JP2018527393A - ペンタクロロプロパンの触媒気相脱塩化水素化によるテトラクロロプロペンの製造方法 - Google Patents

ペンタクロロプロパンの触媒気相脱塩化水素化によるテトラクロロプロペンの製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、ペンタクロロプロパンを触媒気相脱塩化水素化してテトラクロロプロペンを高い選択率及び純度で形成させることに関する。

Description

発明の分野
本発明は、ペンタクロロプロパンを気相脱塩化水素化してテトラクロロプロペンを製造することに関する。
発明の背景
1,1,3,3−テトラクロロ−1−プロペン(1230za)を含めたテトラクロロプロペンを製造するための多くの方法が開示されている。これらの方法は、出発材料、反応条件及び選択率の点で大きく異なる。
米国特許出願公開第2011/0083955号及び同第2011/0087055号には、塩化メチレンとトリクロロエチレンとの反応により1230zaを製造する方法が記載されている。これらの方法は、1230zaを最大94%の選択率で生成する。
米国特許出願公開第2013/0211155号には、CH3OH溶媒中においてCCl3CHClCHCl2(230da)をZn金属により脱塩素化反応させることによって70%の収率で1230zaを形成させる、1230zaの製造方法が記載されている。
米国特許第5,689,020号には、CCl4又はN2で希釈されたプロペン及び/又は塩素化プロペンの混合物をCl2で塩素化して1230zaと1,3,3,3−テトラクロロプロペン(1230zd)との混合物を得る高温塩素化法が記載されている。
米国特許出願公開第2012/0190902号及び同第2011/0196178号には、酸化防止剤を使用してテトラクロロプロペンを安定化する方法が記載されている。
米国特許第7,094,936号には、CCl4と塩化ビニルとの反応によって1230zaを製造する方法が記載されている。また、1,1,1,3,3−ペンタクロロプロパン(240fa)を液相脱塩素化して1230zaを形成させることも記載されている。
米国特許第3,497,565号には、クロロプロペニルスルフィドをCl2で塩素化することによってクロロプロペンを製造する方法が記載されている。
仏国特許第1496124号及び英国特許第1,181,873号には、アルケニルチオエステルを塩素化して1230zaと1230zdとの混合物を製造する方法が記載されている。また、1230zdを1230zaに転化させる方法も記載されている。
米国特許第8,304,589号には、CCl4及び塩化ビニルから240faを製造する方法が記載されている。また、500℃の温度で240faから1230zaに熱分解する方法も記載されている。
米国特許出願公開第2011/0083955号明細書 米国特許出願公開第2011/0087055号明細書 米国特許出願公開第2013/0211155号明細書 米国特許第5,689,020号 米国特許出願公開第2012/0190902号明細書 米国特許出願公開第2011/0196178号明細書 米国特許第7,094,936号 米国特許第3,497,565号 仏国特許第1496124号 英国特許第1,181,873号 米国特許第8,304,589号
商業的製造のために拡大可能な高い選択率及び純度でテトラクロロプロペンを製造する方法が必要とされている。
発明の概要
本発明は、ペンタクロロプロパンを触媒気相脱塩化水素化してテトラクロロプロペンを形成させることに関する。
本発明の第1の態様は、テトラクロロプロペンの製造方法であって、ガス状ペンタクロロプロパンを500℃未満の温度で触媒にわたって流してテトラクロロプロペンを形成させることを含む方法に関する。
本発明のさらなる態様は、1,1,3,3−テトラクロロプロペン(1230za)の製造方法であって、1,1,1,3,3−ペンタクロロプロパン(240fa)を触媒にわたって500℃未満の温度で0.5〜120秒の接触時間で流して1,1,3,3−テトラクロロプロペンを製造することを含む方法に関する。
