发明内容
为了克服上述工艺复杂、价格昂贵、生产不安全、不环保等问题,本发明目的是提供一种具有原料价廉易得、反应温度低、反应生产设备要求不高,催化活性好,易工业化生产等优点的一种3,3,3-三氟丙烯的制备方法。
为了实现解决上述技术问题,本发明的技术方案如下:
一种3,3,3-三氟丙烯的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)四氯化碳和乙烯为原料,以有机过氧化物为催化剂,在反应器中反应制得1,1,1,3-四氯丙烷;四氯化碳和乙烯的摩尔比为:1:1~30:1,反应器中的反应压力为0.3-1.5Mpa,反应温度为50-150℃,反应时间为2~5小时;时间;;;。
(2)将经步骤(1)制得的1,1,1,3-四氯丙烷和无水氟化氢为原料,在催化剂和阻聚剂作用下,在反应器中制得1,1,1-三氟-3-氯丙烷;1,1,1,3-四氯丙烷和无水氟化氢的摩尔比为:1:3~1:50,反应器中的反应压力为0.2-0.7Mpa,反应温度40-70℃,反应时间为6~8小时;
(3)将经步骤(2)制得的1,1,1-三氟-3-氯丙烷,脱氯化氢生成3,3,3-三氟丙烯。
步骤(1)用四氯化碳和乙烯为原料,乙烯价廉易得、四氯化碳本身由于环保问题急于寻找出路,以该两种物质作为原料更适于工业化生产,节约成本、易得和环保。
步骤(2)中加入阻聚剂的目的是为了减少1,1,1,3-四氯丙烷脱氯化氢后的聚合。由于1,1,1,3-四氯丙烷在反应过程中会有小部分发生脱氯化氢反应生成3,3,3-三氯丙烯,进而发生聚合,聚合物会包裹催化剂,导致催化活性降低,加入阻聚剂后可以防止3,3,3-三氯丙烯聚合, 3,3,3-三氟丙烯可以直接作为产品加以收集。且在压力0.2-0.7Mpa和温度40-70℃下进行反应,工艺条件简单,节约成本,易于工业化生产。
作为优选,上述所述一种3,3,3-三氟丙烯的制备方法,所述的步骤(1)中的有机过氧化物催化剂是过氧化二特丁基或过氧化苯甲酰。采用过氧化二特丁基或过氧化苯甲酰作催化剂可得到选择性比例更高的1,1,1,3-四氯丙烷。
作为优选,上述所述一种3,3,3-三氟丙烯的制备方法,所述的步骤(2)中的催化剂为二氟二氯化锡,阻聚剂为环丁酮。催化剂采用二氟二氯化锡,阻聚剂采用环丁酮,可得到选择性比例更高的1,1,1-三氟-3-氯丙烷。
作为优选,上述所述一种3,3,3-三氟丙烯的制备方法,所述的步骤(3)中1,1,1-三氟-3-氯丙烷在催化剂氢氧化钠和相转移催化剂十二烷基三甲基氯化铵作用下,在釜式反应器中液相反应脱氯化氢生成3,3,3-三氟丙烯。相转移催化剂采用十二烷基三甲基氯化铵提高有机物1,1,1-三氟-3-氯丙烷与无机物氢氧化钠的互溶性,提高反应速度和1,1,1-三氟-3-氯丙烷的转化率,得到的3,3,3-三氟丙烯选择性更高。
作为优选,上述所述一种3,3,3-三氟丙烯的制备方法,所述的步骤(3)在釜式反应器中的液相反应压力为0.1~0.3Mpa,反应温度为50-80℃,反应时间为3~5小时。
作为优选,上述所述一种3,3,3-三氟丙烯的制备方法,所述的步骤(3)在釜式反应器中的液相反应压力为0.1~0.3Mpa,反应温度为50-80℃,为连续反应。
作为优选,上述所述一种3,3,3-三氟丙烯的制备方法,所述的步骤(3)中1,1,1-三氟-3-氯丙烷采用气相脱酸方法,用瓷环填充管式反应器,反应温度为400-480℃,反应压力为 0.1~0.3Mpa,空速为1000h-1~4000h-1。该反应为无催化脱酸,采用管式反应,只需在管式反应器中填充瓷环,不用催化剂,节约成本。
