CN115925506A - 一种八氟丙烷的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于化工领域，尤其涉及一种八氟丙烷的制备方法。所述方法包括：将七氟丙烷通入冷阱中进行液化并由固体吸附剂吸附，以螺旋送料管作为反应器，保温≤‑20℃条件下将吸附有七氟丙烷的固体吸附剂通过螺旋送料管的进料口送入至螺旋送料管中进行氟化反应，向螺旋送料管的出料口通入氟氮混合气，控制螺旋送料管反应气压和反应温度，收集进口端反应气并冷凝回收得到八氟丙烷。本发明通过特定反应器的选用，并对环境参数进行了有效控制，实现了物质相态的有效把控，实现了目标产物与难去除的杂质成分的分离，能够直接有效地回收得到高纯的八氟丙烷，并且过程中控制温度相对较低、较为安全。

Description

一种八氟丙烷的制备方法

技术领域

本发明属于化工领域，尤其涉及一种八氟丙烷的制备方法。

背景技术

八氟丙烷又称为全氟丙烷、R218及Flutec PP30，是一种卤代烃(分子式为CF₃CF₂CF₃)，其具有很高的化学稳定性、热稳定性、不燃性和高生理耐药性。目前，八氟丙烷已经在医学、制冷和半导体工业等行业中有了越来越多的用途，尤其是在半导体行业作为等离子蚀刻材料的应用，随着半导体和太阳能以及 LED的蓬勃发展，市场对高纯电子级的八氟丙烷的需求呈上升趋势。

而现有的八氟丙烷合成方法主要有：(1)氟气与活性炭在高温条件下直接进行氟化反应；(2)六氟丙烯、1-氯丙烷等进行电化学氟化反应；(3)六氟丙烯与金属氟化物氟化反应；(4)六氟丙烯与氟气直接氟化反应；(5)七氟丙烷与氟气反应等。

根据目前已知的所有合成方法中，以七氟丙烷进行氟气氟化方法较好，如专利JPS6220170B2公开了使用七氟丙烷在氟化银催化剂存在下与氟气直接氟化得到八氟丙烷。但是上述方法为放热反应，容易发生碳-碳键的锻炼、聚合、环化等情况，生成副产物，更有可能会发生爆炸，需严格控制七氟丙烷的浓度。并且，上述方法并不适用于连续化的生产。

发明内容

为解决现有的七氟丙烷制备法存在一定的缺陷，具有产物得率低、纯度低且具备安全隐患的问题，本发明提供了一种八氟丙烷的制备方法。

本发明的目的在于：

一、能够简洁高效地实现高纯度八氟丙烷的制备；

二、提高反应过程的安全性；

三、能够适用于工业连续化生产。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种八氟丙烷的制备方法，所述方法包括：将七氟丙烷通入冷阱中进行液化并由固体吸附剂吸附，以螺旋送料管作为反应器，保温≤-20 ℃条件下将吸附有七氟丙烷的固体吸附剂通过螺旋送料管的进料口送入至螺旋送料管中进行氟化反应，向螺旋送料管的出料口通入氟氮混合气，控制螺旋送料管反应气压和反应温度，收集进口端反应气并冷凝回收得到八氟丙烷。

对于本发明技术方案而言，最为重要的是对于反应过程中各个物质相态的控制。相较于原料六氟丙烯（沸点为-30.3 ℃），本发明技术方案所用原料七氟丙烷（沸点为-16.4℃）与目标产物八氟丙烷（沸点为-36.7 ℃）相差更大，更有利于实现分离，同时七氟丙烷更容易与氟气反应得到目标产物八氟丙烷。因而，对于本发明技术方案而言，七氟丙烷是最优的原料成分。

而此外，本发明对于各个物质相态的控制是在反应过程中同时实现的，要综合考虑到反应温度、反应物和产物的相态形成区分。而另一方面，通过对螺旋送料管各段温度进行控制，以实现对物料相态进行控制，提高物料的利用率。

即借助螺旋送料管这一特殊反应容器，通过相态配合控制反应过程以及各个反应物以及物料的流向，能够实现杂质成分与目标产物的分离，使得高效、连续地制备高纯八氟丙烷，适用于工业化的大规模连续生产。

