JP2013241395A - トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンと1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンとの並産方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンとHFを反応させトランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン、シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンおよびHClを含む生成物を得る反応工程、蒸留し1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンおよびHFを回収し反応工程に供給する蒸留工程、当工程の留分よりHFを回収し反応工程に供給するフッ化水素分離工程、当工程の残存物に水またはNaOH水溶液を接触させHClを除去する塩化水素分離工程、当工程の残存物を脱水する乾燥工程、当工程の残存物を精留する精製工程、シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンにする変換工程を有する。
【選択図】図1
Description
1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンとフッ化水素を気相において、フッ素化触媒を用い、温度200℃以上、450℃以下、圧力0.05MPa以上、0.3MPa以下で反応させて、トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンと、シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンおよび塩化水素と、未反応物である1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンおよびフッ化水素を含む反応生成物Aを得る反応工程と、
反応生成物Aを蒸留して、1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンおよびフッ化水素を含む缶出液を前記反応工程に戻し、且つ留分Bを得る蒸留工程と、
前記蒸留工程後の留分Bよりフッ化水素を分離回収して前記反応工程に供給するフッ化水素分離工程と、
前記フッ化水素分離工程でフッ化水素を回収した後の残存物Cに水または水酸化ナトリウム水溶液を接触させて塩化水素を分離除去する塩化水素分離工程と、
前記塩化水素分離工程で塩化水素を分離した後の残存物Dを脱水する脱水工程と、
前記脱水工程で脱水した後の残存物Eを精留し、トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを含む留分と、シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを含む残渣Fを得る精製工程と、
前記脱水工程で脱水した後の残存物Eを精留し、留分であるトランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンと、シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを含む残渣Fを得る精製工程と、
前記精製工程の残渣F中のシス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンに変換する変換工程、
を含む、
トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンと1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンの並産方法。
[発明2]
フッ素化触媒が、クロム、チタン、アルミニウム、マンガン、ニッケル、コバルト、鉄、銅、亜鉛、銀、モリブデン、ジルコニウム、ニオブ、タンタル、イリジウム、錫、ハフニウム、バナジウム、マグネシウム、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウムおよびアンチモンからなる群より選ばれた少なくとも1種の金属の硝酸塩、塩化物、酸化物、硫酸塩、フッ化物、フッ化塩化物、オキシフッ化物、オキシ塩化物またはオキシフッ化塩化物である、発明1の並産方法。
前記反応工程の反応が、塩化クロムを担持させたフッ素化アルミナをフッ素化触媒とし、1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンとフッ化水素の供給量をモル比で表わして1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン:フッ化水素=1:8〜1:25とし行われる、発明1または発明2の並産方法。
前記反応工程の反応が、クロムの酸化物、フッ化物、塩化物、フッ化塩化物、オキシフッ化物、オキシ塩化物またはオキシフッ化塩化物を担持させた活性炭をフッ素化触媒とし、1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンとフッ化水素の供給量をモル比で表わして1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン:フッ化水素=1:8〜1:25とし行われる、発明1または発明2の並産方法。
