JP3853397B2 - Process for producing pentafluoroethane and composition suitable for conversion to pentafluoroethane - Google Patents

Process for producing pentafluoroethane and composition suitable for conversion to pentafluoroethane Download PDF

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明はペンタフルオロエタンの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術及びその解決すべき課題】
ペンタフルオロエタン(HFA 125)はクロロフルオロカーボン及びハイドロクロ ロフルオロカーボンが使用される多数の用途、特に低温冷却において、非オゾン破壊性(non ozone-depleting)冷媒配合物の成分として提案されている;例えば 、ペンタフルオロエタンは、種々のクロロフルオロカーボン及びハイドロクロロフルオロカーボンの適当な代替物であるジフルオロメタン HFA 32、1,1,1-トリ フルオロエタンHFA 143a及び/又は1,1,1,2-テトラフルオロエタン HFA 134aのごとき他のハイドロフルオロアルカンとの配合物、特に、冷媒配合物のR502及びクロロジフルオロメタンHCFC 22との配合物の成分として提案されている。
【0003】
最近、ペンタフルオロエタンを製造するための多数の方法が提案されており、これらの方法として、例えばクロロペンタフルオロエタンCFC 115の水素化及び パークロロエチレンの弗化水素処理(hydrofluorination)を挙げることができる 。
【0004】
クロロペンタフルオロエタンの水素化は、典型的には、クロロペンタフルオロエタンの転化が不完全な、従って、クロロペンタフルオロエタンが混入したペンタフルオロエタンが生成するような条件下で行われる。クロロペンタフルオロエタンとペンタフルオロエタンは非常に接近した沸点、即ち、それぞれ、-38℃及 び-48℃の沸点を有しておりかつ最低沸点共沸混合物(minimum boilingazeotrope)を形成し、従って、蒸留のごとき慣用の方法で分離することが困難であり、その結果、生成するペンタフルオロエタンはかなりの量のCFC 115、例え ば5%という多くの量のCFC 115が存在するため、許容し得ない低い純度を有し 得る。
【0005】
パークロロエチレンの弗化水素処理ではペンタフルオロエタンを得るために多数のハロゲン交換反応を行うことが必要であるため、生産性が著しく制限される。更に、パークロロエチレンの弗化水素処理において典型的に使用される触媒は甚だしくコークス化し(coke)、従って、生起する連続的ハロゲン交換反応により不活性化される。
【0006】
更に、テトラクロロフルオロエタンHCFC 121、トリクロロジフルオロエタンHCFC 122、ジクロロトリフルオロエタンHCFC 123及びクロロテトラフルオロエタンHCFC 124を経てペンタフルオロエタンを生成する連続的ハロゲン交換反応の他に、ある種の条件下及びある種の触媒の存在下では、ペンタクロロフルオロエタンCFC 111、テトラクロロジフルオロエタンCFC 112、トリクロロトリフルオロエタン(CFC 113及び113a)及びジクロロテトラフルオロエタン(CFC 114及び114a) を経てクロロペンタフルオロエタンを生成する連続的反応が生起し、その結果、ペンタフルオロエタンにかなりの量のクロロペンタフルオロエタンが混入する。
【0007】
最近、ペンタフルオロエタンからクロロペンタフルオロエタンを満足し得る程度に分離することに多くの関心が向けられている。即ち、例えば、米国特許5,087,329号、WO94/22793号、WO93/23355号、JP6-92879号、WO94/20441号、WO94/19301号及びEP0612709号にはペンタフルオロエタンの精製について種々の方法 が開示されているが、これらの方法はいずれもペンタフルオロエタンからクロロペンタフルオロエタンを除去することにその関心が向けられている。
【0008】
これに対して、今般、本発明者はクロロペンタフルオロエタンの生成を実質的に減少させるか又は排除するさえでき、従って、ペンタフルオロエタンからクロロペンタフルオロエタンを分離する際の問題を減少させるか又は完全に排除することさえ可能なペンタフルオロエタンの製造方法を開発した。
【0009】
【発明の構成及び効果】
従って、本発明によれば、式C2Clx+1Fyの化合物が混入している式C2HClxFyの 化合物(上記式中、x = 1,2 又は3 であり、y = 2,3又は4であるが、但し、x + y は 5である)を含有する組成物を製造する工程(i)、式C2HClxFyの化合物 を式C2Clx+1Fyの化合物から分離する工程(ii)及び式C2HClxFyの化合物を弗素化 触媒の存在下で弗化水素と接触させ、それによって、ペンタフルオロエタンを製造する工程(iii)からなることを特徴とするペンタフルオロエタンの製造方法が 提供される。
【0010】
本発明の多くの態様においては工程(i)、(ii)及び(iii)は上記の順序で行われるが、このことはクロロペンタフルオロエタンを低い水準(後記する)で含有するペンタフルオロエタンを製造するために必ずしも必要ではなく、工程(i)、(ii)及び(iii)は別の順序でも行い得る;例えば、特に、工程(iii)が式C2Clx+1Fyの化合物のクロロペンタフルオロエタンへの転化率が低い条件下、例えば、約50%以下、好ましくは25%以下であるような条件下で行われる場合には、工程(ii)を工程(i)及び(iii)の後に行い得る。
【0011】
本発明の方法の工程(i)においては、前記組成物はハロエテン例えばパークロ ロエチレン、トリフルオロエチレン、クロロジフルオロエチレン又はジクロロフルオロエチレン又はハイドロハロエタン例えばテトラフルオロエタン又はクロロトリフルオロエタンの塩素化又は弗化水素処理により製造し得る。
【0012】
本発明の他の好ましい態様((A)及び(B))(後に詳細に説明する)においては、本発明の方法の工程(i)は(A)トリクロロエチレン又は式C2H2X4(式中、Xは弗素 又は塩素である)の化合物、例えばテトラクロロエタン、テトラフルオロエタン又はクロロトリフルオロエタンを塩素化するか又は(B)パーハロエチレン又はペ ンタハロエタンを液相又は気相中でかつ弗素化触媒の存在下、弗化水素と接触させることからなる。
【0013】
本発明の方法は連続法として行うことが有利であり、この方法においては、工程(iii)からの生成物流を好都合には蒸留により処理して未転化の式C2HClxFyの 化合物をペンタフルオロエタンから分離しそして未転化の式C2HClxFyの化合物を工程(i)又は工程(iii)、好ましくは、工程(i)に再循環させる。更に、工程(iii)からの生成物流は式C2Clx+1Fyの化合物を含有していることがあり得るが、この 場合、再循環流が該再循環流中に存在する式C2HClxFyの化合物と式C2Clx+1Fyの 化合物の合計重量に基づいて15重量%以下、より好ましくは10重量%以下、特に5重量%以下の式C2Clx+1Fyの化合物を含有していることが好ましい。
【0014】
本発明の方法の工程(i)で形成される組成物は単一の式C2Clx+1Fyの化合物が混入している単一の式C2HClxFyの化合物、例えば、ジクロロテトラフルオロエタンが混入しているクロロテトラフルオロエタン、トリクロロトリフルオロエタンが混入しているジクロロトリフルオロエタン又はテトラクロロジフルオロエタンが混入しているトリクロロジフルオロエタンであり得る。通常、原料組成物は、特に、この原料組成物が本発明の方法の工程(i)における択一的な好ましい態様(A)又は(B)の一つによって製造されている場合、2種又はそれ以上の組成物からな るか、式C2Clx+1Fyの化合物の2種又はそれ以上が混入しているか、又はその全 部が混入していることさえある式C2HClxFyの化合物の全部からなる組成物であり得る。しかしながら、組成物は、通常、少なくともクロロテトラフルオロエタンとジクロロテトラフルオロエタンとからなり、本発明の方法の工程(ii)において行うことが特に好ましい操作はクロロテトラフルオロエタンからジクロロテトラフルオロエタンを分離することである。
【0015】
本発明の方法の工程(i)の生成物である組成物は、生成される式C2Clx+1Fyの化合物と式C2HClxFyの化合物の合計重量に基づいて、典型的には約0.1〜約20重量 、より典型的には約0.5〜約15重量%の式C2Clx+1Fyの化合物を含有している。工程(i)のプロセスは、工程(i)で形成される生成物である組成物が、生成される式C2Clx+1Fyの化合物と式C2HClxFyの化合物の合計重量に基づいて約0.5〜約10重量%の式C2Clx+1Fyの化合物を含有するように行うことが好ましい。工程(i)の生成物である組成物は工程(i)で使用される特定のプロセスに応じて未転化の出発物 質、副生物の塩化水素及び少量の他の副生物も含有している。
【0016】
本発明の方法によれば、式C2HClxFyの化合物、特に、クロロテトラフルオロエタン(HCFC 124及び124a、沸点;その異性体の種類に応じて11.0℃±1.0℃)及 びジクロロトリフルオロエタン(HCFC 123、123a及び123b、沸点;その異性体の種類に応じて27.5℃±1.0℃)から、式C2Clx+1Fyの化合物、特に、ジクロロテトラフルオロエタン(CFC 114及び114a、沸点;その異性体の種類に応じて3.3℃± 0.3℃)及びトリクロロトリフルオロエタン(CFC 113及び113a、沸点;その異性 体の種類に応じて46.6℃±1.0℃)が効果的に分離されるため、実質的な利点が 得られる。分離工程(ii)は工程(i)で製造される組成物中に存在する式C2Clx+1Fyの化合物の少なくとも50重量%、より好ましくは少なくとも75重量%、特に、少なくとも95重量%が式C2HClxFyの化合物から分離されるように行われることが好ましい。
【0017】
かくして、本発明の方法によれば、クロロフルオロカーボンの除去を行わない場合にはクロロペンタフルオロエタンが生成する反応工程の前に、クロロペンタフルオロエタンを生成するクロロフルオロカーボンが除去されるか又は実質的に減少する。分離工程(ii)は、分離によって回収されかつ本発明の方法の工程 (iii)に供給される式C2HClxFyの化合物が10重量%以下、好ましくは5重量%以 下、より好ましくは2重量%以下、特に、1重量%以下の式C2Clx+1Fyの化合物 を含有するように行い得る。本発明の方法の工程(i)が工程(i)についての好ましい態様(A)又は(B)の一つからなる本発明の態様においては、特に、工程(i)が好 ましい態様(B)からなるか又は1,1,1,2-テトラフルオロエタンの塩素化からなる 場合、クロロテトラフルオロエタンからのジクロロテトラフルオロエタンの分離が本質的に達成されるべきであり、この分離操作によって回収されたかつ本発明の方法の工程(iii)に供給されるクロロテトラフルオロエタンは2重量%以下の ジクロロテトラフルオロエタン、より好ましくは1.0重量%以下、特に、0.5重量%以下のジクロロテトラフルオロエタンを含有していることが好ましい。実質的な量のクロロペンタフルオロエタンが生成する前に、CFC類、特にトリクロロト リフルオロエタンとジクロロテトラフルオロエタンが本発明のプロセスから効果的に除去される結果、本発明の方法によって製造されるペンタフルオロエタンであって、ペンタフルオロエタンからクロロペンタフルオロエタンを除去するために行われる特殊な精製工程を行う前のペンタフルオロエタン中のクロロペンタフルオロエタンの量は、生成されるクロロペンタフルオロエタンとペンタフルオロエタンの合計重量に基づいて、5重量%以下、好ましくは3重量%以下、より好ましくは2重量%以下、特に1重量%以下という低いものであり得る。
【0018】
