JP5133500B2 - コバルト置換酸化クロム組成物、それらの製造、および触媒および触媒前駆物質としてのそれらの使用 - Google Patents
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Description
(b)(a)で形成された共沈固体を回収し;
(c)回収された固体を乾燥させ;そして
(d)その乾燥した固体をか焼する
ことを含んでなる。
ハロゲン化炭化水素化合物または不飽和炭化水素化合物のフッ素含有率を、上記の結晶質コバルト置換α−酸化クロムおよびフッ素化剤で処理された前記コバルト置換α−酸化クロムよりなる群から選択される少なくとも1つのクロム含有成分を含んでなる触媒組成物の存在下で前記化合物を気相中でフッ化水素と反応させることによって増加させる方法が本発明に包含される。その触媒組成物は場合により、触媒の活性および選択性を変化させるための添加剤などの更なる成分を含有し得る。
ハロゲン化炭化水素化合物または炭化水素化合物のフッ素含有率を、上記の結晶質コバルト置換α−酸化クロムおよびフッ素化剤で処理された前記コバルト置換α−酸化クロムよりなる群から選択される少なくとも1つのクロム含有成分を含んでなる触媒組成物の存在下で、前記化合物を気相中でフッ化水素(HF)および塩素(Cl2)と反応させることによって増加させる方法が本発明に包含される。その触媒組成物は場合により、他の触媒として有効な金属など、更なる成分を含有してもよい。
上記の結晶質コバルト置換α−酸化クロムおよびフッ素化剤で処理された前記コバルト置換α−酸化クロムよりなる群から選択される少なくとも1つのクロム含有成分を含んでなる触媒組成物の存在下で、前記ハロゲン化炭化水素化合物を異性化することによって、ハロゲン化炭化水素化合物におけるフッ素分布を変化させる方法が本発明に包含される。
上記の結晶質コバルト置換α−酸化クロムおよびフッ素化剤で処理された前記コバルト置換α−酸化クロムよりなる群から選択される少なくとも1つのクロム含有成分を含んでなる触媒組成物の存在下で、前記ハロゲン化炭化水素化合物を脱ヒドロフッ素化することによって、ハロゲン化炭化水素化合物のフッ素含有率を低減する方法が本発明に包含される。
上記の結晶質コバルト置換α−酸化クロムおよびフッ素化剤で処理された前記コバルト置換α−酸化クロムよりなる群から選択される少なくとも1つのクロム含有成分を含んでなる触媒組成物の存在下で、前記ハロゲン化炭化水素化合物を気相中で塩化水素(HCl)と反応させることによって、ハロゲン化炭化水素化合物のフッ素含有率を低減する方法が本発明に包含される。
本明細書において開示される触媒を使用することによって得られた反応生成物のいくつかは、直接的な工業用途に望まれる特性を有するだろう。例えば、CH2F2(HF−32)、CHF2CF3(HFC−125)、CHF2CF3(HFC−125)、CH2FCHF2(HFC−134)、CF3CH2CF3(HFC−236fa)、およびCF3CH2CHF2(HFC−245fa)は、冷媒としての用途が見出され、CH2FCF3(HFC−134a)およびCF3CHFCF3(HFC−227ea)は、噴射剤としての用途が見出され、CH2FCHF2(HFC−134)およびCF3CH2CHF2(HFC−245fa)は、発泡剤としての用途が見出され、CHF2CF3(HFC−125)、CF3CH2CF3(HFC−236fa)、およびCF3CHFCF3(HFC−227ea)は、消火剤としての用途が見出される。
エネルギー分散型分光法(EDS)および透過型電子顕微鏡(TEM)
これらの研究において、加速電圧200kVで操作され、かつSi(Li)元素検出器を備えたオックスフォード(Oxford)窓なしEDSシステムで構成されたフィリップス(Philips)CM−20高分解能透過型電子顕微鏡を使用して、クリスタリットを分析した。EDS分析において、試料の電子透過性の薄いセクションを用いて、蛍光など、試料の厚さの影響を最小限に抑えた。また、それらの原子質量が類似していることから、Cr、Co、およびNiのX線吸収断面は、同じであると想定した(ザルゼック(Zaluzec)によるIntroduction to Analytical Electron Microscopy、J.J.Hren、J.I.ゴールドステイン(Goldstein)およびD.C.ジョイ(Joy)編、(プレナム・プレス(Plenum Press)、ニューヨーク(New York)、1979)p.121〜167の記述を参照のこと)。図1、2および3のEDSにおける銅の存在は、TEMグリッドおよび顕微鏡におけるバックグラウンドのためである。
