JP2009166033A - ハロゲン化アルカリ金属ドープ2価金属フッ化物の触媒組成物の製造方法及びフッ化オレフィンの製造方法 - Google Patents

ハロゲン化アルカリ金属ドープ2価金属フッ化物の触媒組成物の製造方法及びフッ化オレフィンの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】MX/M’F(MXはハロゲン化アルカリ金属であり;MはLi、Na、K、Rb及びCsからなる群から選択されるアルカリ金属イオンであり;XはF、Cl、Br及びIからなる群から選択されるハロゲンイオンであり;M’Fは2価金属フッ化物であり;M’は2価金属イオンである)により表される触媒組成物の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の一方法は、(a)ハロゲン化アルカリ金属を実質的に溶解する又は可溶化するのに十分な量の溶媒中に、ある量のハロゲン化アルカリ金属を溶解して、ハロゲン化アルカリ金属溶液を形成するステップ;(b)ある量の2価金属フッ化物を、このハロゲン化アルカリ金属溶液に加えて、ハロゲン化アルカリ金属と2価金属フッ化物とのスラリーを形成するステップ;(c)このスラリーから実質的に全部の溶媒を除去して、ハロゲン化アルカリ金属と2価金属フッ化物との固形物を形成するステップ;を有する。
【選択図】なし

Description

本発明は、ハロゲン化アルカリ金属をドープした2価金属フッ化物の触媒組成物の製造方法に関する。本発明は、また、この触媒組成物によりフッ化オレフィンを製造する方法に関する。
本願は、2007年12月18日に出願された米国仮特許出願第61/012566号からの優先権を主張し、それは本明細書に参照により組み込まれる。
低い地球温暖化係数を示すハイドロフルオロオレフィンである2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(1234yf)は、例えば、冷媒、発泡剤、溶媒、洗浄剤、及び高分子化合物用モノマー等の、様々な用途に用いることができる。
1234yfのある製造方法は、1,1,1,2−テトラフルオロ−2−クロロプロパン(244bb)の脱塩化水素を伴う。2007年7月6日に出願された米国仮特許出願第60/958468号には、ハロゲン化アルカリ金属をドープした2価金属フッ化物触媒の存在下で244bbを脱塩化水素することにより、1234yfを製造する方法が開示されている。
米国仮特許出願第61/012566号 米国仮特許出願第60/958468号
ハロゲン化アルカリ金属をドープした2価金属フッ化物触媒を調製する、商業的に実行可能な方法が求められている。
本発明によれば、触媒組成物の製造方法が提供される。その触媒組成物は、式MX/M’Fにより表され、MXはハロゲン化アルカリ金属であり、Mは、Li、Na、K、Rb及びCsからなる群から選択されるアルカリ金属イオンであり、Xは、F、Cl、Br及びIからなる群から選択されるハロゲンイオンであり、M’Fは、2価金属フッ化物であり、M’は、2価金属イオンである。この方法は、(a)ハロゲン化アルカリ金属を実質的に溶解する又は可溶化するのに十分な量の溶媒中に、ある量のハロゲン化アルカリ金属を溶解して、ハロゲン化アルカリ金属溶液を形成するステップ;(b)ある量の2価金属フッ化物を、このハロゲン化アルカリ金属溶液に加えて、ハロゲン化アルカリ金属と2価金属フッ化物とのスラリーを形成するステップ;及び(c)このスラリーから実質的に全部の溶媒を除去して、ハロゲン化アルカリ金属と2価金属フッ化物との固形物を形成するステップ;を有する。
本発明によれば、触媒組成物の製造方法が提供される。この方法は、(a)ある量のアルカリ金属の水酸化物、酸化物又は炭酸塩をハロゲン化水素の水溶液に加え反応させて、ハロゲン化アルカリ金属の水溶液を形成するステップ;(b)ある量の2価金属の水酸化物、酸化物又は炭酸塩をフッ化水素の水溶液に加え反応させて、その水溶液中で2価金属フッ化物の沈殿を形成するステップ;(c)このハロゲン化アルカリ金属溶液とこの2価金属フッ化物の沈殿とを混合して、水性スラリーを形成するステップ;及び(d)この水性スラリーから水を除去して、固形物を形成するステップ;を有する。
