JP2018083835A - フッ素化方法及び反応器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】1,1,2,3−テトラクロロプロペン(1230xa)などのような供給材料を霧化し、それを過熱したHFと混合して、供給材料及びHFの気化した生成物を形成し、実質的に同時に蒸気相フッ素化触媒と接触させることを含むテトラハロプロペンの製造方法。前記方法は触媒寿命を延ばし、触媒の失活を防ぐ効果を有する、テトラハロプロパンの製造方法。
【選択図】図1
Description
ここで、TCP(1230xaとしても知られる)は、1,1,2,3−テトラクロロプロペン又はCCl2=CClCH2Clであり;1233xfは、2−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン又はCH2=CClCF3である。工程(1)は、好ましくは、当該技術において公知の固体触媒、好ましくはフッ素化触媒、例えば酸化クロム(Cr2O3)などを充填した蒸気相反応器内で行う。
ここで、244bbは、2−クロロ−1,1,1,2−テトラフルオロプロパン又はCH3CClFCF3である。工程(2)は、好ましくは、液体触媒を充填した液相反応器内で行う。下記のように、工程2の副生成物も形成される可能性がある:1233xf+2HF→245cb+HCl(ここで、245cbは、1,1,1,2,2−ペンタフルオロプロパン又はCH3CF2CF3である)。
ここで、1234yfは、2,3,3,3−テトラフルオロプロペン又はCH2=CFCF3である。工程(3)は、好ましくは、脱塩化水素化触媒を用いて蒸気相反応器内で行う。
ロトコルの過程においてはしばしば、TCPを(好ましくは無水フッ化水素(AHF)の存在下などで)加熱及び気化させる際に望ましくない反応が起こるという仮説が立てられている。これらは、オリゴマー、ポリマー、及び分解生成物(C1及びC2炭素含有化合物)の形成を含み、これによって更に触媒のコーキングがもたらされる可能性があると考えられる。而して、これらの化合物の形成は触媒失活を直接もたらすと考えられる。触媒の失活は収率を低下させ、プロセスに対する他の経済的な不利益及び混乱を生じさせる。
より高く、好ましくは約70%〜約100%、好ましくは約85%〜約100%の間、より好ましくは約95%〜約99%の間であり;HFO−1233xfに関する選択率は、約50%より高く、好ましくは約70%〜約99%の間、より好ましくは約90%〜約99%の間である。触媒成分を用いて本発明を実施することによって、触媒の寿命における大きな向上がもたらされる。幾つかの態様においては、触媒の性能は、高沸点のクロロカーボン供給材料を加熱及び/又は気化させる場合、及び/又はかかる加熱及び/又は気化させた高沸点クロロカーボン供給材料を、当該技術において典型的な比較的長い時間無水フッ化水素と接触させる場合に触媒を用いて行う反応に対して少なくとも20%、より好ましくは少なくとも40%向上する。本発明を実施することによって、減少した触媒の量を用いることが可能になる範囲でこれまで通常知られていたものよりも非常により効率的でコスト的に有効なプロセスが与えられ、所望の生成物への出発材料のより大きな転化率が与えられる。触媒成分と共に本発明を用いることによって、触媒寿命における大きな向上がもたらされることが見出された。
記載する反応器デザインを用いるC3ハロオレフィンの製造を可能にする。
[0018]幾つかの好ましい態様においては、本転化工程は、少なくとも約40%、より好ましくは少なくとも約55%、更により好ましくは少なくとも約70%のテトラクロロプロペン転化率を与えるのに有効な条件下で行う。幾つかの好ましい態様においては、転化率は少なくとも約90%、より好ましくは約100%である。
ス酸化クロムのようなクロム(III)酸化物が好ましく、アモルファス酸化クロムが最も好ましい。酸化クロム(Cr2O3)は商業的に入手可能な材料であり、種々の粒径で購入することができる。少なくとも98%の純度を有するフッ素化触媒が好ましい。フッ素化触媒は、過剰であるが、少なくとも反応を推進するのに十分な量で存在させる。