前記フッ化水素分離工程において、フッ化水素を硫酸に吸収させて回収する、発明1〜4の並産方法。
前記脱水工程において、塩化水素分離工程後の残存物Dの同伴水を熱交換器を用い、熱交換器の冷却面に氷結凝固させて脱水する、発明1〜5の並産方法。
前記脱水工程において、塩化水素分離工程後の残存物Dの同伴水を、吸着剤に吸着して脱水する、発明1〜5の並産方法。
1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンとフッ化水素を気相において、フッ素化触媒を用い、温度200℃以上、450℃以下、圧力0.05MPa以上、0.3MPa以下で反応させて、トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンと、シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンおよび塩化水素と、未反応物である1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンおよびフッ化水素を含む反応生成物Aを得る反応工程と、
反応生成物Aを蒸留し、1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンおよびフッ化水素を含む缶出液を回収し前記反応工程に供給し、且つ留分Bを得る蒸留工程と、
蒸留工程で缶出液を回収した後の留分Bよりフッ化水素を分離回収して前記反応工程に供給するフッ化水素分離工程と、
前記フッ化水素分離工程でフッ化水素を回収した後の残存物Cに水または水酸化ナトリウム水溶液を接触させて塩化水素を分離除去する塩化水素分離工程と、
前記塩化水素分離工程で塩化水素を分離した後の残存物Dを脱水する脱水工程と、
前記脱水工程で脱水した後の残存物Eを精留し、留分であるトランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンと、シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを含む残渣Fを得る精製工程と、
前記精製工程の残渣F中のシス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンに変換する変換工程を含む、
トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンと1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンとの並産方法である。
「反応工程」において、原料化合物、即ち、反応物(reactant)としての1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンをフッ化水素と反応させ、目的生成物であるトランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを生成する操作、
「蒸留工程」において、前記「反応工程」後の目的化合物であるトランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンと、副生物であるシス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンおよび塩化水素と、未反応物である1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンおよびフッ化水素を含む反応生成物Aを蒸留し、未反応物である1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンおよびフッ化水素を缶出液として回収し、前記「反応工程」に供給する操作、
「フッ化水素分離工程」において、前記「蒸留工程」での留出物である留分Bよりフッ化水素を分離回収して前記「反応工程」に供給する操作、
「塩化水素分離工程」において、前記「フッ化水素分離工程」でフッ化水素を回収した後の残存物Cに水または水酸化ナトリウム水溶液を接触させて塩化水素を分離除去する操作、
「脱水工程」において、前記「塩化水素分離工程」で塩化水素を分離した後の残存物Dを脱水する操作、
「精製工程」において、前記「脱水工程」で脱水した後の残存物Eを精留し、留分としてトランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを得、残渣Fとしてシス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを得る操作、
「変換工程」において、前記「精製工程」の残渣F中のシス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンに変換する操作を行う。
本発明の並産方法が含む各工程について説明する。
