具体实施方式
下面对本申请做以详细说明。虽然显示了本申请的具体实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本申请,并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是,在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为开放式用语,故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式,然而所述描述乃以说明书的一般原则为目的,并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
本申请提供一种制备E-1-氯-3,3,3-三氟丙烯的方法,其包括:
在催化剂存在下,1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯与HF进行反应得到E-1-氯-3,3,3-三氟丙烯。
本申请制备方法的反应路线如下:
本申请以1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯与HF为反应原料,在催化剂存在下,促进1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯的氟化,E-1-氯-3,3,3-三氟丙烯的单程产率高。
在一个具体实施方式中,所述1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯选自E-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯、Z-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯、E-1,3,3-三氯-3-一氟丙烯和Z-1,3,3-三氯-3-一氟丙烯中的任意一种或两种以上,优选为E-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯。
在一个具体实施方式中,所述反应温度为170~400℃,例如可为170℃、175℃、180℃、185℃、190℃、195℃、200℃、205℃、210℃、215℃、220℃、225℃、230℃、235℃、240℃、245℃、250℃、255℃、260℃、265℃、270℃、275℃、280℃、285℃、290℃、295℃、300℃、305℃、310℃、315℃、320℃、325℃、330℃、335℃、340℃、345℃、350℃、355℃、360℃、365℃、370℃、375℃、380℃、385℃、390℃、395℃、400℃等,优选为170~350℃,更优选为260~300℃。
在一个具体实施方式中,所述1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯与HF的物质的量之比为1:2~30,例如可为1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:11、1:12、1:13、1:14、1:15、1:16、1:17、1:18、1:19、1:20、1:21、1:22、1:23、1:24、1:25、1:26、1:27、1:28、1:29、1:30等,优选为1:2~20,更优选为1:2~15。本申请中的1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯可选自E-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯、Z-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯、E-1,3,3-三氯-3-一氟丙烯和Z-1,3,3-三氯-3-一氟丙烯中的任意一种或两种以上,优选为E-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯,本申请中的1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯与HF的物质的量之比,是指各种1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯的总的物质的量与HF的物质的量之比。
在一个具体实施方式中,反应时间为1~200s,例如可为1s、2s、4s、5s、6s、8s、10s、20s、30s、40s、50s、60s、70s、80s、90s、100s、110s、120s、130s、140s、150s、160s、170s、180s、190s、200s等,优选为1~150s,更优选为1~60s。本申请的反应时间,也可称为接触时间,是指原料与催化剂的单程反应时间。
在一个具体实施方式中,反应压力为0.1~0.5MPa,例如可为0.1MPa、0.15MPa、0.2MPa、0.25MPa、0.3MPa、0.35MPa、0.4MPa、0.45MPa、0.5MPa、常压等。
本领域中已知的任何能够促进1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯氟化的催化剂都可以用于这一方法中。在一个具体实施方式中,适合的催化剂选自氟化铝、氟化镁、氟化铁、氟化钙、氟化铬、氟氧化钨、氟氧化钼中的任意一种或两种以上,优选为氟化铬、氟氧化钨、氟氧化钼中的任意一种。
在一个具体实施方式中,所述的催化剂中,金属氟化物或金属氟氧化物的制备方法如下:
