JP2001233808A - ジフルオロメタンの精製方法 - Google Patents

ジフルオロメタンの精製方法

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JP2001233808A
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孝彰 横山
Nobukazu Yanase
亙一 簗瀬
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泰弘 鈴木
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    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C17/00Preparation of halogenated hydrocarbons
    • C07C17/38Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/582Recycling of unreacted starting or intermediate materials

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Abstract

(57)【要約】 【課題】ジフルオロメタンおよびフッ化水素を含む混合
物からのジフルオロメタンの精製方法を提供する。 【解決手段】抽出剤として、ジクロロメタンおよびクロ
ロフルオロメタンから選ばれる少なくとも1種を使用す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒などとして有
用なジフルオロメタンの精製方法に関する
【0002】
【従来の技術】ジフルオロメタンの製造は、多くの場
合、アンチモンなどの種々の触媒の存在下に、気相また
は液相において、ジクロロメタンをフッ素化する反応方
法により行われている。かかるジフルオロメタンの製造
では、原料のジクロロメタンに対して、フッ化水素(以
下、HFとも言う。)を過剰で使用するため、上記反応
により得られる反応生成物中には、目的物である、ジフ
ルオロメタンの他に、多量の未反応のHFが残留するの
で、反応生成物からHFを除去することにより、ジフル
オロメタンを分離回収する必要がある。
【0003】上記反応生成物からのジフルオロメタンの
分離回収では、そこに含まれる多量のHFを同時に回収
して反応系に戻し、再使用することが経済上も必要とさ
れている。しかし、ジフルオロメタンとHFは相互に均
一に混合し、層分離により分離できないだけでなく、両
者は共沸混合物を形成することから、単純な蒸留によっ
ては、HFを含まない、純度の高いジフルオロメタンを
得ることは困難である。従来、かかるジフルオロメタン
とHFの混合物を分離する方法として、WO98/08
789に開示されるように、HFの抽出剤として硫酸を
用いる方法が知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来知られてい
る、抽出剤として硫酸を用いる方法では、硫酸によって
抽出されたHFをリサイクルするには、これを蒸留し、
硫酸を分離してHFを回収する必要があるので、特にそ
の強い腐食性に伴う問題がある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記のような
難点を有さない、ジフルオロメタンとHFとの混合物か
らジフルオロメタンおよび/またはHFを分離回収する
方法について検討を行った結果、本発明に至ったもので
ある。
【0006】即ち、本発明は、ジフルオロメタンおよび
フッ化水素を含む混合物を、以下の(a)および(b)
から選ばれる少なくとも1種の抽出剤により抽出処理
し、ジフルオロメタンおよび抽出剤を主成分とする抽出
剤層およびフッ化水素を主成分とするフッ化水素層に分
液し、上記抽出剤層からジフルオロメタンを分離回収す
ることを特徴とするジフルオロメタンの精製方法にあ