X−Ray Diffraction(アジソン−ウェスレイ(Addison−Wesley)、マサチューセッツ州リーディング(Reading,MA)、1969)でウォレン(Warren)により記述されている方法に従って、XRDデータを得て、分析した。XASデータは、最新フォトン源(Advanced Photon Source)、アルゴンヌ国立研究所(Argonne National Laboratory)のビームライン5BMD、DND−CATで得た。X−Ray Absorption:Principles,Applications,Techniques of EXAFS,SEXAFS and XANES(ジョン・ワイリー&サンズ(John Wiley & Sons)、ニューヨーク(New York)、1988)にコウニングスベルガー(Koningsberger)およびプリンス(Prins)により記述されている方法を用いて、XASデータを得て、分析した。Cr、Co、およびNiのKエッジについて、スペクトルを得た。Crエッジは透過幾何学(transmission geometry)で得られ、CoおよびNiエッジは、それらの濃度が低いことから蛍光モードで得られた。
製造比較例1
100%クロム触媒の製造(400℃)
脱イオン水1000mLに溶解したCr(NO3)3[9(H2O)](1.0モル)400gの溶液を7.4Mアンモニア水477mLで滴下処理し、そのpHを約8.5に上げた。スラリーを室温で一晩攪拌した。アンモニアでpHを8.5に再び調整した後、混合物を蒸発皿に注ぎ、120℃で乾燥させた。次いで、得られた固体を空気中で400℃にて24時間か焼した。
99%クロム/1%コバルト触媒の製造(400℃)
脱イオン水2000mLに溶解してCr(NO3)3[9(H2O)](1.98モル)792.29gおよびCo(NO3)2[6(H2O)](0.0200モル)5.82gの溶液を製造した。その溶液を7.4Mアンモニア水955mLで滴下処理し、pHを約8.5に上げた。スラリーを室温で一晩攪拌した。翌日、pHを8.5に調整した。次いで、2つのガラス漏斗を用いて、固体を回収した;各漏斗中に得られた固体を脱イオン水15〜20リットルで洗浄した。その固体を空気中で120℃にて24時間乾燥させ、次いで空気中で400℃にて24時間か焼した。
98%クロム/2%コバルト触媒の製造(400℃)
脱イオン水2000mLに溶解してCr(NO3)3[9(H2O)](1.96モル)784.30gおよびCo(NO3)2[6(H2O)](0.040モル)11.64gの溶液を製造した。その溶液を7.4Mアンモニア水950mLで滴下処理し、pHを約1.8から約8.5に上げた。スラリーを室温で一晩攪拌し、次いで110〜120℃にて空気中で48時間、乾燥するまで蒸発させた。乾燥した触媒を半分に分けた。半分を空気中で400℃にて24時間か焼した。
98%クロム/2%コバルト触媒の製造(900℃)
製造実施例3で製造された乾燥触媒の残り半分を空気中で900℃にて24時間か焼した。
98%クロム/2%コバルト触媒の製造(400℃)
脱イオン水2000mLに溶解してCr(NO3)3[9(H2O)](1.96モル)784.29gおよびCo(NO3)2[6(H2O)](0.040モル)11.64gの溶液を製造した。pHが約8.5に達するまで、溶液を7.4Mアンモニア水950mLで滴下処理した。pHを8.5に維持しながら、スラリーを室温で24時間攪拌した。次いで、週末の間120℃での加熱を続けて、スラリーを空気中で110〜120℃にて乾燥するまで蒸発させた。次いで、乾燥した触媒を空気中で400℃にて24時間か焼した。
98%クロム/2%コバルト触媒の製造(550℃)
脱イオン水1000mLに溶解してCr(NO3)3[9(H2O)](2.52モル)1,010gおよびCo(NO3)2[6(H2O)](0.050モル)14.6gの溶液を製造した。厚い、黒色の沈殿物が形成するまで、その緑色の溶液を温度約100℃で蒸発させた。固体をホットプレート上で300〜325℃にて乾燥させた。次いで、その固体を磁製皿に移し、加熱炉内で550℃にて20時間か焼した。
98%クロム/2%コバルト触媒の製造(400℃)
Cr(NO3)3[9(H2O)](50.5g、0.126モル)およびCo(NO3)2[6(H2O)](0.73g、0.00251モル)を磁製るつぼに計り入れ、戸外で攪拌しながら共に融解した。その混合物を分解するまで加熱し、次いで加熱炉内で400℃にて24時間か焼した。
97.8%クロム/2.2%コバルト触媒の製造(550℃)
Cr(NO3)3[9(H2O)](50.33g、0.126モル)およびCo(NO3)2[6(H2O)](0.82g、0.00282モル)を磁製るつぼに計り入れ、戸外で攪拌しながら共に融解した。その混合物を分解するまで加熱し、次いで加熱炉内で550℃にて12時間か焼した。
98%クロム/2%コバルト触媒の製造(550℃)
脱イオン水1500mLに溶解してCr(NO3)3[9(H2O)](2.52モル)1,010gおよびCo(NO3)2[6(H2O)](0.0502モル)14.6gの溶液を製造した。機械攪拌機で混合しながら、溶液を29重量%アンモニア水500mLで処理した。その混合物を2時間攪拌し、pHを6.0で安定させた。混合物を大きな磁器皿に移した。加熱によって水を除去した。大部分の水が蒸発した後、ホットプレート上で試料を250〜300℃に加熱した。次いで、得られた固体を磁製皿に移し、加熱炉において550℃で20時間か焼した。
