CN106883095B - 一种生产反式-1,3,3,3-四氟丙烯的工艺 - Google Patents
一种生产反式-1,3,3,3-四氟丙烯的工艺 Download PDFInfo
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Abstract
一种生产反式‑1,3,3,3‑四氟丙烯的工艺,采用1,1,1,3,3‑五氟丙烷为原料,通过催化反应、产品分离、原料回收三个步骤一步合成反式‑1,3,3,3‑三氟丙烯。具有催化剂成本低、不引入污染物、能耗低、工艺简单的优点。
Description
技术领域
本发明涉及氢氟烯烃的制备领域,具体涉及到采用1,1,1,3,3-五氟丙烷脱氟化氢合成反式-1,3,3,3-四氟丙烯的制备工艺。
背景技术
1,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234ze)是顺式1,3,3,3-四氟丙烯(Z-HFO-1234ze)和反式-1,3,3,3-四氟丙烯(E-HFO-1234ze)的总称。其中E-HFO-1234ze因为不破环臭氧层,低的全球变暖潜值被广泛用作制冷剂、发泡剂、清洁剂、有机溶剂和传热介质,同时也是生产多种含氟塑料、共聚物的重要单体,是全世界公认的部分氢氟烷烃理想替代品。
HFO-1234ze的合成方法(王博等,工业催化,2008,16,1,1,1,1,3-四氟丙烯的合成研究进展)主要有1-氯-3,3,3-三氟丙烯(HCFO-1233zd)法、1,1,1,3,3-五氟丙烷(HFC-245fa)法、1,1,1,3-四氟-3-氯丙烷(HFC-244fa)法、3,3,3-三氟丙烯(HFO-1243)法、调聚氟化法及卡宾制备法等。其中HCFO-1233zd法和HFO-1243法原料价格昂贵;HFC-244fa法原料易分解,难于储存运输;卡宾制备法和调聚氟化法路线复杂,收率低,都不是理想的HFO-1234ze工业合成方法。以HFC-245fa为原料气相催化脱HF制备HFO-1234ze的合成路线,工艺路线简单,HFC-245fa转化率高,目标产物选择性好,同时随着HFC-245fa的禁用,价格一路走低,此法具有很好的工业化前景。
国内外各研究机构对HFC-245fa法合成HFO-1234ze进行了深入的研究。研究发现此反应受热力学平衡限制,得到的是Z-HFO-1234ze与E-HFO-1234ze的混合物,反应生成的Z-HFO-1234ze需进一步异构化反应生成E-HFO-1234ze。例如:Maher等(US:6124510)采用Cr/Ni/AlF3为催化剂,在接触时间39s,反应温度370℃条件下,HFC-245fa气相脱氟化氢,转化率94.5%,选择性98.5%,产物中Z型HFO-1234ze异构体占到20.5%,随着反应温度的提高,反应产物中Z型的HFO-1234ze比例增加;Yoshikawa等(JP10007605)将HFC-245fa在负载Cr的活性炭、石墨、氟化石墨、AlF3等催化剂上反应,得到HFO-1234ze,进一步研究还发现添加一定量的Co、Mn、Ni、Zn等催化剂助剂,可使反应活性显著提高,转化率可达到80.0%以上;Sakyu等(WO2009048048A1)采用采用金属氧化物、氟化物或将其负载到活性炭等载体上制成催化剂,取得了较好的异构化效果。采用两步法工艺合成E-HFO-1234ze,将得到的Z-HFO-1234ze完全转化为E-HFO-1234ze,原料利用率较高。但整个工艺路线较长,需要两套反应系统及分离系统,即脱HF反应完成后需要进行E-HFO-1234ze、Z-HFO-1234ze、HFC-245fa与HF等分离,分离出的Z-HFO-1234ze继续进行异构化反应,反应完成后要进行二次分离,能耗较大,成本较高。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷或不足,本发明的目的在于,提供一种工艺简单,能耗低的E-HFO-1234ze生产工艺。
本发明的技术解决方案是提供一种生产反式-1,3,3,3-四氟丙烯的工艺,采取两步完成,具体发明步骤如下:
1.催化反应
起始投料时采用HFC-245fa泵4从HFC-245fa储罐2中将物料打入液体混合器6,再经过预热器7预热,后进入反应器8反应,反应器8中预先装入脱HF用催化剂,反应产物经分离,未反应的原料及Z-HFO-1234ze返回混合料储罐1,当全系统稳定运行,并且混合料储罐1液位达到满液位的50%时,开启混合料泵3,流量与混合料流量计5显示流量相等,同时减少HFC-245fa泵流量至产品流量计13显示流量的85.1%。反应产物主要有HFC-245fa、HF、Z-HFO-1234ze、E-HFO-1234ze及少量的轻组分。
2.产品分离
反应产物进入脱重塔9,脱重塔9塔顶组分进入脱轻塔10,脱重塔9塔顶组分种类为E-HFO-1234ze、少量的Z-HFO-1234ze及轻组分,脱轻塔10塔顶组分进入轻组分罐11,脱轻塔10塔顶组分种类为轻组分,脱轻塔10塔底组分进入产品塔12,脱轻塔10塔底组分种类为E-HFO-1234ze、少量的Z-HFO-1234ze,产品塔12塔顶为产品E-HFO-1234ze,采出后进入产品储罐14,产品塔12塔底组分进入混合料储罐1,塔底组分种类为Z-HFO-1234ze;
3.原料回收
脱重塔9塔底组分进入萃取塔15,同时开启蒸馏水泵16,将蒸馏水储罐17中的蒸馏水打入萃取塔15,萃取塔15塔顶组分经一级干燥器19与二级干燥器20干燥后进入混合料储罐1,萃取塔15塔顶组分种类为HFC-245fa与Z-HFO-1234ze,萃取塔15塔底组分进入氢氟酸储罐18,塔底组分为氢氟酸。采用气相色谱测定E-HFO-1234ze纯度。
本发明所述的催化反应步骤1中,预热器预热温度为180-250℃,优选预热温度均为200-220℃;反应温度为250-380℃,反应压力为0.1-3MPa,原料在催化剂床层的停留时间为3-60s,优选反应温度为260-350℃,反应压力为0.5-2MPa,原料在催化剂床层的停留时间为20-40s。
本发明的产品分离步骤2中,脱重塔9理论塔板数不低于20块,操作压力与反应器压力相同,回流比为1-8:1,优选脱重塔9的回流比为3-8:1;脱轻塔10理论塔板数不低于30块,操作压力与脱重塔9压力相同,回流比为3-10:1,优选脱轻塔10的回流比为5-15:1;产品塔12理论塔板数不低于30块,操作压力与脱轻塔10压力相同,回流比为5-20:1,优选产品塔12的回流比为6-15:1;
本发明的原料回收步骤3中,萃取塔15理论塔板数不低于25块,萃取塔15的压力与脱重塔9的压力相同,萃取塔15的回流比为3-15:1,优选萃取塔15的回流比为8-13:1。
优选的,本发明蒸馏水的流量为产品流量的55%。
本发明所述的催化反应步骤1中,优选预热温度为210℃,优选反应温度为300℃,反应压力为1MPa,原料在催化剂床层的停留时间为30s。本发明的产品分离步骤2中,优选脱重塔9的回流比为7:1,优选脱轻塔10的回流比为10:1,优选产品塔12的回流比为12:1。本发明的原料回收步骤3中,优选萃取塔15的回流比为10:1。
本发明采用气相色谱检测反应产物,色谱条件为:汽化室200℃,柱温140℃,检测器200℃,色谱柱选用GASPRO柱,规格为60m×0.32mm,柱温为140℃。
本发明的有益效果是:
本发明直接一步将HFC-245fa转化为E-HFO-1234ze,工艺简单,不需要进一步的异构化反应,能耗低且不引入污染物。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图中附图标记为:1.混合料储罐;2.HFC-245fa储罐;3.混合料泵;4.HFC-245fa泵;5.混合料流量计;6.液体混合器;7.预热器;8.反应器;9.脱重塔;10.脱轻塔;11;轻组分储罐;12产品塔;13.产品流量计;14.产品储罐;15.萃取塔;16.蒸馏水泵;17.蒸馏水储罐;18.氢氟酸储罐;19一级干燥塔;20.二级干燥塔。
具体实施方式
实施例以氟化铬为催化剂,以下结合附图和实施例对本发明进一步详细说明,本发明不限于这些实施例。
实施例一
1.催化反应
