JP2001240566A - 1,1,1−トリフルオロ−2,2−ジクロロエタンの製造方法 - Google Patents
1,1,1−トリフルオロ−2,2−ジクロロエタンの製造方法Info
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Abstract
−2−クロロエタンの触媒塩素化による1,1,1−ト
リフルオロ−2,2−ジクロロエタンの高効率の製造方
法を提供すること。 【解決手段】 1,1,1−トリフルオロ−2−クロロ
エタン(F133a)を塩素に接触させることによる
1,1,1−トリフルオロ−2,2−ジクロロエタン
(F123)の製造方法であって、前記接触操作が、H
FがF133aとも形成されたF123とも実質的に反
応せず、F123の選択率を向上させるような温度およ
び接触時間の条件ならびにCl2/F123aモル比お
よびHF/F133aモル比で、HFおよび触媒の存在
下で行われることを特徴とする方法。
Description
(HF)の存在下での1,1,1−トリフルオロ−2−
クロロエタン(F133a)の触媒塩素化による1,
1,1−トリフルオロ−2,2−ジクロロエタン(F1
23)の製造方法である。本発明は、この方法をペンタ
フルオロエタン(F125)の製造方法に適用すること
にも関する。
物F123およびF125は、エーロゾル(噴射剤)の
分野および冷却の分野でペルクロロフルオロカーボン
(CFC)の代替物として使用できるため、それらの工
業生産に向けた高効率の方法が現在探索されている。
ム触媒の存在のもと340℃の温度でF133aを塩素
およびHFに接触させる操作が開示されている。この反
応でのF133aの転化率は高いが、この温度では主に
1,1,1,2−テトラフルオロエタン(F134a)
が生成する。従って、F123の選択率は15%を超え
ず、予想される産業上許容可能な条件でのこの化合物の
生産を可能にするものではない。
ム触媒の存在のもと300℃未満の温度でF133aを
塩素およびHFに接触させる操作が記載されている。こ
の反応は、非常に大過剰の塩素およびHFを使用して行
われ、好ましくはF124(クロロテトラフルオロエタ
ン,CHClFCF3)およびF125の形成をもたら
すため、F123の選択率は8%未満にとどまり、11
0系列/120系列比は10%を超える。
およびヨーロッパ特許出願公開第346612号は、触
媒の不在下または存在下、好ましくは350〜450℃
の温度で塩素とF133aを接触させることによるF1
23の製造について記載している。この塩素化はHFの
不在下に行われる。
素とF133aを反応させ、次に反応混合物からF12
3を分離し、そしてこの分離から得られたF113aと
新たなF133aとを反応させることが記載されてい
る。この反応は、好ましくは350〜425℃で、酸化
クロム等の触媒の存在下、気相で行われる。
択率は29%を超えない。ヨーロッパ特許明細書第40
7990号には、加圧下、液相での熱的または触媒的活
性化によるF133aのF123への塩素化が記載され
ている。F123の選択率は67.9〜83.4%にお
よぶことができ、反応圧力は50〜127バール(ba
r)である。
は、触媒およびHFの不在下、350〜450℃での塩
素とF133aの反応が記載されている。この文献によ
ると、温度、接触時間および反応物のモル比に関する条
件の特定の組み合わせによりF133aの生成をなくす
ことができる。
50〜500℃、好ましくは350〜450℃の温度で
水素の存在下での、F133aの塩素化が記載されてお
り、F123の選択率は65〜92%におよびうる。
50℃でフッ素化触媒の存在下、F133a、HFおよ
びCl2を反応させて実質的にF134aと微量のF1
23を生成させる段階が開示されている。
な温度を使用するF133aの塩素化によるF123の
製造方法を提供する。
中圧、例えば25バールを超えない圧力である、F13
3aの塩素化によるF123の製造方法も提供する。
触媒を存在させてF133aを塩素化することによるF
123の製造方法も提供する。
率が得られるF133aの塩素化によるF123の製造
方法も提供する。本発明は、F123の選択率が70%
を超える、そのような方法も提供する。
1,1−トリフルオロ−2−クロロエタン(F133
a)を塩素に接触させることにより1,1,1−トリフ
ルオロ−2,2−ジクロロエタン(F123)を製造す
る方法を提供する。この方法は、前記接触操作を、HF
がF133aとも形成されたF123とも実質的に反応
せず、F123の選択率を向上させるような温度および
接触時間の条件ならびにCl2/F133aモル比およ
びHF/F133aモル比で、HFおよび触媒の存在下
で行われることを特徴とする。
aともF123とも実質的に反応せず、より高度にフッ
素化された誘導体、例えばクロロテトラフルオロエタン
(F124)またはF134aを与えるような方法に関
する。
質的に反応および反応物の稀釈剤および/または安定剤
として作用し、かつ、フッ素化反応における反応物とし
て作用しないように運転条件が選ばれることが推奨され
る。この種の塩素化反応で知られている範囲内および例
えば前記塩素化反応に関して上掲の文献で報告されてい
るような範囲内で、温度条件、Cl2/F133aモル
比およびHF/F133aモル比ならびに接触時間を概
して選ぶことができる。
本発明の分野は限定されるべきでなく、当該運転条件に
ついて推奨される規模の順は後述する。
℃の間である。この温度は好ましくは250〜300℃
の間である。塩素/F133aモル比は0.01〜0.