97%クロム/3%コバルト触媒の製造(未洗浄、400℃)
脱イオン水2000mLに溶解してCr(NO3)3[9(H2O)](1.94モル)776.29gおよびCo(NO3)2[6(H2O)](0.060モル)17.46gの溶液を製造した。pHが約8.5に達するまで、溶液を7.4Mアンモニア水950mLで滴下処理した。スラリーを室温で24時間攪拌し、次いで、110〜120℃で乾燥するまで蒸発させた。乾燥した触媒を粉砕して粉末にし、次いで空気中で400℃にて24時間か焼した。か焼生成物の表面積は30.5m2/gであった。
97%クロム/3%コバルト触媒の製造(洗浄:400℃)
脱イオン水2000mLに溶解してCr(NO3)3[9(H2O)](1.94モル)776.29gおよびCo(NO3)2[6(H2O)](0.060モル)17.46gの溶液を製造した。pHが約8.5に達するまで、溶液を7.4Mアンモニア水955mLで滴下処理した。スラリーを室温で一晩攪拌し、翌日にpHを8.5に調整した。次いで、2つの3Lガラス漏斗中に固体を回収し、各各漏斗中に得られた固体を脱イオン水15〜20リットルで洗浄した。次いで、洗浄した固体を空気中で120℃にて24時間、乾燥するまで蒸発させ、次いで空気中で400℃にて24時間か焼した。か焼生成物の表面積は17.8m2/gであった。
95%クロム/5%コバルト触媒の製造(900℃)
脱イオン水1000mLに溶解してCr(NO3)3[9(H2O)](0.95モル)380.14gおよびCo(NO3)2[6(H2O)](0.050モル)14.55gの溶液を製造した。pHが約1.7から8.4に上がるまで、溶液を7.4Mアンモニア水450mLで滴下処理した。スラリーを室温で一晩攪拌し、次いで、空気中で120℃にて乾燥するまで蒸発させ、その温度で一晩維持した。乾燥した触媒を粉砕して粉末にし、次いで空気中で900℃にて20時間か焼した。
95%クロム/5%コバルト触媒の製造(400℃)
脱イオン水2000mLに溶解してCr(NO3)3[9(H2O)](1.90モル)760.28gおよびCo(NO3)2[6(H2O)](0.10モル)29.10gの溶液を製造した。溶液を7.4Mアンモニア水950mLで滴下処理し、pHを約8.5に上げた。スラリーを室温で一晩攪拌し、次いで、空気中で110〜120℃にて48時間乾燥するまで蒸発させた。乾燥した触媒を半分に分けた。半分を空気中で400℃にて24時間か焼した。か焼生成物の表面積は33.6m2/gであった。
95%クロム/5%コバルト触媒の製造(900℃)
製造実施例13で製造した乾燥触媒の残り半分を空気中で900℃にて24時間か焼した。
95%クロム/5%コバルト触媒の製造
(1.5当量過剰なNH4NO3、400℃)
脱イオン水2000mLに溶解してCr(NO3)3[9(H2O)](1.90モル)760.28gおよびCo(NO3)2[6(H2O)](0.10モル)29.10gの溶液を製造した。溶液を7.4Mアンモニア水950mLで滴下処理し、pHを約8.5に上げた。スラリーを室温で24時間攪拌し、次いで、NH4NO3(3.0モル)240.12gの溶液で処理した。室温で2時間攪拌した後、混合物を空気中で120℃にて乾燥するまで蒸発させ、週末の間その温度で維持した。乾燥した触媒を乳鉢および乳棒で粉砕して粉末にし、次いで空気中で400℃にて24時間か焼した。か焼生成物の表面積は36.5m2/gであった。
90%クロム/10%コバルト触媒の製造(洗浄;400℃)
脱イオン水2000mLに溶解してCr(NO3)3[9(H2O)](1.80モル)720.27gおよびCo(NO3)2[6(H2O)](0.20モル)58.21gの溶液を製造した。溶液を7.4Mアンモニア水955mLで滴下処理し、pHを約2.1から約8.5に上げた。スラリーを室温で一晩攪拌した。翌日に、アンモニア水を添加することによって、pHを8.05から8.5に上げた。2つの3Lガラス漏斗中に固体を回収し、各漏斗中の固体を脱イオン水15〜20リットルで洗浄した。次いで、洗浄した固体を空気中で120℃にて24時間、乾燥するまで蒸発させた。次いで、乾燥した触媒を空気中で400℃にて24時間か焼した。
90%クロム/10%コバルト触媒の製造
(3.3当量過剰なNH4NO3;400℃)
脱イオン水200mLに溶解してCr(NO3)3[9(H2O)](0.18モル)72.03gおよびCo(NO3)2[6(H2O)](0.020モル)5.82gの溶液を製造した。その溶液を7.4Mアンモニア水で処理して、pH8.5に上げた。スラリーを室温で24時間攪拌した。次いで、水100mLに溶解したNH4NO3(0.60モル)48.02gの溶液で混合物を処理した。スラリーを1時間攪拌し、次いで空気中で120℃にて約90時間乾燥させた。乾燥した固体を粉砕して粉末にし、次いで蓋付きの皿に入れ、空気中で400℃にて24時間か焼した。
90%クロム/10%コバルト触媒の製造