工程(i)がトリクロロエチレン又は式C2H2X4(式中、Xは弗素又は塩素である)の化合物の塩素化からなる本発明の好ましい態様(A)においては、出発物質がテ トラクロロエタン、テトラフルオロエタン又はクロロトリフルオロエタンであること、特に、出発物質が1,1,1,2-テトラフルオロエタンであることが好ましい。
【0019】
塩素化技術は当業者には周知であり、かかる塩素化技術の任意のものを本発明の方法の工程(i)で使用し得る。例えば塩素化は液相中又は気相中で行うことが でき、また、塩素化は光化学的に、触媒により又は熱により活性化し得る。
【0020】
出発原料が1,1,1,2-テトラフルオロエタンである場合には、ジクロロテトラフルオロエタンの生成量を減少させるためには、1,1,1,2-テトラフルオロエタンと塩素を好ましくは約10:1〜約1:1、より好ましくは約6:1〜約1:1、特に、約5:1〜約2:1のモル比で使用して塩素化を行うことが好ましい。
【0021】
塩素化工程(i)と弗化水素処理工程(iii)は同一の反応器内で行うことができ、この場合、このプロセスはクロロフルオロ化(chlorofluorination)であり、反応器からの生成物を例えば蒸留により処理して、式C2HClxFyの化合物と未反応の式C2H2X4の出発物質とからなる1種又はそれ以上の再循環流を、回収するためのペンタフルオロエタン流と式C2Clx+1Fyの化合物を含有する廃物流から分離する。
【0022】
1,1,1,2-テトラフルオロエタンのクロロフルオロ化について適当な温度、圧力条件等は当業者には周知であり、例えば米国特許5,258,561号明細書に記載され ているが、塩素と1,1,1,2-テトラフルオロエタンを上記米国特許明細書に記載されている比率よりも前記したごとき比率で使用することが好ましい。
【0023】
別法として、本発明の好ましい態様(A)おいては、工程(i)と工程(iii)を別個 の反応器で行うことができ、工程(i)の塩素化反応器と工程(iii)の弗化水素処理反応器は直列に又は並列に配置することが好ましい。
【0024】
直列に配置された反応器系においては、テトラフルオロエタンを工程(i)の反 応器内で気相中で塩素化し、生成物流を分離装置に供給し、ここで塩化水素を例えば水性スクラバーを使用するか又は蒸留により取出し、未転化テトラフルオロエタンを例えば蒸留により分離しついで塩素化反応器に供給し、クロロテトラフルオロエタンとジクロロテトラフルオロエタンからなる生成物流を残留させる。クロロテトラフルオロエタン/ジクロロテトラフルオロエタン混合物を蒸留装置 に供給し、ここでクロロテトラフルオロエタンをジクロロテトラフルオロエタンから分離しついでクロロテトラフルオロエタンを弗素化触媒を含有する工程 (iii)の弗化水素処理反応器に供給する。
【0025】
並列に配置された反応器系においては、塩素化反応器と弗化水素処理反応器を並列に配置し、各々の反応器からの生成物流を一緒にすること及び/又は共通の 精製装置、例えば一連の蒸留装置系に供給することができ、この蒸留装置でペンタフルオロエタン、テトラフルオロエタン、クロロテトラフルオロエタン及びジクロロテトラフルオロエタンを分離し、クロロテトラフルオロエタンを弗化水素処理反応器に供給し、テトラフルオロエタンを塩素化反応器に再循環させる。この並列的操作においては弗化水素処理反応器からの生成物流を、塩素化反応器からの生成物流と一緒にする前に、最初、例えば相分離及び蒸留を行うことにより処理して、大部分の割合の未反応弗化水素を除去し、再循環させることが好ましい。
【0026】
工程(i)がパーハロエチレン又はペンタハロエタンを液相中又は気相中でかつ 弗素化触媒の存在下で弗化水素と接触させることからなる本発明の第2の好ましい態様(B)においては、出発原料はパーハロエチレンであることが好ましく、ま た、工程(i)の方法を気相中でかつ高温で行うことが好ましい。
【0027】
工程(i)を行う温度は約150℃〜約400℃、好ましくは約180℃〜約380℃、特に 約200℃〜約370℃であり得る。大気圧又は大気圧以上の圧力(superatmospheric pressure)を使用し得るが、大気圧以上の圧力、例えば30バールg(barg)までの圧力、特に約5バールg〜約20バールgの圧力を使用することが好ましい。
【0028】
弗化水素とパークロロエチレンの相対的比率は非常に広い範囲で変動させ得るが、化学量論的に過剰なモル数の弗化水素を使用することが好ましい。弗化水素とパークロロエチレンのモル比は通常、約3:1より大きく、好ましくは5:1以上である。約5:1〜約20:1、好ましくは約7:1〜約15:1、特に、約7:1〜約12:1の範囲 の弗化水素とパークロロエチレンのモル比を使用することが好ましい。
【0029】
本発明の方法の好ましい態様(B)で使用される触媒は任意の既知の弗素化触媒 、特に、パークロロエチレンのハイドロクロロフルオロエタンへの転化についての高い活性を有する弗素化触媒、例えばクロミア、オキシ弗化クロム、アルミナ又は弗化アルミニウムに基づくかつ1種又はそれ以上の金属、例えばニッケル、コバルト、鉄、亜鉛等も含有し得る触媒であり得る。クロミア又は亜鉛を担持しているクロミア触媒を使用することが好ましいが、これはこれらの触媒はパークロロエチレンのハイドロクロロフルオロエタンへの特に高い単流転化率(per pass conversion)を有するからでる。
【0030】
工程(i)が弗化水素処理からなる本発明のこの好ましい態様(B)においては、工程(i)及び工程(iii)の両者が弗化水素処理プロセスであり、工程(i)及び工程(iii)で使用される触媒は同一であるか異なるものであることができ、従って、 所望ならば、2つの工程(i)及び工程(iii)を単一の反応器内で、弗素化触媒からなる単一の触媒床上で行い、それによって、ペンタフルオロエタンを製造し得る。この場合、単一の反応器からの生成物流を精製装置系、例えば一連の蒸留塔に供給して式C2HClxFyの化合物と未反応の出発物質例えばパークロロエチレンとからなる1種又はそれ以上の再循環流を、回収するためのペンタフルオロエタン流と式C2Clx+1Fyの化合物を含有する廃物流とから分離し得る。単一の反応器を使 用するこの態様においては触媒は、所望に応じ、工程(i)又は工程(iii)について述べたごとき触媒であり得る。
【0031】
しかしながら、本発明の方法のこの好ましい態様(B)においては、ある場合に は、本発明の方法の工程(i)又は工程(iii)について異なる触媒を使用することが好ましいものであり得ることが認められた。例えば、本発明の方法の工程(i)に おけるパークロロエチレンの転化については高い活性(単流転化率)を有する触媒を使用することが好ましく、一方、工程(iii)におけるハイドロクロロフルオ ロエタンからのペンタフルオロエタンの製造については高い選択率を有する触媒を使用することが好ましい。
【0032】
本発明の方法の工程(i)及び工程(iii)で使用する触媒は同一の反応器の異なる反応帯域に存在させるか又は各々の触媒を別個の反応器中に存在させ得る。
【0033】
工程(i)についての触媒と工程(iii)についての触媒とを別個の反応器内中に存在させる場合には、2個の反応器は並列に又は直列に配置し得る。
【0034】
工程(i)及び工程(iii)の2個の反応器が直列に配置されている態様においては、工程(i)又は工程(iii)の一方の反応器からの生成物流を他方の反応器に通送し、この他方の反応器からの生成物流を工程(ii)が行われる精製装置系に供給し得る。例えば、工程(i)の反応器からの生成物流を工程(iii)の反応器に通送しそして工程(iii)の反応器からの生成物流を工程(ii)が行われる精製装置系に供給し 得る。別法として、工程(i)の反応器からの生成物流を工程(ii)が行われる精製 装置系に通送しそして未反応出発物質と、式C2Clx+1Fyの化合物が分離された式C2HClxFyの化合物とからなる精製装置からの流出流の一つ又はそれ以上を工程 (iii)の反応器に通送し得る。工程(iii)の反応器からの生成物流を工程(i)の反応 器に通送し得る。
【0035】
しかしながら、本発明の方法の工程(iii)を行う前に塩化水素を実質的に除去 することが好ましい。塩化水素は本発明の方法の工程(i)からの実質的な副生物 として生成し、従って、工程(i)の反応器からの生成物流を工程(ii)が行われる 精製装置系に供給しそして工程(iii)の反応器からの生成物流を工程(i)の反応器に通送することが好ましい。
【0036】
本発明の他の好ましい態様によれば、(i)パークロロエチレンを弗素化触媒の 存在下で弗化水素と接触させて、式C2Clx+1Fyの化合物が混入している式C2HClxFyの化合物(上記式中、x = 1,2 又は3 であり、y = 2,3又は4であるが、但し、x + y は 5である)を含有する組成物を製造し、(ii)式C2HClxFyの化合物を式C2Clx+1Fyの化合物から分離し、ついで(iii)式C2HClxFyの化合物を弗素化触媒の存在下で弗化水素と接触させ、それによって、ペンタフルオロエタンを製造すること及び工程(iii)からの生成物流を工程(i)の反応器に再循環させることを特徴とするペンタフルオロエタンの製造方法が提供される。
【0037】
工程(i)と工程(iii)の反応器を並列に配置する態様においては、2個の反応器からの生成物流を工程(ii)が行われる共通の精製装置系に供給し、この精製装置からペンタフルオロエタンを回収し、未転化パーハロエチレンを工程(i)の反応 器に再循環させそして未転化の式C2HClxFyの化合物を工程(iii)の反応器に再循 環させることが好ましい。
【0038】
工程(ii)においては単一の反応器を使用する態様における反応器から又は2個の反応器を使用する態様における2個の反応器のいずれの一つから精製装置系に供給される生成物流は典型的には式C2HClxFyの化合物、特にジクロロトリフルオロエタン及びクロロテトラフルオロエタン、式C2Clx+1Fyの化合物、特にトリク ロロトリフルオロエタン及びジクロロテトラフルオロエタン、ペンタフルオロエタン、クロロペンタフルオロエタン、未反応弗化水素及びパークロロエチレン、副生物の塩化水素及び少量の他の副生物、例えば1,1,1-トリフルオロ-2-クロロ エタン及び1,1,1,2-テトラフルオロエタンからなる。
【0039】
この生成物流は、例えば、第1蒸留塔からなる精製装置系に供給し、この蒸留塔から弗化水素、ジクロロトリフルオロエタン[HCFC 123/123a]及び他の重質生 成物を底部フラクションとして取出し、生成物流の残部は頂部フラクションとして取出す。この第1蒸留塔からの底部フラクションは前記の単一反応器又は2個の反応器の一方又は両方に再循環させ得る。
【0040】
第1蒸留塔からの頂部フラクションは、所望に応じ、水性スクラビングを行いついで乾燥させて酸性成分、塩化水素及び弗化水素を除去した後、第2蒸留塔に供給し、この第2蒸留塔からペンタフルオロエタン[HFA 125]をクロロペンタフ ルオロエタン[CFC 115]と共に頂部フラクションとして取出し、主としてクロロ テトラフルオロエタン[HCFC 124/124a]、クロロトリフルオロエタン[HCFC 133/ 133a]、テトラフルオロエタン[HFA 134/134A]及びジクロロテトラフルオロエタ ン[CFC 114/114a]からなる生成物流の残部を底部フラクションとして取出す。頂部フラクションとして取出された、クロロペンタフルオロエタンを含有するペンタフルオロエタンは、このペンタフルオロエタンの精製を行うために更に処理し得る。
【0041】
第2蒸留塔からの底部フラクションを第3蒸留塔に供給し、この第3蒸留塔からテトラフルオロエタン[HFA 134/134A]を頂部フラクションとして取出し、生成物流の残部は底部フラクションとして取出しついで第4蒸留塔に供給し、この第4蒸留塔からクロロテトラフルオロエタン[HCFC 124/124a]を頂部フラクション として取出し、一方、ジクロロテトラフルオロエタン[CFC 114/114a]とクロロトリフルオロエタン[HCFC 133/133a]を底部フラクションとして取出す。クロロテ トラフルオロエタン[HCFC 124/124a]はペンタフルオロエタン[HFA 125]への弗素化を行うための反応器に再循環させ得る。第4蒸留塔からの底部フラクションは、通常、例えば熱酸化により処理し得る。