作为优选,上述所述一种3,3,3-三氟丙烯的制备方法,用瓷环填充管式反应器连续反应。
作为优选,上述所述一种3,3,3-三氟丙烯的制备方法,所述的四氯化碳和乙烯的摩尔比为:1:1~5:1。转化率90-99%,选择性可达98%以上。
作为优选,上述所述一种3,3,3-三氟丙烯的制备方法,所述的1,1,1,3-四氯丙烷和无水氟化氢的摩尔比为:1:5~1:10。转化率可达90-99%,选择性可达98%以上。
本发明第一个步骤中以四氯化碳和乙烯等价廉易得的基础化工原料为起始原料,成本低,易工业化生产。第二个步骤中的反应温度低、压力低、易控制、能耗低、工艺安全、催化剂可自制,活性高。另外,本工艺优点还在于可以得到99.9%的1,1,1-三氟-3-氯丙烷的产品,既可供下一步脱酸反应,制成3,3,3-三氟丙烯,也可以作为商品出售,因为它也是重要的有机氟化工中间体。第三个步骤中脱酸反应可以液相反应也可气相反应。本发明各步反应转化率和选择性均可达90%以上。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述,但它们不是对本发明的限制:
实施例1
第一步:在100L不锈钢反应器中,加入90kg四氯化碳和有机过氧化物催化剂过氧化苯甲酰20g,用氮气置换反应容器内的氧气,然后加热升温到50℃,再连续的通入乙烯16.24kg,釜内压力为0.3Mpa,反应2小时结束,可得选择性为90-95%的1,1,1,3-四氯丙烷。
第二步:将制得的1,1,1,3-四氯环烷60kg加入到装有催化剂二氟二氯化锡和阻聚剂环丁酮混合物的反应釜中,加热升温到40℃,然后在6-8小时内连续加入无水氟化氢19.8kg,压力控制在0.2Mpa,得选择性90~99%的1,1,1-三氟-3-氯丙烷。
第三步:在100L搪瓷反应釜中,氢氧化钠水溶液70kg,十二烷基三甲基氯化铵0.6kg,反应温度控制在50℃,反应压力控制在0.1Mpa,然后连续加入上述制得的1,1,1-三氟-3-氯丙烷58.3kg,反应3小时,即得本发明的目标产品3,3,3-三氟丙烯,1,1,1-三氟-3-氯丙烷的转化率为100%。
实施例2
第一步:在100L不锈钢反应器中,加入90kg四氯化碳和有机过氧化物过氧化二特丁基15g,用氮气置换反应容器内的氧气,然后加热升温到150℃,再连续的通入乙烯0.54kg,釜内压力为1.5Mpa,反应3小时结束,可得选择性为90-99%的1,1,1,3-四氯丙烷。
第二步:将制得的1,1,1,3-四氯环烷12kg加入到装有催化剂二氟二氯化锡和阻聚剂环丁酮混合物的反应釜中,加热升温到70℃,然后在6-8小时内连续加入无水氟化氢66kg,压力控制在0.7Mpa,得选择性90~96%的1,1,1-三氟-3-氯丙烷。
第三步:在100L搪瓷反应釜中,氢氧化钠水溶液70kg ,十二烷基三甲基氯化铵1kg,反应温度控制在80℃,反应压力控制在0.3Mpa,然后连续加入上述制得的1,1,1-三氟-3-氯丙烷58.3kg,反应5小时,即得本发明的目标产品3,3,3-三氟丙烯,1,1,1-三氟-3-氯丙烷的转化率为100%。
实施例3