起始投料时采用HFC-245fa泵4从HFC-245fa储罐2中将物料打入液体混合器6,经过预热器7预热,预热温度为180℃,经过预热后的原料进入反应器8反应,反应器8中预先装入氟化铬,反应温度为250℃,反应压力为0.1MPa,原料在催化剂床层的停留时间为3s,反应产物经分离,未反应的原料及Z-HFO-1234ze返回混合料储罐1,当全系统稳定运行,并且混合料储罐1液位达到满液位的50%时,开启混合料泵3,流量与混合料流量计5显示流量相等,同时减少HFC-245fa泵流量至产品流量计13显示流量的85.1%。反应产物主要有HFC-245fa、HF、Z-HFO-1234ze、E-HFO-1234ze及少量的轻组分。
2.产品分离
反应产物进入脱重塔9,脱重塔9理论塔板数20块,操作压力与反应器压力相同,回流比为1:1,脱重塔9塔顶组分进入脱轻塔10,塔顶组分种类为E-HFO-1234ze、少量的Z-HFO-1234ze及轻组分,脱轻塔10理论塔板数30块,操作压力与脱重塔9压力相同,回流比为3:1,脱轻塔10塔顶组分进入轻组分罐11,塔顶组分种类为轻组分,脱轻塔10塔底组分进入产品塔12,塔底组分种类为E-HFO-1234ze、少量的Z-HFO-1234ze,产品塔12理论塔板数30块,操作压力与脱轻塔10压力相同,回流比为5:1,产品塔12塔顶为产品E-HFO-1234ze,采出后进入产品储罐14,产品塔12塔底组分进入混合料储罐1,塔底组分种类为Z-HFO-1234ze;
3.原料回收
脱重塔9塔底组分进入萃取塔15,同时开启蒸馏水泵16,将蒸馏水储罐17中的蒸馏水打入萃取塔15,蒸馏水流量为产品流量计13流量的55%,萃取塔15理论塔板数为25块,萃取塔15的压力与脱重塔9的压力相同,萃取塔15的回流比为3:1,萃取塔15塔顶组分经一级干燥器19与二级干燥器20干燥后进入混合料储罐1,萃取塔15塔顶组分种类为HFC-245fa与Z-HFO-1234ze,萃取塔15塔底组分进入氢氟酸储罐18,塔底组分为氢氟酸。采用气相色谱测定E-HFO-1234ze纯度为99.90%。
实施例二
与实施例一不同的是,其中催化反应步骤1中,优选预热温度均为200℃,优选反应温度为300℃,反应压力为2MPa,原料在催化剂床层的停留时间为30s。本实施例的产品分离步骤2中,脱重塔9的理论塔板数为25块,回流比为5:1,脱轻塔10的理论塔板数为35块,回流比为8:1,产品塔12的理论塔板数为35块,回流比为10:1。原料回收步骤3中,萃取塔15的理论塔板数为30,回流比为8-13:1,采用气相色谱测定E-HFO-1234ze纯度为99.93%。
实施例三
与实施例一不同的是,其中催化反应步骤1中,优选预热温度均为250℃,优选反应温度为380℃,反应压力为3MPa,原料在催化剂床层的停留时间为60s。本实施例的产品分离步骤2中,脱重塔9的理论塔板数为30块,回流比为10:1,脱轻塔10的理论塔板数为40块,回流比为10:1,产品塔12的理论塔板数为40块,回流比为20:1。原料回收步骤3中,萃取塔15的理论塔板数为35,回流比为15:1,采用气相色谱测定E-HFO-1234ze纯度为99.97%。
实施例四
与实施例一不同的是,其中催化反应步骤1中,优选预热温度均为190℃,优选反应温度为280℃,反应压力为2.5MPa,原料在催化剂床层的停留时间为40s。本实施例的产品分离步骤2中,脱重塔9的理论塔板数为20块,回流比为8:1,脱轻塔10的理论塔板数为30块,回流比为10:1,产品塔12的理论塔板数为30块,回流比为5:1。原料回收步骤3中,萃取塔15的理论塔板数为25,回流比为3:1,采用气相色谱测定E-HFO-1234ze纯度为99.92%。
实施例五
与实施例一不同的是,其中催化反应步骤1中,优选预热温度均为230℃,优选反应温度为320℃,反应压力为2MPa,原料在催化剂床层的停留时间为20s。本实施例的产品分离步骤2中,脱重塔9的理论塔板数为25块,回流比为3:1,脱轻塔10的理论塔板数为35块,回流比为6:1,产品塔12的理论塔板数为35块,回流比为12:1。原料回收步骤3中,萃取塔15的理论塔板数为30块,回流比为8:1,采用气相色谱测定E-HFO-1234ze纯度为99.94%。
