CN102336630A - 一种2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷的催化合成方法 - Google Patents

一种2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷的催化合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种催化合成2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷的方法。该方法以3,3,3-三氟丙烯和氯气为原料,先将3,3,3-三氟丙烯、氯气分别预热至100~150℃,控制3,3,3-三氟丙烯与氯气摩尔比为0.5∶1~2∶1,经混合器混合后进入固定床反应器,在γ-Al2O3催化剂作用下进行反应。反应过程中,控制反应温度220~290℃,反应压力0~1.0MPa,空速50~1000h-1,反应转化率和目标产物的选择性均较高。本方法具有工艺流程短、催化剂易得、可连续操作、易工业化放大等优点。

Description

一种2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷的催化合成方法
技术领域
本发明涉及氢氟氯烃的合成方法。具体的说,涉及2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷的合成方法。 
背景技术
2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷是一种重要的精细化学品,可用作高效制冷剂、发泡剂等。此外,由于2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷含有活泼的氯离子,能进行各种反应合成多种下游化合物,如新型制冷剂HFO-1234yf等,具有很大的应用潜力。 
据文献调研发现,目前合成2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷工艺路线主要有两种。 
(1)3,3,3-三氟丙烯和氯气在催化剂作用下进行反应,合成2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷; 
(2)3,3,3-三氟丙烯和氯气在光催化作用下进行反应,合成2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷。 
中国专利申请CN10197936A中介绍了一种以3,3,3-三氟丙烯与氯气为原料,在紫外光的照射下,控制反应温度-10~100℃,在管式或釜式反应釜中合成2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷的方法,反应转化率约95%,选择性90%左右。该方法虽然收率较高,但存在工业化放大过程中稳定的光源比较难提供,不易工业化放大、产能低等缺点。 
中国专利申请CN102056875A提供了一种制备2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷(243db)的方法,所述方法包括:在催化剂的存在下,使3,3,3-三氟丙烯 (1234zf)与氯接触,其中所述催化剂包含活性碳、氧化铝和/或过渡金属氧化物,所述方法在0~约30巴的绝对压力和约-100~约400℃的温度下进行。该方法存在催化剂制备过程复杂,对反应条件要求苛刻的缺点。 
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺流程短,反应条件易实现,催化剂易得、可连续操作,易工业化放大的2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷的催化合成方法。 
3,3,3-三氟丙烯和氯气反应合成2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷的反应属于气相加成氯化反应,反应方程式如下: 
CF3-CH=CH2+CL2→CF3-CHCL-CH2CL 
根据本发明方法,只要工艺条件控制适当,在γ-AL2O3催化剂作用下可以得到较好的转化率和较高的2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷选择性。 
附图说明
图1是本发明连续生产2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷的工艺流程示意图。 
一定配比的3,3,3-三氟丙烯和氯气分别经过汽化器(1)、(2)汽化后进入混合器(3)混合后进入固定床反应器(4),在γ-AL2O3催化剂作用下进行反应,反应后的气体经过分离塔(5)分离,未参加反应的3,3,3-三氟丙烯和氯气返回反应系统再次反应,2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷粗产品经塔(6)脱除低沸杂质,塔(7)脱除高沸杂质后得到合格的2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷粗产品。 
反应条件的控制,是本发明的关键技术之一。3,3,3-三氟丙烯与氯气加成为放热反应。随着反应的发生,体积减小,并伴有副反应的发生。所以温度、物料比、压力、反应器空速的控制都直接影响3,3,3-三氟丙烯的转化率和目标产物2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷的选择性。 
反应温度的控制。3,3,3-三氟丙烯与氯气加成生成2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷时属放热反应。但要让3,3,3-三氟丙烯与氯气发生加成反应,必须提供一定的能量,使其达到活化状态。温度太低,反应物料不能完全达到活化状态,影响3,3,3-三氟丙烯的转化率和2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷的选择性;温度太高,副反应发生的倾向较大,且催化剂易结碳、失活,且从化学平衡看不利于2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷的生成。所以本发明选择反应温度控制范围为220~290℃,优选260℃~280℃。 