(6.7当量過剰なNH4NO3;400℃)
水200mLに溶解したNH4(NO3)(1.2モル)96.05gの溶液で、クロム/コバルト酸化物/水酸化物の混合物を処理したことを除いては、上記の酸化物の製造を繰り返した。
以下の一般手順は、フルオロカーボン反応生成物を分析するために用いられる方法の実例である。質量選択的検出器を備えたガスクロマトグラフ(GC−MS)を用いて有機生成物を分析するために、全反応器流出液の一部をオンラインで試料採取した。不活性炭素担体上のクライトックス(Krytox)(登録商標)過フッ化ポリエーテルを含有する、長さ20フィート(6.1m)×直径1/8インチ(0.32cm)を有するガスクロマトグラフィーが達成された。ヘリウムフローは30mL/分であった。ガスクロマトグラフ条件は、3分間の初期保持期間の間60℃であり、続いて速度6℃/分で温度を200℃に設定した。
CF3CHCl2のフッ素化
製造実施例15に記載のように製造されたコバルト置換酸化クロム(Cr/Co 95/5、29.04g、20mL、−12〜+20メッシュ(1.68〜0.84mm))を、流動砂浴中で加熱された直径5/8インチ(1.58cm)インコネル(Inconel)(商標)ニッケル合金反応反応器管に入れた。触媒を窒素フロー(25cc/分、4.2×10−7m3/s)中で77℃から175℃に、約1.2時間にわたって加熱した。次いで、HFおよび窒素を、それぞれ流量50cc/分(8.3×10−7m3/s)で反応器に共に供給した。1.5時間後、窒素フローを20cc/分(3.3×10−7m3/s)分に低減し、HFフローを80cc/分(1.3×10−6m3/s)に増加した。反応器の温度を5時間の間に、徐々に413℃に上げ、413℃でさらに0.6時間維持した。この時間の最後に、HFフローを止め、反応器を20sccm(3.3×10−7m3/s)窒素フロー下にて300℃に冷却した。
CF3CHClFのフッ素化
参照製造実施例16に記載のように製造されたコバルト置換酸化クロム(Cr/Co90/10、6.75g、4mL、12〜20メッシュ(1.68〜0.84mm))を、加熱炉で加熱された直径1/2インチ(1.27cm)インコネル(Inconel)(商標)ニッケル合金反応反応器管に入れた。触媒を窒素フロー(50cc/分、8.3×10−7m3/s)中で200℃から400℃に、約25分間にわたって加熱し、次いで温度を300℃に下げ、窒素フローをさらに80分維持した。窒素フローを35cc/分(5.8×10−7m3/s)に低減し、次いでHFを流量12cc/分(2.0×10−7m3/s)で反応器に入れた。35分後、温度を325℃に上げた。60分後には、温度を350℃に上げた。60分後に、温度を375℃に上げた。90分後に、400℃に上げた。30分後に、425℃に上げた。20分後に、窒素フローを15cc/分(2.5×10−7m3/s)に低減し、HFフローを28cc/分(4.7×10−7m3/s)に増加した。20分後、窒素フローを5cc/分(8.3×10−8m3/s)に低減し、HFフローを36cc/分(6.0×10−7m3/s)に増加した。20分後、窒素フローを止め、HFフローを40cc/分(6.7×10−7m3/s)に増加し、この条件を120分間維持した。反応器温度を350℃に調節し、HFおよびHCFC−124蒸気をモル比2:1、接触時間3.3秒で反応器に供給した。GC−MSによる反応器流出液の分析を以下に示す。
CF3CHClFのフッ素化
参照製造実施例18に記載のように製造された、過剰量のNH4NO3で前処理されたコバルト置換酸化クロム(Cr/Co 90/10、5.66g、4mL、12〜20メッシュ、(1.68〜0.84mm))を、加熱炉で加熱された直径1/2インチ(1.27cm)インコネル(Inconel)(商標)ニッケル合金反応反応器管に入れた。触媒を窒素フロー(50cc/分、8.3×10−7m3/s)中で200℃から400℃に、約25分間にわたって加熱し、次いで温度を300℃に下げ、窒素フローをさらに80分維持した。窒素フローを35cc/分(5.8×10−7m3/s)に低減し、次いでHFを流量12cc/分(2.0×10−7m3/s)で反応器に入れた。35分後、温度を325℃に上げた。60分後に、温度を350℃に上げた。60分後に、温度を375℃に上げた。90分後に、400℃に上げた。30分後に、425℃に上げた。20分後に、窒素フローを15cc/分(2.5×10−7m3/s)に低減し、HFフローを28cc/分(4.7×10−7m3/s)に増加した。20分後、窒素フローを5cc/分(8.3×10−8m3/s)に低減し、HFフローを36cc/分(6.0×10−7m3/s)に増加した。20分後に、窒素フローを遮断し、HFフローを40cc/分(6.7×10−7m3/s)に増加し、この条件を120分間維持した。反応器温度を350℃に調節し、HFおよびHCFC−124蒸気をモル比2:1で接触時間3.3秒にて反応器に供給した。GC−MSによる反応器流出液の分析は以下に示す。
CCl2=CCl2のフッ素化