14中に導入する。無水HFを過熱し、ライン11を通して混合領域14中に供給する。過熱したHF及び加熱領域からの熱は、霧化したTCPをほぼ直ちに気化させるのに十分に高温である。少なくとも所望の反応温度であるこの時点で気体のTCP/HF混合物は、気化のほぼ直後に境界18において触媒床17に導入され、ここでフッ素化反応が行われる。ノズル12は18に隣接して配置されていて、触媒失活の原因となるオリゴマー、ポリマー、及び他の分解生成物の形成が最小になる。1233xfのようなフッ素化生成物は、排出口16から取り出される。本発明の実施においては、図面に限定されることなく、HF及び供給材料、例えばTCPは、約1秒以下、好ましくは約0.75秒以下、より好ましくは約0.5秒以下の加熱チャンバー内における滞留時間を有する。
CX2=CCl−CH2X (式I);
CX3−CCl=CH2 (式II);
CX3−CHCl−CH2X (式III);
(式中、Xは、独立して、F、Cl、Br、及びIから選択され、但しXの少なくとも1つはFではない)
にしたがう1種類以上の塩素化化合物である。好ましくはこれらの化合物は少なくとも1つの塩素を含み、より好ましくはXの大部分は塩素であり、更により好ましくは全てのXは塩素である。好ましくは、本方法は、一般に少なくとも3つの反応工程を含む。
[0029]第1工程においては、本発明をここに記載したように用いて、式(I)、(II)、又は(III)を有する1種類以上の化合物、好ましくは1,1,2,3−テトラクロロプロペン及び/又は2,3,3,3−テトラクロロプロペン(TCP)及び/又は1,1,1,2,3−ペンタクロロプロパン(240db)及び/又は2,3,3,3−テトラクロロプロペンを含む出発組成物を接触フッ素化し、第1の蒸気相反応器(フッ素化反応器)内で無水HFと反応させて、2−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(1233xf)及びHClの混合物を生成させる。
[0030]第2工程においては、工程1において製造される1233xfを、好ましくは液相反応器内、限定なしに当該技術において公知のフッ素化触媒、好ましくは液相フッ素化触媒の存在下において、HFを用いて244bbへ約95%より多く転化させる。この点に関して使用可能なかかるフッ素化触媒の非排他的なリストには、ルイス酸、遷移金属ハロゲン化物、遷移金属酸化物、第IVb族金属ハロゲン化物、第Vb族金属ハロゲン化物、又はこれらの組み合わせが含まれる。液相フッ素化触媒の非排他的な例としては、ハロゲン化アンチモン、ハロゲン化スズ、ハロゲン化タンタル、ハロゲン化チタン、ハロゲン
化ニオブ、及びハロゲン化モリブデン、ハロゲン化鉄、フッ素化ハロゲン化クロム、又はこれらの組み合わせが挙げられる。液相フッ素化触媒の非排他的な具体例は、SbCl5、SbCl3、SbF5、SnCl4、TaCl5、TiCl4、NbCl5、MoCl6、FeCl3、SbCl5のフッ素化種、SbCl3のフッ素化種、SnCl4のフッ素化種、TaCl5のフッ素化種、TiCl4のフッ素化種、NbCl5のフッ素化種、MoCl6のフッ素化種、FeCl3のフッ素化種、又はこれらの組み合わせである。五塩化アンチモン:SbCl5が好ましく、SbCl5のフッ素化種がより好ましい。
[0031]第3工程においては、工程2から得られる244bbを第2の蒸気相反応器(脱塩化水素化反応器)に供給して脱塩化水素化して、所望の生成物の2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(1233yf)を生成させる。この反応器は、244bbを接触脱塩化水素化して1234yfを生成させることができる触媒を含む。
テナイトニッケルベースの合金(例えばインコネル625)、ニッケル、フッ素化10%C
sCl/MgO、及び10%CsCl/MgF2が挙げられる。反応温度は好ましくは約300〜550℃であり、反応圧力は好ましくは約0〜150psigである。好ましくは、反応器流出流は苛性スクラバー又は蒸留カラムに供給して、HClの副生成物を除去して酸を含まない有機生成物を生成させ、これは場合によっては更なる精製にかけることができる。
[0035]本実施例は、2−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(1233xf)への1,1,2,3−テトラクロロプロペン(1230xa)の連続蒸気相フッ素化反応を示す。この実験のためのフッ素化触媒はフッ素化Cr2O3であった。
