CN101028990B - 1,1,1-三氟乙烷的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种1,1,1-三氟乙烷(HFC-143a)的制备方法,以氟化氢(HF)和1,1,1-三氯乙烷(HCC-140a)为原料,在铬基氟化催化剂的存在下,氟化氢和1,1,1-三氯乙烷发生气相反应获得1,1,1-三氟乙烷,反应温度150℃~280℃,接触时间2~15秒,氟化氢与1,1,1-三氯乙烷摩尔比率3~10∶1。铬基氟化催化剂为可溶性铬盐溶液浸渍氟化铝载体制备的负载型催化剂。本发明HCC-140的转化率和HFC-143a的选择性均大于95%。本发明主要用于1,1,1-三氟乙烷的制备。

Description

1,1,1-三氟乙烷的制备方法
技术领域
本发明涉及一种1,1,1-三氟乙烷(HFC-143a)的制备方法,尤其涉及一种以氟化氢和1,1,1-三氯乙烷(HCC-140a)为原料,在氟化催化剂的存在下气相氟化反应得到1,1,1-三氟乙烷的制备方法。
背景技术
1,1,1-三氟乙烷是一种对大气臭氧层安全的氟化烃化合物,目前主要被用作一氯二氟甲烷(HCFC-22)制冷剂的替代品,此外,还广泛用作发泡剂、溶剂、喷射剂、灭火剂和干蚀刻剂。
在已知以HCC-140a为原料,合成HFC-143a的方法中,美国专利US6630610公开了一种在五氯化锑存在下,液相氟化HCC-140a合成HFC-143a的方法。WO96/05156公开了一种在溶剂和五氯化锑存在下,液相氟化HCC-140a合成HFC-143a的方法。美国专利US2744147公开了一种气相氟化HCC-140a合成HFC-143a的方法,该方法使用氟化铝负载氯化钴作为催化剂,反应温度350℃。美国专利US2744148公开了一种气相氟化HCC-140a合成HFC-143a的方法,该方法使用氟化铝负载氯化镍作为催化剂,反应温度290℃。
上述HFC-143a的制备方法中,液相法存在着反应器腐蚀严重,副产物较多的缺点,而气相法存在反应温度高,催化剂失活速率较快等不足。
发明内容
本发明的目的在于克服背景技术中存在的不足,提供一种反应温度低,催化剂寿命长,高收率得到HFC-143a的气相合成1,1,1-三氟乙烷的制备方法。
本发明人研究发现,在铬基氟化催化剂的存在下,氟化氢和HCC-140a在150℃~280℃发生气相氟化反应,可以高收率地获得HFC-143a。
本发明提供一种1,1,1-三氟乙烷的制备方法,以氟化氢和1,1,1-三氯乙烷为原料,其特点是在铬基氟化催化剂的存在下,气相氟化反应制备1,1,1-三氟乙烷,反应温度150℃~280℃,接触时间2秒~15秒,氟化氢与1,1,1-三氯乙烷的摩尔比率3~10∶1,铬基氟化催化剂为可溶性铬盐溶液浸渍氟化铝载体制备的负载型催化剂。
催化剂可以按照本技术领域技术人员所熟知的技术制备。例如:可以将可溶性铬盐的溶液浸渍载体制备负载型催化剂,铬盐优选卤化铬、硝酸盐。在载体上Cr的总含量以金属为基准来表示,一般不超过催化剂的的20%(重量比),而至少要高于催化剂的0.5%(重量比)。最优选的范围是占催化剂的2%~10%(重量比)。
本发明中,HF与HCC-140a合成HFC-143a的反应温度优选为180℃~220℃。
本发明中,HF与HCC-140a的摩尔比率优选为5~6∶1。HF的量越大,HCC-140a的转化率和HFC-143a的选择性越高,且有利于抑制催化剂表面的结炭速率,延长催化剂寿命。但HF量越大,在同样的空速下,产能降低,回收氟化氢的负荷增大。
本发明中,反应的接触时间优选为5秒~10秒。
反应压力对反应的影响不大,在常压和加压的条件下都是很适宜的。常压反应,设备要求不高,加压反应有利于产物分离和氟化氢的回收,但压力增加,对设备和整个系统的要求也势必增加,因此,反应压力为0.1MPa~1.5MPa,优选0.5MPa~1.0MPa。
反应过程中未反应的氟化氢、HCC-140和中间产物1,1,1-一氟二氯乙烷(HCFC-141b)、1,1,1-一氯二氟乙烷(HCFC-142b)可以循环使用。