参照製造実施例16に記載のように製造されたコバルト置換酸化クロム(Cr/Co90/10、32.26g、20mL、−12〜+20メッシュ(1.68〜0.84mm))を、流動砂浴中で加熱された直径5/8インチ(1.58cm)インコネル(Inconel)(商標)ニッケル合金反応反応器管に入れた。触媒を窒素フロー(50cc/分、8.3×10−7m3/s)中で50℃から246℃に約1.6時間にわたって加熱した。触媒を20cc/分(3.3×10−7m3/s)N2で175℃にて一晩パージし、次いで、HFおよびN2を、それぞれ流量50cc/分(8.3×10−7m3/s)で175℃にて反応器に共に供給した。1.3時間後、窒素フローを20cc/分(3.3×10−7m3/s)分に低減し、HFフローを80cc/分(6.3×10−6m3/s)に増加した。反応器の温度を徐々に、2時間にわたって375℃に上げ、次いで10cc/分(1.7×10−7m3/s)N2および90cc/分(1.5×10−6m3/s)HFで409℃にてさらに2.3時間処理した。この時間の最後に、HFフローを止め、反応器を20sccm(3.3×10−7m3/s)窒素フロー下にて300℃に冷却した。
CF3CF2CHCl2とCClF2CF2CHClFとの混合物のフッ素化
製造実施例10に記載のように製造されたコバルト置換酸化クロム(Cr/Co 97/3、28.57g、20mL、−12〜+20メッシュ(1.68〜0.84mm))を、流動砂浴中で加熱された直径5/8インチ(1.58cm)インコネル(Inconel)(商標)ニッケル合金反応反応器管に入れた。触媒を窒素25cc/分(4.2×10−7m3/s)で150℃にて16時間パージした。N2フローを175℃で50cc/分(8.3×10−7m3/s)に0.5時間増加した。次いで、N2およびHFを、それぞれ流量50cc/分(8.3×10−7m3/s)で反応器に共に供給した。1.2時間後、窒素フローを20cc/分(3.3×10−7m3/s)分に低減し、HFフローを80cc/分(1.3×10−6m3/s)に増加した。反応器の温度を徐々に、5.7時間にわたって300℃に上げた。HFを止め、反応器を窒素20cc/分(3.3×10−7m3/s)で約16時間パージした。次いで、N2およびHFフローをそれぞれ、20cc/分(3.3×10−7m3/s)および80cc/分(1.3×10−6m3/s)で確立し、反応器の温度を3.5時間にわたって298℃から410℃に上げ、次いで410℃で2.3時間維持した。この時間の最後に、HFフローを止め、反応器を20sccm(3.3×10−7m3/s)窒素フロー下にて300℃に冷却した。
CF3CCl=CCl2のフッ素化
製造実施例5に記載のように製造されたコバルト置換酸化クロム(Cr/Co 98/2、28.04g、20mL、−12〜+20メッシュ(1.68〜0.84mm))を、流動砂浴中で加熱された直径5/8インチ(1.58cm)インコネル(Inconel)(商標)ニッケル合金反応反応器管に入れた。触媒を窒素フロー(50cc/分、8.3×10−7m3/s)中で90℃から177℃に約0.7時間にわたって加熱した。次いで、HFおよびN2を、それぞれ流量50cc/分(8.3×10−7m3/s)で反応器に共に供給した。2時間後、窒素フローを20cc/分(3.3×10−7m3/s)分に低減し、HFフローを80cc/分(1.3×10−6m3/s)に増加した。反応器の温度を徐々に、3.5時間にわたって298℃に上げた。HFを止め、反応器をN220cc/分(3.3×10−7m3/s)で299℃にて一晩パージした。翌日に、N2およびHFフローをそれぞれ、20cc/分(1.3×10−7m3/s)および80cc/分(1.3×10−6m3/s)で確立し、反応器の温度を1.7時間にわたって400℃に上げた。反応器を400〜410℃でさらに1.3時間維持した。この時間の最後に、HFフローを止め、反応器を20sccm(3.3×10−7m3/s)窒素フロー下にて300℃に冷却した。次いで、モル比20:1、接触時間15秒にて、HFおよびCFC−1213xaを蒸気として反応器に共に供給した。反応器温度300℃でのGC−MSによる反応器流出液の分析を以下に示す。
CF3CCl=CCl2のフッ素化
製造実施例6に記載のように製造されたコバルト/クロム酸化物(Cr/Co 98/2、550℃でか焼、32.0g、20mL、−12〜+20メッシュ(1.68〜0.84mm))を、流動砂浴中で加熱された直径5/8インチ(1.58cm)インコネル(Inconel)(商標)ニッケル合金反応反応器管に入れた。触媒を窒素フロー(50cc/分、8.3×10−7m3/s)中で65℃から176℃に約0.8時間にわたって加熱した。次いで、HFおよびN2を、それぞれ流量50cc/分(8.3×10−7m3/s)で反応器に共に供給した。0.6時間後、次いでN2およびHFフローをそれぞれ、20cc/分(3.3×10−7m3/s)および80cc/分(1.3×10−6m3/s)に調節し、反応器温度を3時間にわたって411℃に上げた。触媒を411℃で0.75時間維持した。次いで、N2およびHFフローをそれぞれ、10cc/分(1.7×10−7m3/s)および50cc/分(8.3×10−7m3/s)に調節し、反応器温度を411℃でさらに2時間維持した。この時間の最後に、HFフローを止め、反応器を15sccm(2.5×10−7m3/s)窒素フロー下にて295℃に冷却した。モル比20:1、接触時間15秒でフッ化水素およびCFC−1213xaを反応器に共に供給した。GC−MSによる反応器流出液の分析を以下に示す。