「反応工程」は、原料化合物としての1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンとフッ化水素を反応器内で気相において、フッ素化触媒を用い、温度200℃以上、450℃以下、圧力0.05MPa以上、0.3MPa以下で反応させて、目的生成物であるトランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンと、副生物であるシス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンおよび塩化水素と、未反応物である1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンおよびフッ化水素を含む反応生成物Aを得る工程である。
本工程で使用するフッ素化触媒には、クロム、チタン、アルミニウム、マンガン、ニッケル、コバルト、鉄、銅、亜鉛、銀、モリブデン、ジルコニウム、ニオブ、タンタル、イリジウム、錫、ハフニウム、バナジウム、マグネシウム、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウムおよびアンチモンからなる群より選ばれた少なくとも1種の金属の硝酸塩、塩化物、酸化物、硫酸塩、フッ化物、フッ化塩化物、オキシフッ化物、オキシ塩化物またはオキシフッ化塩化物を例示することができる。
金属担持触媒としては、クロム、チタン、アルミニウム、マンガン、ニッケル、コバルト、ジルコニウム、鉄、銅、銀、モリブテンおよびアンチモンからなる群より選ばれた少なくとも1種の金属の硝酸塩、塩化物、酸化物、硫酸塩、フッ化物、フッ化塩化物、オキシフッ化物、オキシ塩化物またはオキシフッ化塩化物を、フッ素化アルミナあるいは活性炭等の担体に担持した金属担持触媒を採用することができる。
フッ素化触媒の添加量は、反応器へ供給される原料化合物の量に対し、等倍以下とするのが好ましい。等倍を超えて使用する必要はない。
反応中の触媒表面に炭素質の固体が付着するコーキングを防ぐためには、反応に支障がなければ反応容器内に、酸素、空気、塩素等のガスを同伴ガスとして加えてもよい。好ましくは、窒素、アルゴン、ヘリウム等の反応性に乏しいイナートガスである。前記ガスの供給量は、反応物である有機物および塩化水素の総容量に対し1倍未満とする。イナートガスの反応器への供給量を1倍以上とすると、後工程の「精製工程」(第6工程)で、トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンが回収し難くなる虞がある。
使用したフッ素化触媒の賦活(活性化または再生)については、フッ素化触媒の再生に用いられる通常の方法を採用することができる。例えば、本工程で採用した反応温度以上の温度下で、活性が低下した触媒を、乾燥空気、塩素またはフッ化水素等に、発熱を制御しながら適宜接触させることにより賦活させることができる。
本工程における反応温度は、200℃以上、450℃以下である、好ましくは350℃以上、400℃以下である。反応温度が200℃より低いと、反応速度が遅く、反応が進行しがたく実用的ではない。反応温度が450℃を超えると、反応は速く進行するが分解生成物、高分子量の有機物等が生成し、トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの選択率が低下するので好ましくない。反応温度が高いほどに、反応器内の平衡状態が目的生成物側に寄るため反応は速く進行する。しかしながら、フッ素化触媒の触媒活性の持続性(触媒寿命)が短くなり、触媒劣化が早く、反応器の材質が限られ、特にプラントにおいては加熱操作が難しいため、実用的には450℃より高い温度、好ましくは400℃より高い温度は避けることが好ましい。
反応圧力は、常圧(大気圧、約0.1MPa、以下同じ)より減圧または同じが好ましいが、大気圧より加圧であっても反応を阻害しない限り限定されることなく、反応系内に存在するフッ化水素および有機物が、本工程の反応系内で液化しなければよく、0.05MPa以上、0.3MPa以下である。
気相反応における接触時間(反応時間)は、通常0.1秒以上、300秒以下、好ましくは3秒以上、60秒以下である。接触時間が0.1秒より短いと、反応が進行しない虞があり、好ましくは3秒以上である。300秒より長いと、プラントにおける実生産においては工程作業時間(タクトタイム)がかかりすぎ効率的ではない。好ましくは、60秒以下である。
本工程において、1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンに対するフッ化水素のモル比は、基本的にはフッ化水素が理論値以上あればよいが、トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの高い選択率および収率を得るには、モル比で表わして、フッ化水素:1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン=8:1〜25:1の範囲であることが好ましい。この比が25:1を超える程にフッ化水素を過剰に供給すると、本工程の反応生成物Aに含まれる未反応のフッ化水素と、目的生成物である1,3,3,3−テトラフルオロプロペン等の有機物の蒸留による分離に支障をきたす。一方、この比が8:1よりも小さくなる程にフッ化水素を過少に供給すると、反応率が低下し、トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの選択率が低下するので好ましくない。