【0042】
本発明の好ましい態様(B)で使用される精製装置系は未反応パークロロエチレ ンと未転化の式C2HClxFyの化合物とを底部流として(頂部流としての)他の成分から分離しそして工程(i)の反応器に再循環させるための第1蒸留塔と、ペンタ フルオロエタンを頂部流の他の成分から分離しかつ回収し、クロロペンタフルオロエタンをジクロロテトラフルオロエタンから分離しかつ再循環させるための、少なくとも1個の追加の(別の)蒸留塔とからなる。
【0043】
第1蒸留塔からの頂部流は少なくとも塩化水素を除去するために処理することが好ましい。特に、第1蒸留塔からの頂部流は少なくとも1個の追加の蒸留塔に供給する前に水でスクラビングして弗化水素と塩化水素を除去し得る。しかしながら、この場合、頂部流中の弗化水素も除去され、その結果、本発明の方法における弗化水素の効率が低下する。別法として、第1蒸留塔からの頂部流それ自体を蒸留して、塩化水素、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からなる頂部流を他の成分からなる底部流から分離し得る。ついでこの底部流を少なくとも1個の別の蒸留塔に供給し、一方、頂部流を蒸留塔に供給してペンタフルオロエタンを頂部流から分離し得る。
【0044】
塩化水素と弗化水素を除去するために水性スクラビングを使用する場合、少なくとも1個の追加の蒸留塔は2個の蒸留塔からなることが好ましい;第1の追加の蒸留塔においてはペンタフルオロエタンをクロロテトラフルオロエタンとジクロロテトラフルオロエタンから分離し、第2の追加の蒸留塔においてはジクロロテトラフルオロエタンをクロロテトラフルオロエタンから分離する。第1蒸留塔からの頂部流から塩化水素を除去するために蒸留が使用される場合には、少なくとも1個の追加の蒸留塔はクロロテトラフルオロエタンをジクロロテトラフルオロエタンから分離するための1個の蒸留塔しか必要としない。この任意的方法 (即ち、塩化水素を除去するために蒸留)が使用された場合には、114/114aを124/124aから分離するための蒸留は弗化水素の存在下で行われ、この分離を行う蒸留塔からの頂部流はクロロテトラフルオロエタン、ジクロロテトラフルオロエタン及び弗化水素からなるかつペンタフルオロエタンへの弗化水素処理、即ち、本発明の方法の工程(iii)におけるごとき弗化水素処理に特に適当な新規な組成 物である。
【0045】
本発明の第2の要旨によれば、(i)少なくとも50重量%〜約95重量%のクロロ テトラフルオロエタン、(ii)約0.5重量%〜約20重量%の弗化水素及び(iii)2重量%以下のジクロロテトラフルオロエタン(上記の重量%は組成物中に存在するこれらの3つの成分の合計重量に基づく)からなる、ペンタフルオロエタンに転化させるのに適当な組成物が提供される。
【0046】
上記の組成物は他の成分、例えば他の式C2HClxFyの化合物及び他の式C2Clx+1Fyの化合物を少量、通常、組成物の10重量%以下、典型的には、組成物 の重量の5重量%以下の量で更に含有し得る。従って、組成物の成分についての上記重量%は、通常、組成物の全重量に基づく重量%でもある。好ましくは、組成物中のジクロロテトラフルオロエタンの量は1重量%以下、特に、0.5重量% 以下であろう。組成物は約1重量%〜約10重量%の弗化水素も含有していることが好ましく、そして、通常、少なくとも75重量%のクロロテトラフルオロエタンを含有しているであろう。
【0047】
本発明の方法の工程(iii)は液相又は気相で行い得るが、特に、工程(i)がパーハロエチレン又はペンタハロエタンの気相弗化水素処理である場合には、気相で行うことが好ましい。ジクロロトリフルオロエタン及びクロロテトラフルオロエタンと弗化水素との気相反応は当業者に周知であり、適当な温度及び圧力条件、適当な弗素化触媒及び反応剤の相対的割合は文献に良く記載されている。
【0048】
適当な弗素化触媒としてはクロミア及びオキシ弗化クロム又はアルミナ及び弗化アルミニウムに基づく触媒が挙げられる。活性を促進する量の他の金属、例えば亜鉛、ニッケル及び鉄も存在させ得る。EP502605号又はWO93/16798号に記載される触媒、特に、EP502605号に記載される、活性を促進する量の亜鉛がクロミア又はオキシ弗化クロム上に担持されている触媒を使用することが好ましい。
【0049】
本発明の方法の工程(iii)の温度は約200℃〜約500℃、好ましくは約250℃〜約350℃であり得る。この工程は大気圧付近で行うことが好都合であるが、所望な らば、大気圧以下の圧力又は大気圧以上の圧力、例えば約20バールまでの圧力も使用し得る。実際に、ガスの処理(throughput)を促進し、必要とされる反応器の大きさを減少させるためには約2〜約15バールまでの大気圧以上の圧力が使用される[2個の反応器を使用する本発明の好ましい態様(B)においては、2個の反 応器を実質的に同一の圧力で作動させることが好ましく、反応器の間で生ずる若干の圧力差は装置間でのガス流動の結果として当然生ずるものである]。
【0050】
弗化水素とクロロテトラフルオロエタンのモル比は約1〜約10であり得る;過剰のモル数の弗化水素を使用することが好ましい。
【0051】
以下においては本発明を図面を参照して説明する。
第1図に示す装置系おいては、ガス状塩素原料流(feed stream)101及びガス状1,1,1,2-テトラフルオロエタン原料流102を塩素化反応器103に供給する。塩素化反応器からの生成物ガス流124を水性スクラバー装置104に供給し、ここで塩化水素と未反応塩素を水性流105として有機流125から分離する。有機流125を乾燥し 、圧縮機106内で圧縮しついで蒸留塔107に供給し、ここで1,1,1,2-テトラフルオロエタン(HFA 134a)をクロロテトラフルオロエタン(HCFC 124)とジクロロテトラフルオロエタン(CFC 114a)から分離する。HFA 134a流108を塩素化反応器103に再循環させる。HCFC 124/CFC 114a流を蒸留塔109に供給し、ここでHCFC 124流110 を CFC 114a流111から分離する。蒸留塔からのHCFC 124生成物流110をガス状弗 化水素112と共にクロミア触媒を収容している弗化水素処理反応器113に供給する。この反応器からの生成物ガス流126を蒸留塔114に供給し、ここで未反応弗化水素からなる流体115とHCFC 124とを生成物流の他の成分から分離し、反応器113に再循環させる。蒸留塔からの生成物流の残部127は水性スクラバー装置116に供給し、ここで塩化水素と弗化水素の残部とを水性流117として有機流128から分離する。有機流128を圧縮機118に供給しついで蒸留塔119に供給し、ここでペンタフ ルオロエタン生成物流120を他の有機成分からなる有機流129から分離する。有機流 129を第2蒸留塔121に供給し、ここでHCFC 124流122を重質副生物流123から分離する。HCFC 124流122は反応器113に再循環させる。
【0052】
第2図に示す態様においては、ガス状塩素原料流201とガス状1,1,1,2-テトラ フルオロエタン原料流202をインコネル(Inconel)チューブからなる塩素化反応器203 に供給する。
【0053】
弗化水素流204と蒸留塔215からのHCFC 124再循環流216(後記する)をクロミ ア触媒を収容している弗化水素処理反応器205に供給し、生成物ガス流220を蒸留塔206に供給し、ここで未反応弗化水素からなる流体207とHCFC 124とを生成物流の残部からなる流体221から分離しそして流体207を反応器205に再循環させる。 蒸留塔206からの流体221を塩素化反応器203からの生成物流219と一緒にし、水性スクラバー装置208に供給し、ここで塩化水素、塩素及び弗化水素の残部を水性 流209として有機流222から分離する。スクラバー装置208からの有機流222を乾燥し、圧縮機210内で圧縮しついで蒸留塔211に供給してペンタフルオロエタン流212をHFA 134a、HCFC 124及びCFC 114aからなる有機流223から分離する。有機流223を蒸留塔213に供給し、ここでHFA 134a流214をHCFC 124とCFC 114aからなる 有機流224から分離する。HFA 134a流214は反応器203に再循環させる。有機流224を蒸留塔215に供給し、ここでHCFC 124流216をCFC 114a流217から分離し、HCFC 124流216を反応器205に再循環させる。
【0054】
第3図に示す態様においては、原料弗化水素流301、原料パークロロエチレン 流302、再循環弗化水素及び有機流307(後記する)及びHCFC 124再循環流316からなるガス状原料流318をクロミア触媒を収容している弗化水素処理反応器303に供給する。生成物ガス流304を蒸留塔305に供給し、ここで未反応弗化水素、パークロロエチレン及び不完全(又は部分)弗素化(underfluorinated)有機中間体、例えばHCFC 121、122及び123を含有する流体307を、製品 HFA 125、HCFC 124、CFC114/114a及び塩化水素及びHFからなる流体306から分離する。流体306を水性スクラバー装置309に供給し、ここで塩化水素と残留HFを水性流308として有機流310 から分離する。有機流310を乾燥し、圧縮機311内で圧縮しついで蒸留塔312に供 給してHFA 125流313を、HCFC 124とCFC 114/114aを含有する流体314から分離す る。流体314を蒸留塔325に供給し、ここでHCFC 124流316をCFC 114/114aに富む 流体317から分離する。
【0055】
第4図に示す態様においては、原料弗化水素401と原料パークロロエチレン流 402と再循環弗化水素/パークロロエチレン/HFA 125への不完全弗素化中間体407 とからなるからなるガス状流体403をクロミア触媒を収容している弗化水素処理 反応器404に供給する。生成物ガス流405を並列配置弗化水素処理反応器412から の生成物ガスを含有する流体413と混合して蒸留塔406に供給し、ここでHFとパークロロエチレン(及び若干の不完全弗素化HCFC 121、122等)を含有する流体407を蒸留塔底部から取出し、反応器404に再循環させる。HFと(主として)HCFC 123を含有する流体408を蒸留塔406の側部から側部流として取出し、再循環HCFC 124を含有する流体422及び場合により原料HFを提供する流体410と混合する;混 合流411はガスとしてクロミア触媒を収容している弗化水素処理反応器412に供給する。この反応器からの生成物ガス、即ち、流体413は前記したごとく蒸留塔406に供給する。製品HFA 125、HCFC 124、CFC 114及び114a、塩化水素及び若干のHFを含有する軽質流体409を蒸留塔406の頂部から取出し、水性スクラバー装置414 に供給し、ここでHFと塩化水素を水性流415として有機流416から分離する。有機流416 を乾燥し、圧縮機417内で圧縮しついで蒸留塔418に供給し、ここでHFA 125流419をHCFC 124とCFC 114/114aを含有する流体420から分離する。流体420 を蒸留塔421に供給し、ここでHCFC 124流422をCFC 114/114aに富む流体423から 分離する。
【0056】
