及纯度。
2:碳酰氯(也称光气)与氟化氢、三氟化锑、三氟化砷或氟化钠等氟化试剂反应:美国专利第2836622号、美国专利3088975号、EPO253527号公报、日本专利特开2004-262679号公报、日本专利特开昭54-158396号公报等对此种合成方法有所报道。反应过程中使用的光气具有高毒性，另外反应产物中可能含有碳酰氟氯、二氧化碳和氟化氢等杂质，不易分离，导致碳酰氟纯度低。
3:三氟甲烷与氧气反应
WO2005/105668号公报、WO2005/085129号公报等对此种方法有所报道。反应需要在500℃的高温条件下进行，另外产物中含有二氧化碳，不易分离，导致碳酰氟纯度低。或者反应要在光辐射下进行，不易工业生产。另外，三氟甲烷属于温室气体，使用受到限制。
4:四氟乙烯或六氟丙烯与氧气反应
美国专利3639429号、美国专利3404180号、RU(11)2167812、WO2007/037468、PCT/2006/319652、CN102815686A、WO2011/122544等对此种合成方法有所报道。四氟乙烯与氧气直接反应容易爆炸，为避免爆炸，通常需要添加昂贵的气体状氟化物作稀释剂，增加了生产成本。另外，四氟乙烯在工业是通过高温分解一氯二氟甲烷获得的,产物中含有大量杂质，不易分离提纯，进一步会影响碳酰氟的纯度。六氟丙烯与氧气反应会联产六氟环氧丙烷，还需要进一步的分离工序。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术或者不易分离，或者不易于工业化的缺点，提供一种合成碳酰氟的方法及装置。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种合成碳酰氟的方法，以全氟烷基碘为原料，在氧气氛下与所述的全氟烷基碘在加热条件下得到碳酰氟。
所述的加热条件为加热温度为250℃-650℃，所述的氧气的浓度为20％-100％,通入氧气的速度为100ml/min-500ml/min。
包含下述步骤，1)：将所述的全氟烷基碘加热为气体；2)：步骤1)生成的全氟烷基碘气体连同氧气混合后在加热条件下得到碳酰氟。
所述的步骤2)中全氟烷基碘气体连同氧气混合后通入管式炉，在所述的管式炉中进行加热后得到碳酰氟。
所述的加热条件为加热温度为350℃-550℃，所述的氧气的浓度为60％,通入氧气的速度为300ml/min。
所述的全氟烷基碘为全氟辛烷基碘，全氟癸烷基碘，全氟十二烷基碘，或者全氟十四烷基碘的一种或者几种的混合。
一种合成碳酰氟的装置，包括依次连通的，进气瓶、设置在加热套上方的且设有温度计的多口反应瓶、加热反应管、产品收集瓶以及尾气处理装置；
所述的加热反应管成螺旋状并置于管式炉中；
所述的产品收集瓶置于冷阱中。
所述的加热反应管的入口端以及出口端分别固定有加热带；
所述的加热带蛇形缠绕在所述的反应管的入口端及出口端。
所述的产品收集瓶上端设有用于取样的开口。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用全氟烷基碘为反应物，提出一种全新的方法生产碳酰氟，避免了使用氟气、光气等强腐蚀、高毒性的气体，也避免了使用三氟甲烷这种温室气体，反应过程相对温和，并不需要过高的温度且无爆炸的风险，关键是反应产物中没有二氧化碳或氟化氢等气相副产物产生，有利于获得高纯度的碳酰氟。本发明对以全氟烷基碘为反应物，在氧气氛围下的反应进行了优化，将所述全氟烷基碘加热为气体；然后将加热后的气体连同氧气混合后在加热条件下得到碳酰氟，该方法得到的碳酰氟的无论产量以及纯度都有一定的提高。