第一步:在100L不锈钢反应器中,加入90kg四氯化碳和有机过氧化物催化剂1,1-二叔丁基过氧化环己烷5g,用氮气置换反应容器内的氧气,然后加热升温到150℃,再连续的通入乙烯16.24kg,釜内压力为1.5Mpa,反应3小时结束,可得选择性为80-85%的1,1,1,3-四氯丙烷。
第二步:将制得的1,1,1,3-四氯环烷60kg加入到装有催化剂二氟二氯化锡和阻聚剂环丁酮混合物的反应釜中,加热升温到70℃,然后在6-8小时内连续加入无水氟化氢19.8kg,压力控制在0.7Mpa,得选择性90~99%的1,1,1-三氟-3-氯丙烷。
第三步:在100L搪瓷反应釜中,氢氧化钠水溶液70kg,十二烷基三甲基氯化铵0.8kg,反应温度控制在80℃,反应压力控制在0.1Mpa,然后连续加入上述制得的1,1,1-三氟-3-氯丙烷58.3kg,反应3小时,即得本发明的目标产品3,3,3-三氟丙烯,1,1,1-三氟-3-氯丙烷的转化率为100%。
实施例4
第一步:在100L不锈钢反应器中,加入90kg四氯化碳和有机过氧化物过氧化二异丙苯10g,用氮气置换反应容器内的氧气,然后加热升温到100℃,再连续的通入乙烯16.24kg,釜内压力为1Mpa,反应3小时结束,可得选择性为80-85%的1,1,1,3-四氯丙烷。
第二步:将制得的1,1,1,3-四氯环烷60kg加入到装有催化剂二氟二氯化锡和阻聚剂环丁酮混合物的反应釜中,加热升温到50℃,然后在6-8小时内连续加入无水氟化氢19.8kg,压力控制在0.4Mpa,得选择性90~99%的1,1,1-三氟-3-氯丙烷。
第三步:在100L搪瓷反应釜中,氢氧化钠水溶液70kg, 三辛基甲基氯化铵1.2 kg,反应温度控制在50℃,反应压力控制在0.3Mpa,然后连续加入上述制得的1,1,1-三氟-3-氯丙烷58.3kg,反应5小时,即得本发明的目标产品3,3,3-三氟丙烯,1,1,1-三氟-3-氯丙烷的转化率为98%。
实施例5
第一步:在100L不锈钢反应器中,加入90kg四氯化碳和有机过氧化物催化剂过氧化二特丁基15g,用氮气置换反应容器内的氧气,然后加热升温到120℃,再连续的通入乙烯16.24kg,釜内压力为0.5Mpa,反应3小时结束,可得选择性为90-99%的1,1,1,3-四氯丙烷。
第二步:将制得的1,1,1,3-四氯环烷60kg加入到装有催化剂五氯化锑和阻聚剂环己酮混合物的反应釜中,加热升温到60℃,然后在6-8小时内连续加入无水氟化氢19.8kg,压力控制在0.6Mpa,得选择性70~75%的1,1,1-三氟-3-氯丙烷。
第三步:在100L搪瓷反应釜中,氢氧化钠水溶液70kg,十二烷基三甲基氯化铵0.5kg,反应温度控制在70℃,反应压力控制在0.2Mpa,然后连续加入上述制得的1,1,1-三氟-3-氯丙烷58.3kg,反应4小时,即得本发明的目标产品3,3,3-三氟丙烯,1,1,1-三氟-3-氯丙烷的转化率为100%。
实施例6
第一步:在100L不锈钢反应器中,加入90kg四氯化碳和有机过氧化物催化剂过氧化苯甲酰30g,用氮气置换反应容器内的氧气,然后加热升温到50℃,再连续的通入乙烯0.54kg,釜内压力为0.3Mpa,反应3小时结束,可得选择性为90-95%的1,1,1,3-四氯丙烷。
第二步:将制得的1,1,1,3-四氯环烷12kg加入到装有催化剂三氯化锑和阻聚剂环己酮混合物的反应釜中,加热升温到40℃,然后在6-8小时内连续加入无水氟化氢66kg,压力控制在0.2Mpa,得选择性75~80%的1,1,1-三氟-3-氯丙烷。