第5図に示す態様においては、原料弗化水素流501と原料パークロロエチレン 流502と弗化水素/パークロロエチレン/HFA 125への不完全弗素化中間体再循環流506と弗化水素処理反応器510からの生成物ガスとからなるからなるガス状流体522をクロミア触媒を収容している弗化水素処理反応器503に供給する。生成物ガス504を蒸留塔505に供給し、ここでHFとパークロロエチレン(及び若干の不完全弗素化HCFC 121、122等)を含有する流体506を蒸留塔底部から取出し、反応器503に再循環させる。HFと(主として)HCFC 123を含有する流体507を側部流として取出し、再循環HCFC 124を含有する流体520及び、場合により、原料HFを提供 する流体508と混合する;混合流509はガスとしてクロミア触媒を収容している弗化水素処理反応器510に供給する。蒸留塔505の頂部から軽質有機物質−製品HFA 125 、HCFC 124、CFC 114、114a等、塩化水素及びHFを含有する流体511を取出す。この流体中の塩化水素及びHFを水性スクラバー装置512で水性酸性流513として分離し、一方、有機流514を乾燥し、圧縮機515内で圧縮しついで蒸留塔516に供 給し、ここでHFA 125流517をHCFC 124/ CFC 114/114aを含有する流体体518から 分離する。流体518を蒸留塔519に供給し、ここでHCFC 124再循環流520をCFC 114/114aに富む底部流体521から分離する。
【0057】
第6図に示す態様においては、原料HF601と原料パークロロエチレン602とHF/ パークロロエチレン/HFA 125への不完全弗素化中間体再循環流609とからなるガ ス流603をクロミア触媒を収容している弗化水素処理反応器604に供給する。生成物ガス605を、HFと(主として)HCFC 123を含有する再循環流610とHCFC 124再循環流620とを一緒にした流体と混合して、ガス流605を形成させる。このガス流605を同様にクロミア触媒を収容している別の弗化水素処理反応器606に供給する。生成物ガス607を蒸留塔608に供給し、ここでHF及びパークロロエチレン(及び若干の不完全弗素化HCFC 121、122)を含有する流体609を塔の底部から取出し、反応器604に再循環させる;HFと主としてHCFC 123とからなる流体610を側流として取出し、再循環流620と一緒にしついで反応器606に還送する;そして製品HFA 125、HCFC 124、CFC 114、114a、塩化水素及び若干のHFを含有する軽質流体611 を水性スクラバー装置612に供給する。装置612においては、塩化水素とHFを水性流613として有機流614から分離する。有機流614を乾燥し、圧縮機615内で圧縮しついで蒸留塔616に供給し、ここでHFA 125流617をHCFC 124/とCFC 114/114aとを含有する流体体618から分離する。流体618を蒸留塔619に供給し、ここでHCFC 124再循環流620をCFC 114/114aに富む底部流体621から分離する。
【0058】
第7図に示す態様においては、原料弗化水素流701、パークロロエチレン流702、再循環HF/有機物流707及び弗化水素/テトラフルオロクロロエタン再循環流712からなるガス状原料流714をクロミア触媒を収容している弗化水素処理反応器703に供給する。生成物ガス流704を蒸留塔705に供給し、ここで未反応弗化水素、パークロロエチレン及び不完全弗素化有機中間体、例えばHCFC 121、122、123及び 1111を含有する流体707を、製品HFA 125、HCFC 124、CFC 114/114a、塩化水素及び弗化水素を含有する流体706から分離する。流体706を蒸留塔708に供給し、 ここで塩化水素、製品HFA 125及び少量のHFを含有する流体709を塔頂流出流として取出し、最終製品処理[例えば、水性スクラビング、乾燥、圧縮及び蒸留]に かけ、一方、テトラフルオロクロロエタン、HF、CFC 114a、CFC 114 及びHCFC 133を塔底部流出流710として取出す。底部流出流710を蒸留塔711に供給し、ここ で HFとテトラフルオロクロロエタンを含有する流体712を塔頂流出流として取出しついで反応器703に再循環させ、一方、CFC114/114a に富む流体713を塔の底部から取出す。
【0059】
【実施例】
実施例1 クロロテトラフルオロエタンの弗化水素処理
粒子径1mmのクロミア触媒2gを内径1/4インチのインコネル製チューブ状反応器に充填しついでこの触媒上に300℃で24時間、20ml/分の流率で弗化水素を通送することにより予備弗素化した。ついで8ml/分の流率のクロロテトラフルオロエタンを原料弗化水素に添加し、混合物を触媒上を通過させた。種々の温度で反応器オフガスのサンプルを取出し、このサンプルをガスクロマトグラフィーにより分析した。その結果を表1に示す。
【0060】

Figure 0003853397
【0061】
生成物ガス中にはクロロペンタラフルオロエタンは認められず、従ってこの実施例はCFC 114/114aがHCFC 124出発原料中に存在しない場合にはクロロペンタフルオロエタンの生成が排除されることを例示している。
【0062】
実施例2
クロミア触媒(1g)をインコネル製反応器(直径1/4インチ)に充填した。HF(60ml/分)を340℃で16時間、触媒上に通送したあ。塩素流とHCFC 133a流を以下に示す流率で導入した。反応器からのオフガス組成をガスクロマトグラフィーにより監視した。その結果を表2に示す。
【0063】
Figure 0003853397
【0064】
実施例3 124、114 及び114aを含有する混合物からのHCFC 124の精製
本実施例はHFA 125からCFC 115を分離する場合と比較した、蒸留によるHCFC124からのCFC 114/114aの分離の容易性を例示する。
この実施例では組成は全てモル%で示されている。
容量250mlのフラスコ、5理論棚段真空ジャケット付充填塔(5 theoreticalstage vacuum jacketed packed column)(ラシッヒリングを充填)、コンデンサー及び取出し制御器(take-off controller)からなる反応装置(still)に90モル%の124、4.5モル%の114/114a及び5.5モル%の133aの混合物150gを導入した。充 填塔を大気圧下での全還流(total reflux)下で約-12Cに安定化した。平衡化した後、蒸気サンプルを塔頂から採取した;ガスクロマトグラフィー分析の結果はこのサンプルは下記の組成を有することを示した:
124-99.4
133a-0.15
114/114a-0.08
【0065】
当初の原料混合物の約半分が蒸留されるまで5:1の還流比で蒸留を継続した。 蒸留塔の頂部から蒸気のサンプルを採取した;ガスクロマトグラフィー分析の結果はこのサンプルは下記の組成を有することを示した:
HCFC 124-99.88
CFC 114/114a-検出されない
HCFC 133a-検出されない
【0066】
比較例1
実施例3で使用したものと同一の装置を使用してかつHFA 125-98.2%とCFC 115-1.8%との混合物を使用して、実施例3を繰返した。全還流下で約-50Cに平 衡化した後、蒸気サンプルを採取した;この蒸気サンプルは下記の組成を有していた:
HFA 125-98.0
CFC 115-2.0
原料混合物の約半分が蒸留されるまで5:1の還流比で蒸留を継続した後には、 蒸留物は下記の組成を有していた:
HFA 125-98.3
CFC 115-1.7
【図面の簡単な説明】
【図1】2個の反応器を使用する本発明の態様であって、工程(i)が1,1,1,2-テトラフ ロロエタンの塩素化であり、2個の反応器が直列に配置されている場合の概略フローダイグラムである。
【図2】2個の反応器を使用する本発明の態様であって、工程(i)が1,1,1,2-テトラフ ロロエタンの塩素化であり、2個の反応器が並列に配置されている場合の概略フローダイグラムである。
【図3】工程(i)がパークロロエチレンの弗化水素処理であり、工程(i)及び(iii)が単 一の反応器で行われそして水性スクラビングを使用して塩化水素を除去する場合の本発明の態様を示す概略フローダイグラムである。
【図4】2個の反応器を使用する本発明の態様であって、工程(i)がパークロロエチレ ンの弗化水素処理であり、2個の反応器が並列に配置されている場合を示す概略フローダイグラムである。
【図5】2個の反応器を使用する本発明の態様であって、工程(i)がパークロロエチレ ンの弗化水素処理であり、2個の反応器が直列に配置されている場合の概略フローダイグラムである。
【図6】2個の反応器を使用する本発明の態様であって、工程(i)がパークロロエチレ ンの弗化水素処理であり、2個の反応器が直列に配置されている場合の概略フローダイグラムである。
【図7】工程(i)がパークロロエチレンの弗化水素処理であり、工程(i)及び(iii)が単 一の反応器で行われる場合の本発明の態様を示す概略フローダイグラムである。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a method for producing pentafluoroethane.
[0002]
[Prior art and problems to be solved]
Pentafluoroethane (HFA 125) has been proposed as a component of non-ozone-depleting refrigerant formulations in a number of applications where chlorofluorocarbons and fluorofluorocarbons are used, particularly low temperature cooling; Pentafluoroethane is a suitable substitute for various chlorofluorocarbons and hydrochlorofluorocarbons, difluoromethane HFA 32, 1,1,1-trifluoroethane HFA 143a and / or 1,1,1,2-tetrafluoro It has been proposed as a component of blends with other hydrofluoroalkanes such as ethane HFA 134a, in particular the blend of refrigerant blends R502 and chlorodifluoromethane HCFC 22.
[0003]
Recently, a number of methods for the production of pentafluoroethane have been proposed, including the hydrogenation of chloropentafluoroethane CFC 115 and the hydrofluorination of perchloroethylene, for example. it can .
[0004]
The hydrogenation of chloropentafluoroethane is typically carried out under conditions such that the conversion of chloropentafluoroethane is incomplete and therefore pentafluoroethane contaminated with chloropentafluoroethane is produced. Chloropentafluoroethane and pentafluoroethane have very close boiling points, i.e., boiling points of -38 ° C and -48 ° C, respectively, and form a minimum boiling azeotrope, and therefore It is difficult to separate by conventional methods such as distillation, so that the resulting pentafluoroethane is acceptable because of the presence of significant amounts of CFC 115, for example as much as 5% CFC 115. May have less low purity.