CF3CCl=CCl2のフッ素化
コバルトクロマイト(CoCr2O4、CAS登録番号[12016−69−2]、40.8g、20mL、−12〜+20メッシュ(1.68〜0.84mm))の市販の試料をペレット化し、篩い分けし、流動砂浴中で加熱された直径5/8インチ(1.58cm)インコネル(Inconel)(商標)ニッケル合金反応反応器管に入れた。触媒を窒素フロー(50cc/分、8.3×10−7m3/s)中で80℃から174℃に約1.5時間にわたって加熱した。次いで、HFおよびN2を、それぞれ流量50cc/分(8.3×10−7m3/s)で反応器に共に供給した。0.2時間後、次いでN2およびHFフローをそれぞれ、20cc/分(3.3×10−7m3/s)および80cc/分(1.3×10−6m3/s)に調節した。次いで、触媒を3.2時間にわたって175℃から401℃に加熱した。次いで、HFフローを止め、反応器を20sccm(3.3×10−7m3/s)窒素フロー下にて300℃に冷却した。反応器をモル比20:1、接触時間15秒でフッ化水素およびCFC−1213xaを反応器に共に供給した。GC−MSによる反応器流出液の分析を以下に示す。
エチレンのクロロフッ素化
この実験で使用した触媒は実施例24で使用した触媒である。反応器温度を250℃に調節し、HF、エチレン、および塩素の蒸気をモル比12:1:1、接触時間15秒で反応器に共に供給した。250℃での反応器流出液のGC−MS分析を以下に示す。
エタンのクロロフッ素化
実施例27からのコバルト置換酸化クロムをこの実験で使用した。反応器の温度を350℃に調節し、HF、CFC−1213xa、および塩素をモル比10:1:4、接触時間15秒で反応器に共に供給した。反応器温度350℃でのGC−MSによる反応器流出液の分析を以下に示す。
CF3CCl=CCl2のクロロフッ素化
製造実施例2に記載のように製造されたコバルトクロム酸化物(Cr/Co 99/1、29.0g、20mL、−12〜+20メッシュ(1.68〜0.84mm))を、流動砂浴中で加熱された直径5/8インチ(1.58cm)インコネル(Inconel)(商標)ニッケル合金反応反応器管に入れた。触媒を窒素フロー(50cc/分、8.3×10−7m3/s)中で52℃から174℃に約1時間にわたって加熱した。次いで、HFおよびN2を、それぞれ流量50cc/分(8.3×10−7m3/s)で反応器に2時間の間、共に供給した;この間、顕著な発熱があった。次いで、窒素フローを20cc/分(3.3×10−7m3/s)に低減し、HFフローを80cc/分(1.3×10−6m3/s)に増加した。反応器の温度を徐々に、3時間で407℃に上げ、406℃で1.3時間維持した。次いで、HFフローを止め、反応器を20sccm窒素フロー下にて300℃に冷却した。CFC−1213xaのクロロフッ素化を、接触時間15秒で反応器に共に供給されたHF、CFC−1213xa、および塩素で300℃にて開始した。モル比20:1:4(それぞれ、HF、CFC−1213xaおよび塩素)の場合には320℃、モル比30:1:2の場合には400℃での反応器流出液のGC−MS分析を以下に示す。
CF3CCl=CCl2のクロロフッ素化
製造実施例2に記載のように製造されたコバルト/クロム酸化物(Cr/Co 95/5、21.8g、15mL、−12〜+20メッシュ(1.68〜0.84mm))を流動砂浴中で加熱された直径5/8インチ(1.58cm)インコネル(Inconel)(商標)ニッケル合金反応反応器管に入れた。触媒を窒素フロー(50cc/分、8.3×10−7m3/s)中で52℃から173℃に約1時間にわたって加熱した。次いで、HFおよび窒素を、それぞれ2cc/分(4.2×10−7m3/s)および75cc/分(1.25×10−6m3/s)の流量で反応器に共に供給した。2.2時間後、窒素およびHFの流量をそれぞれ50cc/分(8.3×10−7m3/s)に調節し、反応器温度を徐々に、3時間にわたって299℃に上げた。反応器を窒素20cc/分(3.3×10−7m3/s)で299℃にて一晩パージした。次いで、HFおよび窒素をそれぞれ、80cc/分(1.3×10−6m3/s)および20cc/分(3.3×10−7m3/s)で反応器に0.6時間、共に供給した。次いで、反応器の温度を2時間にわたって400℃に上げた。窒素フローを10cc/分(1.7×10−7m3/s)に低減し、温度を410℃に上げた。1時間後、温度を280℃に調節した。CFC−1213xaのクロロフッ素化を、モル比20:1:4、接触時間15秒で反応器に共に供給されたHF、CFC−1213xa、および塩素で280℃にて開始した。320℃および350℃での反応器流出液のGC−MS分析を以下に示す。