(1)将金属的可溶盐溶解于水,然后滴加沉淀剂使金属离子沉淀完全,调节pH值为7.0~9.0,使其在搅拌条件下充分沉淀,陈化12~36h,将形成的浆体过滤,然后在100~250℃干燥6~24h,将所得固体粉碎,压制成型,得到催化剂前驱体;其中,所述金属的可溶盐为二氯化钼、三氯化钼、四氯化钼、五氯化钼、六氯化钼、二氯化钨、三氯化钨、四氯化钨、五氯化钨、六氯化钨以及Al、Mg、Fe、Ca、Cr的氯化盐、硝酸盐或醋酸盐中的任意一种或数种,所述沉淀剂为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铯、氢氧化铷中的至少一种或数种。
(2)将得到的催化剂前驱体,在氮气氛围下300~500℃进行焙烧6~24小时后,在200~400℃用摩尔比为1:2的氟化氢与氮气组成的混合气体活化12~24h,制得催化剂。
按照上述方法可以制备得到氟化铝、氟化镁、氟化铁、氟化钙、氟化铬、氟氧化钨、氟氧化钼。
在一个具体实施方式中,反应压力为0.1~0.5MPa,反应温度为170~400℃,1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯与HF的物质的量之比为1:2~30,接触时间为1~200s。
在一个具体实施方式中,反应压力0.1~0.5MPa,反应温度为170~350℃,1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯与HF的物质的量之比为1:2~20,接触时间为1~150s。
在一个具体实施方式中,反应压力0.1~0.5MPa,反应温度为260~300℃,E-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯与HF的物质的量之比为1:2~15,接触时间为1~60s。
在一个具体实施方式中,所述1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯选自E-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯、Z-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯、E-1,3,3-三氯-3-一氟丙烯和Z-1,3,3-三氯-3-一氟丙烯中的任意一种或两种以上,优选为E-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯,反应温度为170~400℃,优选为170~350℃,更优选为260~300℃,所述1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯与HF的物质的量之比为1:2~30,优选为1:2~20,更优选为1:2~15。
在一个具体实施方式中,所述1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯选自E-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯、Z-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯、E-1,3,3-三氯-3-一氟丙烯和Z-1,3,3-三氯-3-一氟丙烯中的任意一种或两种以上,优选为E-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯,反应温度为170~400℃,优选为170~350℃,更优选为260~300℃,反应时间为1~200s,优选为1~150s,更优选为1~60s。
在一个具体实施方式中,所述1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯选自E-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯、Z-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯、E-1,3,3-三氯-3-一氟丙烯和Z-1,3,3-三氯-3-一氟丙烯中的任意一种或两种以上,优选为E-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯,反应温度为170~400℃,优选为170~350℃,更优选为260~300℃,反应压力为0.1~0.5MPa。
在一个具体实施方式中,所述1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯选自E-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯、Z-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯、E-1,3,3-三氯-3-一氟丙烯和Z-1,3,3-三氯-3-一氟丙烯中的任意一种或两种以上,优选为E-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯,反应温度为170~400℃,优选为170~350℃,更优选为260~300℃,所述催化剂选自氟化铝、氟化镁、氟化铁、氟化钙、氟化铬、氟氧化钨、氟氧化钼中的任意一种或两种以上,优选为氟化铬、氟氧化钨、氟氧化钼中的任意一种。