本発明の一実施形態に係る脱塩化水素化プロセスのフロー図を示す。
発明の詳細な説明
本発明は、ペンタクロロプロパンを触媒気相脱塩化水素化してテトラクロロプロペンを形成させることに関する。
本発明の少なくとも一実施態様によれば、1,1,1,3,3−ペンタクロロプロパン(240fa)を式(1)の反応に従って脱塩化水素化して1,1,3,3−テトラクロロプロペンを製造する。
少なくとも一実施形態において、式(2)の反応に従って1,1,1,2,3−ペンタクロロプロパン(240db)を脱塩化水素して1,1,2,3−テトラクロロ−1−プロペン(1230xa)を製造する。
図1は、本発明の一実施形態に係る脱塩化水素反応を説明するための模式図を示す。この図では、240faを含む供給ガスを窒素で希釈する。希釈された供給ガスを加熱触媒床にわたって流す。触媒床からの流出物を水柱に通して、任意の未反応の240fa及び1230za生成物をHClなどの任意の可溶性生成物と共に回収することができる。次いで、水柱からの流出物を苛性スクラバーに通し、大気に逃がすことができる。
少なくとも一実施形態によれば、ペンタクロロプロパンは、500℃未満の温度で触媒にわたって流れる。少なくとも一実施形態では、触媒の温度は、約200℃〜約450℃、例えば約200℃〜約350℃の範囲である。少なくとも一実施形態によれば、脱塩化水素化は約250℃の温度で行う。
高温では、分解及びその後のコーキングが高温の触媒表面上で生じ易いため、触媒の失活がより迅速に生じる可能性があるというリスクがある。さらに、500℃を超える温度では、ペンタクロロプロパンが熱分解することが予想される。それよりも低い温度では、反応はそれよりも緩やかに進行するが、これによりプロセス効率が低下する可能性がある。
少なくとも一実施形態によれば、触媒は、当該技術分野で知られている金属触媒、遷移金属酸化物及び脱塩化水素触媒から選択できる。使用できる遷移金属酸化物の例としては、酸化ニッケル、酸化クロム(Cr23、CrO3)、酸化ジルコニウム及び酸化マグネシウムが挙げられるが、これらに限定されない。少なくとも一実施形態によれば、触媒は、金属触媒、フッ化アルミニウム及びそれらの組み合わせから選択できる。金属触媒は、例えば、ニッケル、クロム及びそれらの組み合わせから選択できる。少なくとも一実施形態では、触媒はニッケル/クロムを含む。少なくとも他の実施形態では、触媒はフッ化アルミニウムを含む。他の実施形態では、触媒は、フッ化アルミニウムによって担持されたニッケル/クロムを含む。
少なくとも一実施形態では、触媒を活性化することができる。例えば、触媒は予めフッ素化されていてもよい。少なくとも一実施形態によれば、触媒は、触媒とフッ化水素酸とを接触させることによって予めフッ素化できる。
ペンタクロロプロパンと触媒との接触時間は変更可能である。少なくとも一実施形態では、ペンタクロロプロパンと触媒との接触時間は、約1秒〜約120秒、例えば約20秒〜約80秒、又は約30秒〜約60秒の範囲である。
少なくとも一実施形態では、接触時間はそれよりも短くてよく、再循環ループを使用して未反応のペンタクロロプロパンを触媒に戻すことができる。
少なくとも一実施形態によれば、ペンタクロロプロパンは、不活性ガス、例えば、窒素で希釈される。ペンタクロロプロパンに対する不活性ガスのモル比は、ペンタクロロプロパンの流量、ペンタクロロプロパンと触媒との接触時間などに基づいて変更できる。ペンタクロロプロパンに対する不活性ガスのモル比は、0(不活性ガスを使用しない場合)〜約5の範囲とすることができる。別の実施形態では、ペンタクロロプロパンに対する不活性ガスのモル比は、約1〜約3の範囲とすることができる。
本発明の態様は次のものを包含する:
1.テトラクロロプロペンの製造方法であって、ガス状ペンタクロロプロパンを500℃未満の温度で触媒にわたって流してテトラクロロプロペンを形成することを含む方法。