用于氟化反应的反应器类型不是关键,可以使用管式反应器,流化床反应器等。另外,绝热反应器或等温反应器亦可被用于本发明。
按本发明方法,HF与HCC-140a气相氟化合成HFC-143a,HCC-140a的单程转化率和HFC-143a的选择性均可达到95%以上,甚至99%以上,不仅提供了一条易于工业化的HFC-143a生产方法,而且也为禁止使用的HCC-140a提供了一条新出路。
具体实施方式
下列结合实施例对本发明进一步详述说明,但并不限制本发明的范围。
实施例1
在内径为38mm的碳钢管中加入50毫升Cr2O3催化剂,350℃用氮气和氟化氢的混合物对催化剂预先氟化10小时,然后降温至200℃。通入HF和HCC-140a进行反应,控制HF与HCC-140a的摩尔比为5∶1,接触时间为6秒,反应20h后,反应产物经水洗、碱洗除去HCl和HF后,用气相色谱分析HCC-140a的转化率和HFC-143a的选择性,其结果见表1。
实施例2
与实施例1相同的操作,所不同的是氟化催化剂为10%Cr3+/AlF3,反应结果见表1。Cr3+/AlF3催化剂是通过用氯化铬的水溶液浸渍AlF3载体制备而成。
实施例3
与实施例1相同的操作,所不同的是氟化催化剂为10%Cr3+/MgF2,反应结果见表1。Cr3+/MgF2催化剂是通过用氯化铬的水溶液浸渍MgF2制备而成。
表1
Figure G200710090531420070418D000031
实施例4
与实施例2相同的操作,所不同的是将反应温度改为150℃,反应结果见表2。
实施例5
与实施例2相同的操作,所不同的是将反应温度改为220℃,反应结果见表2。
实施例6
与实施例2相同的操作,所不同的是将反应温度改为280℃,反应结果见表2。
表2
Figure G200710090531420070418D000032
实施例7
与实施例2相同的操作,所不同的是将接触时间改为3秒,反应结果见表3。
实施例8
与实施例2相同的操作,所不同的是将接触时间改为10秒,反应结果见表3。
实施例9
与实施例2相同的操作,所不同的是将接触时间改为15秒,反应结果见表3。
表3
Figure G200710090531420070418D000041
实施例10
与实施例2相同的操作,所不同的是将HF与HCC-140a的摩尔比率改为3∶1,反应结果见表4。
实施例11
与实施例2相同的操作,所不同的是将HF与HCC-140a的摩尔比率改为7∶1,反应结果见表4。
实施例12
与实施例2相同的操作,所不同的是将HF与HCC-140a的摩尔比率改为10∶1,反应结果见表4。
表4
Figure G200710090531420070418D000042
实施例13
在内径为38mm的碳钢管中加入50毫升10%Cr3+/AlF3催化剂,350℃用氮气和氟化氢的混合物对催化剂预先氟化10小时,然后降温至200℃。通入HF和HCC-140a进行反应,控制HF/HCC-140a的摩尔比为5∶1,接触时间为6秒,反应产物经水洗、碱洗除去HCl和HF后,用气相色谱分析HCC-140a的转化率和HFC-143a的选择性,不同时间的反应结果见表5。
表5
Figure G200710090531420070418D000043

Claims (4)

1.一种1,1,1-三氟乙烷的制备方法,以氟化氢和1,1,1-三氯乙烷为原料,其特征在于在铬基氟化催化剂的存在下,气相氟化反应制备1,1,1-三氟乙烷,反应温度150℃~280℃,接触时间2秒~15秒,氟化氢与1,1,1-三氯乙烷的摩尔比率3~10∶1,铬基氟化催化剂为可溶性铬盐溶液浸渍氟化铝载体制备的负载型催化剂。
2.根据权利要求1所述的1,1,1-三氟乙烷制备方法,其特征在于所述的反应温度为180℃~220℃。
3.根据权利要求2所述的1,1,1-三氟乙烷制备方法,其特征在于所述的接触时间为5秒~10秒。
4.根据权利要求2或3所述的1,1,1-三氟乙烷制备方法,其特征在于所述的氟化氢与1,1,1-三氯乙烷的摩尔比率为5~6∶1。
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