作为优选，所述固体吸附剂为分子筛和/或活性碳和/或碳分子筛，上述的固体吸附剂为常见的固体吸附剂，且具有良好的吸附性能。

作为优选，所述吸附有七氟丙烷的固体吸附剂送入螺旋送料管时，控制固体吸附剂的填充高度高于螺旋送料管的管道内高度，但小于螺旋送料管螺径。

该设置方式能够确保反应的充分性，并尽可能地吸收杂质成分，以提高产物纯度。

作为优选，所述氟氮混合气中氟气含量为10～15 %VOL。

作为优选，所述螺旋送料管内控制反应气压为4.0～5.5 atm；所述螺旋送料管内控制反应温度为2～17 ℃。

上述的反应温度是常见的工业化反应温度，并且控制压力和温度配合，能够确保七氟丙烷保持液相受固体吸附剂吸附，而通过通入的氟氮混合气进行接触反应，反应产生的八氟丙烷目标产物能够化作气体虽氟氮混合气从进料口流出，随后对其进行回收并冷凝分离得到八氟丙烷。并且由于本发明所用的特殊反应器螺旋送料管，以及配合固体吸附剂的填充方式，能够延长反应时间、提高反映效果且几乎忽略七氟丙烷挥发带来的杂质，同时控制较低的反应温度也能够抑制副反应的发生。

作为优选，所述螺旋送料管出料口控制温度为22～35 ℃。

在出料口控制温度较高能够促进未反应完全的七氟丙烷从固体吸附剂中挥发并与氟氮混合气反应。因而实际将螺旋送料管分为靠近进料口端的前段、靠近出料口端的后端以及两者之间的中段，在前段和中段中气体的主要构成为氮气、目标产物八氟丙烷以及过量的氟气，而后段气氛则为氮气、目标产物八氟丙烷、原料七氟丙烷以及氟气，后段的气体向前流动过程中配合控制的高压低温环境以及固体吸附剂，能够吸附气体中的杂质七氟丙烷。

作为优选，所述固体吸附剂中掺有催化剂。

催化剂的添加使用能够进一步提高反应效率。

作为优选，所述催化剂为氟化银催化剂；所述氟化银催化剂与固体吸附剂的质量比为（3～7）：（93～97）。

本发明的有益效果是：本发明通过特定反应器的选用，并对环境参数进行了有效控制，实现了物质相态的有效把控，实现了目标产物与难去除的杂质成分的分离，能够直接有效地回收得到高纯的八氟丙烷，并且过程中控制温度相对较低、较为安全。

附图说明

图1为本发明所用螺旋送料管的示意图；

图2为本发明所用螺旋送料管内含固体吸附剂情况下的局部剖视示意图；

图3为本发明所用螺旋送料管的半剖示意图；

图中：100螺旋送料管，101进料口，102出料口，200转轴，300固体吸附剂。

具体实施方式

以下结合具体实施例和说明书附图对本发明作出进一步清楚详细的描述说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“厚度”、“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定，“若干”的含义是表示一个或者多个。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如无特殊说明，本发明实施例所用原料均为市售或本领域技术人员可获得的原料；如无特殊说明，本发明实施例所用方法均为本领域技术人员所掌握的方法。

实施例1

如图1所示，螺旋送料管为本申请人基于现有的螺旋管改造所得，其为一种横卧设置的送料结构，且其螺绕设置在转轴外侧并与转轴固接，随后由电机带动转轴转动、同时通过转轴带动螺旋送料管转动，在固体吸附剂通过进料口送入至螺旋送料管后，在螺旋送料管转动（Rotate箭头方向）下固体吸附剂能够由进料口端向出料口端进行运动（delivery方向）；

同时，如图2和图3所示，固体吸附剂在管道内的堆放填充高度h大于管道内高度H₁（即螺旋管道的外径与内径差值的二分之一），但同时又小于管道螺径H₂（螺旋管道外径），即确保固体吸附剂能够对管道进行填充封堵，确保氟氮混合气与固体吸附剂以及其内吸附的七氟丙烷进行充分接触反应，但又不会完全填充在管道内，最佳的对方填充高度h为0.3H₁～0.5 H₁。

实施例2

在实施例1设备的基础上，进行八氟丙烷的制备；将七氟丙烷通入冷阱液化后，将其5倍体积的活性炭与其混合，通过活性碳充分吸附液化后的七氟丙烷作为吸附有七氟丙烷的固体吸附剂，保温≤-20 ℃条件下将该吸附有七氟丙烷的固体吸附剂填入至螺旋送料管内，控制对方填充高度h为0.35H₂，且h大于H₁；

控制螺旋送料管转速使得吸附有七氟丙烷的固体吸附剂从进料口到出料口之间的时间为12 min，随后由出料口通入氟氮混合气；所述氟氮混合气中氟气含量为12 %VOL；区分螺旋送料管由进料口至出料口，前15 %长度部分为前段，后15 %部分为后段，其间为中段，中段为主要反应段，控制中段温度为5～7℃、后段温度为23～25 ℃，同时控制螺旋送料管内气压为4 atm；持续通入氟氮混合气并在进料口端回收反应气，将反应气通入至冷阱中于-40 ℃条件下回收产物八氟丙烷，对产物八氟丙烷的纯度进行表征，表征结果显示所得八氟丙烷产物纯度≥99.9 %，其杂质成分主要为七氟丙烷，在低温条件下几乎无副反应产物产生。