第三步:在100L搪瓷反应釜中,氢氧化钠水溶液70kg, 四甲基氯化铵0.5kg ,反应温度控制在60℃,反应压力控制在0.25Mpa,然后连续加入上述制得的1,1,1-三氟-3-氯丙烷58.3kg,连续反应,即得本发明的目标产品3,3,3-三氟丙烯,1,1,1-三氟-3-氯丙烷的转化率为85%。
实施例7
第一步:在100L不锈钢反应器中,加入90kg四氯化碳和有机过氧化物催化剂过氧化二特丁基30g,用氮气置换反应容器内的氧气,然后加热升温到100℃,再连续的通入乙烯0.54kg,釜内压力为1Mpa,反应3小时结束,可得选择性为90-95%的1,1,1,3-四氯丙烷。
第二步:将制得的1,1,1,3-四氯环烷12kg加入到装有催化剂二氟二氯化锡和阻聚剂环丁酮混合物的反应釜中,加热升温到50℃,然后在6-8小时内连续加入无水氟化氢66kg,压力控制在0.4Mpa,得选择性90~96%的1,1,1-三氟-3-氯丙烷。
第三步:在100L搪瓷反应釜中,采用气相脱酸方法,用瓷环填充管式反应器,反应温度为400℃,压力控制在0.1Mpa-0.3Mpa,空速控制在1000h-1~4000h-1,连续加入上述制得的1,1,1-三氟-3-氯丙烷80kg,连续反应,即得本发明的目标产品3,3,3-三氟丙烯,1,1,1-三氟-3-氯丙烷的转化率为98%。
实施例8
第一步:在100L不锈钢反应器中,加入90kg四氯化碳和有机过氧化物催化剂过氧化苯甲酰20g,用氮气置换反应容器内的氧气,然后加热升温到120℃,再连续的通入乙烯0.54kg,釜内压力为0.5Mpa,反应3小时结束,可得选择性为90-95%的1,1,1,3-四氯丙烷。
第二步:将制得的1,1,1,3-四氯环烷12kg加入到装有催化剂二氟二氯化锡和阻聚剂环丁酮混合物的反应釜中,加热升温到60℃,然后在6-8小时内连续加入无水氟化氢66kg,压力控制在0.6Mpa,得选择性95~97%的1,1,1-三氟-3-氯丙烷。
第三步:在100L搪瓷反应釜中,采用气相脱酸方法,用瓷环填充管式反应器,反应温度为420℃,压力控制在0.1Mpa-0.3Mpa,空速控制在1000h-1~4000h-1,连续加入上述制得的1,1,1-三氟-3-氯丙烷80kg,连续反应,即得本发明的目标产品3,3,3-三氟丙烯,1,1,1-三氟-3-氯丙烷的转化率为100%。
实施例9
第一步:在100L不锈钢反应器中,加入90kg四氯化碳和有机过氧化物催化剂过氧化二特丁基20g,用氮气置换反应容器内的氧气,然后加热升温到150℃,再连续的通入乙烯3.25kg,釜内压力为1.5Mpa,反应3小时结束,可得选择性为90-99%的1,1,1,3-四氯丙烷。
第二步:将制得的1,1,1,3-四氯环烷50kg加入到装有催化剂二氟二氯化锡和阻聚剂环丁酮混合物的反应釜中,加热升温到40℃,然后在6-8小时内连续加入无水氟化氢21.6kg,压力控制在0.2Mpa,得选择性90~99%的1,1,1-三氟-3-氯丙烷。
第三步:在100L搪瓷反应釜中,采用气相脱酸方法,用瓷环填充管式反应器,反应温度为435℃,压力控制在0.1Mpa-0.3Mpa,空速控制在1000h-1~4000h-1,连续加入上述制得的1,1,1-三氟-3-氯丙烷80kg,连续反应,即得本发明的目标产品3,3,3-三氟丙烯,1,1,1-三氟-3-氯丙烷的转化率为100%。
实施例10