在一个具体实施方式中,所述1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯选自E-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯、Z-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯、E-1,3,3-三氯-3-一氟丙烯和Z-1,3,3-三氯-3-一氟丙烯中的任意一种或两种以上,优选为E-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯,反应温度为170~400℃,优选为170~350℃,更优选为260~300℃,所述1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯与HF的物质的量之比为1:2~30,优选为1:2~20,更优选为1:2~15,反应时间为1~200s,优选为1~150s,更优选为1~60s。
在一个具体实施方式中,所述1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯选自E-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯、Z-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯、E-1,3,3-三氯-3-一氟丙烯和Z-1,3,3-三氯-3-一氟丙烯中的任意一种或两种以上,优选为E-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯,反应温度为170~400℃,优选为170~350℃,更优选为260~300℃,所述1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯与HF的物质的量之比为1:2~30,优选为1:2~20,更优选为1:2~15,反应压力为0.1~0.5MPa。
在一个具体实施方式中,所述1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯选自E-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯、Z-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯、E-1,3,3-三氯-3-一氟丙烯和Z-1,3,3-三氯-3-一氟丙烯中的任意一种或两种以上,优选为E-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯,反应温度为170~400℃,优选为170~350℃,更优选为260~300℃,所述1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯与HF的物质的量之比为1:2~30,优选为1:2~20,更优选为1:2~15,所述催化剂选自氟化铝、氟化镁、氟化铁、氟化钙、氟化铬、氟氧化钨、氟氧化钼中的任意一种或两种以上,优选为氟化铬、氟氧化钨、氟氧化钼中的任意一种。
在一个具体实施方式中,所述1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯选自E-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯、Z-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯、E-1,3,3-三氯-3-一氟丙烯和Z-1,3,3-三氯-3-一氟丙烯中的任意一种或两种以上,优选为E-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯,反应温度为170~400℃,优选为170~350℃,更优选为260~300℃,所述1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯与HF的物质的量之比为1:2~30,优选为1:2~20,更优选为1:2~15,反应时间为1~200s,优选为1~150s,更优选为1~60s,反应压力为0.1~0.5MPa,所述催化剂选自氟化铝、氟化镁、氟化铁、氟化钙、氟化铬、氟氧化钨、氟氧化钼中的任意一种或两种以上,优选为氟化铬、氟氧化钨、氟氧化钼中的任意一种。
在一个具体实施方式中,本申请的方法为气相连续制备E-1-氯-3,3,3-三氟丙烯的方法。
在一个具体实施方式中,气相连续制备E-1-氯-3,3,3-三氟丙烯的方法利用如图1所示的装置进行,如图1所示,所述装置包括:反应器3、第一蒸馏塔5、相分器8、第二蒸馏塔11、管线LA 1、管线LB 4、管线LC 7、管线LD 10、管线LE 13、管线LF 9和管线LG 2;其中,
所述反应器3中装填有催化剂,所述反应器3具有:原料流入口和产物流出口,HF、1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯从原料流入口流入所述反应器3,并在催化剂存在下进行气相氟-氯交换反应,反应后含有E-1-氯-3,3,3-三氟丙烯、Z-1-氯-3,3,3-三氟丙烯、氯化氢、1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯和HF的产物流从产物流出口流出;
所述第一蒸馏塔5具有:入口一、塔底出口一和塔顶出口一,所述产物流通过管线LB 4从入口一进入第一蒸馏塔5进行分离,以除去氯化氢;
所述相分器8具有:相分器8入口、无机相出口和有机相出口,所述第一蒸馏塔5的塔底出口一流出的料流通过管线LC 7从相分器8入口进入相分器8继续分离,得到无机相和有机相,所述无机相从无机相出口流出,所述有机相从有机相出口流出;