る。 (a)ジクロロメタン (b)クロロフルオロメタン
【0007】本発明で使用される抽出剤である、上記
(a)および(b)の物質は、ジクロロメタンをHFに
よりフッ素化してジフルオロメタンを製造する際の原
料、および製造する際に得られる中間化合物に該当す
る。従って、これらは、目的物であるジフルオロメタン
と構造が類似し、それらの物性もジフルオロメタンと近
似することが予想されたが、予想に反して、本発明者の
知見によると、これらは、ジフルオロメタンに対して大
きな相互溶解度を有する一方、HFに対しては小さな相
互溶解度を有することが判明した。
【0008】かくして、本発明では、上記(a)および
(b)から選ばれる少なくとも一種の物質を抽出剤とし
て使用することにより、ジフルオロメタンおよびHFを
含む混合物から、高純度のジフルオロメタンおよびHF
を効率的に抽出分離でき、更に分離回収したHFは、そ
こに含まれる抽出剤を分離しなくてもジフルオロメタン
を製造する反応系に戻し、再使用できることを見いだし
た。これは、本発明で使用される抽出剤がもともとジフ
ルオロメタンの原料、および中間体であるためであり、
HF中に溶存した抽出剤は反応系に戻すことによって目
的物であるジフルオロメタンに変換される為である。
【0009】
【発明の実施の形態】以下に本発明について更に詳しく
説明する。本発明において対象とされる、ジフルオロメ
タンおよびHFを含む混合物とは、ジフルオロメタンお
よびHFを主成分として含むものであり、各成分は、液
体および/または気体で存在する。混合物に含まれるジ
フルオロメタンとHFの比率は限定されないが、代表的
には、ジフルオロメタンの100質量部に対し、HFを
5〜1000質量部、好ましくは、10〜100質量部
含むものである。HFが5質量部より小さい場合は抽出
剤を使用する効果が小さく、一方、HFが1000質量
部より大きい場合はジフルオロメタンのHF層への溶解
量が多く、分離効率が悪い。
【0010】本発明で対象とされるジフルオロメタンお
よびHFを含む混合物の代表例としては、ジクロロメタ
ンをアンチモンなどの種々の触媒の存在下にHFにより
フッ素化して得られる反応生成物である。この反応生成
物には、ジフルオロメタンおよびHFの他に、本発明で
抽出剤として使用される(a)および(b)の物質およ
び塩化水素等が少量含まれるが、本発明の実施に支障に
なることはない。むしろ、(a)および(b)の物質が
含まれている場合は、抽出剤の使用量が少なくできるの
で有益である。
【0011】本発明で使用される抽出剤は、(a)ジク
ロロメタンおよび(b)クロロフルオロメタンから選ば
れる少なくとも1種である。これらの抽出剤は、ジフル
オロメタンの製造時の中間物として調達できるが、もち
ろん外部から調達しても良い。本発明の抽出剤として
は、(a)および(b)のなかでも、HFの溶解度が低
いという理由で上記(a)のジクロロメタンの使用が好
ましい。もちろん、(a)および(b)の物質を併用す
ることができ、また、他の抽出剤を併用することができ
る。
【0012】本発明で、抽出剤の使用量は、ジフルオロ
メタンに対してモル比で、0.3〜30倍が好ましい。
抽出剤の使用量が0.3倍より小さい場合は、抽出効率
が悪く、HF層にジフルオロメタンが残存してしまう。
一方、30倍より大きい場合には、蒸留によるジフルオ
ロメタンの回収効率が悪くなってしまう。なかでも、抽
出剤の使用量は、1〜10倍が特に好ましい。
【0013】本発明において、抽出剤による抽出処理
は、ジフルオロメタンおよびHFを含む混合物と抽出剤
とを可及的緊密に接触せしめ得る手段の採用により実施
できる。この接触手段は、特に限定されないが、例え
ば、攪拌やラインミキサーによる接触が採用される。ま
た、分液は、既知の手段により実施される。抽出と分液
は、同じ装置を使用して同時に行ってもよいが、別の装
置を使用して別個に行ってもよい。
【0014】抽出および分液の際の温度は、抽出後のH
Fおよびジフルオロメタンを含む抽出剤が液化する温度
である、−40〜50℃で行うのが好ましい。温度が−
40℃より低い場合は、冷却設備のコストが高くなり好