实施例六
与实施例一不同的是,其中催化反应步骤1中,优选预热温度均为190℃,优选反应温度为360℃,反应压力为1.5MPa,原料在催化剂床层的停留时间为10s。本实施例的产品分离步骤2中,脱重塔9的理论塔板数为30块,回流比为6:1,脱轻塔10的理论塔板数为30块,回流比为8:1,产品塔12的理论塔板数为30块,回流比为18:1。原料回收步骤3中,萃取塔15的理论塔板数为25块,回流比为12:1,采用气相色谱测定E-HFO-1234ze纯度为99.96%。
Claims (10)
1.一种生产反式-1,3,3,3-四氟丙烯的工艺,其特征在于:包括以下步骤:
1)催化反应
起始投料时采用HFC-245fa泵(4)从HFC-245fa储罐(2)中将物料打入液体混合器(6),再经过预热器(7)预热,后进入反应器(8)反应,反应器(8)中预先装入脱HF用催化剂;反应物经分离,未反应的原料及Z-HFO-1234ze返回混合料储罐(1),混合料储罐(1)通过泵(3)与液体混合器(6)连通;
2)产品分离
步骤1)反应完的反应产物进入脱重塔(9),脱重塔(9)塔顶组分进入脱轻塔(10),脱轻塔(10)塔顶组分进入轻组分罐(11);脱轻塔(10)塔底组分进入产品塔(12);产品塔(12)塔顶产品采出后进入产品储罐(14),产品塔(12)塔底组分进入混合料储罐(1);
3)原料回收
脱重塔(9)塔底组分进入萃取塔(15),同时开启蒸馏水泵(16),将蒸馏水储罐(17)中的蒸馏水打入萃取塔(15),萃取塔(15)塔顶组分经一级干燥器(19)与二级干燥器(20)干燥后进入混合料储罐(1);萃取塔(15)塔底组分进入氢氟酸储罐(18)。
2.根据权利要求1所述的一种生产反式-1,3,3,3-四氟丙烯的工艺,其特征在于:预热器预热温度为180-250℃。
3.根据权利要求1所述的一种生产反式-1,3,3,3-四氟丙烯的工艺,其特征在于:预热器预热温度为200-220℃。
4.根据权利要求1所述的一种生产反式-1,3,3,3-四氟丙烯的工艺,其特征在于:反应温度为250-380℃,反应压力为0.1-3MPa,原料在催化剂床层的停留时间为3-60s。
5.根据权利要求1所述的一种生产反式-1,3,3,3-四氟丙烯的工艺,其特征在于:反应温度为260-350℃,反应压力为0.5-2MPa,原料在催化剂床层的停留时间为20-40s。
6.根据权利要求1所述的一种生产反式-1,3,3,3-四氟丙烯的工艺,其特征在于:所述脱重塔(9)理论塔板数不低于20块,操作压力与反应器压力相同,回流比为1-8:1;所述脱轻塔(10)理论塔板数不低于30块,操作压力与脱重塔(9)压力相同,回流比为3-10:1;所述产品塔(12)理论塔板数不低于30块,操作压力与脱轻塔(10)压力相同,回流比为5-20:1;所述萃取塔(15)理论塔板数不低于25块,萃取塔(15)的压力与脱重塔(9)的压力相同,萃取塔(15)的回流比为3-15:1。
7.根据权利要求1所述的一种生产反式-1,3,3,3-四氟丙烯的工艺,其特征在于:所述脱重塔(9)的回流比为3-8:1;所述脱轻塔(10)的回流比为5-15:1;所述产品塔(12)的回流比为6-15:1;所述萃取塔(15)的回流比为8-13:1。
8.根据权利要求1所述的一种生产反式-1,3,3,3-四氟丙烯的工艺,其特征在于:所述蒸馏水的流量为产品流量的55%。
9.根据权利要求1所述的一种生产反式-1,3,3,3-四氟丙烯的工艺,其特征在于:预热温度为210℃,反应温度为300℃,反应压力为1MPa,原料在催化剂床层的停留时间为30s。
10.根据权利要求1所述的一种生产反式-1,3,3,3-四氟丙烯的工艺,其特征在于:脱重塔(9)的回流比为7:1,脱轻塔(10)的回流比为10:1,产品塔(12)的回流比为12:1;萃取塔(15)的回流比为10:1。
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GR01 | Patent grant | ||
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