所述第二蒸馏塔11具有:入口二、塔底出口二和塔顶出口二,所述有机相通过管线LD 10从入口二进入第二蒸馏塔11继续分离,塔顶出口二流出含有E-1-氯-3,3,3-三氟丙烯的料流;
所述管线LA 1与原料供给端连通,所述管线LE 13与所述第二蒸馏塔11的塔底出口二连通,所述管线LF 9与所述相分器8的无机相出口连通,所述管线LA 1、管线LE 13和管线LF 9通过管线LG 2与所述反应器3的原料流入口连通,使得原料供给端的原料、所述无机相和塔底出口二流出的料流共同流入反应器3。
在一个具体实施方式中,如图1所示,本申请的方法利用的装置还包括第三蒸馏塔14和管线LH 12;其中,
所述第三蒸馏塔14具有:入口三、塔底出口三和塔顶出口三,所述塔顶出口二流出的料流通过管线LH 12从入口三进入第三蒸馏塔14继续分离,塔顶出口三流出E-1-氯-3,3,3-三氟丙烯,塔底出口三流出Z-1-氯-3,3,3-三氟丙烯。
在一个具体实施方式中,本申请的方法利用的装置中,所述第一蒸馏塔5的塔顶出口一流出氯化氢,所述第一蒸馏塔5的塔底出口一流出E-1-氯-3,3,3-三氟丙烯、Z-1-氯-3,3,3-三氟丙烯、1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯和HF;
所述无机相含有HF,所述有机相含有E-1-氯-3,3,3-三氟丙烯、Z-1-氯-3,3,3-三氟丙烯、1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯;
所述第二蒸馏塔11的塔顶出口二流出E-1-氯-3,3,3-三氟丙烯、Z-1-氯-3,3,3-三氟丙烯,所述第二蒸馏塔11的塔底出口二流出1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯。
在一个具体实施方式中,本申请的方法制备得到的E-1-氯-3,3,3-三氟丙烯产品可以再通过除酸、除水、精馏,从而得到高纯度的E-1-氯-3,3,3-三氟丙烯产品。
在一个具体实施方式中,本申请的方法包括以下步骤:1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯与HF经管线LA1,与经管线LE13的循环使用的1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯,以及经管线LF9循环使用的HF一起经过管线LG2进入装填有催化剂的反应器3进行气相氟-氯交换反应,反应产物流为E-1-氯-3,3,3-三氟丙烯、Z-1-氯-3,3,3-三氟丙烯、氯化氢和未反应的1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯和HF,反应产物流经管线LB4进入第一蒸馏塔5进行分离;第一蒸馏塔5的塔顶组分为氯化氢,塔底组分为E-1-氯-3,3,3-三氟丙烯、Z-1-氯-3,3,3-三氟丙烯、1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯和HF,塔顶组分经管线LI6采出体系,可以继续分离纯化、除水得到高纯度的HCl,或者配置成不同浓度的盐酸进行售卖;第一蒸馏塔5的塔底组分经管线LC7进入相分器8继续分离;相分器8的上层为富含HF的无机相,下层为富含E-1-氯-3,3,3-三氟丙烯、Z-1-氯-3,3,3-三氟丙烯、1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯的有机相,无机相经管线LF9和管线LG2循环至反应器3继续反应,有机相则经管线LD10进入第二蒸馏塔11继续分离;第二蒸馏塔11的塔顶组分是E-1-氯-3,3,3-三氟丙烯、Z-1-氯-3,3,3-三氟丙烯,塔底组分是1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯,塔底组分通过管线LE13和管线LG2循环进入反应器3继续反应,塔顶组分则通过管线LH12进入第三蒸馏塔14继续分离;第三蒸馏塔14的塔顶组分为E-1-氯-3,3,3-三氟丙烯,经管线LJ 15采出,塔底组分为Z-1-氯-3,3,3-三氟丙烯,经管线LK16采出,塔顶组分经过后续的除酸、除水、精馏可以得到高纯度的E-1-氯-3,3,3-三氟丙烯产品,塔底组分经过后续的除酸、除水、精馏可以得到高纯度的Z-1-氯-3,3,3-三氟丙烯产品。
本申请用于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用。
本申请的气相反应工艺属于气相独立循环连续工艺。由于原料和反应产物的沸点差异很大,采用蒸馏塔蒸馏的方式可将原料和产物进行有效分离,将未反应的原料1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯以及HF继续循环至反应器继续参与反应,而产品E-1-氯-3,3,3-三氟丙烯和副产品Z-1-氯-3,3,3-三氟丙烯、氯化氢采出体系。本申请的1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯选自E-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯、Z-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯、E-1,3,3-三氯-3-一氟丙烯和Z-1,3,3-三氯-3-一氟丙烯中的任意一种或两种以上,其中,Z-1-氯-3,3,3-三氟丙烯的沸点为40℃(760mmHg);E-1-氯-3,3,3-三氟丙烯的沸点为19.4℃(760mmHg);E-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯的沸点为74℃(760mmHg);Z-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯的沸点为94℃(760mmHg);E-1,3,3-三氯-3-一氟丙烯的沸点为115℃(760mmHg);Z-1,3,3-三氯-3-一氟丙烯的沸点为130℃(760mmHg);HF的沸点为19.5℃(760mmHg);HCl的沸点为-85℃(760mmHg)等。