なおさらに本発明によれば、フッ化オレフィンの製造方法が提供される。この方法は、触媒的に有効な量の、式MX/M’Fにより表される触媒組成物の存在下で、隣り合う炭素上に少なくとも1個の水素と少なくとも1個の塩素とを有するハイドロクロロフルオロカーボンを脱塩化水素するステップを有する。MXは、ハロゲン化アルカリ金属であり、Mは、Li、Na、K、Rb及びCsからなる群から選択されるアルカリ金属イオンであり、Xは、F、Cl、Br及びIからなる群から選択されるハロゲンイオンであり、M’Fは、2価金属フッ化物であり、M’は、2価金属イオンである。
本発明の方法による有用な生成物である触媒組成物は、式:
MX/M’F
により表すことができる、ハロゲン化アルカリ金属(単数又は複数)と2価金属フッ化物(単数又は複数)との配合物/混合物であり、式中、MXは、ハロゲン化アルカリ金属であり、Mは、Li、Na、K、Rb及びCsからなる群から選択されるアルカリ金属イオンであり、Xは、F、Cl、Br及びIからなる群から選択されるハロゲンイオンであり、Xは好ましくは、F及びClである。M’Fは、2価金属フッ化物であり、M’は、2価金属イオンであり、M’は好ましくは、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Ni2+、Fe2+、Co2+、Cu2+及びZn2+からなる群から選択され、M’は最も好ましくは、Mg2+である。
或いは、この触媒組成物は、式:
n% MX/M’F
により表すことができ、式中、n%は、組成物の全重量に基づく、組成物中におけるハロゲン化アルカリ金属の重量パーセントである。このハロゲン化アルカリ金属は、触媒組成物の全重量に基づき、触媒組成物の、好ましくは、約0.05重量%から約50重量%であり、より好ましくは、約5重量%から約15重量%であり、最も好ましくは、約7.5重量%から約12.5重量%である。
ハロゲン化アルカリ金属の例としては、LiCl、NaCl、KCl、RbCl、CsCl、LiF、NaF、KF、RbF及びCsFが挙げられる。好ましいハロゲン化アルカリ金属としては、KCl、CsCl、KF及びCsFが挙げられる。2価金属フッ化物の例としては、MgF、CaF、SrF、BaF、NiF、FeF、CoF、CuF及びZnFが挙げられる。好ましい2価金属フッ化物には、MgF及びNiFが挙げられる。
このハロゲン化アルカリ金属を、このハロゲン化アルカリ金属を実質的に溶解する又は可溶化するのに十分な量の溶媒に加える。好ましい溶媒は、ハロゲン化アルカリ金属を容易に溶解できるものである。溶媒の選択は、特定のハロゲン化アルカリ金属によって変えることができる。本発明の触媒組成物の調製に用いることができる溶媒の例としては、水、アルコール、エーテル及びそれらの混合物が挙げられる。有用なアルコールには、1価及び多価のアルコールが挙げられる。最も好ましいアルコールは、1価アルコールであり、1から5個の炭素原子を有するものであり、最も好ましい溶媒は水である。
本発明の方法のある実施形態においては、2価金属フッ化物をハロゲン化アルカリ金属の溶液に加えて、スラリーを形成する。スラリーを形成後、実質的に全部の溶媒を除去して、ハロゲン化アルカリ金属と2価金属フッ化物との混合物の固形物を形成する。溶媒は、ワンステップで除去できるが、スラリーから溶媒の一部を除去してペーストを形成し、次いでこのペーストを乾燥して固形物を形成する方法が好ましい。溶媒を除去するためには、任意の従来技術を用いることができる。このような技術の例には、室温又は高温での激しい攪拌、蒸発、沈降及びデカンテーション、遠心分離、濾過が挙げられる。所望の量の溶媒を蒸発させて、ペーストを形成するのが好ましい。次いでこのペーストを任意の適切な方法により乾燥して、易流動性(free-flowing)で、実質的に無溶媒の粉末を形成する。好ましい乾燥方法には、最も好ましくは約110℃から約120℃の温度で行われるオーブン乾燥、及び噴霧乾燥が挙げられる。無溶媒であるとは、溶媒の除去/乾燥後に粉末とともに残存する溶媒が、1重量%未満、好ましくは約0.5重量%以下、より好ましくは約0.1重量%以下、最も好ましくはないことを意味する。溶媒の除去によって、粉末は、ハロゲン化アルカリ金属及び2価金属フッ化物の粒子の混合物の固形物(あるいは粉末)の形態をとる。
本発明の方法の別の実施形態においては、ハロゲン化アルカリ金属と2価金属フッ化物とのスラリーを異なる反応技術により調製する。第1のステップにおいては、アルカリ金属の水酸化物、酸化物又は炭酸塩をハロゲン化水素の水溶液に加え反応させて、ハロゲン化アルカリ金属の水溶液を形成する。第2のステップにおいては、2価金属の水酸化物、酸化物及び炭酸塩をフッ化水素の水溶液に加え反応させて、その水溶液中で2価金属フッ化物の沈殿を形成する。第3のステップにおいては、次いで、ハロゲン化アルカリ金属溶液と2価金属フッ化物の沈殿とを混合して、水性スラリーを形成する。第4のステップにおいては、次いで、本明細書に記載の方法でこの水性スラリーから水を除去して、固形物を形成する。
