CN101861293B - 催化加氢制备1,1,1,2,3,3-六氟丙烷和1,1,1,2-四氟丙烷的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制备下式表示的氢氟烃化合物的方法:CF3CHFCHm+1Fn,其中m为0、1或2;n为0、1或2;且m+n=2。所述方法具有氢与下式表示的前体化合物接触,即反应的步骤:CF3CF=CHmFn,其中m为0、1或2;n为0、1或2;且m+n=2。所述接触在固体催化剂存在下以及存在或不存在惰性气体的条件下进行。所述催化剂选自:Fe、Co、Ni、Cu、Cr、Ru、Rh、Ag、Re、Os、Ir、Pt、Au、Sn和它们任意的组合。对于1234yf加氢制备254eb的反应,除上述金属外,Pd也可用作催化剂。这些金属优选负载于载体,例如活性炭上。

Description

催化加氢制备1,1,1,2,3,3-六氟丙烷和1,1,1,2-四氟丙烷的方法
相关申请的交叉引用 
本申请要求2007年11月16日提交的、申请号为61/003449的美国临时专利申请的优先权,其全部内容通过引用方式并入本文。 
技术领域
本发明涉及催化加氢反应制备1,1,1,2,3,3-六氟丙烷和1,1,1,2-四氟丙烷的方法。 
背景技术
1,1,1,2,3,3-六氟丙烷(236ea)和1,1,1,2,3-五氟丙烷(245eb)是有用的氯氟烃和氢氯氟烃的替代品,或者作为制备氢氟烯烃的原料,其可用作制冷剂、发泡剂和溶剂。 
236ea和245eb可分别通过氢化六氟丙烯(HFP)和1,2,3,3,3-五氟丙烯(1225ye)合成。对于HFP加氢生成236ea的反应,已经报导的催化剂有Pd/Al2O3(Invest.Akand.Nauk s.s.s.r.,Otdel.Kim.Nauk.1960,1412-18)、Pd/C(日本公开申请JP8165256和JP8169851)和Pd/BaSO4(日本公开申请JP8165256)。美国专利5,679,875报导在不存在HF下促进钯催化剂的使用。 
人们需要发展具备良好性能、长寿命和低成本的其它的加氢催化剂。 
发明内容
根据本发明,提供一种制备下式表示的氢氟烃化合物的方法: 
CF3CHFCHm+1Fn
其中m为0、1或2;n为0、1或2;且m+n=2。所述方法具有氢与下式表示的前体化合物接触,即反应的步骤: 
CF3CF=CHmFn
其中m为0、1或2;n为0、1或2;且m+n=2。所述接触在固体催化剂存在下以及存在或不存在惰性气体的条件下进行。所述催化剂选自:Fe、Co、Ni、Cu、Cr、Ru、Rh、Ag、Re、Os、Ir、Pt、Au、Sn和它们任意的组合。对于1234yf加氢制备254eb的反应,除上述金属外,Pd也可用作催化剂。这 些金属优选负载于载体,例如活性炭上。 
具体实施方式
本发明公开的方法使用催化加氢反应制备下式表示的氢氟烃化合物: 
CF3CHFCHm+1Fn
其中m为0、1或2;n为0、1或2;且m+n=2。 
所述方法具有氢与下式表示的前体化合物接触,即反应的步骤: 
CF3CF=CHmFn
其中m为0、1或2;n为0、1或2;且m+n=2。所述接触在金属催化剂存在下以及存在或不存在惰性气体的条件下进行。 
所述方法包括下列反应: 
(1)CF3CF=CF2(HFP)+H2→CF3CHF-CHF2(236ea)(其中m=0,n=2),和 
(2)CF3CF=CFH(1225ye)+H2→CF3CHF-CFH2(245eb)(其中m=1,n=1)。 
(3)CF3CF=CH2(1234yf)+H2→CF3CHF-CH3(254eb)(其中m=2,n=0)。 
下列催化剂可用于加氢反应:Fe、Co、Ni、Cu、Cr、Ru、Rh、Ag、Re、Os、Ir、Pt、Au、Sn和它们的任意组合。对于2,3,3,3-四氟丙烯(1234yf)加氢制备254eb的反应,除上述提到的金属外,Pd也可用作催化剂。 