[0005]
In the hydrofluoric treatment of perchlorethylene, it is necessary to carry out a large number of halogen exchange reactions in order to obtain pentafluoroethane, so that productivity is significantly limited. In addition, the catalysts typically used in hydrochlorination of perchlorethylene are highly coke and are thus deactivated by the successive halogen exchange reactions that occur.
[0006]
In addition to the continuous halogen exchange reaction that produces pentafluoroethane via tetrachlorofluoroethane HCFC 121, trichlorodifluoroethane HCFC 122, dichlorotrifluoroethane HCFC 123, and chlorotetrafluoroethane HCFC 124, under certain conditions and In the presence of certain catalysts, chloropentafluoroethane is converted via pentachlorofluoroethane CFC 111, tetrachlorodifluoroethane CFC 112, trichlorotrifluoroethane (CFC 113 and 113a) and dichlorotetrafluoroethane (CFC 114 and 114a). The continuous reaction that occurs occurs, resulting in a significant amount of chloropentafluoroethane contaminating the pentafluoroethane.
[0007]
Recently, much attention has been directed to the satisfactory separation of chloropentafluoroethane from pentafluoroethane. That is, for example, U.S. Pat. However, both of these methods are directed to removing chloropentafluoroethane from pentafluoroethane.
[0008]
In contrast, now the inventor can substantially reduce or even eliminate the production of chloropentafluoroethane, thus reducing the problem in separating chloropentafluoroethane from pentafluoroethane? Alternatively, a process for producing pentafluoroethane has been developed that can even be completely eliminated.
[0009]
Configuration and effect of the invention
Thus, according to the present invention, the formula C2Clx + 1FyOf formula C2HClxFy(I) producing a composition comprising a compound of the formula: wherein x = 1,2 or 3 and y = 2,3 or 4 provided that x + y is 5 , Formula C2HClxFyA compound of formula C2Clx + 1FyStep (ii) and separation from the compound of formula C2HClxFyThere is provided a process for producing pentafluoroethane, which comprises the step (iii) of producing a pentafluoroethane by contacting the compound with hydrogen fluoride in the presence of a fluorination catalyst.
[0010]
In many embodiments of the present invention, steps (i), (ii) and (iii) are performed in the order described above, which comprises pentafluoroethane containing low levels of chloropentafluoroethane (described below). Steps (i), (ii) and (iii) may be performed in a different order; for example, in particular, step (iii) may be of formula C2Clx + 1FyIs carried out under conditions where the conversion of the compound to chloropentafluoroethane is low, such as about 50% or less, preferably 25% or less, step (ii) is replaced by step (i) And after (iii).
[0011]
In step (i) of the process of the invention, the composition is chlorinated or fluorinated with haloethene such as perfluoroethylene, trifluoroethylene, chlorodifluoroethylene or dichlorofluoroethylene or hydrohaloethane such as tetrafluoroethane or chlorotrifluoroethane. It can be produced by hydrogenation treatment.
[0012]
In another preferred embodiment of the present invention ((A) and (B)) (described in detail later), step (i) of the process of the present invention comprises (A) trichlorethylene or formula C2H2XFourChlorinating compounds such as tetrachloroethane, tetrafluoroethane or chlorotrifluoroethane (wherein X is fluorine or chlorine) or (B) perhaloethylene or pentahaloethane in liquid or gas phase And contacting with hydrogen fluoride in the presence of a fluorination catalyst.
[0013]
The process of the present invention is advantageously carried out as a continuous process in which the product stream from step (iii) is conveniently treated by distillation to give unconverted Formula C2HClxFyThe compound of formula C is isolated from pentafluoroethane and unconverted.2HClxFyIs recycled to step (i) or step (iii), preferably step (i). Further, the product stream from step (iii) is of formula C2Clx + 1FyIn which case the recycle stream is present in the recycle stream2HClxFyCompound of formula C2Clx + 1Fy15% by weight or less, more preferably 10% by weight or less, in particular 5% by weight or less, based on the total weight of the compounds of formula C2Clx + 1FyIt is preferable that the compound is contained.
[0014]
The composition formed in step (i) of the method of the invention has a single formula C2Clx + 1FyA single formula C contaminated with2HClxFyFor example, chlorotetrafluoroethane mixed with dichlorotetrafluoroethane, dichlorotrifluoroethane mixed with trichlorotrifluoroethane, or trichlorodifluoroethane mixed with tetrachlorodifluoroethane. Usually, the raw material composition is used in particular when the raw material composition is produced by one of the alternative preferred embodiments (A) or (B) in step (i) of the method of the present invention. It can consist of more composition, or it can be formula C2Clx + 1FyA compound of formula C in which two or more of the compounds are mixed, or even if all of them are mixed2HClxFyThe composition may consist of all of the compounds. However, the composition usually consists of at least chlorotetrafluoroethane and dichlorotetrafluoroethane, and a particularly preferred operation to be performed in step (ii) of the method of the present invention is to separate dichlorotetrafluoroethane from chlorotetrafluoroethane. It is to be.
[0015]
The composition which is the product of step (i) of the method of the present invention is produced by the formula C2Clx + 1FyCompound of formula C2HClxFyTypically from about 0.1 to about 20 weight percent, more typically from about 0.5 to about 15 weight percent of formula C, based on the total weight of the compounds of2Clx + 1FyContaining the compound. The process of step (i) is a compound of formula C wherein the composition that is the product formed in step (i) is produced.2Clx + 1FyCompound of formula C2HClxFyAbout 0.5 to about 10% by weight of formula C, based on the total weight of the compound of2Clx + 1FyIt is preferable to carry out so that this compound may be contained. The composition which is the product of step (i) also contains unconverted starting material, by-product hydrogen chloride and a small amount of other by-products depending on the particular process used in step (i). .
[0016]
According to the method of the present invention, the formula C2HClxFyCompounds, especially chlorotetrafluoroethane (HCFC 124 and 124a, boiling point; 11.0 ° C. ± 1.0 ° C. depending on the type of isomer) and dichlorotrifluoroethane (HCFC 123, 123a and 123b, boiling point; isomer) From 27.5 ° C ± 1.0 ° C depending on the type of2Clx + 1FyIn particular, dichlorotetrafluoroethane (CFC 114 and 114a, boiling point; 3.3 ° C ± 0.3 ° C depending on the type of isomer) and trichlorotrifluoroethane (CFC 113 and 113a, boiling point; type of isomer) (46.6 ° C ± 1.0 ° C) is effectively separated accordingly, so there is a substantial advantage. Separation step (ii) is a compound of formula C present in the composition produced in step (i).2Clx + 1FyAt least 50%, more preferably at least 75%, in particular at least 95% by weight of the compound of formula C2HClxFyIt is preferable to be carried out so as to be separated from the compound.
[0017]
Thus, according to the method of the present invention, the chlorofluorocarbon producing chloropentafluoroethane is removed or substantially removed before the reaction step in which chloropentafluoroethane is produced unless the chlorofluorocarbon is removed. To decrease. Separation step (ii) comprises formula C recovered by separation and fed to step (iii) of the process of the invention.2HClxFyIs less than 10% by weight, preferably less than 5% by weight, more preferably less than 2% by weight, in particular less than 1% by weight of formula C2Clx + 1FyIt can be carried out to contain In the embodiment of the present invention in which step (i) of the method of the present invention comprises one of the preferred embodiments (A) or (B) for step (i), step (i) is particularly preferred (B ) Or consisting of chlorination of 1,1,1,2-tetrafluoroethane, the separation of dichlorotetrafluoroethane from chlorotetrafluoroethane should be essentially achieved, and this separation operation The chlorotetrafluoroethane recovered and fed to step (iii) of the process of the present invention is 2 wt% or less of dichlorotetrafluoroethane, more preferably 1.0 wt% or less, especially 0.5 wt% or less of dichlorotetrafluoroethane. It preferably contains ethane. CFCs, especially trichlorotrifluoroethane and dichlorotetrafluoroethane, are effectively removed from the process of the present invention before a substantial amount of chloropentafluoroethane is produced, resulting in the production of the process of the present invention. The amount of chloropentafluoroethane in the pentafluoroethane prior to the special purification step performed to remove chloropentafluoroethane from the pentafluoroethane is the amount of chloropentafluoroethane produced. Based on the total weight of ethane and pentafluoroethane, it can be as low as 5 wt% or less, preferably 3 wt% or less, more preferably 2 wt% or less, especially 1 wt% or less.
[0018]
Step (i) is trichlorethylene or formula C2H2XFourIn a preferred embodiment (A) of the invention consisting of chlorination of a compound of the formula (wherein X is fluorine or chlorine), the starting material is tetrachloroethane, tetrafluoroethane or chlorotrifluoroethane, in particular The starting material is preferably 1,1,1,2-tetrafluoroethane.
[0019]
Chlorination techniques are well known to those skilled in the art, and any such chlorination technique may be used in step (i) of the process of the present invention. For example, chlorination can be carried out in the liquid phase or in the gas phase, and chlorination can be activated photochemically, catalytically or thermally.
[0020]
When the starting material is 1,1,1,2-tetrafluoroethane, preferably 1,1,1,2-tetrafluoroethane and chlorine are used to reduce the amount of dichlorotetrafluoroethane produced. It is preferred to carry out the chlorination using a molar ratio of about 10: 1 to about 1: 1, more preferably about 6: 1 to about 1: 1, especially about 5: 1 to about 2: 1.
[0021]
The chlorination step (i) and the hydrofluorination step (iii) can be carried out in the same reactor, in which case this process is chlorofluorination and the product from the reactor is for example Processed by distillation, formula C2HClxFyUnreacted compound of formula C2H2XFourA pentafluoroethane stream and a formula C to recover one or more recycle streams comprising2Clx + 1FyFrom a waste stream containing
[0022]
Appropriate temperature and pressure conditions for chlorofluorination of 1,1,1,2-tetrafluoroethane are well known to those skilled in the art and are described, for example, in U.S. Pat. It is preferable to use 1,1,2-tetrafluoroethane in the ratio as described above rather than the ratio described in the above US patent specification.
[0023]
Alternatively, in a preferred embodiment (A) of the present invention, step (i) and step (iii) can be carried out in separate reactors, and the chlorination reactor of step (i) and step (iii) These hydrofluoric treatment reactors are preferably arranged in series or in parallel.
[0024]
In the reactor system arranged in series, tetrafluoroethane is chlorinated in the gas phase in the reactor of step (i) and the product stream is fed to a separator where hydrogen chloride is fed, for example, with an aqueous scrubber. Used or removed by distillation, unconverted tetrafluoroethane is separated, for example, by distillation and then fed to a chlorination reactor, leaving a product stream consisting of chlorotetrafluoroethane and dichlorotetrafluoroethane. A chlorotetrafluoroethane / dichlorotetrafluoroethane mixture is fed to a distillation apparatus where chlorotetrafluoroethane is separated from dichlorotetrafluoroethane and the chlorotetrafluoroethane is then fluorinated in step (iii) containing a fluorination catalyst. Feed to hydrotreating reactor.