50の間であることができ、このモル比は好ましくは
0.05〜0.15の間である。
2.5の間であることができる。実際上の理由から、特
に、消費されなかった反応物およびHFの再循環のため
の生成物の分離に関係して、0.8〜1.2の比が好ま
しくは選ばれる。
時間は5〜100秒間であることができ、接触時間が1
0〜60秒間の間であることが推奨される。接触時間
は、ここでは、反応の圧力および温度条件のもとで反応
器に供給される気体の容量単位での全流量に対する触媒
の見かけ容量の比として計算される。
は、当業者に知られており、かつ、HFおよびHCl等
の水素酸に対して抵抗性の塩素化触媒である。しかしな
がら、HFによるフッ素化に一般的に使用されている触
媒が好ましい。例示として、単独または混合物としてC
r、Zn、NiまたはMgの酸化物を基材としたバルク
または担持触媒(例えばフッ化アルミニウムまたはチャ
コール上に担持)が挙げられる。本発明に対し、例えば
フランス国特許2669022号およびヨーロッパ特許
明細書第0609124号に開示されているような、フ
ッ化アルミニウムからなる担体またはフッ化アルミニウ
ムとアルミナの混合物からなる担体に担持されたニッケ
ルおよびクロムの酸化物、ハロゲン化物および/または
オキシハロゲン化物からなる混合酸化物が好ましい。
特許明細書第0609124号に開示されている方法に
従って、必要であればCl2および/またはHFの存在
下での熱処理によって、触媒を状態調節することができ
る。
合に、0.5〜20質量%のクロムおよび0.5〜20
質量%のニッケルを含む触媒、特に、ニッケル/クロム
原子数比0.1〜5、好ましくは1で、これらの金属の
各々を2〜10質量%含むものが推奨される。
に、HFがF133aとも形成されたF123とも実質
的に反応せず、より高度にフッ素化された誘導体を与え
るような条件のもとHFおよび触媒の存在下で塩素をF
133aに接触させることからなる。これらの条件は、
上記の温度、モル比および接触時間の範囲内で都合良く
選ばれ、所望の結果を考慮した実際の反応条件の選択は
当業者の能力の範囲内である。すなわち、温度パラメー
ターを例えば280℃と選択した場合に、110系列を
犠牲にして120系列について最良の選択性が得られる
ように、Cl2/F133aモル比を例えば約10%減
少させることが都合良い場合がある。同様に、特定の温
度および特定の塩素レベルに対し、F133aの適切な
転化率とF123の良好な選択率の組み合わせを可能に
する接触時間を選択することが推奨される。また同様
に、例えば110系列/120系列モル比についての所
望のまたは許容可能な値に従って、HF/F133aモ
ル比を選択することができる。先に示したように、この
HF/F133a比は、他の反応条件(濃度、接触時
間、Cl2/F133a)を考慮して、概して0.5〜
2.5の範囲におよびうるが、このHF/F133aモ
ル比は好ましくはほぼ1、例えば0.8〜1.2であ
る。
値が実質的に情報を与える役目を果たすということを示
すもので、そのような運転条件がHFとF133aの反
応を伴なわず有意な量のより高度にフッ素化された誘導
体の形成をもたらす限り、反応パラメーターのいずれか
について、先に示した値を上回るまたは下回る値を使用
することが本発明の範囲から離れるものではないことが
分かる。
床で、回分式でまたは好ましくは連続式で行うことがで
き、HFおよび未転化の反応物を反応器に再循環させる
ことができる。反応の間に形成された塩酸は、好ましく
は再循環前に分離される。回収されたF123を、所望
の純度に従って蒸留することにより精製できる。
素等の不活性ガスに稀釈された形態で導入することがで
きる。プラントの建設に使用される材料は、塩素や、H
ClおよびHF等の水素酸の存在に適合するものでなく
てはならず、例えばこれらの水素酸を含む腐食性媒体に
抵抗性の「Hastelloy(商標)」または「Inconel(商
標)」から選択することができる。
大気圧よりも高い圧力で実施できる。実際上の理由か