気相フッ素化反応システムを用いて反応を研究した。反応器は長さ約33インチであった。反応器に1.8リットルの予備処理したフッ素化Cr2O3触媒を装填した。次に、反応器を一定温度の砂浴内に設置した後に、N2パージを触媒上に流しながら反応器を約180℃の温度に加熱した。HF供給流を共供給流としてN2と共に(気化器及び過熱器を介して)反応器に15分間導入し、この時点でN2流を停止した。HFの流速を1.9ポンド/時に調節し、次に1,1,2,3−テトラクロロプロペン(1230xa)の(気化器及び過熱器を介する)反応器への供給を開始した。約17:1のHF:1230xaのモル比を与えるために、1230xaの供給速度を1.0ポンド/時で一定に維持し、HF供給を1.9ポンド/時で一定に維持した。反応を開始すると、触媒床の温度は約200℃に上昇した。所望の生成物回収速度を維持するために、触媒の失活が起こるにつれて反応温度を徐々に上昇させ、反応温度が300℃に到達したら反応を停止し、1230xaの転化率は<30%であった。反応圧力は、反応の全過程中において70psigで一定に維持した。反応は、実験が停止される前に588時間だけ連続的に運転された。192ポンドの1233xf及び1232xfが生成した。1230xaの平均転化率及び1233xfへの平均選択率は、それぞれ69.4%及び87.3%であった。
[0038]本実施例は、加熱及び気化によって1230xaがオリゴマーを形成することを示す。
[0040]ハステロイC276で形成された微細ノズルチップを反応器の頂部に取り付け、1230xa供給ポンプからの1230xa供給ラインを、気化器/過熱器の代わりにそれに直接接続した新しい反応器デザインを試験した。反応器の反対側において、頂部から約2インチに2つの別々の口を設けた。HF過熱器の出口からのHF供給ラインを分割して、側部の口の両方に配管して、過熱した気体HFガス供給流を反応器により良好に分配した。反応器は内径2インチ×長さ36インチのモネルパイプ反応器であり、これに約1.3リットルの予備処理したフッ素化Cr2O3触媒を充填した。これにより、触媒床の頂部からノズルまで約8インチの長さが残され、これは完全に空のパイプであった。この連続蒸気相フッ素化反応システムも、N2及びHF供給システム、HF供給流気化器、HF過熱器、酸スクラバー、生成物乾燥機、及び生成物回収システムから構成されていた。
的に運転され、古い反応器デザインよりも36%長く運転された。
[1]
反応チャンバー;
反応チャンバー上に配置されており、反応チャンバーと流体連絡している混合領域を含む加熱チャンバー;
混合領域と流体連絡している少なくとも第1及び第2の供給ライン;並びに
少なくとも第1の供給ラインの上に配置されており、混合領域中への出口を有する霧化ノズル;
を含む反応器装置。
[2]
加熱チャンバーが加熱手段を含む、[1]に記載の装置。
[3]
少なくとも第2の供給ラインと連絡している過熱手段を更に含む、[1]に記載の装置。
[4]
反応チャンバー内の触媒床を更に含む、[1]に記載の装置。
[5]
ノズル出口が触媒床に隣接して配置されている、[5]に記載の装置。
[6]
混合領域が反応チャンバーと接触している、[1]に記載の装置。
[7]
反応チャンバーと流体連絡している少なくとも1つの排出口を更に含む、[1]に記載の装置。
[8]
(a)反応チャンバー内の触媒床、並びに、反応チャンバー上に配置されており、反応チャンバーと流体連絡している混合領域を含む加熱チャンバーを有する反応器装置を与え;
(b)過熱したHF、並びに、クロロカーボン、混合クロロカーボン、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される霧化した供給材料を、供給材料及びHFを含む気化した組成物を形成するのに有効な条件下で混合領域に供給し;そして
(c)気化した組成物を、テトラハロプロペンを形成するのに有効な条件下で触媒床と接触させ、接触は気化した組成物の形成と実質的に同時に行う;
ことを含むテトラハロプロペンの製造方法。
[9]
供給材料を、触媒床に隣接して配置されているノズルに通すことによって霧化する、[8]に記載の方法。
[10]
HF及び供給材料の組成物が、約1秒以下の加熱チャンバー内での滞留時間を有する、[8]に記載の方法。
[11]