2.前記ペンタクロロプロパンが1,1,1,3,3−ペンタクロロプロパン(240fa)であり、前記テトラクロロプロペンが1,1,3,3−テトラクロロプロペンである、請求項1に記載の方法。
3.前記ペンタクロロプロパンが1,1,1,2,3−ペンタクロロプロパンであり、前記テトラクロロプロペンが1,1,2,3−テトラクロロ−1−プロペンである、請求項1に記載の方法。
4.前記触媒が、遷移金属酸化物、金属触媒、フッ化アルミニウム及びそれらの組み合わせから選択される、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
5.前記金属触媒がニッケル、クロム及びそれらの組み合わせから選択される、請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
6.前記触媒が予めフッ素化された触媒である、請求項1〜5のいずれかに記載の方法。
7.前記触媒を予めフッ素化することによって前記触媒を活性化することをさらに含む、請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
8.前記触媒を予めフッ素化することが、前記触媒とフッ化水素酸とを接触させることを含む、請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
9.前記触媒が約200℃〜約450℃の範囲の温度である、請求項1〜8のいずれかに記載の方法。
10.前記触媒が約200℃〜約350℃の範囲の温度である、請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
11.前記テトラクロロプロペンを水柱中で捕捉する、請求項1〜10のいずれかに記載の方法。
12.前記ペンタクロロプロパンを、1〜120秒の接触時間で前記触媒と接触させる、請求項1〜11のいずれかに記載の方法。
13.前記ペンタクロロプロパンを、20〜80秒の接触時間で前記触媒と接触させる、請求項1〜12のいずれかに記載の方法。
14.前記ペンタクロロプロパンを不活性ガス中で希釈することをさらに含む、請求項1〜13のいずれかに記載の方法。
15.1,1,3,3−テトラクロロプロペン(1230za)の製造方法であって、1,1,1,3,3−ペンタクロロプロパン(240fa)を触媒にわたって500℃未満の温度で1〜120秒の接触時間で流して1,1,3,3−テトラクロロプロペンを生成させることを含む方法。
16.前記触媒が遷移金属酸化物、金属触媒、フッ化アルミニウム及びそれらの組み合わせから選択される、請求項15に記載の方法。
17.前記接触時間が20〜80秒の範囲である、請求項15又は16に記載の方法。
18.前記触媒がフッ化アルミニウムに担持されたニッケル/クロムを含む、請求項15〜17のいずれかに記載の方法。
19.前記触媒が予めフッ素化されている、請求項15〜18のいずれかに記載の方法。
20.前記触媒が200℃〜350℃の温度である、請求項15〜19のいずれかに記載の方法。
本明細書において、明細書を明瞭かつ簡潔にすることを可能にする態様で実施形態を記載してきたが、実施形態は、本発明から逸脱することなく様々に組み合わせ又は分離できるものとし、またこのことが分かるであろう。例えば、本明細書に記載された全ての好ましい特徴は、本明細書に記載される本発明の全ての態様に適用可能であることが分かるであろう。
次の実施例は、本発明を例示するものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
実験手順