[0025]
In a reactor system arranged in parallel, the chlorination reactor and the hydrofluorination reactor are arranged in parallel so that the product streams from each reactor are combined and / or a common purification device, for example Can be supplied to a series of distillation equipment, which separates pentafluoroethane, tetrafluoroethane, chlorotetrafluoroethane and dichlorotetrafluoroethane, and feeds chlorotetrafluoroethane to the hydrofluorination reactor And tetrafluoroethane is recycled to the chlorination reactor. In this parallel operation, the product stream from the hydrofluorination reactor is first treated, for example, by phase separation and distillation, before being combined with the product stream from the chlorination reactor, to a large extent. Is preferably removed and recycled.
[0026]
In a second preferred embodiment (B) of the invention wherein step (i) comprises contacting perhaloethylene or pentahaloethane with hydrogen fluoride in the liquid phase or in the gas phase and in the presence of a fluorination catalyst. In this case, the starting material is preferably perhaloethylene, and the method of step (i) is preferably carried out in the gas phase at a high temperature.
[0027]
The temperature at which step (i) is carried out can be from about 150 ° C to about 400 ° C, preferably from about 180 ° C to about 380 ° C, in particular from about 200 ° C to about 370 ° C. Atmospheric pressure or superatmospheric pressure may be used, but pressures above atmospheric pressure, for example pressures up to 30 barg, in particular from about 5 barg to about 20 barg are used. It is preferable.
[0028]
The relative ratio of hydrogen fluoride to perchlorethylene can be varied within a very wide range, but it is preferred to use a stoichiometric excess of hydrogen fluoride. The molar ratio of hydrogen fluoride to perchlorethylene is usually greater than about 3: 1 and preferably greater than 5: 1. Use a molar ratio of hydrogen fluoride to perchlorethylene in the range of about 5: 1 to about 20: 1, preferably about 7: 1 to about 15: 1, especially about 7: 1 to about 12: 1. Is preferred.
[0029]
The catalyst used in the preferred embodiment (B) of the process of the invention is any known fluorination catalyst, in particular a fluorination catalyst having a high activity for the conversion of perchloroethylene to hydrochlorofluoroethane, such as chromia, It may be a catalyst based on chromium oxyfluoride, alumina or aluminum fluoride and which may also contain one or more metals such as nickel, cobalt, iron, zinc and the like. It is preferred to use chromia or zinc-supported chromia catalysts, since these catalysts have a particularly high per pass conversion of perchloroethylene to hydrochlorofluoroethane.
[0030]
In this preferred embodiment (B) of the present invention in which step (i) comprises a hydrofluoric treatment, both step (i) and step (iii) are hydrofluoric treatment processes, and step (i) and step (i) The catalyst used in iii) can be the same or different, so if desired, the two steps (i) and (iii) can be carried out from the fluorination catalyst in a single reactor. On a single catalyst bed, whereby pentafluoroethane can be produced. In this case, the product stream from a single reactor is fed to a refiner system, for example a series of distillation columns, where the formula C2HClxFyOne or more recycle streams consisting of the above compounds and unreacted starting material, eg perchlorethylene, are recovered with a pentafluoroethane stream and a formula C2Clx + 1FyFrom the waste stream containing the compound. In this embodiment using a single reactor, the catalyst can be a catalyst as described for step (i) or step (iii), if desired.
[0031]
However, in this preferred embodiment (B) of the process of the invention it may be preferred in some cases to use a different catalyst for step (i) or step (iii) of the process of the invention. Admitted. For example, for the conversion of perchlorethylene in step (i) of the method of the present invention, it is preferable to use a catalyst having a high activity (single-flow conversion), while from hydrochlorofluoroethane in step (iii). For the production of pentafluoroethane, it is preferable to use a catalyst having a high selectivity.
[0032]
The catalysts used in step (i) and step (iii) of the process of the present invention can be in different reaction zones of the same reactor or each catalyst can be in a separate reactor.
[0033]
If the catalyst for step (i) and the catalyst for step (iii) are present in separate reactors, the two reactors can be arranged in parallel or in series.
[0034]
In the embodiment in which the two reactors of step (i) and step (iii) are arranged in series, the product stream from one reactor of step (i) or step (iii) is transferred to the other reactor. The product stream from this other reactor can be fed to the purification system where step (ii) is carried out. For example, the product stream from the reactor of step (i) is passed to the reactor of step (iii) and the product stream from the reactor of step (iii) is fed to the purification system where step (ii) is performed. You can. Alternatively, the product stream from the reactor of step (i) is passed to the purifier system where step (ii) is carried out and unreacted starting material, with formula C2Clx + 1FyThe compound of formula C was isolated2HClxFyOne or more of the effluents from the purifier comprising the above compounds may be passed to the reactor of step (iii). The product stream from the reactor of step (iii) can be passed to the reactor of step (i).
[0035]
However, it is preferred to substantially remove hydrogen chloride prior to performing step (iii) of the method of the present invention. Hydrogen chloride is produced as a substantial by-product from step (i) of the process of the present invention, thus supplying the product stream from the reactor of step (i) to the purifier system where step (ii) is conducted. The product stream from the reactor of step (iii) is preferably sent to the reactor of step (i).
[0036]
According to another preferred embodiment of the present invention, (i) perchlorethylene is contacted with hydrogen fluoride in the presence of a fluorination catalyst to give a compound of formula C2Clx + 1FyOf formula C2HClxFy(Ii) wherein x = 1,2 or 3 and y = 2,3 or 4 provided that x + y is 5. Formula C2HClxFyA compound of formula C2Clx + 1Fy(Iii) Formula C2HClxFyContacting said compound with hydrogen fluoride in the presence of a fluorination catalyst thereby producing pentafluoroethane and recycling the product stream from step (iii) to the reactor of step (i). A featured method for producing pentafluoroethane is provided.
[0037]
In an embodiment in which the reactors of step (i) and step (iii) are arranged in parallel, the product stream from the two reactors is supplied to a common purification unit system in which step (ii) is performed, and this purification unit Pentafluoroethane is recovered from the reactor, unconverted perhaloethylene is recycled to the reactor of step (i), and unconverted Formula C2HClxFyIt is preferred to recycle the compound of step (iii) to the reactor.
[0038]
In step (ii), the product stream fed from the reactor in the embodiment using a single reactor or from one of the two reactors in the embodiment using two reactors to the purifier system. Is typically the formula C2HClxFyCompounds of the formula, in particular dichlorotrifluoroethane and chlorotetrafluoroethane, of formula C2Clx + 1FyCompounds, especially trifluorotrifluoroethane and dichlorotetrafluoroethane, pentafluoroethane, chloropentafluoroethane, unreacted hydrogen fluoride and perchloroethylene, by-product hydrogen chloride and small amounts of other by-products such as 1, It consists of 1,1-trifluoro-2-chloroethane and 1,1,1,2-tetrafluoroethane.
[0039]
This product stream is supplied, for example, to a purification system consisting of a first distillation column, from which hydrogen fluoride, dichlorotrifluoroethane [HCFC 123 / 123a] and other heavy products are used as the bottom fraction. The remainder of the product stream is removed as the top fraction. The bottom fraction from this first distillation column can be recycled to the single reactor or one or both of the two reactors.
[0040]
The top fraction from the first distillation column is optionally scrubbed and then dried to remove acidic components, hydrogen chloride and hydrogen fluoride, and then fed to the second distillation column from the second distillation column. Pentafluoroethane [HFA 125] is withdrawn as a top fraction together with chloropentafluoroethane [CFC 115], mainly chlorotetrafluoroethane [HCFC 124 / 124a], chlorotrifluoroethane [HCFC 133 / 133a], tetrafluoroethane [HFA 134 / 134A] and dichlorotetrafluoroethane [CFC 114 / 114a] are taken off as the bottom fraction. The pentafluoroethane containing chloropentafluoroethane, taken as the top fraction, can be further processed to effect purification of the pentafluoroethane.
[0041]
The bottom fraction from the second distillation column is fed to the third distillation column, tetrafluoroethane [HFA 134 / 134A] is withdrawn from the third distillation column as the top fraction, and the remainder of the product stream is withdrawn as the bottom fraction. Chlorotetrafluoroethane [HCFC 124 / 124a] is withdrawn as a top fraction from this fourth distillation column, while dichlorotetrafluoroethane [CFC 114 / 114a] and chlorotrifluoroethane [HCFC 133 / 133a] ] As a bottom fraction. Chlorotetrafluoroethane [HCFC 124 / 124a] can be recycled to the reactor for fluorination to pentafluoroethane [HFA 125]. The bottom fraction from the fourth distillation column can usually be treated, for example, by thermal oxidation.
[0042]
The refiner system used in the preferred embodiment (B) of the present invention comprises unreacted perchloroethylene and unconverted Formula C.2HClxFyA first distillation column for separating the compound from the other components (as the top stream) from the bottom stream and recycling to the reactor of step (i), and pentafluoroethane from the other components of the top stream It consists of at least one additional (another) distillation column for separating and recovering, separating and recycling chloropentafluoroethane from dichlorotetrafluoroethane.
[0043]
The top stream from the first distillation column is preferably treated to remove at least hydrogen chloride. In particular, the top stream from the first distillation column can be scrubbed with water to remove hydrogen fluoride and hydrogen chloride before feeding it to at least one additional distillation column. However, in this case, the hydrogen fluoride in the top stream is also removed, resulting in a decrease in the efficiency of hydrogen fluoride in the process of the present invention. Alternatively, the top stream from the first distillation column itself can be distilled to separate the top stream consisting of hydrogen chloride, pentafluoroethane and chloropentafluoroethane from the bottom stream consisting of other components. This bottom stream can then be fed to at least one other distillation column, while the top stream can be fed to the distillation column to separate pentafluoroethane from the top stream.
[0044]
When aqueous scrubbing is used to remove hydrogen chloride and hydrogen fluoride, it is preferred that at least one additional distillation column comprises two distillation columns; pentafluoroethane in the first additional distillation column. Is separated from chlorotetrafluoroethane and dichlorotetrafluoroethane, and in a second additional distillation column, dichlorotetrafluoroethane is separated from chlorotetrafluoroethane. When distillation is used to remove hydrogen chloride from the top stream from the first distillation column, at least one additional distillation column is one for separating chlorotetrafluoroethane from dichlorotetrafluoroethane. Only a distillation column is required. If this optional method (ie, distillation to remove hydrogen chloride) is used, the distillation to separate 114 / 114a from 124 / 124a is performed in the presence of hydrogen fluoride, and the separation The top stream from the distillation column carrying out is composed of chlorotetrafluoroethane, dichlorotetrafluoroethane and hydrogen fluoride and treated with hydrofluorination to pentafluoroethane, i.e. fluorination as in step (iii) of the process of the invention. A novel composition particularly suitable for hydroprocessing.
[0045]
According to a second aspect of the invention, (i) at least 50% to about 95% by weight of chlorotetrafluoroethane, (ii) about 0.5% to about 20% by weight of hydrogen fluoride and (iii) 2 Compositions suitable for conversion to pentafluoroethane are provided, consisting of up to% by weight of dichlorotetrafluoroethane (wherein% by weight is based on the total weight of these three components present in the composition). .