本申请采用上述的方法,E-1-氯-3,3,3-三氟丙烯的选择性在92%以上,甚至最高可达99.9%;同时1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯的单程转化率最高能够达到100%。
实施例
本申请对试验中所用到的材料以及试验方法进行一般性和/或具体的描述,在下面的实施例中,如果无其他特别的说明,%表示wt%,即重量百分数。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
在内径1/2英寸、长30cm的因康合金制的管式反应器中装填10毫升上述制备的氟氧化钨。反应器升温至300℃,通入E-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯和HF进行反应,控制E-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯和HF的物质的量之比为1:15,接触时间为60s,反应压力为常压,反应20h后,反应产物经水洗、碱洗,分离得到有机物,经干燥除水后,用气相色谱分析有机物的组成,实验结果见表1。
实施例2
本实施例相对于实施例1,区别仅在于,反应温度为170℃,实验结果见表1。
实施例3
本实施例相对于实施例1,区别仅在于,反应温度为200℃,实验结果见表1。
实施例4
本实施例相对于实施例1,区别仅在于,反应温度为250℃,实验结果见表1。
实施例5
本实施例相对于实施例1,区别仅在于,反应温度为350℃,实验结果见表1。
实施例6
本实施例相对于实施例1,区别仅在于,反应温度为400℃,实验结果见表1。
实施例7
本实施例相对于实施例1,区别仅在于,E-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯与HF的物质的量之比为1:10,实验结果见表1。
实施例8
本实施例相对于实施例1,区别仅在于,E-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯与HF的物质的量之比为1:2,实验结果见表1。
实施例9
本实施例相对于实施例1,区别仅在于,E-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯与HF的物质的量之比为1:20,实验结果见表1。
实施例10
本实施例相对于实施例1,区别仅在于,E-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯与HF的物质的量之比为1:30,实验结果见表1。
实施例11
本实施例相对于实施例1,区别仅在于,接触时间为10s,实验结果见表1。
实施例12
本实施例相对于实施例1,区别仅在于,接触时间为100s,实验结果见表1。
实施例13
本实施例相对于实施例1,区别仅在于,接触时间为2s,实验结果见表1。
实施例14
本实施例相对于实施例1,区别仅在于,接触时间为150s,实验结果见表1。
实施例15
本实施例相对于实施例1,区别仅在于,接触时间为1s,实验结果见表1。
实施例16
本实施例相对于实施例1,区别仅在于,接触时间为200s,实验结果见表1。
实施例17
本实施例相对于实施例1,区别仅在于,1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯替换为Z-1,3-二氯-3,3-二氟丙烯,实验结果见表1。
实施例18
本实施例相对于实施例1,区别仅在于,1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯替换为E-1,3,3-三氯-3-一氟丙烯,实验结果见表1。
实施例19
本实施例相对于实施例1,区别仅在于,1,3-二氯-3-卤-3-氟丙烯替换为Z-1,3,3-三氯-3-一氟丙烯,实验结果见表1。
实施例20
本实施例相对于实施例1,区别仅在于,催化剂为氟化铝,实验结果见表1。
实施例21
本实施例相对于实施例1,区别仅在于,催化剂为氟化镁,实验结果见表1。
实施例22
本实施例相对于实施例1,区别仅在于,催化剂为氟化铬,实验结果见表1。
实施例23
本实施例相对于实施例1,区别仅在于,催化剂为氟氧化钼,实验结果见表1。
对各实施例制得的产品进行GC分析,分析仪器为:安捷伦8890,色谱柱型号为InterCap1 (i.d. 0.25mm; length 60m; J & W Scientific Inc .)。
气相色谱分析方法为:高纯氦气和氢气用作载气,检测器温度240℃,汽化室温度150℃,柱初温40℃,保持10分钟,20℃/min升温至240℃,保持10分钟。
将各实施例的参数和效果数据列于下表1中:
表1
以上所述,仅是本申请的较佳实施例而已,并非是对本申请作其它形式的限制,任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本申请技术方案内容,依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型,仍属于本申请技术方案的保护范围。