JP3162378B2 - クロロペンタフルオロエタンを含むハロゲン化炭化水素の混合物からペンタフルオロエタンを分離する方法 - Google Patents

クロロペンタフルオロエタンを含むハロゲン化炭化水素の混合物からペンタフルオロエタンを分離する方法

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    • C07C17/00Preparation of halogenated hydrocarbons
    • C07C17/38Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • C07C17/383Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives by distillation
    • C07C17/386Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives by distillation with auxiliary compounds

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、抽出蒸留により、ペンタフルオロエタン
(HFC−125)及びクロロペンタフルオロエタン(CFC−1
15)の混合物からペンタフルオロエタンを分離する方法
を示す。
オゾン層を完全にハロゲン化されたクロロフルオロカ
ーボンによる損傷から保護するために新しい法律が立案
されている。ペンタフルオロエタン(HFC−125)は、役
に立つ非−塩素含有フッ素化炭素であり、特に溶媒、発
泡剤、噴射剤、消火剤または滅菌キャリヤガスとして有
用である。ペンタフルオロエタンは、通常パークレンを
クロロフルオロ化し、1,1,2−トリクロロトリフルオロ
エタン(CFC−113)、1,2−ジクロロテトラフルオロエ
タン(CFC−114)及び2,2−ジクロロ−1,1,1−トリフル
オロエタン(HCFC−123)の混合物を製造する。1,1,2−
トリクロロトリフルオロエタンの除去後、残りの混合物
を種々のプロセスでフッ素化し得、その結果、ペンタフ
ルオロエタン(HFC−125)及びクロロペンタフルオロエ
タン(CFC−115)、及び他の少量のフッ素化化合物例え
ばヘキサフルオロエタン(FC−116)を含む混合物を得
た。ペンタフルオロエタンをクロロペンタフルオロエタ
ンとともに製造する種々の他の方法が知られており、他
のプロセスによって作られた混合物を、さらに、本発明
の抽出蒸留プロセスによって処理し、ペンタフルオロエ
タンを回収し得る。不利なことに、ペンタフルオロエタ
ンとクロロペンタフルオロエタンの混合物は、共沸様混
合物を形成する。ハロゲン化炭化水素の沸点は非常に近
く、ペンタフルオロエタンで−48.5℃、クロロペンタフ
ルオロエタンで−38.7℃であり、これらの相対揮発度
は、87.5モル%以上の濃度のペンタフルオロエタンで1.
1以下、95モル%以上の濃度では1.01以下である。この
沸点及び相対揮発度は、単純な蒸留により、これらの混
合物からペンタフルオロエタンを回収することは、可能
であっても非常に難しいことを示唆しており、このた
め、抽出蒸留は、使用可能な代わりの手順となる。しか
しながら、抽出蒸留プロセスを適用する主な問題点は、
抽出剤を除去及び再利用するための新たな分離工程を加
えるという必要性を埋め合わせるために望ましい分離プ
ロセスを十分に促進する抽出剤を発見することである。
どの抽出剤が作用する見込みがあるかを予測するため
に用いられる方法が1969年9月発刊のChm.Eng.Process,
第65巻No.9,第51−第57頁にL.ベルグにより述べられて
いる。この抽出蒸留において、論文中に、「水素結合
は、全ての成功した抽出蒸留剤が水素結合の高い液体で
あるため、重要な要因であることが分かる。…このた
め、成功した抽出剤の基準は、それらが分離される化合
物よりかなり高く沸騰し、その成分を有する共沸混合物
を少しも形成しないこと、かつ水素結合が高い液体すな
わち水素結合分類のクラスIまたはクラスIIとなること
である。フェノール、芳香族アミン(アニリン及びその
誘導体)、高級アルコール、リコール、等は、成功した
抽出剤の例である。」と述べられている。しかしなが
ら、本発明は、高い水素結合をもたない化合物を用いて
抽出蒸留を行なうことにより、クロロペンタフルオロエ
タンからペンタフルオロエタンを分離することを可能に
せしめる。
本発明の概要 本発明は、ペンタフルオロエタンとクロロペンタフル
オロエタンとの第1の混合物からペンタフルオロエタン
を分離する方法に係り、この方法は、 任意に水素及びまたは塩素を含み、かつ−39℃以上好
ましくは−12℃以上50℃未満の沸点を有する、1−4炭
素原子を有するフッ素化炭素抽出剤を、第1の混合物に
添加し、第2の混合物を形成する工程、 抽出蒸留域において、第2の混合物を抽出蒸留するこ
とにより、第2の混合物のクロロペンタフルオロエタン
からペンタフルオロエタンを分離し、これにより、頭頂