反応器の材質は、耐熱性があり、フッ化水素および塩化水素に対する耐食性があればよく、ステンレス鋼、ニッケル合金または白金等を用いることが好ましい。例えば、ニッケルを主成分としモリブデン、ニッケルもしくはクロムを加えたハステロイ(商品名、)、ニッケルを主成分とし銅を加えたモネル(商品名)、またはニッケルを主成分とし鉄、クロム、ニオブもしくはモリブデンを加えたインコネル(商品名)を例示することができる。また、反応器壁をこれらの金属で被覆(ライニング)した反応器を用いてもよい。
「蒸留工程」は、前記「反応工程」(第1工程)で得られた反応生成物Aを、蒸留塔等を用いて蒸留し、未反応の1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンおよびフッ化水素を有する缶出液を前工程「反応工程」(第1工程)の気相反応器中に戻す工程である。
本工程の蒸留条件は、操作圧力としては0.1MPa以上、1.0MPa以下が好ましく、操作圧力が常圧の場合では、温度条件は塔底温度5℃以上、25℃以下、塔頂温度−20℃以上、5℃以下が好ましい。加圧条件下で蒸留を行う場合は、分離塔の冷却伝熱面積を小さくすることができる。その際は、分離塔入口に圧縮機を備え、出口に調圧弁を備えることが好ましい。
分離塔の充填材としては、フッ化水素、塩化水素に耐食性があるステンレス、ニッケル、商品名ハステロイまたは商品名モネル等の前記ニッケル合金、四フッ化エチレン樹脂、クロロトリフルオロエチレン樹脂、フッ化ビニリデン樹脂またはテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂(以下、PFAと略することがある)等のフッ素樹脂製の規則充填物、あるいはレッシングリング、ポールリングまたはスルザーパッキン等の不規則充填物を用いることができる。
分離塔の段数は操作圧力により異なるが、常圧の場合15段以上あればよい。
「フッ化水素分離工程」は、前記「蒸留工程」(第2工程)で缶出液を回収した後の留分Bよりフッ化水素を回収して反応工程の気相反応器内に供給する工程である。
本工程では、硫酸へのフッ化水素の吸収が可能であれば、如何なる装置形態および操作方法を採用してもよいが、留分Bは気体状態で硫酸と接触させることが好ましい。よって、硫酸の液温度は常圧において、10℃以上、50℃以下が好ましく、より好ましくは10℃以上、30℃以下である。硫酸とフッ化水素は反応によりフルオロ硫酸(フルオロスルホン酸)を形成するが、硫酸の温度が10℃以下では操作しがたく、50℃以上では、反応生成物中の1,3,3,3−テトラフルオロプロペン等が高分子化するので好ましくない。硫酸を槽に張り込み留分Bをガス状態で吹き込む方法、充填物を充填した硫酸洗浄塔へ留分Bを吹き込み、留分Bのガスと硫酸を向流接触させる方法等が採用されるが、硫酸へのフッ化水素の吸収が可能であれば、これらに方法に限らず、別の方法を用いてもよい。
本工程は、前工程の「フッ化水素分離工程」(第3工程)で、留分Bよりフッ化水素を回収した後の残存物Cに水または水酸化ナトリウム水溶液を接触させて、塩化水素を分離除去する工程である。
水洗にて塩化水素を除去する際に使用する水の塩化水素に対する質量比は、常温(約20℃、以下同じ)、常圧で、水:塩化水素=3:1〜20:1であることが好ましい。より好ましくは、水:塩化水素=5:1〜10:1である。塩化水素の水に対する溶解性は、常温、常圧で、通常状態で25質量%、飽和状態で37質量%であり、水が3未満では、過剰の塩化水素が蒸気となり揮発しやすくなるため好ましくない。
「脱水工程」は、前工程の「塩化水素分離工程」(第4工程)で塩化水素を分離除去した後の残存物Dを脱水する工程である。
熱交換器を用いて脱水する方法は、残存物D中の同伴水を氷結分離するだけでなく、同時に1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの凝縮を行うので、従来の吸着剤としてのゼオライトを用いる脱水に比べ、脱水設備を小型・簡略化でき、脱水操作を効率的且つ容易にする。
本工程において、残存物D(混合ガス)中の同伴水を氷結除去するために使用する熱交換器は、隔壁型の熱交換器が好ましく、隔壁型の熱交換器の隔壁を介して、冷却媒体と残存物Dを熱交換させる。隔壁には冷却媒体と接触する側の伝熱面と、前記混合ガスの同伴水を氷結凝固させるための冷却面を備える。このような隔壁型の熱交換器としては、二重管式、円筒多重管式、円筒コイル式またはジャケット付円筒式熱交換器を例示することができる。また、円筒多重管式または円筒コイル式に外部ジャケットを付けて伝熱面積を拡大した熱交換器を用いることもできる。
熱交換器における冷却面の設定温度、即ち、冷却温度は、特に限定されないが、操作圧力下において、気体状のトランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン(沸点−19℃)が凝縮する温度以下に下げて行う。冷却温度としては、常圧においては−50℃以上、−20℃以下であり、−40℃以上、−25℃以下が好ましい。同伴水を氷結凝固させて除去し、凝縮し液化した混合ガスは、熱交換器の下部に設けた受槽に回収する。受槽の温度はトランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンが凝縮する温度以下であることが好ましい。また、受槽内部にU字型またはコイル型の冷却管を設置し、液化した1,3,3,3−テトラフルオロプロペン、1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンおよび1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを含む残存物D中の同伴水を氷結凝固させ除去することも可能である。