テトラハロプロペンが2−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(1233xf)である、[8]に記載の方法。
[12]
供給材料が、1,1,2,3−テトラクロロプロペン(1230xa)、1,1,1,2,3−テトラクロロプロパン(HCC−240db)、2,3,3,3−テトラクロロプロペン(1230xf)、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、[8]に記載の方法。
[13]
(a)過熱したHF、並びに、1,1,2,3−テトラクロロプロペン(1230xa)、2,3,3,3−テトラクロロプロペン(1230xf)、1,1,1,2,3−テトラクロロプロパン(HCC−240db)、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される霧化した供給材料を、供給材料及びHFを含む気化した組成物を形成するのに有効な条件下で混合し;そして
(b)気化した組成物を、1233xfを形成する条件下で触媒と接触させ、接触は気化した組成物の形成と実質的に同時に行う;
ことを含む2−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(1233xf)の製造方法。
[14]
供給材料を触媒に隣接して霧化させる、[11]に記載の方法。
[15]
(a)式I、II、及びII:
CX2=CCl−CH2X (式I);
CX3−CCl=CH2 (式II);
CX3−CHCl−CH2X (式III);
(式中、Xは、独立して、F、Cl、Br、及びIから選択され、但しXの少なくとも1つはFではない)
から選択される構造を有する少なくとも1種類の化合物を含む出発組成物を霧化し;
(b)霧化した組成物を過熱したHFと接触させて、1233xfを形成するのに有効な条件下で気化した出発組成物を形成する;
ことを含む2−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(1233xf)の製造方法。
[16]
有効な条件が蒸気相フッ素化触媒との接触を含む、[15]に記載の方法。
[17]
蒸気相フッ素化触媒が、Cr2O3、FeCl3/C、Cr2O3/Al2O3、Cr2O3/AlF3、Cr2O3/炭素、CoCl2/Cr2O3/Al2O3、NiCl2/Cr2O3/Al2O3、CoCl2/AlF3、NiCl2/AlF3、及びこれらの混合物からなる群から選択される、[16]に記載の方法。
[18]
工程(b)の接触を、気化した出発組成物の形成と実質的に同時に行う、[15]に記載の方法。
[19]
(a)[15]にしたがって製造される2−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(1233xf)を含む第1の中間体組成物を与え;
(b)1233xfを含む第1の中間体組成物を、フッ素化触媒の存在下、244bbを含む第2の中間体組成物を生成させるのに有効な条件下でHFと接触させ;そして
(c)244bbの少なくとも一部を脱塩化水素化して、1234yfを含む反応生成物を生成させる;
ことを含む2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(1234yf)の製造方法。
Claims (19)
- 反応チャンバー;
反応チャンバー上に配置されており、反応チャンバーと流体連絡している混合領域を含む加熱チャンバー;
混合領域と流体連絡している少なくとも第1及び第2の供給ライン;並びに
少なくとも第1の供給ラインの上に配置されており、混合領域中への出口を有する霧化ノズル;
を含む反応器装置。 - 加熱チャンバーが加熱手段を含む、請求項1に記載の装置。
- 少なくとも第2の供給ラインと連絡している過熱手段を更に含む、請求項1に記載の装置。
- 反応チャンバー内の触媒床を更に含む、請求項1に記載の装置。
- ノズル出口が触媒床に隣接して配置されている、請求項5に記載の装置。
- 混合領域が反応チャンバーと接触している、請求項1に記載の装置。
- 反応チャンバーと流体連絡している少なくとも1つの排出口を更に含む、請求項1に記載の装置。