留分として、クロロペンタフルオロエタンのないペンタ
フルオロエタンの流れを回収する。
本発明に使用される抽出剤は、分離されるフッ素化炭
化水素中の完全に異質な不純物による危険性を最低限に
する利点を有するフッ素化炭化水素の混合物から分離さ
れるペンタフルオロエタンと化学的に近い関係にある。
このシステムにおいて、抽出剤は、再生利用のために単
に蒸留することによりクロロペンタフルオロエタンを含
有する流れから容易に除去され得る。
このプロセス中に使用され得る好適な代表的フッ素化
炭素は、クロロフルオロカーボンを含み、このクロロフ
ルオロカーボンは、任意に水素を含む。このようなフッ
素化炭素の例は、1,2−ジクロロテトラフルオロエタン
(CFC−114)、1,1−ジクロロテトラフルオロエタン(C
FC−114a)、1,1,2−トリクロロトリフルオロエタン(C
FC−113)、1,1,1−トリクロロトリフルオロエタン(CF
C−113a)、2−クロロ−1,1,1,2−テトラフルオロエタ
ン(HCFC−124)、2,2−ジクロロ−1,1,1−トリフルオ
ロエタン(HCFC−123)、トリクロロトリフルオロメタ
ン(CFC−11)、及びオクタフルオロシクロブタン(FC
−C318)である。
発明の詳細な説明 ペンタフルオロエタン及びクロロペンタフルオロエタ
ンの混合物は、分離された、純粋な状態において、第1
の混合物の一次成分であり、各々−48.5℃及び−38℃の
沸点を有する。大気圧における相対揮発度は、純度100
%のペンタフルオロエタンに近付くとき、約1.0になり
得る。これらのデータは、沸点が似ていること及び化合
物の相対揮発度の値が低いことにより、従来の蒸留手順
が、実質的に純粋な化合物を分離しないことを示唆す
る。
ペンタフルオロエタン及びクロロペンタフルオロエタ
ンの相対揮発度を測定するために、ペリーの「ケミカル
エンジニアのためのハンドブック」第6版の4−76頁な
いし4−77頁に述べられているような、ウィルソンの方
程式に基づく、いわゆるPTX法を用いた。この手順で
は、二成分一組の種々の既知の充填組成物について、既
知の容量のセル内の全圧を低温で測定する。この情報
を、蒸気圧非理想性をモデル化する状態方程式と、液相
非理想性をモデル化する活性係数方程式とを利用するこ
とにより、セル内の平衡蒸気及び液体組成に換算し得
る。この手順における基本原理の根拠は、状態方程式及
び活性係数方程式の両方がシステムの挙動を十分に予測
し得ることにある。
PTXの測定の結果及び上記一連の計算を表1ないし3
に示し、−25℃、0℃、及び25℃の結果を示す。
低濃度でHFC−125がCFC−115に対して良好な相対揮発
度を有しているとき、相対揮発性は、純度100%のHFC−
125に近い場合、約1.0である。このことは、このような
混合物から従来の蒸留により、ペンタフルオロエタンを
実質的に全て除去することを最も困難または可能にせし
めるであろう。
抽出蒸留の技術は当業者に良く知られている。抽出蒸
留は、ある抽出剤の活性に依存して、二成分一組の分離
されるべき化合物の相対揮発度を増加する。この操作
は、一般的に、最低の2つの供給点を有する多段階蒸留
カラム、リボイラー及び還流をカラムに戻すための頭頂
凝縮器連続する蒸留カラムで行われる。この抽出剤例え
ば1,2−ジクロロテトラフルオロエタン(CFC−114)
は、蒸留カラムの上方の供給点に供給し、分離すること
を必要とする混合物例えばペンタフルオロエタン及びク
ロロペンタフルオロエタンをカラムの低い供給点に供給
する。抽出剤はカラム内のトレイを通して液体として下
方の底部へ送られる。抽出剤の存在下で、クロロペンタ
フルオロエタンよりさらに揮発性のペンタフルオロエタ
ンは、凝縮が行われるカラムの頭頂から実質的にクロロ
ペンタフルオロエタンを除いて通され、部分的に還流と
して戻され、及び残りは回収される。クロロペンタフル
オロエタン及び抽出剤を含む反応がまからの底留分を、
成分の通常の分離及び抽出剤の再利用のために、ストリ
ッパーまたは蒸留カラムに通す。
抽出蒸留における要求される直径及びカラム中の分離
段階の数、還流比、及び最適なカラム温度及び圧力は、
相対輝度、蒸気圧及びここの成分及びその混合物の物理
的含有量に関するデータを用いて、当業者に知られた方
法で計算し得る。
以下、実施例を示し、特にことわらない限り、この中
で部は全て重量部をさす。
実施例1 ペンタフルオロエタンとクロロペンタフルオロエタン
との混合物からペンタフルオロエタンを分離する工程は
以下のようにして行なった。
使用される抽出蒸留カラムを、9インチの理論プレー
トと同等の高さを有するグッドロー(Goodloe)パッキ
ングを用いることにより、72の理論段階に適合するよう
に設計した。抽出蒸留カラムは、8フィートごとにフラ
ンジが付いた8インチのスケジュール40ステンレススチ
ールパイプから構成され、6つの気−液分配器を配置し
た。2つの供給位置を設け、その1つを理論段数9で抽
出剤に供給し、理論段数48で分離されるべき混合物を、
第2の供給位置で供給した。
6.55重量%のペンタフルオロエタン(HFC−125)、8