以下は、異なる触媒を評価するための一般的な手順である。触媒を触媒床に装填し(触媒はAl23担体材料の2つの層間に固定されている)、所望の温度に加熱する。ペンタクロロプロパン及び任意の不活性ガスを、触媒床上での所望の接触時間(例えば1〜60秒)を与える速度で所望の持続時間(例えば24時間)にわたって触媒床に流す。ペンタクロロプロパン及び不活性ガスを、触媒床を通るガスの流れを制御するためにポンプ及び/又はマスフローコントローラを使用して供給することができる。所望の時間の経過後、ペンタクロロプロパン及び任意の不活性ガスの流れを停止させる。水柱を操作前に秤量し、次いで有機(非水性)層及び水性層を相分離させる。各相の重量を測定し、分析する。水性相及び非水性相は、未反応のペンタクロロプロパン及びテトラクロロプロペン生成物を含む有機物並びにHClを含む可溶性塩素種について別々に分析できる。非水性相成分、特にペンタクロロプロパン及びテトラクロロプロペンを、1H NMR分光法及び/又はGC−MSによって分析する。
例1:AlF 3 触媒に担持された活性化Ni/Crでの240faの脱塩化水素化
AlF3触媒(1/16インチ〜1/8インチのビーズ形態)に担持された活性化Ni/Crを触媒床(1インチ外径のハステロイ(Hastelloy)パイプ)に充填した。用語「活性化」とは、使用前に触媒がHFで予めフッ素化されたことを意味する。床を250℃に加熱した。水柱に新たな脱イオン水500.47gを充填した。240fa(1,1,1,3,3−ペンタクロロプロパン)の流れを開始させ、8cc/分で供給されたN2との混合物として触媒床に2.3g/時(4cc/分)の速度で供給した。したがって、この実験におけるN2対240faのモル比は2:1であった。反応器からの流出液をH2Oカラム(水柱)に通した。240fa/N2の流れを24時間にわたって継続し、その間に合計56gの240faを触媒床に供給した。指定時間後に240faの流れを停止し、不安定な有機物質が全て触媒床からパージされていることを確実にするためにN2の流れを継続した。次に、水柱を除去し、内容物の重量を測定した(549.09g)。得られた2相を分離し、個々に秤量した。水相の重量は514gであった。有機相の重量は35.09gであった。1H NMRによる有機相の分析から、1,1,3,3−テトラクロロ−1−プロペン(1230za)に対する選択率が99%であり、240faに対する選択率が1%であることが示された。したがって、この実験では、回収率は549.09/556.47=98.7%であり、1230zaに対する選択率は99%であった。
この実験の「B」部を次のように達成した:新たな脱イオン水負荷(500.13g)をH2Oカラムに充填し、240fa/N2の流れをさらに24時間にわたって再開した。その後、生成物を単離し、秤量し、上記の通りに分析した。この実験を合計11回連続して実施した(実験1A〜K)。結果を表1にまとめる。
1.活性化とは、使用前にAlF3担持Ni/CrをHFで予めフッ素化したことを意味する。
2.実験1Iと1Jの間に、触媒床を周囲温度に冷却し、N2を35日間にわたって流した。
例2:AlF 3 触媒に担持された非活性化Ni/Crでの240faの脱塩化水素化
AlF3触媒(1/16インチ〜1/8インチのビード形態)に担持された非活性化Ni/Crを触媒床(1インチ外径のハステロイ(Hastelloy)パイプ)に充填した。用語「非活性化」とは、使用前に触媒がHFで予めフッ素化されていないことを意味する。例1で記載された手順をこの例で繰り返した。パラメーター及び結果を表2にまとめる。
1.非活性化とは、使用前に、AlF3担持Ni/CrがHFで予めフッ素化されていないことを意味する。
例3:AlF 3 フッ素化触媒に担持されたNi/Crでの240faの脱塩化水素化
Z−1233zd(シス)及びE−1233zd(トランス)の混合物を生成する無水HFと240faとの気相フッ素化反応の触媒として従来使用されていたAlF3触媒(1/16インチ〜1/8インチのビーズ形態)に担持されたNi/Crを、例1に記載されたのと同様の実験手順によって触媒床で評価した。パラメーター及び結果を表3にまとめる。
1.実験3Aでは水柱を使用しなかった。有機生成物を周囲温度でH2Oカラムとして使用された容器で集めたが、ただしH2Oを含まなかった。
例4:比較。AlF 3 での240faの脱塩化水素化