[0046]
The above composition may contain other ingredients such as other formula C2HClxFyAnd other formulas C2Clx + 1FyMay be further included in small amounts, usually up to 10% by weight of the composition, typically up to 5% by weight of the composition. Thus, the above weight percentages for the components of the composition are usually also weight percentages based on the total weight of the composition. Preferably, the amount of dichlorotetrafluoroethane in the composition will be 1% by weight or less, in particular 0.5% by weight or less. The composition preferably also contains from about 1% to about 10% by weight of hydrogen fluoride and will usually contain at least 75% by weight of chlorotetrafluoroethane.
[0047]
Step (iii) of the method of the invention can be carried out in the liquid phase or in the gas phase, but in particular in the gas phase when step (i) is a gas phase hydrofluorination of perhaloethylene or pentahaloethane. Preferably it is done. Gas phase reactions of dichlorotrifluoroethane and chlorotetrafluoroethane with hydrogen fluoride are well known to those skilled in the art, and appropriate temperature and pressure conditions, appropriate fluorination catalysts and relative proportions of reactants are well documented in the literature. Has been.
[0048]
Suitable fluorination catalysts include those based on chromia and chromium oxyfluoride or alumina and aluminum fluoride. Other metals that promote activity may also be present, such as zinc, nickel and iron. Preference is given to using the catalysts described in EP 502605 or WO 93/16798, in particular the catalysts described in EP 502605 in which an activity promoting amount of zinc is supported on chromia or chromium oxyfluoride.
[0049]
The temperature of step (iii) of the process of the present invention can be from about 200 ° C to about 500 ° C, preferably from about 250 ° C to about 350 ° C. This step is conveniently performed near atmospheric pressure, but pressures below atmospheric pressure or pressures above atmospheric pressure, for example pressures up to about 20 bar, can be used if desired. In fact, pressures above atmospheric pressure up to about 2 to about 15 bar are used to promote gas throughput and reduce the required reactor size [two reactions In the preferred embodiment (B) of the present invention using a reactor, it is preferable to operate the two reactors at substantially the same pressure, and the slight pressure difference that occurs between the reactors Naturally as a result of gas flow].
[0050]
The molar ratio of hydrogen fluoride to chlorotetrafluoroethane can be from about 1 to about 10; it is preferred to use an excess of moles of hydrogen fluoride.
[0051]
The present invention will be described below with reference to the drawings.
In the apparatus system shown in FIG. 1, a gaseous chlorine feed stream 101 and a gaseous 1,1,1,2-tetrafluoroethane feed stream 102 are fed to a chlorination reactor 103. Product gas stream 124 from the chlorination reactor is fed to aqueous scrubber unit 104 where hydrogen chloride and unreacted chlorine are separated from organic stream 125 as aqueous stream 105. Organic stream 125 is dried and compressed in compressor 106 and fed to distillation column 107 where 1,1,1,2-tetrafluoroethane (HFA 134a) is converted to chlorotetrafluoroethane (HCFC 124) and dichloromethane. Separate from tetrafluoroethane (CFC 114a). The HFA 134a stream 108 is recycled to the chlorination reactor 103. HCFC 124 / CFC 114a stream is fed to distillation column 109, where HCFC 124 stream 110 is separated from CFC 114a stream 111. The HCFC 124 product stream 110 from the distillation column is fed to a hydrofluoric treatment reactor 113 containing a gaseous hydrogen fluoride 112 and a chromia catalyst. Product gas stream 126 from this reactor is fed to distillation column 114, where fluid 115 consisting of unreacted hydrogen fluoride and HCFC 124 are separated from other components of the product stream and recycled to reactor 113. Let The remainder 127 of the product stream from the distillation tower is fed to an aqueous scrubber unit 116 where hydrogen chloride and the remainder of hydrogen fluoride are separated from the organic stream 128 as an aqueous stream 117. Organic stream 128 is fed to compressor 118 and then to distillation column 119, where pentafluoroethane product stream 120 is separated from organic stream 129 composed of other organic components. Organic stream 129 is fed to second distillation column 121 where HCFC 124 stream 122 is separated from heavy byproduct stream 123. HCFC 124 stream 122 is recycled to reactor 113.
[0052]
In the embodiment shown in FIG. 2, a gaseous chlorine feed stream 201 and a gaseous 1,1,1,2-tetrafluoroethane feed stream 202 are fed to a chlorination reactor 203 comprising an Inconel tube.
[0053]
Hydrogen fluoride stream 204 and HCFC 124 recycle stream 216 (discussed below) from distillation column 215 are fed to hydrofluorination reactor 205 containing a chromia catalyst, and product gas stream 220 is fed to distillation column 206. Where the fluid 207 comprising unreacted hydrogen fluoride and HCFC 124 are separated from the fluid 221 comprising the remainder of the product stream and the fluid 207 is recycled to the reactor 205. Fluid 221 from distillation tower 206 is combined with product stream 219 from chlorination reactor 203 and fed to aqueous scrubber device 208 where the remainder of hydrogen chloride, chlorine and hydrogen fluoride is organic stream 222 as aqueous stream 209. Separate from. The organic stream 222 from the scrubber device 208 is dried, compressed in the compressor 210 and fed to the distillation column 211 to separate the pentafluoroethane stream 212 from the organic stream 223 consisting of HFA 134a, HCFC 124 and CFC 114a. Organic stream 223 is fed to distillation column 213 where HFA 134a stream 214 is separated from organic stream 224 consisting of HCFC 124 and CFC 114a. The HFA 134a stream 214 is recycled to the reactor 203. Organic stream 224 is fed to distillation column 215 where HCFC 124 stream 216 is separated from CFC 114a stream 217 and HCFC 124 stream 216 is recycled to reactor 205.
[0054]
In the embodiment shown in FIG. 3, a gaseous feed stream 318 comprising a feed hydrogen fluoride stream 301, a feed perchlorethylene stream 302, a recycle hydrogen fluoride and organic stream 307 (described below), and an HCFC 124 recycle stream 316. Is fed to a hydrofluoric treatment reactor 303 containing a chromia catalyst. Product gas stream 304 is fed to distillation column 305, which contains unreacted hydrogen fluoride, perchlorethylene and incomplete (or partially) underfluorinated organic intermediates such as HCFC 121, 122 and 123. Fluid 307 is separated from products HFA 125, HCFC 124, CFC 114 / 114a and fluid 306 consisting of hydrogen chloride and HF. Fluid 306 is fed to an aqueous scrubber device 309 where hydrogen chloride and residual HF are separated from the organic stream 310 as an aqueous stream 308. Organic stream 310 is dried, compressed in compressor 311 and fed to distillation column 312 to separate HFA 125 stream 313 from fluid 314 containing HCFC 124 and CFC 114 / 114a. Fluid 314 is fed to distillation column 325 where HCFC 124 stream 316 is separated from fluid 317 enriched in CFC 114 / 114a.
[0055]
In the embodiment shown in FIG. 4, a gaseous form comprising raw hydrogen fluoride 401, raw perchlorethylene stream 402 and incompletely fluorinated intermediate 407 to recycled hydrogen fluoride / perchloroethylene / HFA 125. Fluid 403 is fed to a hydrofluoric treatment reactor 404 containing a chromia catalyst. Product gas stream 405 is mixed with fluid 413 containing product gas from parallel hydrofluoric reactor 412 and fed to distillation column 406 where HF and perchlorethylene (and some incomplete fluorine). Fluid 407 containing HCFCs 121, 122, etc.) is removed from the bottom of the distillation column and recycled to the reactor 404. Fluid 408 containing HF and (primarily) HCFC 123 is withdrawn from the side of distillation column 406 as a side stream and mixed with fluid 422 containing recirculated HCFC 124 and optionally fluid 410 providing feed HF; The combined stream 411 is supplied as a gas to a hydrogen fluoride treatment reactor 412 containing a chromia catalyst. The product gas from this reactor, ie, fluid 413 is fed to distillation column 406 as described above. Product HFA 125, HCFC 124, CFC 114 and 114a, light fluid 409 containing hydrogen chloride and some HF is removed from the top of distillation column 406 and fed to aqueous scrubber unit 414 where HF and hydrogen chloride are aqueous Separate from organic stream 416 as 415. Organic stream 416 is dried, compressed in compressor 417 and fed to distillation column 418, where HFA 125 stream 419 is separated from fluid 420 containing HCFC 124 and CFC 114 / 114a. Fluid 420 is fed to distillation column 421 where HCFC 124 stream 422 is separated from fluid 423 enriched in CFC 114 / 114a.
[0056]
In the embodiment shown in FIG. 5, feed hydrogen fluoride stream 501, feed perchlorethylene stream 502, incomplete fluorinated intermediate recycle stream 506 to hydrogen fluoride / perchloroethylene / HFA 125 and hydrogen fluoride treatment. A gaseous fluid 522 consisting of product gas from the reactor 510 is supplied to a hydrofluoric treatment reactor 503 containing a chromia catalyst. Product gas 504 is fed to distillation column 505, where fluid 506 containing HF and perchlorethylene (and some incompletely fluorinated HCFC 121, 122, etc.) is removed from the bottom of the distillation column and recycled to reactor 503. Circulate. Fluid 507 containing HF and (mainly) HCFC 123 is withdrawn as a side stream and mixed with fluid 520 containing recirculated HCFC 124 and, optionally, fluid 508 providing feed HF; The hydrogen fluoride treatment reactor 510 containing the chromia catalyst is supplied. A light organic substance-product HFA 125, HCFC 124, CFC 114, 114a, etc., a fluid 511 containing hydrogen chloride and HF is removed from the top of distillation column 505. Hydrogen chloride and HF in this fluid are separated by aqueous scrubber unit 512 as aqueous acidic stream 513, while organic stream 514 is dried, compressed in compressor 515 and fed to distillation column 516, where HFA 125 stream 517 is separated from fluid body 518 containing HCFC 124 / CFC 114 / 114a. Fluid 518 is fed to distillation column 519 where HCFC 124 recycle stream 520 is separated from bottom fluid 521 enriched in CFC 114 / 114a.
[0057]
In the embodiment shown in FIG. 6, a gas stream 603 comprising raw material HF601, raw material perchlorethylene 602 and incomplete fluorinated intermediate recycle stream 609 to HF / perchlorethylene / HFA 125 is accommodated in a chromia catalyst. The hydrogen fluoride treatment reactor 604 is supplied. Product gas 605 is mixed with a combined fluid of recycle stream 610 containing HF and (mainly) HCFC 123 and HCFC 124 recycle stream 620 to form gas stream 605. This gas stream 605 is fed to another hydrofluorination reactor 606 that also contains a chromia catalyst. Product gas 607 is fed to distillation column 608, where fluid 609 containing HF and perchlorethylene (and some incompletely fluorinated HCFC 121, 122) is withdrawn from the bottom of the column and recycled to reactor 604. Fluid 610 consisting of HF and primarily HCFC 123 is withdrawn as a side stream, combined with recycle stream 620 and then returned to reactor 606; and products HFA 125, HCFC 124, CFC 114, 114a, hydrogen chloride and A light fluid 611 containing some HF is fed to the aqueous scrubber unit 612. In apparatus 612, hydrogen chloride and HF are separated from organic stream 614 as aqueous stream 613. Organic stream 614 is dried and compressed in compressor 615 and fed to distillation column 616 where HFA 125 stream 617 is separated from fluid body 618 containing HCFC 124 / and CFC 114 / 114a. Fluid 618 is fed to distillation column 619 where HCFC 124 recycle stream 620 is separated from bottom fluid 621 enriched in CFC 114 / 114a.