第一步:在100L不锈钢反应器中,加入90kg四氯化碳和有机过氧化物催化剂过氧化苯甲酰15g,用氮气置换反应容器内的氧气,然后加热升温到150℃,再连续的通入乙烯2kg,釜内压力为1.5Mpa,反应3小时结束,可得选择性为90-99%的1,1,1,3-四氯丙烷。
第二步:将制得的1,1,1,3-四氯环烷50kg加入到装有催化剂二氟二氯化锡和阻聚剂环丁酮混合物的反应釜中,加热升温到70℃,然后在6-8小时内连续加入无水氟化氢27kg,压力控制在0.7Mpa,得选择性90~99%的1,1,1-三氟-3-氯丙烷。
第三步:在100L搪瓷反应釜中,采用气相脱酸方法,用瓷环填充管式反应器,反应温度为450℃,压力控制在0.1Mpa-0.3Mpa,空速控制在1000h-1~4000h-1,连续加入上述制得的1,1,1-三氟-3-氯丙烷80kg,连续反应,即得本发明的目标产品3,3,3-三氟丙烯,1,1,1-三氟-3-氯丙烷的转化率为100%。
实施例11
第一步:在100L不锈钢反应器中,加入90kg四氯化碳和有机过氧化物催化剂过氧化二特丁基20g,用氮气置换反应容器内的氧气,然后加热升温到100℃,再连续的通入乙烯1.6kg,釜内压力为1.0Mpa,反应3小时结束,可得选择性为90-99%的1,1,1,3-四氯丙烷。
第二步:将制得的1,1,1,3-四氯环烷40kg加入到装有催化剂二氟二氯化锡和阻聚剂环丁酮混合物的反应釜中,加热升温到70℃,然后在6-8小时内连续加入无水氟化氢35.2kg,压力控制在0.7Mpa,得选择性90~99%的1,1,1-三氟-3-氯丙烷。
第三步:在100L搪瓷反应釜中,氢氧化钠水溶液70kg,十二烷基三甲基氯化铵0.7kg,反应温度控制在50℃,反应压力控制在0.1Mpa,然后连续加入上述制得的1,1,1-三氟-3-氯丙烷58.3kg,反应3小时,即得本发明的目标产品3,3,3-三氟丙烯,1,1,1-三氟-3-氯丙烷的转化率为100%。
实施例12
第一步:在100L不锈钢反应器中,加入90kg四氯化碳和有机过氧化物催化剂过氧化苯甲酰30g,用氮气置换反应容器内的氧气,然后加热升温到120℃,再连续的通入乙烯1.1kg,釜内压力为0.5Mpa,反应3小时结束,可得选择性为90-99%的1,1,1,3-四氯丙烷。
第二步:将制得的1,1,1,3-四氯环烷35kg加入到装有催化剂二氟二氯化锡和阻聚剂环丁酮混合物的反应釜中,加热升温到50℃,然后在6-8小时内连续加入无水氟化氢38kg,压力控制在0.4Mpa,得选择性90~99%的1,1,1-三氟-3-氯丙烷。
第三步:在100L搪瓷反应釜中,氢氧化钠水溶液70kg, 四甲基氯化铵0.6kg,反应温度控制在80℃,反应压力控制在0.3Mpa,然后连续加入上述制得的1,1,1-三氟-3-氯丙烷58.3kg,反应5小时,即得本发明的目标产品3,3,3-三氟丙烯,1,1,1-三氟-3-氯丙烷的转化率为100%。
实施例13
第一步:在100L不锈钢反应器中,加入90kg四氯化碳和有机过氧化物催化剂过氧化二特丁基35g,用氮气置换反应容器内的氧气,然后加热升温到50℃,再连续的通入乙烯0.9kg,釜内压力为0.3Mpa,反应3小时结束,可得选择性为90-99%的1,1,1,3-四氯丙烷。
第二步:将制得的1,1,1,3-四氯环烷25kg加入到装有催化剂二氟二氯化锡和阻聚剂环丁酮混合物的反应釜中,加热升温到60℃,然后在6-8小时内连续加入无水氟化氢56kg,压力控制在0.6Mpa,得选择性90~99%的1,1,1-三氟-3-氯丙烷。