1/16インチのビーズ形態の純粋なAlF3を触媒床(1インチ外径のハステロイパイプ)に充填した。例1に記載した手順をこの例で繰り返した。パラメーター及び結果を表4にまとめる。
この比較例は、脱塩化水素化実験中にAlF3が急速に失活すること及び空気による床の再生によって活性が部分的に回復可能であることを実証するものである。空気再生は、おそらく、堆積した有機物を除去し、それによって床を脱塩化水素化に対してより活性にする。
1.実験4Dと4Eとの間に、AlF3触媒床を週末に300で空気により処理した。これは触媒を「コークス除去」して触媒を再活性化させる試みであった。
2.実験4Fと4Gとの間に、AlF3触媒床を週末に300で空気により処理した。これは触媒を「コークス除去」して触媒を再活性化させる試みであった。
例5:比較。BASF HCl吸着剤CL750による240faの脱塩化水素化
市販のHCl吸着剤(1/16インチのビーズ形態のBASF CL−760)を触媒床(1インチ外径のハステロイ(Hastelloy)パイプ)に充填した。例1に記載された手順をこの例で繰り返した。パラメーター及び結果を表5にまとめる。
この比較例は、HClの吸着剤として市販材料が有用ではあるものの、触媒脱塩化水素化には必ずしも有用でないことを実証するものである。この特定の例において、これらの結果は、おそらく、この材料の表面上の不可逆的な吸着のため、床がますます不活性化されることになることを明確に示すものである。
1.実験5Aの間に10℃の発熱が観察されたが、これはCL−760の床にHClが吸着したためであると予想された。
例6:比較。0.5%Pd/C触媒による240faの脱塩化水素化
1/16インチビーズ形態のC担持0.5%Pdの市販供給源を触媒床(1インチ外径のハステロイ(Hastelloy)チューブ)に装填した。例1に記載の手順をこの例で繰り返した。パラメーター及び結果を表6にまとめる。
この比較例は、脱塩化水素化に有用な材料である場合がある0.5%Pd/Cが脱塩化水素化に常に有効であるとは限らないことを実証するものである。この特定の例では、これは全く効果的ではなかった。
例7:比較。Al 2 3 での240faの脱塩化水素化
1/16インチのビーズ形態の純粋なAl23を触媒床(1インチ外径のハステロイ(Hastelloy)パイプ)に充填した。例1に記載した手順をこの例で繰り返した。パラメーター及び結果を表7にまとめる。
この比較例は、先の例の全てにおいて触媒担体として使用されるAl23が240faの脱塩化水素反応に対して活性でないことを実証するものである。
例8:AlF 3 触媒に担持された非活性化Ni/Crで240dbを脱塩化水素化して1230xaを得る
例2に記載したのと同様の方法で、1,1,1,2,3−ペンタクロロプロパン(240db)の1,1,2,3−テトラクロロ−1−プロペン(1230xa)への脱塩化水素反応を、240dbを、所望の転化を達成するのに十分な接触時間及び適切な温度で触媒床に通すことによって達成する。
AlF3触媒(1/16インチ〜1/8インチのビード形態)に担持された非活性化Ni/Crを触媒床(1インチ外径のハステロイ(Hastelloy)パイプ)に充填した。用語「非活性化」とは、使用前に触媒がHFで予めフッ素化されていないことを意味する。床を250℃に加熱した。水柱に500.19gの新たな脱イオン水を充填した。240db(1,1,1,2,3−ペンタクロロプロパン)の流れを開始させ、8cc/分で供給されたN2との混合物として触媒床に2.52g/時(4.7cc/分)の速度で供給した。したがって、この実験におけるN2対240dbのモル比は1.7:1であった。反応器からの流出液をH2Oカラムに通した。240db/N2の流れを24時間にわたって継続し、その間に合計60.5gの240dbを触媒床に供給した。指定時間後に、240dbの流れを停止し、不安定有機物質を全て触媒床からパージすることを確実にするためにN2の流れを継続した。次に、水柱を除去し、内容物の重量を測定した(550.23g)。得られた2相を分離し、個々に秤量した。水性相の重量は512.98gであった。有機相の重量は37.25gであった。1H NMRによる有機相の分析から、1,1,2,3−テトラクロロ−1−プロペン(1230xa)に対する選択率が100%であり、240dbに対する選択率は0%であることが示された。したがって、この実験では、回収率は550.23/560.69=98.1%であり、1230xaに対する選択率は100%であった。