CF3CCl=CCl2のクロロフッ素化
製造実施例15に記載のように製造された、過剰量の硝酸アンモニウムで前処理されたコバルト/クロム酸化物(Cr/Co 95/5、21.8g、15mL、−12〜+20メッシュ(1.68〜0.84mm))を、流動砂浴中で加熱された直径5/8インチ(1.58cm)インコネル(Inconel)(商標)ニッケル合金反応反応器管に入れた。触媒を窒素フロー(25cc/分、4.2×10−7m3/s)中で77℃から200℃に、約1.3時間にわたって加熱し、次いで、この温度を約63時間維持した。次いで、HFおよび窒素をそれぞれ、流量50cc/分(8.3×10−7m3/s)で177℃にて反応器に共に供給した。1.6時間後、HFおよび窒素流量をそれぞれ80cc/分(1.3×10−6m3/s)および20cc/分(3.3×10−7m3/s)に調節し、反応器の温度を5時間にわたって413℃に上げた。413℃で0.7時間後、HFフローを止め、反応器を窒素で300℃にて一晩パージした。モル比20:1:4、接触時間15秒で反応器に共に供給されたHF、CFC−1213xa、および塩素で300℃にて、CFC−1213xaのクロロフッ素化を開始した。モル供給比20:1:4の場合には320℃および350℃での、モル供給比30:1:2の場合には350℃での反応器流出液のGC−MS分析を以下に示す。
CF3CCl=CCl2のクロロフッ素化
製造実施例11に記載のように製造されたコバルト/クロム酸化物(Cr/Co 97/3、31.6g、20mL、−12〜+20メッシュ(1.68〜0.84mm))を、流動砂浴中で加熱された直径5/8インチ(1.58cm)インコネル(Inconel)(商標)ニッケル合金反応反応器管に入れた。触媒を窒素フロー(50cc/分、8.3×10−7m3/s)中で47℃から174℃に、約0.8時間にわたって加熱した。次いで、HFおよび窒素をそれぞれ、流量50cc/分(8.3×10−7m3/s)で反応器に共に供給した。0.7時間後、窒素およびHF流量をそれぞれ20cc/分(3.3×10−7m3/s)および80cc/分(1.3×10−6m3/s)に調節した。175℃で1.7時間後、反応器温度を徐々に、3.4時間にわたって410℃に上げた。1時間後、温度を410℃から298℃に下げ、HFフローを止め、反応器を窒素で一晩パージした。モル比20:1:4、接触時間15秒で反応器に共に供給されるHF、CFC−1213xa、および塩素で、CFC−1213xaのクロロフッ素化を300℃で開始した。モル供給比20:1:4の場合には320℃および350℃での、モル供給比30:1:2の場合には400℃での反応器流出液のGC−MS分析を以下に示す。
CF3CCl=CCl2のクロロフッ素化
製造実施例10に記載のように製造されたコバルト/クロム酸化物(Cr/Co 97/3、28.2g、20mL、−12〜+20メッシュ(1.68〜0.84mm))を、流動砂浴中で加熱された直径5/8インチ(1.58cm)インコネル(Inconel)(商標)ニッケル合金反応反応器管に入れた。触媒を窒素25cc/分(8.3×10−7m3/s)で150℃にて16時間パージした。N2フローを175℃で50cc/分(8.3×10−7m3/s)に0.5時間増加した。次いで、N2およびHFをそれぞれ、流量50cc/分(8.3×10−7m3/s)で反応器に共に供給した。1.2時間後、窒素フローを20cc/分(3.3×10−7m3/s)に低減し、HFフローを80cc/分に増加した。反応器温度を徐々に、5.7時間にわたって300℃に上げた。HFを止め、反応器を窒素20cc/分(3.3×10−7m3/s)で300℃にて約16時間パージした。次いで、N2およびHFフローをそれぞれ、20cc/分(3.3×10−7m3/s)および80cc/分(1.3×10−6m3/s)で確立し、反応器の温度を3.5時間にわたって298℃から410℃に上げ、次いで410℃で2.3時間維持した。この時間の最後に、HFフローを止め、反応器を20sccm窒素フロー下にて300℃に冷却した。次いで、モル比20:1:4、接触時間15秒で反応器に共に供給されるHF、CFC−1213xa、および塩素蒸気で、CFC−1213xaのクロロフッ素化を300℃で開始した。320℃および350℃での反応器流出液のGC−MS分析を以下に示す。
CF3CCl=CCl2のクロロフッ素化