同时本发明还提供一种合成碳酰氟的装置，该装置针对合成碳酰氟的方法，设计了一种新型的联通装置，该装置首先设计在加热套的作用下将全氟烷基碘进行加热气化，气化后的全氟烷基碘连同通入的氧气一同传递至加热反应管中，所述的加热反应官成环形状，并且放置与管式炉中，环形状的设置增大反应气体的体积；同时在加热反应管的进口端和出口端分别设置蛇形缠绕的加热带可以防止全氟烷基碘冷凝后堵塞管路。所述的产品收集瓶上端设有用于取样的开口方便对反应进行随时的监控，同时产品收集瓶后面连接一个盛有甲醇的尾气处理瓶，碳酰氟与甲醇反应生成碳酸二甲酯，可以通过气相色谱检测。
附图说明
图1是本发明的合成碳酰氟装置结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1示出一种合成碳酰氟的装置，包括依次连通的,进气瓶、设置在加热套1上方的且设有温度计2的多口反应瓶3(本实施例中为三口反应瓶)、加热反应管4、产品收集瓶8以及尾气处理装置10；所述的加热反应管4成螺旋状并置于管式炉中；所述的产品收集瓶7置于冷阱6中。所述的加热反应管的入口端以及出口端分别固定有加热带9；所述的加热带9蛇形缠绕在所述的反应管的入口端及出口端。所述的产品收集瓶上端设有用于取样的开口8。
该装置针对合成碳酰氟的方法，设计了一种新型的联通装置，该装置首先设计在加热套的作用下将全氟烷基碘进行加热气化，气化后的全氟烷基碘连同 通入的氧气一同传递至加热反应管中，所述的加热反应官成环形状，并且放置与管式炉中，环形状的设置增大反应气体的体积；同时在加热反应管的进口端和出口端分别设置蛇形缠绕的加热带可以防止全氟烷基碘冷凝后堵塞管路。所述的产品收集瓶上端设有用于取样的开口方便对反应进行随时的监控，同时产品收集瓶后面连接一个盛有甲醇的尾气处理瓶，碳酰氟与甲醇反应生成碳酸二甲酯，可以通过气相色谱检测。
实施例1,将60g全氟烷基碘混合物(TI-n)，75％为TI-10(全氟癸烷基碘),16％为TI-12(全氟十二烷基碘)，其余为TI-8(全氟辛烷基碘)、TI-14及(全氟十四烷基碘)其他微量杂质，加入到100ml的三口反应瓶中，反应瓶的其中一个端口用于与进气瓶(本实施例中为氧气瓶)连接，中间的端口用于放置温度计，另外一个端口用于与加热反应管4连接，本实施例中加热反应管为长为5m、内径为6mm的不锈钢环形螺旋管，其中，螺旋管的螺旋部分放置在管式炉5中，直管部分缠绕加热带9进行加热以防全氟烷基碘冷凝堵塞管路。
加热TI-n到150℃使其气化，之后以300ml/min的气速鼓入氧气浓度为60％的O2/N2混合气，管式炉的温度为450℃，反应直到进气管接触不到TI-n液面为止。在产品收集瓶的开口处取样进行红外测试显示有COF2的特征峰，尾气处理瓶中的液体用气相色谱分析显示有碳酸二甲酯生成，进一步证明有COF2生成,产率95％，纯度99％。
实施例2，将60g全氟十二烷基碘加热到150℃使其气化，之后以300ml/min的气速鼓入高纯氧气，管式炉的温度为350℃，反应直到进气管接触不到TI-n液面为止。在产品收集瓶的开口处取样进行红外测试显示有COF2的特征峰，尾气处理瓶中的液体用气相色谱分析显示有碳酸二甲酯生成，进一步证明有COF2生成,产率92％，纯度99％。
实施例3，将60g全氟辛烷基碘加热到150℃使其气化，之后以300ml/min的气速鼓入氧气浓度为60％的O2/N2混合气，管式炉的温度为550℃，反应直到进气管接触不到TI-n液面为止。红外测试显示有COF2的特征峰，另外还有C＝C的特征峰，说明反应温度过高产生四氟乙烯，尾气处理瓶中的液体用气相色谱分析显示有碳酸二甲酯生成，进一步证明有COF2生成，产率55％，纯度62％。