[0058]
In the embodiment shown in FIG. 7, a gaseous feed stream 714 comprising a feed hydrogen fluoride stream 701, a perchlorethylene stream 702, a recycle HF / organic stream 707 and a hydrogen fluoride / tetrafluorochloroethane recycle stream 712 is chromia. The hydrogen fluoride treatment reactor 703 containing the catalyst is supplied. Product gas stream 704 is fed to distillation column 705, where fluid 707 containing unreacted hydrogen fluoride, perchlorethylene and incompletely fluorinated organic intermediates such as HCFC 121, 122, 123 and 1111 is produced as product. Separate from fluid 706 containing HFA 125, HCFC 124, CFC 114 / 114a, hydrogen chloride and hydrogen fluoride. Fluid 706 is fed to distillation column 708, where fluid 709 containing hydrogen chloride, product HFA 125 and a small amount of HF is withdrawn as overhead effluent and final product treatment [eg, aqueous scrubbing, drying, compression and distillation] Meanwhile, tetrafluorochloroethane, HF, CFC 114a, CFC 114 and HCFC 133 are withdrawn as bottom effluent 710. A bottom effluent 710 is fed to a distillation column 711 where a fluid 712 containing HF and tetrafluorochloroethane is withdrawn as a top effluent and recirculated to the reactor 703 while a C713 114 / 114a rich fluid 713 is obtained. Take out from the bottom of the tower.
[0059]
【Example】
Example 1  Treatment of chlorotetrafluoroethane with hydrogen fluoride
By charging 2 g of chromia catalyst with a particle diameter of 1 mm into an Inconel tube reactor with an inner diameter of 1/4 inch, hydrogen fluoride is passed over the catalyst at 300 ° C. for 24 hours at a flow rate of 20 ml / min. Prefluorinated. Subsequently, chlorotetrafluoroethane at a flow rate of 8 ml / min was added to the raw hydrogen fluoride, and the mixture was passed over the catalyst. Samples of reactor offgas were taken at various temperatures and analyzed by gas chromatography. The results are shown in Table 1.
[0060]
Figure 0003853397
[0061]
No chloropentafluoroethane is observed in the product gas, so this example illustrates that the production of chloropentafluoroethane is eliminated when CFC 114 / 114a is not present in the HCFC 124 starting material. is doing.
[0062]
Example 2
Chromia catalyst (1 g) was charged into an Inconel reactor (1/4 inch diameter). HF (60 ml / min) was passed over the catalyst at 340 ° C. for 16 hours. Chlorine flow and HCFC 133a flow were introduced at the following flow rates. The offgas composition from the reactor was monitored by gas chromatography. The results are shown in Table 2.
[0063]
Figure 0003853397
[0064]
Example 3  Purification of HCFC 124 from a mixture containing 124, 114 and 114a
This example illustrates the ease of separation of CFC 114 / 114a from HCFC 124 by distillation compared to separating CFC 115 from HFA 125.
In this example, all compositions are given in mole percent.
90 mol% in a reactor consisting of a 250 ml flask, 5 theoretical stage vacuum jacketed packed column, packed with Raschig ring, condenser and take-off controller 150 g of a mixture of 124, 4.5 mol% 114 / 114a and 5.5 mol% 133a were introduced. The packed tower was stabilized to about -12 C under total reflux at atmospheric pressure. After equilibration, a vapor sample was taken from the top; gas chromatographic analysis showed that the sample had the following composition:
124-99.4
133a-0.15
114 / 114a-0.08
[0065]
Distillation was continued at a reflux ratio of 5: 1 until about half of the original feed mixture was distilled. A sample of the vapor was taken from the top of the distillation column; the results of the gas chromatographic analysis showed that this sample had the following composition:
HCFC 124-99.88
CFC 114 / 114a-not detected
HCFC 133a-not detected
[0066]
Comparative Example 1
Example 3 was repeated using the same equipment as used in Example 3 and using a mixture of HFA 125-98.2% and CFC 115-1.8%. After equilibration to about -50C under total reflux, a vapor sample was taken; the vapor sample had the following composition:
HFA 125-98.0
CFC 115-2.0
After continuing distillation at a reflux ratio of 5: 1 until about half of the raw material mixture was distilled, the distillate had the following composition:
HFA 125-98.3
CFC 115-1.7
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an embodiment of the invention using two reactors, wherein step (i) is chlorination of 1,1,1,2-tetrafluoroethane and the two reactors are arranged in series It is a schematic flow diagram when
FIG. 2 is an embodiment of the invention using two reactors, wherein step (i) is chlorination of 1,1,1,2-tetrafluoroethane and the two reactors are arranged in parallel It is a schematic flow diagram when
FIG. 3. Step (i) is hydrofluorination of perchlorethylene, steps (i) and (iii) are performed in a single reactor and hydrogen chloride is removed using aqueous scrubbing. 1 is a schematic flow diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an embodiment of the present invention using two reactors, wherein step (i) is a hydrofluorination of perchloroethylene, and the two reactors are arranged in parallel. Is a schematic flow diagram showing
FIG. 5 is an embodiment of the present invention using two reactors, wherein step (i) is a hydrofluorination of perchloroethylene and the two reactors are arranged in series. Is a schematic flow diagram of
FIG. 6 is an embodiment of the present invention using two reactors, wherein step (i) is a hydrofluorination of perchloroethylene and the two reactors are arranged in series. Is a schematic flow diagram of
FIG. 7 is a schematic flow diagram showing an embodiment of the present invention when step (i) is hydrofluorination of perchlorethylene and steps (i) and (iii) are carried out in a single reactor. is there.

Claims (8)

(i) 第一の反応器において、パークロロエチレンを弗素化触媒の存在下、高温でかつ気相中で弗化水素と反応させて、式C2Clx+1Fyの化合物が混入している式C2HClxFyの化合物(上記式中、x = 1,2 又は3 であり、y = 2,3又は4であるが、但し、x + y は 5である)を含有する組成物を製造する工程、
(ii) 工程 (i) からの組成物を、式C2HClxFyの化合物を式C2Clx+1Fyの化合物から分離する分離工程に付して、ジクロロトリフルオロエタンと、弗化水素と、式 C 2 Cl x+1 F y の化合物とを含有し、式 C 2 Cl x+1 F y の化合物の含有量が該組成物中に存在する式 C 2 HCl x F y の化合物と式 C 2 Cl x+1 F y の化合物の合計重量に基づいて1重量%以下である組成物を得る工程及び
(iii) 第二の反応器において、工程 (ii) で分離されたジクロロトリフルオロエタンを弗素化触媒の存在下、高温でかつ気相中で弗化水素と反応せて生成されるクロロペンタフルオロエタンとペンタフルオロエタンの合計重量に基づいて1重量%以下のクロロペンタフルオロエタンを含有するペンタフルオロエタン組成物を製造する工程
からなり、工程 (i) (ii) 及び (iii) をこの順序で連続法として行うことを特徴とするペンタフルオロエタンの製造方法。
(i) In the first reactor, perchlorethylene is reacted with hydrogen fluoride in the gas phase at high temperature in the presence of a fluorination catalyst to mix the compound of formula C 2 Cl x + 1 F y Containing a compound of formula C 2 HCl x F y where x = 1, 2 or 3 and y = 2, 3 or 4, provided that x + y is 5 Producing a composition;
(ii) subjecting the composition from step (i) to a separation step of separating the compound of formula C 2 HCl x F y from the compound of formula C 2 Cl x + 1 F y , and dichlorotrifluoroethane; and hydrogen fluoride, wherein C 2 containing a compound of Cl x + 1 F y, wherein C 2 Cl x + 1 F wherein C 2 content of the compound of y is present in the composition HCl x F y And the compound C 2 Cl x + 1 F y Obtaining a composition of 1% by weight or less based on the total weight of the compounds of
(iii) In the second reactor, the dichlorotrifluoroethane produced in step (ii) is reacted with hydrogen fluoride at high temperature in the gas phase in the presence of a fluorination catalyst to form chloro Ri Do the step of producing pentafluoroethane composition containing 1% by weight of chloropentafluoroethane, based on the total weight of pentafluoroethane and pentafluoroethane, step (i), (ii) and (iii) Are performed in this order as a continuous process.
工程(iii)からの生成物流を処理して未転化の式C2HClxFyの化合物をペンタフルオロエタンから分離しついで未転化の式C2HClxFyの化合物を工程(i)又は工程(iii)に再循環させる工程を更に含む、請求項1に記載の方法。Step process the product stream from (iii) unconverted formula C 2 HCl x F the compound of y is separated from the pentafluoroethane then a compound of formula C 2 HCl x F y unconverted step (i) or The method of claim 1, further comprising the step of recycling to step (iii). 工程(ii)は前記組成物を蒸留することからなる、請求項1または2に記載の方法。The process according to claim 1 or 2 , wherein step (ii) comprises distilling the composition. 工程(i)で製造される組成物は、この組成物中に存在する式C2HClxFyの化合物と式C2Clx+1Fyの化合物の合計重量に基づいて 0.1% 20重量%の式C2Clx+1Fyの化合物を含有している、請求項1〜のいずれか一項に記載の方法。Step (i) compositions prepared by, based on the total weight of the formula C 2 HCl x compound of F y and compounds of formula C 2 Cl x + 1 F y present in the composition, 0.1 % 2 0 containing the weight percent of the compound of formula C 2 Cl x + 1 F y , the method according to any one of claims 1-3. 工程 (iii) 200℃ 500℃の温度で行われる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。 Step (iii) is carried out at a temperature of 200 ℃ ~ 5 00 ℃, method according to any one of claims 1-4. 工程 (i) および/または工程(iii)において、弗素化触媒はクロミア、オキシ弗化クロム、アルミナ又はオキシ弗化アルミニウムである、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。The method according to any one of claims 1 to 5, wherein in step (i) and / or step (iii), the fluorination catalyst is chromia, chromium oxyfluoride, alumina or aluminum oxyfluoride. 工程(iii)において、弗素化触媒は1種又はそれ以上の金属とクロミア、オキシ弗化クロム、アルミナ又はオキシ弗化アルミニウムとからなる、請求項に記載の方法。The process according to claim 6 , wherein in step (iii), the fluorination catalyst comprises one or more metals and chromia, chromium oxyfluoride, alumina or aluminum oxyfluoride. 工程(iii) において、弗素化触媒は活性を促進する量の亜鉛とクロミア、オキシ弗化クロム、アルミナ又はオキシ弗化アルミニウムとからなる、請求項に記載の方法。8. The method of claim 7 , wherein in step (iii), the fluorination catalyst comprises an amount of zinc that promotes activity and chromia, chromium oxyfluoride, alumina, or aluminum oxyfluoride.
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