ら、この反応は、相対圧力0〜25バールの範囲、好ま
しくは相対圧力0〜15バールの範囲で概して実施され
る。
件のもとでは、反応物に低含有量で酸素を導入すること
が賢明である。この含有量は、運転条件に応じて、有機
反応物に対して0.02〜5%(モル%)の間で変わる
ことができる。酸素を、連続的又は逐次的に導入するこ
とができる。
圧力条件で、F123について優れた選択率でもって、
F133aからF123を製造することを可能にする。
ロロエタン(F133a)は、それ自体、現在では良く
知られている方法を適用することにより得られる。F1
33aは、特に、トリクロロエチレンのフッ素化(例え
ば、McBee et al., Ind. Eng. Chem., 39, 409-412に推
奨されている方法に従って)、F132b、F130a
もしくはF1122のフッ素化、またはF113aの水
素化分解により製造できる。
ッ素化により得られるF133aが好ましい。従って、
本発明のもう1つの主題は、トリフルオロエチレンから
F123を製造する方法である。この方法は、 a)触媒の存在下、所定の圧力下、液相または気相にお
ける反応でトリクロロエチレンをフッ素化し、HClと
重い生成物の分離後に、共沸形態にある混入したHFを
同伴したF133aの混合物を生成させる段階と; b)HFがF133aとも形成されたF123とも実質
的に反応しないような温度および接触時間の条件並びに
Cl/F133a比およびHF/F133a比で、HF
および触媒の存在下、前記F133aを塩素に接触させ
ることによるF133aを塩素化する段階;を含む。
モン塩を基材とする触媒を使用することが好ましく、反
応を絶対圧力少なくとも10バールで実施することが都
合良い。気相法で、酸化クロムまたはオキシフッ化クロ
ムの存在下でトリクロロエチレンとHFを反応させるこ
とができる。
フォームの生産において噴射剤として使用できるが、成
層圏中のオゾンに対するその無害性のために、F11に
とって代わることが都合良い。このため、工業的規模で
実施できる本発明に係る方法は、それがもたらす結果か
ら、トリクロロエチレンを原料としてもF133aを原
料としても特に都合良い。
もでき、そのようにするとF125(ペンタフルオロエ
タン)が生成しうる。この反応は、現在知られている様
々な方法に従って実施することができる。この段階は概
して、フッ素化触媒の存在下、F123(単独または1
20系列の他の成分との混合物として)をHFに接触さ
せてF125を得ることを含む。
使用がヨーロッパ特許明細書第609124号に開示さ
れている触媒またはこの特許明細書が引用している文献
に開示されている触媒から触媒を選択することができ
る。ヨーロッパ特許明細書第609124号の開示は、
特にこの反応について推奨される条件に関し、引用によ
りここに含まれていることにする。
エタン(F125)の製造方法である。この方法は、上
記のようにトリクロロエチレンをフッ素化し、特にF1
33aを生じさせる段階;上記のようにF133aを塩
素化し、特にF123を生じさせる段階;およびF12
4を再循環させてまたは再循環させず、触媒の存在下、
F123をHFに接触させることによりF123をフッ
素化する段階、F124のフッ素化により別の段階から
表題の物質を形成することもできる;を含む。
許明細書第609124号に開示されているような、ニ
ッケルおよびクロムの酸化物、ハロゲン化物および/ま
たはオキシハロゲン化物からなる混合触媒であることが
都合良い。クロムの酸化物もしくはオキシフッ化物を基
材とする触媒またはアルミナもしくはフッ化アルミニウ
ムを基材とする触媒であって、場合に応じて亜鉛、ニッ
ケルまたは鉄等の金属をドープしたものを使用すること
もできる。そのような触媒は、例えばヨーロッパ特許明
細書第502605号または国際公開第93/1679
8号に開示されている。例えばヨーロッパ特許出願公開
明細書第456552号に開示されているようなクロム
/チャコール型の触媒を使用しても良い。