实施例4，将60g全氟癸烷基碘和全氟十二烷基碘的混合物(40％为TI-10，60％为TI-12)加热到150℃使其气化，之后以500ml/min的气速鼓入高纯氧气，管式炉的温度为250℃，反应直到进气管接触不到TI-n液面为止。红外测试显 示有COF2的特征峰，尾气处理瓶中的液体用气相色谱分析显示有碳酸二甲酯生成，进一步证明有COF2生成，产率85％，纯度90％。
实施例5，加热TI-n到150℃，之后以300ml/min的气速鼓入氧气浓度为60％的O2/N2混合气，管式炉的温度为650℃，反应直到进气管接触不到TI-n液面为止。红外测试显示只有C＝C的特征峰，说明反应温度过高产生四氟乙烯，无COF2产生，尾气处理瓶中的液体用气相色谱分析只有甲醇，没有碳酸二甲酯生成，进一步证明没有COF2生成。
实施例6，加热TI-n到150℃，之后以300ml/min的气速鼓入空气，管式炉的温度为450℃，反应直到进气管接触不到TI-n液面为止。红外测试显示有COF2的特征峰，尾气处理瓶中的液体用气相色谱分析显示有碳酸二甲酯生成，进一步证明有COF2生成，产率38％，纯度42％。
实施例7，加热TI-n到150℃，之后以300ml/min的气速鼓入空气，管式炉的温度为550℃，反应直到进气管接触不到TI-n液面为止。红外测试显示有COF2的特征峰，尾气处理瓶中的液体用气相色谱分析显示有碳酸二甲酯生成，进一步证明有COF2生成，产率65％，纯度70％。
实施例8，加热TI-n到150℃，之后以300ml/min的气速鼓入高纯氧气，管式炉的温度为450℃，反应直到进气管接触不到TI-n液面为止。红外测试显示有COF2的特征峰，另外还有C＝C的特征峰，说明反应温度过高产生四氟乙烯，尾气处理瓶中的液体用气相色谱分析显示有碳酸二甲酯生成，进一步证明有COF2生成，产率48％，纯度54％。
实施例9，加热TI-n到150℃，之后以300ml/min的气速鼓入高纯氧气，管式炉的温度为350℃，反应直到进气管接触不到TI-n液面为止。红外测试显示有COF2的特征峰，尾气处理瓶中的液体用气相色谱分析显示有碳酸二甲酯生成，进一步证明有COF2生成，产率90％，纯度95％。
实施例10，加热TI-n到150℃，之后以100ml/min的气速鼓入氧气浓度为60％的O2/N2混合气，管式炉的温度为450℃，反应直到进气管接触不到TI-n液面为止。红外测试显示有COF2的特征峰，尾气处理瓶中的液体用气相色谱分析显示有碳酸二甲酯生成，进一步证明有COF2生成，产率40％，纯度45％。
实施例11，加热TI-n到150℃，之后以100ml/min的气速鼓入氧气浓度为60％的O2/N2混合气，管式炉的温度为550℃，反应直到进气管接触不到TI-n液面为止。红外测试显示有COF2的特征峰，尾气处理瓶中的液体用气相色谱分析 显示有碳酸二甲酯生成，进一步证明有COF2生成，产率78％，纯度82％。
实施例12，加热TI-n到150℃，之后以500ml/min的气速鼓入氧气浓度为60％的O2/N2混合气，管式炉的温度为350℃，反应直到进气管接触不到TI-n液面为止。红外测试显示有COF2的特征峰，尾气处理瓶中的液体用气相色谱分析显示有碳酸二甲酯生成，进一步证明有COF2生成，产率93％，纯度99％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。