ましくなく、一方、50℃を超えると処理圧力を高く保
つ必要があり、装置コストが高くなり好ましくない。特
に好ましくは、−30〜30℃で実施される。圧力は温
度と関係するが、通常は0.1〜3MPa、好ましく
は、0.1〜1MPaで行われる。
【0015】上記の抽出処理後に分液することにより、
ジフルオロメタンおよび抽出剤を主成分とする抽出剤層
と、HFを主成分とするHF層との二層に分けることが
できる。
【0016】前者の抽出剤層は、好ましくは、通常行わ
れる適当な後処理、例えば、アルカリ洗浄や蒸留などに
付することによって少量含まれるHFを除去することに
より、実質的にジフルオロメタンと抽出剤とからなる混
合物を得ることができる。この混合物を、適宜の分離処
理、好ましくは、蒸留などに付することにより、抽出剤
を実質的に含まない状態でジフルオロメタンを得ること
ができる。また、予め、HFを分離することなく、抽出
剤層を直接蒸留処理して、場合により、複数の蒸留処理
を組み合わせて、操作条件を選択することにより、HF
および抽出剤を含まないジフルオロメタンを得ることも
できる。
【0017】一方、後者のHF層には、HFの他に少量
のジフルオロメタンおよび抽出剤が含まれるが、これ
は、HFの原料として別個に使用できると共に、上記し
たように、ジフルオロメタンの製造工程である、ジクロ
ロメタンをHFによりフッ素化する反応工程に循環され
る。後者の場合には、HF層に含まれるいずれの成分も
支障となるどころか、有効に利用できるので有益であ
る。
【0018】本発明の方法の実施に使用される、抽出装
置、分液装置、各種蒸留装置、更には、配管などの各種
の設備の材質は、耐食性を有する種々のものが使用でき
るが、なかでも、ハステロイ、ステンレス鋼、モネル、
ニッケルなど、或いはフッ素系樹脂をライニングした材
質の使用が好ましい。
【0019】
【実施例】以下、本発明を、具体的な実施例に基づき説
明するが、本発明がこれらの実施例によって制限して解
釈されるべきでないことはいうまでもない。
【0020】[実施例1]攪拌機および還流凝縮器を設
置したアルミニウム製の500mlのオートクレーブ
(反応器)に、SbF(アンチモン触媒)の100g
およびHFの250gを仕込み、攪拌を行いながら10
0℃に昇温後、HFの5g/時間(0.25モル/時
間)およびジクロロメタンの8.5g/時間(0.1モ
ル/時間)を連続的に反応器内に供給した。
【0021】0℃に冷却した還流凝縮器をとおして、反
応器内圧が1.0MPa(ゲージ圧)になるように生成
ガスを連続的に抜き出すことによって反応を行い、粗ガ
スを−60℃に冷却した金属容器中に回収した。40時
間の反応を行うことによって235gの粗液を回収し
た。上記粗液を分析した結果、表1に示す組成をもつこ
とが確認された。
【0022】
【表1】
【0023】この粗液をオートクレーブに仕込み、20
℃に保ったが、これらの液は、相互に溶解した。更に−
30℃まで冷却したが、相互に溶解したままであった。
これに対し、抽出剤として、980gのジクロロメタン
を加え、温度を−30℃に、また、圧力を0.2MPa
に、保ったまま1分間攪拌し、静置すると、約15秒で
2層に分離し界面が鮮明に現れた。
【0024】2分間以上静置してから抽出剤層とフッ化
水素層に分離した。抽出剤層は、質量測定後、水で洗浄
し、ガスクロマトグラフで分析し、予め作成した検量線
を用いて抽出剤とジフルオロメタンの量を求めた。ま
た、洗浄した水層に含まれるフッ化水素の量を苛性ソー
ダによる滴定で求めた。一方、フッ化水素層を質量測定
後、抽出剤層と同じ方法で組成を分析した。結果を表2
に示す。
【0025】
【表2】
【0026】得られた抽出剤層としてジフルオロメタン
の90%が回収され、フッ化水素層としてフッ化水素の
95%が回収された。上記抽出剤層は、加圧蒸留装置に
より抽出剤のジクロロメタンの蒸留分離を行った後、気
体状態で、10質量%水酸化カリウム水溶液100g中
に室温でバブリングさせて、残存するフッ化水素を除去
した後、更に加圧蒸留装置により不純物を分離し、99