場合によっては、次いでハロゲン化アルカリ金属と2価金属フッ化物粉末との混合物である固形物を焼成する。焼成は、好ましくは約100℃から約750℃の温度で、より好ましくは約200℃から約600℃の温度で、最も好ましくは約300℃から約600℃の温度で行われる。さらに場合によっては、焼成は、窒素又はアルゴン等の不活性ガスの存在下で行ってもよい。
焼成後、この粉末をより微粉化するために、場合によってさらに磨砕する。ペレットを形成するために、さらに場合によってはこの粉末をペレット化する。こうして、このペレットが、実際の工程における用途で使用するための触媒表面を提供する。
本発明の触媒組成物は、成分の単純な乾燥混合により得られる組成物をしのぐ性能優位性をもたらすことができる。混合を、より完全な程度で達成することができるのである。混合の程度の完全さは、1234yf等の、目的の生成物のより高い選択率(及び1233xf等の、脱フッ化水素生成物の形成がより少ないこと)となって現れる。
この触媒組成物は、ハイドロクロロフルオロカーボンを、フッ化オレフィンへ変換するのに有用である。有用なハイドロクロロフルオロカーボンは、隣り合う炭素上に少なくとも1個の水素と少なくとも1個の塩素とを有する。
表1において、フッ化オレフィンと、フッ化オレフィンを得ることができる前駆体ハイドロクロロフルオロカーボンとの例を説明する(左欄に前駆体ハイドロクロロフルオロカーボン、右欄に対応する生成物フッ化オレフィンを示す)。
Figure 2009166033
以下は、本発明の実施例であり、制限と解釈してはならない。
以下の実施例において、ハロゲン化アルカリ金属と2価金属フッ化物との配合物である触媒の存在下で、244bbを、脱塩化水素して1234yfにする。
実施例1:様々なCsCl添加量を有するCsCl/MgF触媒上での244bbの脱ハロゲン化水素
様々なCsCl添加量をもつ、一連のCsCl/MgF触媒を試験して、CsCl添加量の反応性に対する効果を測定した。一般的に、触媒ペレットを20cc使用した。97.2%/2.0%の244bb/1233xfの混合物を、470℃から520℃の範囲の温度で、6g/h(グラム/時間)の速度で触媒床に通した。触媒床の下部及び上部の温度を測定した。以下の表2に示すように、活性は、添加量に関わらず、ほぼ同等の水準のままであったが、1233xf(所望の脱フッ化水素生成物でない)の選択率は、CsCl添加量が5.0重量%にまで上昇するにつれて減少した。10重量%のCsCl/MgF触媒上では、1233xfは形成しなかった。
Figure 2009166033
実施例2:10重量%の塩化アルカリ金属/MgF触媒上での244bbの脱ハロゲン化水素
10重量%のKCl/MgF及び10重量%のCsCl/MgFの触媒を試験した。触媒ペレットを20cc使用した。99.1%/0.4%の244bb/1233xfの混合物を、380℃から480℃の範囲の温度で、6g/hの速度で触媒床に通した。触媒床の下部及び上部の温度を測定した。表3に示すように、両触媒は、ほぼ同等の活性(20%)を示したが、10重量%のCsCl/MgF触媒は、触媒上で1233xfを生成することなく、1234yfのより高い選択率を与えた。
Figure 2009166033
実施例3:10重量%のCsCl/2価金属フッ化物触媒上での244bbの脱ハロゲン化水素
10重量%のCsCl/NiF及び10重量%のCsCl/MgFの触媒を試験した。触媒ペレットを20cc使用した。99.1%/0.4%の244bb/1233xfの混合物を、380℃から480℃の範囲の温度で、6g/hの速度で触媒床に通した。触媒床の下部及び上部の温度を測定した。表4に示すように、両触媒は、ほぼ同等の、1234yfの選択率(97%から98%)を示したが、10重量%のCsCl/MgF触媒はより高い活性をもたらした。
Figure 2009166033
実施例4:塩化アルカリ金属をドープしたMgF触媒上での244bbの脱ハロゲン化水素