- (a)反応チャンバー内の触媒床、並びに、反応チャンバー上に配置されており、反応チャンバーと流体連絡している混合領域を含む加熱チャンバーを有する反応器装置を与え;
(b)過熱したHF、並びに、クロロカーボン、混合クロロカーボン、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される霧化した供給材料を、供給材料及びHFを含む気化した組成物を形成するのに有効な条件下で混合領域に供給し;そして
(c)気化した組成物を、テトラハロプロペンを形成するのに有効な条件下で触媒床と接触させ、接触は気化した組成物の形成と実質的に同時に行う;
ことを含むテトラハロプロペンの製造方法。 - 供給材料を、触媒床に隣接して配置されているノズルに通すことによって霧化する、請求項8に記載の方法。
- HF及び供給材料の組成物が、約1秒以下の加熱チャンバー内での滞留時間を有する、請求項8に記載の方法。
- テトラハロプロペンが2−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(1233xf)である、請求項8に記載の方法。
- 供給材料が、1,1,2,3−テトラクロロプロペン(1230xa)、1,1,1,2,3−テトラクロロプロパン(HCC−240db)、2,3,3,3−テトラクロロプロペン(1230xf)、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項8に記載の方法。
- (a)過熱したHF、並びに、1,1,2,3−テトラクロロプロペン(1230xa)、2,3,3,3−テトラクロロプロペン(1230xf)、1,1,1,2,3−テ
トラクロロプロパン(HCC−240db)、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される霧化した供給材料を、供給材料及びHFを含む気化した組成物を形成するのに有効な条件下で混合し;そして
(b)気化した組成物を、1233xfを形成する条件下で触媒と接触させ、接触は気化した組成物の形成と実質的に同時に行う;
ことを含む2−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(1233xf)の製造方法。 - 供給材料を触媒に隣接して霧化させる、請求項11に記載の方法。
- (a)式I、II、及びII:
CX2=CCl−CH2X (式I);
CX3−CCl=CH2 (式II);
CX3−CHCl−CH2X (式III);
(式中、Xは、独立して、F、Cl、Br、及びIから選択され、但しXの少なくとも1つはFではない)
から選択される構造を有する少なくとも1種類の化合物を含む出発組成物を霧化し;
(b)霧化した組成物を過熱したHFと接触させて、1233xfを形成するのに有効な条件下で気化した出発組成物を形成する;
ことを含む2−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(1233xf)の製造方法。 - 有効な条件が蒸気相フッ素化触媒との接触を含む、請求項15に記載の方法。
- 蒸気相フッ素化触媒が、Cr2O3、FeCl3/C、Cr2O3/Al2O3、Cr2O3/AlF3、Cr2O3/炭素、CoCl2/Cr2O3/Al2O3、NiCl2/Cr2O3/Al2O3、CoCl2/AlF3、NiCl2/AlF3、及びこれらの混合物からなる群から選択される、請求項16に記載の方法。
- 工程(b)の接触を、気化した出発組成物の形成と実質的に同時に行う、請求項15に記載の方法。
- (a)請求項15にしたがって製造される2−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(1233xf)を含む第1の中間体組成物を与え;
(b)1233xfを含む第1の中間体組成物を、フッ素化触媒の存在下、244bbを含む第2の中間体組成物を生成させるのに有効な条件下でHFと接触させ;そして
(c)244bbの少なくとも一部を脱塩化水素化して、1234yfを含む反応生成物を生成させる;
ことを含む2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(1234yf)の製造方法。
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