第三步:在100L搪瓷反应釜中,氢氧化钠水溶液70kg,十二烷基三甲基氯化铵0.6kg,反应温度控制在80℃,反应压力控制在0.1Mpa,然后连续加入上述制得的1,1,1-三氟-3-氯丙烷58.3kg,反应5小时,即得本发明的目标产品3,3,3-三氟丙烯,1,1,1-三氟-3-氯丙烷的转化率为100%。
实施例14
第一步:在100L不锈钢反应器中,加入90kg四氯化碳和有机过氧化物催化剂过氧化苯甲酰10g,用氮气置换反应容器内的氧气,然后加热升温到100℃,再连续的通入乙烯0.8kg,釜内压力为1Mpa,反应3小时结束,可得选择性为90-95%的1,1,1,3-四氯丙烷。
第二步:将制得的1,1,1,3-四氯环烷18kg加入到装有催化剂二氟二氯化锡和阻聚剂环丁酮混合物的反应釜中,加热升温到40℃,然后在6-8小时内连续加入无水氟化氢60kg,压力控制在0.2Mpa,得选择性90~99%的1,1,1-三氟-3-氯丙烷。
第三步:在100L搪瓷反应釜中,采用气相脱酸方法,用瓷环填充管式反应器,反应温度为435℃,压力控制在0.1Mpa-0.3Mpa,空速控制在1000h-1~4000h-1,连续加入上述制得的1,1,1-三氟-3-氯丙烷80kg,连续反应,即得本发明的目标产品3,3,3-三氟丙烯,1,1,1-三氟-3-氯丙烷的转化率为98%。
实施例15
第一步:在100L不锈钢反应器中,加入90kg四氯化碳和有机过氧化物催化剂1,1-二叔丁基过氧化环己烷40g,用氮气置换反应容器内的氧气,然后加热升温到120℃,再连续的通入乙烯0.65kg,釜内压力为0.5Mpa,反应3小时结束,可得选择性为85-90%的1,1,1,3-四氯丙烷。
第二步:将制得的1,1,1,3-四氯环烷15kg加入到装有催化剂三氯化锑、四氯化锡和阻聚剂环己酮混合物的反应釜中,加热升温到50℃,然后在6-8小时内连续加入无水氟化氢64kg,压力控制在0.4Mpa,得选择性80~85%的1,1,1-三氟-3-氯丙烷。
第三步:在100L搪瓷反应釜中,采用气相脱酸方法,用瓷环填充管式反应器,反应温度为450℃,压力控制在0.1Mpa-0.3Mpa,空速控制在1000h-1~4000h-1,连续加入上述制得的1,1,1-三氟-3-氯丙烷80kg,连续反应,即得本发明的目标产品3,3,3-三氟丙烯,1,1,1-三氟-3-氯丙烷的转化率为100%。
实施例16
第一步:在100L不锈钢反应器中,加入90kg四氯化碳和有机过氧化物催化剂过氧化二特丁基20g,用氮气置换反应容器内的氧气,然后加热升温到120℃,再连续的通入乙烯8.12kg,釜内压力为0.9Mpa,反应3小时结束,可得选择性为98-99%的1,1,1,3-四氯丙烷。
第二步:将制得的1,1,1,3-四氯环烷60kg加入到装有催化剂二氟二氯化锡和阻聚剂环丁酮混合物的反应釜中,加热升温到60℃,然后在6-8小时内连续加入无水氟化氢39.6kg,压力控制在0.6Mpa,得选择性95~99%的1,1,1-三氟-3-氯丙烷。
第三步:在100L搪瓷反应釜中,氢氧化钠水溶液70kg,十二烷基三甲基氯化铵0.6kg,反应温度控制在70℃,反应压力控制在0.2Mpa,然后连续加入上述制得的1,1,1-三氟-3-氯丙烷58.3kg,反应4小时,即得本发明的目标产品3,3,3-三氟丙烯,1,1,1-三氟-3-氯丙烷的转化率为100%。