らなる担体またはフッ化アルミニウムとアルミナの混合
物からなる担体上に堆積された混合触媒を使用すること
が好ましい。
℃であることができ、好ましくは280〜410℃の間
である。HFとF123の接触時間は3〜100秒間で
あることができ、好ましくは5〜30秒間である。HF
/F123モル比は1/1〜20/1であることがで
き、好ましくは2/1〜9/1である。
わずかな加圧下で反応を実施することが好ましく、例え
ば絶対圧力10バール以下の圧力、絶対圧力5バール未
満の圧力でもよい。
許第2758137号または国際公開第95/2114
7号に開示されている方法を適用することによって、続
いて精製できる。フランス国特許第2758137号お
よび国際公開第95/21147号の開示は、引用によ
りここに含まれていることにする。
ンからF125を製造する方法は、添付の図面のいずれ
かに図示されているようなプラントで連続的に実施する
ことができる。
I,IIおよびIIIの全体図を示すものである。このプラ
ントは、特に、(図1参照):段階I 触媒を含む反応器(100);トリクロロエチレン(1
01)およびHF(102)の入口;HCl蒸留塔(1
03);重い生成物からF133aおよびHFを分離す
るための塔(104);段階II F133aおよびHF(202)ならびに塩素(20
1)が供給される塩素化反応器(200);HCl分離
塔(203);再循環(205)される未反応のF13
3a(これに加えて特に共沸性のHFおよび未反応のC
l2)から粗F123(206)を分離するための塔
(204);段階III 前の段階の塔(204)から生じる粗F123(206
/301)と、HF(302)と、場合に応じて塔(3
09)から再循環される粗F124(310)とが供給
されるフッ素化反応器(300);反応器(300)の
出口にある反応ガスを処理するための装置であって、H
Cl反応副生成物と未転化のHFを回収するとともにフ
ルオロカーボン化合物をそれらの蒸留前に中和する装置
(塔303、304および305);続いて塔頂でF1
25(307)を抽出することのできる塔(306)で
あって、重い生成物から精製されたF124とF123
の混合物(310)を得るために塔底流出物(308)
は続いて塔(309)で蒸留され、前記混合物を反応器
(300)でF125にフッ素化させるために前記混合
物を続いて反応器(300)に再循環させる塔;を含
む。
図2に示す、この図の中で塔(207)は、第II段階の
塔(204)から得られた粗F123(206)と、第
III段階の塔(306)の底から得られた粗F124と
F123の混合物の両方を精製することができる。この
代替的態様においては、より不純物の入っていない生成
物を反応器(300)に供給することができるように塔
(309)が存在すべき理由はもはやない。
の用途があるさらなる装置(ブリード、蒸発器、過熱
器、デカンター)を含む。従って、本発明は、トリクロ
ロエチレンからF125を製造するためのプラントであ
って、図に示したような一連の装置を少なくとも含むも
のにも関する。
の例はたんなる例示のためのものである。例1 75cm3のNi−Cr/AlF3触媒(フランス国特許
第2669022号に開示されているように調製)を、
内径21mmのInconel(商標)管に導入した。350
℃および大気圧で1モル/時の無水HFにより触媒を1
5時間処理した。反応に先立って、HF流量を1.13
モル/時に調節し、温度を280℃に調節した。続いて
15モル%の塩素を含むCl2/N2混合物を0.79モ
ル/時の流量で反応器に導入した。最後に、CF3−C
H2Clを102モル/時の流量で反応器に導入し、全
反応圧力を15バールに調節した。6時間反応後、ガス
クロマトグラフィーによる分析のためにガス試料を採取
した。この採取を行う前に、水と水酸化ナトリウム/亜
硫酸ナトリウムを含む洗瓶に通気することによりガスか
らHF、HClおよび塩素を除去し、次にガスをCaC