吸着剤を用いて脱水する方法、例えば、特定のゼオライトと接触させる脱水方法は、残存物D中の1,3,3,3−テトラフルオロプロペンが気体状態または液体状態の何れであっても実施可能であり優れた方法である。しかしながら、ゼオライトを充填した脱水塔を用い、本脱水方法を実施する場合、前工程の「塩化水素分離工程」(第4工程)後の残存物Dは、水蒸気を含み、含水量が1000ppm以上となる気体状態の混合ガスであり、液体と比較して体積が概ね230倍になることから、工業生産に見合う量に対応させるために、単位時間当たりに脱水塔を通過する同伴水を含む混合ガスの質量流量を多くする必要がある。しかしながら、質量流量を多くすると、それに伴い脱水塔の容量を大きくする必要があり、脱水剤であるゼオライトを多量使用しなければならず、さらにゼオライトの再生も必要である。
また、前工程の「塩化水素分離工程」(第4工程)と本工程の間に、ミストセパレータ等を用いる水分分離工程を設けることが好ましい。前述のように、前工程の「塩化水素分離工程」(第4工程)において、その前の工程の「フッ化水素分離工程」(第3工程)後の残存物Cを、前工程の「塩化水素分離工程」(第4工程)において水洗または水酸化ナトリウム水溶液と接触させ、塩化水素を分離除去したことにより、前工程の「塩化水素分離工程」(第4工程)後の残存物Dは同伴水を含み、気体状の場合は同伴水のミストを伴う。通常、水洗浄後の残存物Dの同伴水の含有率は、3000ppm以上、10%以下である。しかしながら、前工程の「塩化水素分離工程」(第4工程)と本工程の間に、ミストセパレータ等を用いる水分分離工程を設ければ、水の含量を1300ppm程度に低減できる。ミストセパレータで脱水した後で、さらに本工程において、反応生成物中の水分を、熱交換器を用いて氷結凝固させて脱水を行えば、前記残存物Eの水の含有率を100ppm未満に減少させることができる。
「精製工程」は、前工程「脱水工程」(第5工程)で脱水した後の残存物Eを精留し、トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを含む留分を得る工程である。その際の、シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを含む残渣Fが得られる。
精留は、バッチ式で行うことも連続式で行うこともでき、常圧または加圧いずれの圧力下においても可能であるが、精留における凝縮温度を上げることができる圧力条件を選定することが好ましい。
本工程で使用する蒸留塔は、壁面が蒸留物に対して不活性であればよく、壁面がガラス製またはステンレス製でもよく、鋼等の基材に四フッ化エチレン樹脂、クロロトリフルオロエチレン樹脂、フッ化ビニリデン樹脂、PFA樹脂またはガラスを内部にライニングしている蒸留塔でもよい。蒸留塔は、棚段式あるいは、ラシヒリング、レッシングリング、ディクソンリング、ポールリング、インターロックサドルまたはスルザーパッキン等の充填物を充填した充填塔であってもよい。
変換工程は、前工程「精製工程」(第6工程)後の残渣F中のシス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンに変換し、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを得る工程である。
本発明の並産方法における前記「反応工程」において、1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンとフッ化水素を反応させトランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを生成する反応には化学平衡があり、反応生成物側に平衡を傾けるには、反応における1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンに対するフッ化水素の比を増加させる必要がある。1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンに対して過剰のフッ化水素を加え、且つ、特定のフッ素化触媒を選択し、当該フッ素化触媒に対する反応条件(圧力および温度)を調整することにより、フッ素化触媒の触媒活性を持続させた効果として、反応は良好に進行する。
本発明の1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンとトランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの並産方法の一例を、図1のフロー図を用いて説明する。図1は、本発明の方法の一例である。本発明の方法は、以下の方法に限定されるものではない。
始めに、トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの生成反応に用いるフッ素化触媒を下記の手順で調製した。
活性アルミナにフッ化水素を接触させフッ素化アルミナとし、そのフッ素化アルミナにクロムを担持させることにより、フッ素化触媒を得た。詳細な手順は以下の通りである。