%以上の純度のジフルオロメタンを得ることができた。
蒸留分離を行ったジクロロメタンは、再度、抽出剤とし
て使用可能であった。また、得られたHF層は、そのま
まアンチモン触媒を用いたジクロロメタンの連続フッ素
化反応装置にリサイクルしてもフッ素化反応の成績は全
く変わらないことを確認した。
【0027】[実施例2]ジフルオロメタン200gと
フッ化水素20gをオートクレーブに仕込み−30℃ま
で冷却した後、これに対して、抽出剤として、1000
gのクロロフルオロメタンを加えた。温度を−30℃
に、また、圧力を0.2MPaに、保ったまま1分間攪
拌し、静置すると、約15秒で2層に分離し界面が鮮明
に現れた。更に2分間以上静置することにより、抽出剤
層とフッ化水素層に分離した。抽出剤層は、質量測定
後、水で洗浄後、ガスクロマトグラフで分析し、予め作
成した検量線を用いて抽出剤とジフルオロメタンの量を
求めた。また、洗浄した水層に含まれるフッ化水素の量
を苛性ソーダによる滴定で求めた。一方、フッ化水素層
は、質量測定後、抽出剤層と同じ方法で組成を分析し
た。その結果を表3に示す。
【0028】
【表3】
【0029】抽出剤層としてジフルオロメタンの90%
が回収され、フッ化水素層としてフッ化水素の95%が
回収された。上記抽出剤層は、加圧蒸留装置により抽出
剤であるクロロフルオロメタンの蒸留分離を行った後、
気体状態で、10質量%水酸化カリウム水溶液100g
中に室温でバブリングさせて、残存するHFを除去した
後、加圧蒸留装置で蒸留することにより、純度99%以
上のジフルオロメタンを得ることができた。
【0030】
【発明の効果】本発明の方法によると、特定の抽出剤を
用いることにより、分離が困難なジフルオロメタンとH
Fとを容易に効果的に分離でき、ジフルオロメタンは、
高純度かつ高収率で回収できる。HFおよび使用された
抽出剤は、精製しなくてもジフルオロメタンの製造工程
に戻し、蓄積することなく原料として循環使用できるの
で、工業的に極めて有用である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 泰弘 千葉県市原市五井海岸10番地 旭硝子株式 会社内 Fターム(参考) 4H006 AA02 AC30 AD11 AD16 BC35 BC51 BC52 BD41 BD52 BD53 EA02

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ジフルオロメタンおよびフッ化水素を含む
    混合物を、以下の(a)および(b)から選ばれる少な
    くとも1種の抽出剤により抽出処理し、ジフルオロメタ
    ンと抽出剤を主成分とする抽出剤層およびフッ化水素を
    主成分とするフッ化水素層に分液し、上記抽出剤層から
    ジフルオロメタンを分離回収することを特徴とするジフ
    ルオロメタンの精製方法。 (a)ジクロロメタン (b)クロロフルオロメタン
  2. 【請求項2】抽出剤の使用量が、混合物に含まれるジフ
    ルオロメタンに対し、0.3〜30倍(モル比)である
    請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】抽出剤層およびフッ化水素層を得る分液
    を、温度が−40℃〜50℃、圧力が0.1〜3MPa
    にて行う請求項1または2に記載の方法。
  4. 【請求項4】抽出剤層を蒸留することによってジフルオ
    ロメタンおよび抽出剤を分離回収し、分離回収された抽
    出剤を抽出処理工程に戻す請求項1〜3のいずれかに記
    載の方法。
  5. 【請求項5】混合物が、ジクロロメタンをフッ化水素に
    てフッ素化する反応から得られる反応生成物である請求
    項1〜4のいずれかに記載の方法。
  6. 【請求項6】フッ化水素層を、そこに含まれる抽出剤お
    よびジフルオロメタンを除去することなく、混合物を得
    る反応工程に戻す請求項5に記載の方法。
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