反应器空速的控制。反应器空速越大,原料接触催化剂进行反应的时间就越短,所以随着反应器空速的增加,3,3,3-三氟丙烯的转化率和2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷的选择性均有所下降。但反应器空速越小,单位体积反应器的产能就越小,不利于工业化生产。所以本发明根据试验结果,选择合适的反应器空速范围为50h-1~1000h-1,优选200h-1~600h-1。 
物料配比的控制。根据试验结果来看,3,3,3-三氟丙烯和氯气的物料比越高,2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷的选择性越高,而且反应过程中大量的氯气可以加快反应速度。但物料比越大,在同样的反应器空速下,反应器产能下降。故本发明选择合适的反应物料配比为0.5∶1~2∶1,优选1.2∶1~1.6∶1。 
另外,除以上反应温度、物料配比、反应器空速、反应转化率和选择性外,反应压力也是影响反应效果的重要因素之一。从反应动力学上说,增加压力能增加反应速度,原因是单位体积内气体分子数加多,有效碰撞也加多,促使反应速度的增加。由于压力太低,单位体积反应器产能较低,不经济;压力太高,对设备材质要求苛刻。故本发明综合考虑各种因素,选择压力控制范围为0~ 1.0Mpa,优选0.6~0.8Mpa。 
根据以上控制条件,在γ-AL2O3催化剂作用下,反应过程中控制反应温度为220~290℃,优选260~280℃;反应压力为0~1MPa,优选0.6~0.8MPa;摩尔比为0.5∶1~2∶1,优选1.2∶1~1.6∶1;空速为50~1000h-1,优选200~600h-1。 
本发明公开了在γ-AL2O3催化剂作用下,3,3,3-三氟丙烯与氯气加成合成2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷的方法,该方法工艺流程短,反应条件简单,催化剂易得。 
具体实施方式
以下通过实施例对本发明进行更具体的说明,但本发明并不限于所述的实施例。 
实施例1 
将三氟丙烯和氯气分别预热至100℃后,混合进入具备受料条件的640ml的碳钢固定床反应器,在γ-AL2O3催化剂作用下进行加成反应,控制三氟丙烯和氯气物料配比2∶1,反应温度220℃,压力1.0Mpa,反应空速50h-1,对反应器出口物料取样分析得出氯气转化率:70.6%,2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷选择性:98.1%。 
实施例2 
将三氟丙烯和氯气分别预热至150℃后,混合进入具备受料条件的640ml的碳钢固定床反应器,在γ-AL2O3催化剂作用下进行加成反应,控制三氟丙烯和氯气物料配比1∶1,反应温度290℃,压力OMpa,反应空速600h-1,对反应器出口物料取样分析得出氯气转化率:88.2%,2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷选择性: 91.5%。 
实施例3 
将三氟丙烯和氯气分别预热至120℃后,混合进入具备受料条件的640ml的碳钢固定床反应器,在γ-AL2O3催化剂作用下进行加成反应,控制三氟丙烯和氯气物料配比0.5∶1,反应温度260℃,压力0.8Mpa,反应空速200h-1,对反应器出口物料取样分析得出三氟丙烯转化率:84.7%,2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷选择性:75.3%。 
实施例4 
将三氟丙烯和氯气分别预热至120℃后,混合进入具备受料条件的640ml的碳钢固定床反应器,在γ-AL2O3催化剂作用下进行加成反应,控制三氟丙烯和氯气物料配比1.4∶1,反应温度260℃,压力0.7Mpa,反应空速600h-1,对反应器出口物料取样分析得出氯气转化率:85.8%,2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷选择性:96.9%。 
实施例5 
将三氟丙烯和氯气分别预热至150℃后,混合进入具备受料条件的640ml的碳钢固定床反应器,在γ-AL2O3催化剂作用下进行加成反应,控制三氟丙烯和氯气物料配比1.2∶1,反应温度280℃,压力0.6Mpa,反应空速1000h-1,对反应器出口物料取样分析得出氯气转化率:87.4%,2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷选择性:94.5%。 
实施例6 
将三氟丙烯和氯气分别预热至130℃后,混合进入具备受料条件的640ml的碳钢固定床反应器,在γ-AL2O3催化剂作用下进行加成反应,控制三氟丙烯和 氯气物料配比1.6∶1,反应温度270℃,压力0.7Mpa,反应空速300h-1,对反应器出口物料取样分析得出氯气转化率:86.9%,2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷选择性:96.3%。 

Claims (5)

1.一种2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷的催化合成方法,其特征在于该方法以三氟丙烯和氯气为原料,原料分别预热至100~150℃,经混合器混合后进入固定床反应器,在γ-AL2O3催化剂作用下进行反应,其中3,3,3-三氟丙烯与氯气摩尔比0.5∶1~2∶1,反应温度220~290℃,反应压力0~1.0MPa,空速50~1000h-1
2.根据权利要求1所述的一种2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷的催化合成方法,其特征在于反应温度优选260~280℃。
3.根据权利要求1所述的一种2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷的催化合成方法,其特征在于1,1,1-三氟丙烯与氯气的摩尔比优选1.2∶1~1.6∶1。
4.根据权利要求1所述的一种2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷的催化合成方法,其特征在于所述的反应压力优选0.6~0.8MPa。
5.根据权利要求1所述的一种2,3-二氯-1,1,1-三氟丙烷的催化合成方法,其特征在于反应空速优选200~600h-1
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