4×10メッシュアンダーの椰子殻破砕炭(カルゴンカーボンジャパン株式会社製、製品名、PCB)100gを純水150gに浸漬し、別途、CrCl3・6HO(特級試薬)40gを純水100gに溶かした溶液と混合し攪拌した後、一昼夜静置した。次いで、静置後の液を濾過して活性炭を取り出し、電気炉中で200℃に加熱し、2時間焼成した。得られた塩化クロム担持活性炭を、直径5cm、長さ30cmのSUS316L製円筒形反応管に充填し、窒素ガスを流しながら、反応管を200℃に過熱し、円筒管より水の留出が見られなくなった時点で、窒素ガスにフッ化水素を同伴させ、フッ化水素の濃度を徐々に高くした。充填されたクロム担持活性炭へのフッ化水素の吸着により、周囲より高温になっている部位であるホットスポットが反応管出口端に達したところで、450℃に昇温した後、450℃で1時間保ち、フッ素化触媒を得た。
次いで、触媒調製例1および触媒調整例2で得たフッ素化触媒を用い、1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(CTFP)をフッ化水素(HF)と反応させて、トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン(トランス−TFP)を得る反応を気相反応器1中で行った。その際、1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(CTFP)の供給量を一定にして、フッ化水素(HF)の供給量を0.25g/minまたは0.49g/min、温度を360℃または380℃、反応器内圧力を0.1MPaまたは0.2MPaとした。以下に詳細な手順を示す。
[工程例1]
内径、52.7cm、長さ、58cmの円筒形反応管からなるステンレス鋼(SUS316L)製の気相反応器1に調製例1で得たフッ素化触媒を1200ml(1200cm3)充填した。
次いで、内径、52.7cm、長さ、58cmの円筒形反応管からなるステンレス鋼(SUS316L)製の前記気相反応器1に、調製例1で得たフッ素化触媒を1200ml充填した。
分離工程において前述の蒸留条件2にて分離塔2により反応生成物Aの蒸留を行い、分離塔2から留出した留分Bを、フッ化水素分離工程でフッ化水素吸収塔3にて硫酸に接触させて、フッ化水素(HF)を硫酸に吸収させて除去した。
その後段の精製工程では、熱交換器7としての、外管の内径12mm、内管の外径6mm、長さ300mmのSUS−316製二重管式冷却管を用意した。内管には−40℃の冷媒を流通させて、ミストセパレータ6通過後の残存物Dである前記ガスを、二重管式冷却管の外管と内管の間に2.0g/minの速度で供給することにより、前記ガスを冷却し凝縮させ、冷却管下部から液化した有機物(残存物E)を捕集した。捕集した有機物の水分濃度をカールフィッシャ法で測定したところ、65ppmであった。また、GC分析した結果、新たな有機物は見出されなかった。このようにして、冷却管に導入した有機物の98.0質量%を回収した。
残渣F中のシス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの1,1,1,3,3
−ペンタフルオロプロパンへの変換を行った。
攪拌機、−30℃に保った還流冷却器ならびに調圧弁を備えた500mlのSUS304製オートクレーブに、触媒として五塩化アンチモン6.0g(0.02モル)、フッ化水素100g(5.0モル)を仕込み30分間攪拌し、触媒の活性化を行った。発生塩化水
素を還流冷却器の後部に備えられた調圧弁より排出し、圧力を常圧に戻した後、調圧弁を
閉じ、ドライアイス−メタノールでオートクレーブを冷却しシス−1,3,3,3−テト
ラフルオロプロペン114g(1.0モル)を入れ、攪拌しながら反応温度を50℃に昇
温した 反応開始3.5時間後、反応器を室温まで冷却し、圧力を常圧に下げることにより反応器から留出したガスを水層および濃硫酸層を通した上で、ドライアイス−メタノー
ルで冷却されたトラップに捕集した。回収された有機物の重量は123gであり、ガスクロマトグラフにより分析した生成物組成は、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン98.5%、1,3,3,3−テトラフルオロプロペン0.4%ならびに1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン0.1%であった。結果を表4に示す。
2 分離塔
3 フッ化水素吸収塔
4 放散塔
5 塩化水素吸収塔
6 ミストセパレータ
7 熱交換器
8 精留塔
A 反応生成物A
B 留分(フッ化水素、塩化水素、1,3,3,3−テトラフルオロプロペン、1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン等を含む)
C 残存物(塩化水素、1,3,3,3−テトラフルオロプロペン、1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン、水等を含む)
D 残存物(1,3,3,3−テトラフルオロプロペン、1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン、水等を含む)
E 残存物(1,3,3,3−テトラフルオロプロペン、1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン等を含む)