l2により乾燥させた。F133aの転化率は7%であ
り、F123の選択率は93%であった。110系列/
120系列比は3.4%であった。
た。
第2669022号に開示されているように調製)を、
内径21mmのInconel(商標)管に導入した。350
℃および大気圧で1モル/時の無水HFにより触媒を1
5時間処理した。反応に先立って、HF流を止め、温度
を280℃に下げた。続いて15モル%の塩素を含むC
l2/N2混合物を1.13モル/時の流量で反応器に導
入した。最後に、CF3−CH2Clを1.63モル/時
の流量で反応器に導入し、全反応圧力を15バールに調
節した。6時間反応後、ガスクロマトグラフィーによる
分析のためにガス試料を採取した。この採取を行う前
に、水と水酸化ナトリウム/亜硫酸ナトリウムを含む洗
瓶に通気することによりガスからHF、HClおよび塩
素を除去し、次にガスをCaCl2により乾燥させた。
F133aの転化率は10%であり、F123の選択率
は42%であった。110系列/120系列比は37%
であった。
/時の流量で直径21mmの空のInconel(商標)管に
導入した。続いてCF3−CH2Clを2.08モル/時
の流量で反応器に導入し、全反応圧力を15バールに調
節した。6時間反応後、ガスクロマトグラフィーによる
分析のためにガス試料を採取した。この採取を行う前
に、水と水酸化ナトリウム/亜硫酸ナトリウムを含む洗
瓶に通気することによりガスからHF、HClおよび塩
素を除去し、次にガスをCaCl2により乾燥させた。
F133aの転化率は2%であり、F123の選択率は
79%であった。110系列/120系列比は15.4
%であった。
である。
す図である。
Claims (19)
- 【請求項1】 1,1,1−トリフルオロ−2−クロロ
エタン(F133a)を塩素に接触させることによる
1,1,1−トリフルオロ−2,2−ジクロロエタン
(F123)の製造方法であって、前記接触操作が、H
Fが1,1,1−トリフルオロ−2−クロロエタンとも
形成された1,1,1−トリフルオロ−2,2−ジクロ
ロエタンとも実質的に反応せず、1,1,1−トリフル
オロ−2,2−ジクロロエタンの選択率を向上させるよ
うな温度および接触時間の条件ならびにCl2/1,
1,1−トリフルオロ−2−クロロエタンのモル比およ
びHF/1,1,1−トリフルオロ−2−クロロエタン
のモル比で、HFおよび触媒の存在下で行われることを
特徴とする方法。 - 【請求項2】 温度が150℃〜320℃の間である請
求項1記載の方法。 - 【請求項3】 温度が250℃〜300℃の間である請
求項2記載の方法。 - 【請求項4】 Cl2/1,1,1−トリフルオロ−2
−クロロエタンのモル比が0.01〜0.50の間であ
る請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項5】 Cl2/1,1,1−トリフルオロ−2
−クロロエタンのモル比が0.05〜0.15の間であ
る請求項4記載の方法。 - 【請求項6】 HF/1,1,1−トリフルオロ−2−
クロロエタンのモル比が0.5〜2.5の間である請求
項1〜5のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項7】 HF/1,1,1−トリフルオロ−2−
クロロエタンのモル比が0.8〜1.2の間である請求
項6記載の方法。 - 【請求項8】 触媒上での1,1,1−トリフルオロ−
2−クロロエタンとCl2とHFの接触時間が5〜10
0秒間の間である請求項1〜7のいずれか1項に記載の
方法。 - 【請求項9】 接触時間が10〜60秒間の間である請
求項8記載の方法。 - 【請求項10】 触媒が、ニッケルおよびクロムの酸化
物、ハロゲン化物および/またはオキシハロゲン化物か
らなる混合触媒から選ばれる請求項1〜9のいずれか1
項に記載の方法。 - 【請求項11】 触媒が、フッ化アルミニウムからなる
担体またはフッ化アルミニウムとアルミナの混合物から