如果需要,可使用促进剂和改性剂改进催化剂的反应性能和稳定性。当在催化剂中与其他金属一起使用时,Cr或Sn可用作促进剂/改性剂。 
所述催化剂可以是负载的或未负载的。未负载的催化剂的实例包括Raney 
Ni和Cu-Cr。催化剂载体的实例包括C(碳)和含碳材料、Al2O3、SiO2、MgO、ZrO2、TiO2、ZnO、CeO2、La2O3、金属的氟化物(如MgF2、AlF3、LaF3)、和BaSO4。优选的含碳材料是活性炭。优选的载体是活性炭和Al2O3。对于负载的催化剂,负载量为大约0.01-大约50wt.%,优选大约0.1-大约25wt.%,最优选大约1-大约10wt.%,基于载体上金属的总重量 
所述催化剂无论负载或未负载,优选在惰性气体例如氮气、氦气和/或氩气中煅烧,温度为大约100℃-大约750℃,优选大约200℃-600℃,更优选大约350℃-大约500℃下。对大多数催化剂,在煅烧后和反应前,将催化剂用氢气或惰性气体例如氮气、氦气和/或氩气,或其混合物进行处理/活化。所述处理在0℃-大约600℃下进行,优选大约20℃-大约500℃,更优选大约200℃-大约400℃下进行。 
所述加氢反应可在气相或液相中进行。所述CF3CF=CHmFn化合物根据条件(如温度和压力)可为气态或液态。 
所述工艺可在反应器中以连续或间歇方式进行。所述反应器可为连续固定床反应器(传统的或滴流床)、移动床反应器、间歇反应器或CSTR(连续搅拌釜反应器)。为了更好地控制反应温度,可选择地将进料用惰性气体(如N2、Ar、He)或产物流的至少一部分或一份形成的循环流稀释。所述循环的产物流可以包括产物,例如236ea或245eb或254eb,或未反应的反应物(CF3CF=CHmFn和/或氢气)。为了有效控制放热加氢反应过程中产生的热量,进料也可以用目标产物稀释。在使用进料稀释剂时,进料与稀释剂的体积比为0.01-100,优选0.05-20,且更优选0.25-4。可选择地,当使用固定床反应器时,所述催化剂可任选地被纯载体或金属填充物稀释。 
所述前体化合物(氢氟丙烯和氟化丙烯),即CF3CF=CHmFn化合物,包括CF3CF=CF2(HFP)、CF3CF=CFH(1225ye)和CF3CF=CH2(1234yf)。产品氢氟丙烷包括CF3CHF-CHF2(236ea)、CF3CHF-CFH2(245eb)和CF3CHF-CH3(254eb)。 
所述反应在能够充分进行有效转化的温度和压力以及接触时间下进行。反应温度范围为大约-30℃-大约600℃,优选大约20℃-大约400℃,更优选大约60℃-大约200℃。反应压力范围为大约0.01-大约200大气压,且优选大约0.1-大约50大气压。氢气与CF3CF=CHmFn(HFP或1234yf)的摩尔进料比可以为大约0.1-大约20,优选大约0.5-大约10,更优选大约1-大约5。CF3CF=CHmFn化合物与催化剂的接触时间为大约0.0001秒-大约100小时,优选0.1秒-大约30小时。在连续气-固相反应器中,接触时间更优选为大约1秒-大约10分钟。在间歇液-固反应器中,接触时间更优选为大约5小时-大约30小时。 
所述CF3CF=CHmFn化合物的转化率优选为大约20%-大约100%,最优选为大约70%-大约100%。目标氢氟烃即236ea或245eb或254eb的选择性优选为大约20%-100%,最优选为大约70%-100%。 
下列为本发明公开的实施例,且并不解释为对本发明的限制。 
实施例 
碳负载金属(金属/C)催化剂的制备
将一定量的金属盐溶于去离子水(水的量由载体的孔体积计算)。当所述盐完全溶解后,将一定量的活性炭(预先在100℃-120℃下干燥12小时)慢慢倒入上述溶液中,或反之。持续搅拌该膏状物至均匀浸渍,然后放入通风罩过夜使之充分浸渍。随后,该浸渍样品在烘箱中在100℃-120℃下干燥12小时,然后于氮气流下在400℃-500℃煅烧4小时。所述用于制备Ni/C(镍/活性炭)、Pd/C(钯/活性炭)、Pt/C(铂/活性炭)、Ru/C(钌/活性炭)、Co/C(钴/活性炭)和Cu/C(铜/活性炭)的金属盐分别为Ni(NO3)2、Pd(NO3)2、H2PtCl6、RuCl3、Co(NO3)2和Cu(NO3)2。 