F 残存物(精留でトランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを留分として得た後の残渣)
a 原料(1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンおよびフッ化水素)
b 缶出液(未反応の1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン等の回収有機物およびフッ化水素)
c フッ化水素および硫酸
d フッ化水素
e 塩酸
h1、h2 同伴水
g トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン
Claims (7)
- 1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンとフッ化水素を気相において、フッ素化触媒を用い、温度200℃以上、450℃以下、圧力0.05MPa以上、0.3MPa以下で反応させて、トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンと、シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンおよび塩化水素と、未反応物である1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンおよびフッ化水素を含む反応生成物Aを得る反応工程と、
反応生成物Aを蒸留して、1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンおよびフッ化水素を含む缶出液を前記反応工程に戻し、且つ留分Bを得る蒸留工程と、
前記蒸留工程後の留分Bよりフッ化水素を分離回収して前記反応工程に供給するフッ化水素分離工程と、
前記フッ化水素分離工程でフッ化水素を回収した後の残存物Cに水または水酸化ナトリウム水溶液を接触させて塩化水素を分離除去する塩化水素分離工程と、
前記塩化水素分離工程で塩化水素を分離した後の残存物Dを脱水する脱水工程と、
前記脱水工程で脱水した後の残存物Eを精留し、トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを含む留分と、シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを含む残渣Fを得る精製工程と、
前記精製工程の残渣F中のシス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンに変換する変換工程、
を含む、
トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンと1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンとの並産方法。 - フッ素化触媒が、クロム、チタン、アルミニウム、マンガン、ニッケル、コバルト、鉄、銅、亜鉛、銀、モリブデン、ジルコニウム、ニオブ、タンタル、イリジウム、錫、ハフニウム、バナジウム、マグネシウム、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウムおよびアンチモンからなる群より選ばれた少なくとも1種の金属の硝酸塩、塩化物、酸化物、硫酸塩、フッ化物、フッ化塩化物、オキシフッ化物、オキシ塩化物またはオキシフッ化塩化物である、請求項1に記載の並産方法。
- 前記反応工程の反応が、塩化クロムを担持させたフッ素化アルミナをフッ素化触媒とし、1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンとフッ化水素の供給量をモル比で表わして1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン:フッ化水素=1:8〜1:25とし行われる、請求項1または請求項2に記載の並産方法。
- 前記反応工程の反応が、クロムの酸化物、フッ化物、塩化物、フッ化塩化物、オキシフッ化物、オキシ塩化物またはオキシフッ化塩化物を担持させた活性炭をフッ素化触媒とし、1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンとフッ化水素の供給量をモル比で表わして1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン:フッ化水素=1:8〜1:25とし行われる、請求項1または請求項2に記載の並産方法。
- 前記フッ化水素分離工程において、フッ化水素を硫酸に吸収させて回収する、請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の並産方法。
- 前記脱水工程において、塩化水素分離工程後の残存物Dの同伴水を熱交換器を用い、熱交換器が有する冷却面に氷結凝固させて脱水する、請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の並産方法。
- 前記脱水工程において、塩化水素分離工程後の残存物Dの同伴水を、吸着剤に吸着して脱水する、請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の並産方法。
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