この実験の「B」部を次のように達成した:新たな脱イオン水負荷(501.42g)をH2Oカラムに充填し、240db/N2の流れをさらに7時間にわたって再開した。その後、生成物を単離し、秤量し、上記のとおりに分析した。この実験では、生成物の回収率は99%であり、所望の1230xaに対する選択率は100%であった。
240dbから1230xaへの実験を2回実施した(例8A−B)。結果を表8にまとめる。
1.非活性化とは、使用前に、AlF3担持Ni/CrがHFで予めフッ素化されていないことを意味する。

Claims (20)

  1. テトラクロロプロペンの製造方法であって、ガス状ペンタクロロプロパンを500℃未満の温度で触媒にわたって流してテトラクロロプロペンを形成することを含む方法。
  2. 前記ペンタクロロプロパンが1,1,1,3,3−ペンタクロロプロパン(240fa)であり、前記テトラクロロプロペンが1,1,3,3−テトラクロロプロペンである、請求項1に記載の方法。
  3. 前記ペンタクロロプロパンが1,1,1,2,3−ペンタクロロプロパンであり、前記テトラクロロプロペンが1,1,2,3−テトラクロロ−1−プロペンである、請求項1に記載の方法。
  4. 前記触媒が、遷移金属酸化物、金属触媒、フッ化アルミニウム及びそれらの組み合わせから選択される、請求項1に記載の方法。
  5. 前記金属触媒がニッケル、クロム及びそれらの組み合わせから選択される、請求項4に記載の方法。
  6. 前記触媒が予めフッ素化された触媒である、請求項4に記載の方法。
  7. 前記触媒を予めフッ素化することによって前記触媒を活性化することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  8. 前記触媒を予めフッ素化することが、前記触媒とフッ化水素酸とを接触させることを含む、請求項7に記載の方法。
  9. 前記触媒が約200℃〜約450℃の範囲の温度である、請求項1に記載の方法。
  10. 前記触媒が約200℃〜約350℃の範囲の温度である、請求項9に記載の方法。
  11. 前記テトラクロロプロペンを水柱中で捕捉する、請求項1に記載の方法。
  12. 前記ペンタクロロプロパンを、1〜120秒の接触時間で前記触媒と接触させる、請求項1に記載の方法。
  13. 前記ペンタクロロプロパンを、20〜80秒の接触時間で前記触媒と接触させる、請求項12に記載の方法。
  14. 前記ペンタクロロプロパンを不活性ガス中で希釈することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  15. 1,1,3,3−テトラクロロプロペン(1230za)の製造方法であって、1,1,1,3,3−ペンタクロロプロパン(240fa)を触媒にわたって500℃未満の温度で1〜120秒の接触時間で流して1,1,3,3−テトラクロロプロペンを生成させることを含む方法。
  16. 前記触媒が遷移金属酸化物、金属触媒、フッ化アルミニウム及びそれらの組み合わせから選択される、請求項15に記載の方法。
  17. 前記接触時間が20〜80秒の範囲である、請求項15に記載の方法。
  18. 前記触媒がフッ化アルミニウムに担持されたニッケル/クロムを含む、請求項15に記載の方法。
  19. 前記触媒が予めフッ素化されている、請求項15に記載の方法。
  20. 前記触媒が200℃〜350℃の温度である、請求項15に記載の方法。
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