5.46重量%のクロロペンタフルオロエタン(CFC−11
5)、0.44重量%のヘキサフルオロエタン(FC−116)及
び7.55重量%の1,2−ジクロロテトラフルオロエタン(C
FC−114)を理論段数48で、20℃の温度で、蒸留カラム
に供給した。フッ素化炭素抽出剤CFC−114を理論段数9
で、20℃で供給した。
結果は以下のとおりであった。
FC−116を含むHFC−125/CFC−115にいついて単に蒸留
を行なうことにより除去された蒸留物中のHFC−125は9
9.695%である。
実施例2 抽出剤としてCFC−114を用い、供給原料が以下の組成
すなわちペンタフルオロエタン(HFC−125)10.48重量
%、クロロペンタフルオロエタン(CFC−115)39.62重
量%、ヘキサフルオロエタン(FC−116)2.93重量%、
1,2−ジクロロテトラフルオロエタン(CFC−114)46.97
重量%である以外は実施例1における上述のような手順
を実質的に繰返した。
結果は以下のとおりであった。
FC116を含むHFC−125/CFC−115について単に蒸留する
ことにより除去された蒸留物中のHFC−125の濃度は、9
9.872%である。
追加の態様 蒸留計算の規定された方法は、任意に、水素、または
塩素原子のいずれか、もしくは両方を含む、1−4炭素
原子を有する他のフッ素化炭素に対し、本発明の抽出蒸
留方法を適切に延長せしめる。以下の態様、1,1−ジク
ロロテトラフルオロエタン(CFC−114a)及び2−クロ
ロ−1,1,1,2−テトラフルオロエタン(HCFC−124)のた
めに、HFC−125及びCFC−115に関して抽出剤の気−液平
衡を測定した。この設計の蒸留カラムここで実施例1に
用いられると仮定すると、フッ素化炭素抽出剤の最小限
の流量から、表4で特定された供給組成により、HFC−1
25の純度が99.90%に達すると計算された。
上記から、フッ素化炭素抽出剤CFC−114aは、本発明
の抽出蒸留方法におけるフッ素化炭素抽出剤CFC−114と
ほぼ同一の結果を示すことがわかり得る。しかしなが
ら、HCFC−124を抽出剤として用いた場合には、HFC−12
5と同じ純度を達成するためには、高い還流比と、多く
の供給量が必要である。
実測気−液平衡データが本発明の他の抽出剤について
得られなくても、HFC−125/CFC−115の二成分の一組を
除いて、すべての配合剤が理想混合物として挙動するこ
とは仮定し得る。この仮定を用い、かつ90.00%HFC−12
5/1.00%CFC−115混合物を上記のように99.90%に精製
するために必要なフッ素化炭素抽出剤の供給量を計算す
るとすれば、以下の結果が得られる。
上記は、ここで限定されるような1−4炭素原子を有
するフッ化炭素抽出剤が、CFC−115からHCFC−125を分
離するために効果的であることを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−117579(JP,A) 特開 昭59−117580(JP,A) 米国特許3505233(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C07C 17/386 C07C 19/08 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ペンタフルオロエタン及びクロロペンタフ
    ルオロエタンの第1の混合物からペンタフルオロエタン
    を分離する方法において、 水素及び/または塩素を任意に含み、かつ−39℃以上50
    ℃未満の沸点を有する、1−4炭素原子を有するフッ素
    化炭素抽出剤を、第1の混合物に添加し、第2の混合物
    を形成する工程、 抽出蒸留域において第2の混合物を抽出蒸留することに
    より、第2の混合物のクロロペンタフルオロエタンから
    ペンタフルオロエタンを分離し、これにより、クロロペ
    ンタフルオロエタンが実質的にないペンタフルオロエタ
    ン流れを頭頂留分として回収する工程を具備する方法。
  2. 【請求項2】前記フッ素化炭素抽出剤は、1,2−ジクロ
    ロテトラフルオロエタン、1,1−ジクロロテトラフルオ
    ロエタン、2−クロロ−1,1,1,2−テトラフルオロエタ
    ン、2,2−ジクロロ−1,1,1−トリフルオロエタン、1,1,
    2−トリクロロトリフルオロエタン、1,1,1−トリクロロ
    トリフルオロエタン、トリクロロフルオロメタンおよび
    オクタフルオロシクロブタンからなる群から選択される
    少なくとも1つのフッ素化炭素抽出剤である請求項1に
    記載の方法。
JP51702791A 1991-05-16 1991-10-09 クロロペンタフルオロエタンを含むハロゲン化炭化水素の混合物からペンタフルオロエタンを分離する方法 Expired - Fee Related JP3162378B2 (ja)

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