なる担体上に堆積されている請求項10記載の方法。 - 【請求項12】 連続的に行われることを特徴とする請
求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項13】 出発原料の1,1,1−トリフルオロ
−2−クロロエタンがトリクロロエチレンのフッ素化に
より得られる請求項1〜12のいずれか1項に記載の方
法。 - 【請求項14】 トリクロロエチレンのフッ素化が、ア
ンチモン塩を基材とする触媒の存在のもと、加圧下、液
相で行われるか、または酸化クロムもしくはオキシフッ
化クロムを基材とする触媒の存在のもと、気相で行われ
る請求項13記載の方法。 - 【請求項15】 請求項1〜14のいずれか1項に記載
の方法を適用することにより得られる1,1,1−トリ
フルオロ−2,2−ジクロロエタンのフッ素化によるペ
ンタフルオロエタン(F125)の製造方法。 - 【請求項16】 請求項10に記載の触媒の存在下で
1,1,1−トリフルオロ−2,2−ジクロロエタンを
HFに接触させる請求項15記載の方法。 - 【請求項17】 出発原料の1,1,1−トリフルオロ
−2−クロロエタンが請求項13または請求項14に記
載の方法に従って得られ、 トリクロロエチレンを1,1,1−トリフルオロ−2−
クロロエタンにフッ素化する第I段階;1,1,1−ト
リフルオロ−2−クロロエタンを1,1,1−トリフル
オロ−2,2−ジクロロエタンに塩素化する第II段階;
および1,1,1−トリフルオロ−2,2−ジクロロエ
タンをペンタフルオロエタンにフッ素化する第III段
階;を含むことを特徴とする請求項15記載の方法。 - 【請求項18】 第I段階のための、 触媒を含む反応器(100);トリクロロエチレン(1
01)およびHF(102)の入口;HCl蒸留塔(1
03);重い生成物から1,1,1−トリフルオロ−2
−クロロエタンおよびHFを分離するための塔(10
4);第II段階のための、 1,1,1−トリフルオロ−2−クロロエタンおよびH
F(202)ならびに塩素(201)が供給される塩素
化反応器(200);HCl分離塔(203);再循環
(205)される未反応の1,1,1−トリフルオロ−
2−クロロエタン(これに加えて特に共沸性のHFおよ
び未反応のCl2)から粗1,1,1−トリフルオロ−
2,2−ジクロロエタン(206)を分離するための塔
(204);第III段階のための、 前の段階の塔(204)から生じる粗1,1,1−トリ
フルオロ−2,2−ジクロロエタン(206/301)
と、HF(302)と、場合に応じて塔(309)から
再循環される粗クロロテトラフルオロエタン(F12
4)(310)とが供給されるフッ素化反応器(30
0);反応器(300)の出口にある反応ガスを処理す
るための装置であって、HCl反応副生成物と未転化の
HFを回収するとともにフルオロカーボン化合物をそれ
らの蒸留前に中和する装置(塔303、304および3
05);続いて塔頂でペンタフルオロエタン(307)
を抽出することのできる塔(306)であって、重い生
成物から精製されたクロロテトラフルオロエタンと1,
1,1−トリフルオロ−2,2−ジクロロエタンの混合
物(310)を得るために塔底流出物(308)は続い
て塔(309)で蒸留され、前記混合物を反応器(30
0)でペンタフルオロエタンにフッ素化させるために前
記混合物を続いて反応器(300)に再循環させる塔;
を含むこと(図1)を特徴とする、請求項17に記載の
方法の実施化を可能にするプラント。 - 【請求項19】 第II段階の塔(204)から得られた
粗1,1,1−トリフルオロ−2,2−ジクロロエタン
(206)と、第III段階の塔(306)の底(30
6)から得られた粗クロロテトラフルオロエタンと1,
1,1−トリフルオロ−2,2−ジクロロエタンの混合
物の両方を精製することのできる塔(207)を含むこ
と(図2)を特徴とする請求項18記載のプラント。
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