実施例4においては、1234yfの選択率を向上させることを目的として、MgFへの添加剤として、一連の塩化アルカリ金属を調査した。比較の目的で、MgF触媒上で得られた生成物も報告した。一般的な試験においては、触媒ペレットを20cc使用した。97.2%の244bb/2.0%の1233xfの混合物を、470℃から520℃の範囲の温度で、6g/h(グラム/時間)の速度で触媒床に通した。触媒床の下部、及び触媒床の上部の温度を測定した。
表5に示すように、MgFは、53〜55%の244bb変換率、80〜87%の1234yf選択率、及び8〜15%の1233xf選択率を与え;10%のLiCl/MgFは、45%未満の244bb変換率、約90%の1234yf選択率、及び約5%の1233xf選択率を与え;10%のKCl/MgFは、50%未満の244bb変換率、約96%の1234yf選択率、及び約1%の1233xf選択率を与え;そして、10%のCsCl/MgFは、50〜52%の244bb変換率、約97%の1234yf選択率、及び1233xf生成なしの結果を与えた。CsClが最善の結果を示した。10%のCsCl/MgF触媒は、1233xfを生成することなく、MgFと同等の活性と、最も高い1234yf選択率とを与えた。
Figure 2009166033
ハロゲン化アルカリ金属と2価金属フッ化物との混合物/配合物を有する触媒組成物、及びハイドロフルオロカーボンを脱塩化水素してフッ化オレフィンにするときにおけるその使用についての追加的な教示が、2007年7月6日に出願された米国仮特許出願第60/958468号に示されており、これは本明細書に参照により組み込まれる。
上述の記載は本発明の実例に過ぎないと理解しなくてはならない。本発明から逸脱することなく、当業者は、様々な代案及び変更を案出してよい。従って、本発明は、特許請求の範囲内に含まれる、全てのこうした代案、変更及び相違を包含することを意図するものである。

Claims (3)

  1. 式: MX/M’F
    (式中、MXはハロゲン化アルカリ金属であり;Mは、Li、Na、K、Rb及びCsからなる群から選択されるアルカリ金属イオンであり;Xは、F、Cl、Br及びIからなる群から選択されるハロゲンイオンであり;M’Fは、2価金属フッ化物であり;及び、M’は、2価金属イオンである)により表される触媒組成物の製造方法であって、
    (a)前記ハロゲン化アルカリ金属を実質的に溶解する又は可溶化するのに十分な量の溶媒中に、ある量の前記ハロゲン化アルカリ金属を溶解して、ハロゲン化アルカリ金属溶液を形成するステップ;
    (b)ある量の前記2価金属フッ化物を、前記ハロゲン化アルカリ金属溶液に加えて、前記ハロゲン化アルカリ金属と前記2価金属フッ化物とのスラリーを形成するステップ;及び
    (c)前記スラリーから実質的に全部の前記溶媒を除去して、前記ハロゲン化アルカリ金属と前記2価金属フッ化物との固形物を形成するステップ;
    を含む前記製造方法。
  2. 触媒組成物の製造方法であって、
    (a)ある量のアルカリ金属の水酸化物、酸化物又は炭酸塩をハロゲン化水素の水溶液に加え反応させて、ハロゲン化アルカリ金属の水溶液を形成するステップ;
    (b)ある量の2価金属の水酸化物、酸化物又は炭酸塩をフッ化水素の水溶液に加え反応させて、2価金属フッ化物の沈殿を形成するステップ;
    (c)前記ハロゲン化アルカリ金属溶液と前記2価金属フッ化物の沈殿とを混合して、水性スラリーを形成するステップ;及び
    (d)前記水性スラリーから水を除去して、固形物を形成するステップ;
    を含み、
    前記ハロゲン化アルカリ金属は、式MXにより表され;Mは、Li、Na、K、Rb及びCsからなる群から選択されるアルカリ金属イオンであり;Xは、F、Cl、Br及びIからなる群から選択されるハロゲンイオンであり;前記2価金属フッ化物は、式M’Fにより表され;及びM’は、2価金属イオンである、前記製造方法。
  3. フッ化オレフィンの製造方法であって、
    触媒的に有効な量の、
    式: MX/M’F
    (式中、MXは、ハロゲン化アルカリ金属であり;Mは、Li、Na、K、Rb及びCsからなる群から選択されるアルカリ金属イオンであり;Xは、F、Cl、Br及びIからなる群から選択されるハロゲンイオンであり;M’Fは、2価金属フッ化物であり;及びM’は、2価金属イオンである)により表される触媒組成物の存在下で、隣り合う炭素上に少なくとも1個の水素と少なくとも1個の塩素とを有するハイドロクロロフルオロカーボンを脱塩化水素するステップを含む、前記製造方法。
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