实施例3

在实施例1设备的基础上，进行八氟丙烷的制备；将七氟丙烷通入冷阱液化后，将其5倍体积的活性炭与其混合，通过活性碳充分吸附液化后的七氟丙烷作为吸附有七氟丙烷的固体吸附剂，保温≤-20 ℃条件下将该吸附有七氟丙烷的固体吸附剂填入至螺旋送料管内，控制对方填充高度h为0.50H₂，且h大于H₁；控制螺旋送料管转速使得吸附有七氟丙烷的固体吸附剂从进料口到出料口之间的时间为12 min，随后由出料口通入氟氮混合气；所述氟氮混合气中氟气含量为15 %VOL；区分螺旋送料管由进料口至出料口，前15 %长度部分为前段，后15 %部分为后段，其间为中段，中段为主要反应段，控制中段温度为15～17 ℃、后段温度为33～35 ℃，同时控制螺旋送料管内气压为5.5 atm；持续通入氟氮混合气并在进料口端回收反应气，将反应气通入至冷阱中于-40 ℃条件下回收产物八氟丙烷，对产物八氟丙烷的纯度进行表征，表征结果显示所得八氟丙烷产物纯度≥99.9 %，其杂质成分主要为七氟丙烷，在低温条件下几乎无副反应产物产生。

实施例4

在实施例1设备的基础上，进行八氟丙烷的制备；将七氟丙烷通入冷阱液化后，将其5倍体积的活性炭和其0.25 倍体积的氟化银细粉与其混合，通过活性碳充分吸附液化后的七氟丙烷作为吸附有七氟丙烷的固体吸附剂，保温≤-20 ℃条件下将该吸附有七氟丙烷的固体吸附剂填入至螺旋送料管内，控制对方填充高度h为0.50H₂，且h大于H₁；控制螺旋送料管转速使得吸附有七氟丙烷的固体吸附剂从进料口到出料口之间的时间为8 min，随后由出料口通入氟氮混合气；所述氟氮混合气中氟气含量为15 %VOL；区分螺旋送料管由进料口至出料口，前15 %长度部分为前段，后15 %部分为后段，其间为中段，中段为主要反应段，控制中段温度为15～17 ℃、后段温度为33～35 ℃，同时控制螺旋送料管内气压为5.5atm；持续通入氟氮混合气并在进料口端回收反应气，将反应气通入至冷阱中于-40 ℃条件下回收产物八氟丙烷，对产物八氟丙烷的纯度进行表征，表征结果显示所得八氟丙烷产物纯度≥99 %，其杂质成分主要为七氟丙烷，但在催化剂作用下反应效率提高同时产生了一定的副反应，因而对于工业化生产而言，采用无催化剂体系延长反应时间能够提高产物纯度，而添加使用催化剂的情况下则能够更快地制备相对高纯的八氟丙烷产物。

Claims (8)

1.一种八氟丙烷的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将七氟丙烷通入冷阱中进行液化并由固体吸附剂吸附，以螺旋送料管作为反应器，保温≤-20 ℃条件下将吸附有七氟丙烷的固体吸附剂通过螺旋送料管的进料口送入至螺旋送料管中进行氟化反应，向螺旋送料管的出料口通入氟氮混合气，控制螺旋送料管反应气压和反应温度，收集进口端反应气并冷凝回收得到八氟丙烷。

2.根据权利要求1所述的一种八氟丙烷的制备方法，其特征在于，所述固体吸附剂为分子筛和/或活性碳和/或碳分子筛。

3.根据权利要求1所述的一种八氟丙烷的制备方法，其特征在于，所述吸附有七氟丙烷的固体吸附剂送入螺旋送料管时，控制固体吸附剂的填充高度高于螺旋送料管的管道内高度，但小于螺旋送料管螺径。

4.根据权利要求1所述的一种八氟丙烷的制备方法，其特征在于，所述氟氮混合气中氟气含量为10～15 %VOL。

5.根据权利要求1所述的一种八氟丙烷的制备方法，其特征在于，所述螺旋送料管内控制反应气压为4.0～5.5 atm；所述螺旋送料管内控制反应温度为2～17 ℃。

6.根据权利要求1或5所述的一种八氟丙烷的制备方法，其特征在于，所述螺旋送料管出料口控制温度为22～35 ℃。

7.根据权利要求1所述的一种八氟丙烷的制备方法，其特征在于，所述固体吸附剂中掺有催化剂。

8.根据权利要求7所述的一种八氟丙烷的制备方法，其特征在于，所述催化剂为氟化银催化剂；所述氟化银催化剂与固体吸附剂的质量比为（3～7）：（93～97）。

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