使用的活性炭载体为日本EnviroChemicals公司的颗粒状ShirasagiC2X4/6-2,其是表面积大于1000m2/g(平方米/克)且平均孔径为 (埃)的高纯度活性炭载体。 
将大约25ml煅烧过的催化剂装载于3/4英寸蒙乃尔铜-镍合金管式反应器中。反应器的温度通过反应器中心的热电偶套管中的一个5点热电偶束测量(热电偶的间距是4英寸)。反应前,首先将催化剂在下列实施例给出的条件下用氢气还原。还原后,反应器冷却到指定温度,然后引入有机反应物和氢气。未反应的反应物和产物通过在线气相色谱进行分析。 
实施例1:不同金属催化剂的反应活性
测试的所有催化剂均为负载型催化剂。在使用前,Pt/C和Ru/C催化剂用蒙乃尔填料稀释并在200℃下还原2小时。在引入HFP(六氟丙烯)进料前,Ni/C、Co/C和Cu/C在400℃下还原2小时。反应8小时后,0.5%Pt/C催化剂(基于负载催化剂的总重量,铂的重量分数为0.5%)得到44.5%的HFP转化率和76.0%的236ea选择性,而1%Ru/C显示出15.1%的HFP转化率和44.5%的236ea选择性。对于10%Ni/C,HFP转化率和236ea的选择性分别为32.4%和92.7%。10%Co/C的活性不如10%Ni/C高。10%Co/C在200℃下显示出4.8%的HFP转化率和43.1%的236ea选择性。在200℃以下10%Cu/C没有活性。在300℃下,10%Cu/C显示出8.1%的转化率和94.9%的选择性,但是也许由于铜粒子烧结,在这个温度下催化剂会很快失活。表1列出了HFP加氢生成236ea的反应中一些催化剂的反应性。 
表1
(HFP生成236ea反应中不同金属催化剂的活性和选择性) 
Figure GPA00001159180200051
*反应条件:HFP进料速率:20g/h(克/小时); 
H2/HFP摩尔比=1.2 
实施例2:镍的担载量对Ni/C催化剂反应活性的影响
测试了担载了不同量的镍的Ni/C催化剂的反应活性。镍的担载量由2wt.%(重量分数)增加至5wt.%时,催化剂活性提高,但当镍的担载量增加至10wt.%时活性降低。催化剂对236ea的选择性随Ni担载量改变不大,均为大约95%。5%Ni/C得到57.0%的HFP转化率,其活性高于2%Ni/C和10%Ni/C。结果列于表2中。 
表2
(Ni的担载量对Ni/C催化剂活性、选择性和产率的影响) 
  催化剂   HFP转化率(%)   236ea选择性(%)
  2%Ni/C   38.1   95.1
  5%Ni/C   57.0   94.1
  10%Ni/C   30.4   96.5
[0050] *反应条件:25ml催化剂;100℃;HFP进料速率:20g/h;H2/HFP摩尔比=2;催化剂在400℃下还原;反应8小时。 
实施例3:还原温度对Ni/C催化剂反应活性的影响 
表3显示了在不同温度下还原的5%Ni/C催化剂的反应活性。在反应开始阶段(0-5小时),在较高温度下预还原的催化剂显示出更高的活性,然而当催化剂运行超过5小时后,还原温度对催化剂活性的影响变得不重要。在200℃下还原的催化剂比在300℃和400℃下还原的催化剂显示较低的236ea选择性。 
表3
(催化剂的还原温度对5%Ni/C催化剂活性、选择性和产率的影响) 
  还原温度(℃)  HFP转化率(%)  236ea选择性(%)   236ea生产率(lb/h/ft3)
  200  58.1  74.1   21.8
  300  57.8  94.3   27.6
  400  57.0  94.1   27.2
*反应条件:25ml催化剂;100℃;HFP进料速率:20g/h;H2/HFP摩尔比=2;反应10小时。 
实施例4:HFP进料速率对Ni/C催化剂反应活性的影响 
研究了HFP进料速率对5%Ni/C催化剂反应活性的影响。HFP进料速率越高,接触时间越短。当HFP进料速率由5g/h增加至10g/h和20g/h时,5%Ni/C的活性由96.7%分别单调降低至83.4%和57.0%。随着HFP进料速率的升高,选择性没有明显改变。对于10%Ni/C催化剂存在相似的趋势。低HFP进料速率(长接触时间)利于加氢反应。结果列于表4中。 
表4
(HFP进料速率对5%Ni/C催化剂活性、选择性和产率的影响) 
  HFP进料速率   HFP转化率(%)  236ea选择性(%)  236ea生产率(lb/h/ft3)
  5   96.7  97.8  12.0
  10   83.4  96.0  20.3
  20   57.0  94.1  27.1
*反应条件:25ml催化剂;100℃;H2/HFP摩尔比=2;催化剂在400℃下还原;反应10小时。 
实施例5:H2与HFP原子比对Ni/C催化剂反应活性的影响 
研究了H2与HFP的摩尔比对5%Ni/C催化剂反应活性的影响。随着H2/HFP摩尔比增加,催化剂活性呈线性增加。催化剂对236ea的选择性几乎不随H2/HFP比例改变。当HFP进料速率为10g/h以及H2/HFP=5时,HFP的转化率为97.5%,236ea的选择性为97.6%,236ea的产率为大约24lbs/h/ft3。同时,催化剂在高的H2/HFP摩尔比下非常稳定。结果列于表5中。 
表5
(H2与HFP的原子比对5%Ni/C催化剂活性、选择性和产率的影响) 
  H2/HFP摩尔比   HFP转化率(%)   236ea选择性  (%)   236ea生产率  (lb/h/ft3)
  1.2   79.0   98.2   19.6
  2   83.4   95.9   20.3
  5   97.5   97.6   24.1
*反应条件:25ml催化剂;100℃;HFP进料速率:10g/h;催化剂在400℃下还原。反应10小时。) 
从以上实施例可以明显看出,一些金属催化剂例如Ni/C,对加氢反应具有活性和选择性。 
应当理解的是上述描述仅仅是本发明的说明。在不脱离本发明的情况下,本领域技术人员可进行不同的替代和改变。相应地,本发明包括所有这些落入附加的权利要求范围内的替代、改变和变更。 

Claims (7)

1.一种制备1,1,1,2,3,3-六氟丙烷或1,1,1,2-四氟丙烷的催化加氢方法,包括使氢与下式表示的化合物接触:
CF3CF=CHmFn
其中m为0或2;n为0或2;且m+n=2,其中加氢催化剂是选自Fe、Co、Cu、Cr、Ru、Ag、Os、Ir、Au、Sn和它们的任意组合的金属。
2.如权利要求1所述的方法,其中在与氢接触前,将所述催化剂在100℃至750℃下煅烧。
3.如权利要求1所述的方法,其中反应温度为-30℃至600℃。
4.如权利要求1所述的方法,其中反应压力为0.01大气压至200大气压,且其中接触时间为0.0001秒至100小时。
5.如权利要求1所述的方法,其中所述氢与CF3CF=CHmFn的摩尔比范围为0.5-20。
6.如权利要求1所述的方法,其中所述接触是当CF3CF=CHmFn化合物在气相中时进行的。
7.如权利要求1所述的方法,其中所述接触是当CF3CF=CHmFn化合物在液相中时进行的。
CN200880116253.8A 2007-11-16 2008-11-14 催化加氢制备1,1,1,2,3,3-六氟丙烷和1,1,1,2-四氟丙烷的方法 Expired - Fee Related CN101861293B (zh)

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