製造実施例3に記載のように製造されたコバルト/クロム酸化物(Cr/Co 98/2、400℃でか焼、21.06g、15mL、−12〜+20メッシュ(1.68〜0.84mm))を、流動砂浴中で加熱された直径5/8インチ(1.58cm)インコネル(Inconel)(商標)ニッケル合金反応反応器管に入れた。触媒を窒素フロー(50cc/分、8.3×10−7m3/s)中で77℃から176℃に約1.7時間にわたって加熱した。次いで、HFおよびN2をそれぞれ、流量50cc/分(8.3×10−7m3/s)で反応器に共に供給した。1時間後、HFおよびN2フローを50cc/分(8.3×10−7m3/s)で維持しながら、温度を3時間にわたって326℃に上げた。次いで、1時間にわたって反応器温度を401℃に上げると同時に、N2およびHFフローをそれぞれ、25cc/分(4.2×10−7m3/s)および50cc/分(8.3×10−7m3/s)に調節した。次いで、反応器温度を401℃で1時間維持しながら、N2およびHFフローをそれぞれ、10cc/分および50cc/分(8.3×10−7m3/s)に調節した。この時間の最後に、HFフローを止め、反応器を20sccm窒素フロー下にて280℃に冷却した。モル比20:1:4、接触時間15秒で反応器に共に供給されるHF、CFC−1213xa、および塩素蒸気で、CFC−1213xaのクロロフッ素化を280℃で開始した。320℃(20:1:4)および400℃(モル比30:1:2;接触時間=15秒)での反応器流出液のGC−MSデータを以下に示す。
CF3CCl=CCl2のクロロフッ素化
製造実施例4に記載のように製造されたコバルト/クロム酸化物(Cr/Co 98/2、900℃でか焼、27.52g、15mL、−12〜+20メッシュ(1.68〜0.84mm))を、流動砂浴中で加熱された直径5/8インチ(1.58cm)インコネル(Inconel)(商標)ニッケル合金反応反応器管に入れた。触媒を窒素フロー(50cc/分、8.3×10−7m3/s)中で96℃から174℃に約0.5時間にわたって加熱した。次いで、HFおよびN2をそれぞれ、流量50cc/分(8.3×10−7m3/s)で反応器に共に供給した。175℃で0.3時間後、HFおよびN2フローをそれぞれ、80cc/分(1.3×10−6m3/s)および20cc/分(3.3×10−7m3/s)に調節し、次いで温度を5時間にわたって400℃に上げた。この時間の最後に、HFフローを止め、反応器を20sccm(3.3×10−7m3/s)窒素フロー下にて300℃に冷却した。次いで、モル比20:1:4、接触時間15秒で反応器に共に供給されるHF、CFC−1213xa、および塩素蒸気で、CFC−1213xaのクロロフッ素化を300℃で開始した。320℃および400℃での反応器流出液のGC−MS分析を以下に示す。
CF3CCl=CCl2のクロロフッ素化
実施例25の触媒を含有する反応器に、接触時間15秒でフッ化水素、CFC−1213xa、および塩素を共に供給した。320℃(供給ガスのモル比HF:1213xa:Cl2=20:1:4)および375℃(供給ガスのモル比HF:1213xa:Cl2=30:1:2)での反応器流出液のGC−MS分析を以下に示す。
CF3CCl=CCl2のクロロフッ素化
製造実施例9に記載のように製造されたコバルト/クロム酸化物(Cr/Co 98/2、550℃でか焼、29.4g、20mL、−12〜+20メッシュ(1.68〜0.84mm))を、流動砂浴中で加熱された直径5/8インチ(1.58cm)インコネル(Inconel)(商標)ニッケル合金反応反応器管に入れた。触媒を窒素(50cc/分、8.3×10−7m3/s)で174℃にて約72時間パージした。次いで、HFおよびN2をそれぞれ、流量50cc/分(8.3×10−7m3/s)で反応器に共に供給した。175℃で0.8時間後、HFおよびN2フローをそれぞれ、80cc/分(1.3×10−6m3/s)および20cc/分(3.3×10−7m3/s)に調節し、次いで温度を4.3時間にわたって400℃に上げた。HFおよびN2フローをそれぞれ、50cc/分(8.3×10−7m3/s)および10cc/分(1.7×10−7m3/s)に調節し、反応器を406℃でさらに1.7時間維持した。この時間の最後に、HFフローを止め、反応器を20sccm(3.3×10−7m3/s)窒素フロー下にて300℃に冷却した。モル比20:1:4、接触時間15秒で反応器に共に供給されるHF、CFC−1213xa、および塩素蒸気で、CFC−1213xaのクロロフッ素化を300℃で開始した。300℃(供給ガスのモル比HF:1213xa:Cl2=20:1:4)および400℃(供給ガスのモル比HF:1213xa:Cl2=30:1:2)での反応器流出液のGC−MS分析を以下に示す。
CF3CCl=CCl2のクロロフッ素化
比較例26のHF処理コバルトクロマイト触媒を含有する反応器に、接触時間15秒でフッ化水素、CFC−1213xa、および塩素を共に供給した。375℃(供給ガスのモル比HF:1213xa:Cl2=20:1:4)での反応器流出液のGC−MS分析を以下に示す。
CF3CCl=CCl2のクロロフッ素化
製造比較例1に記載のように製造された100%酸化クロム(III)(400℃でか焼、27.8g、20mL、−12〜+20メッシュ(1.68〜0.84mm))を、流動砂浴中で加熱された直径5/8インチ(1.58cm)インコネル(Inconel)(商標)ニッケル合金反応反応器管に入れた。触媒を窒素フロー(50cc/分、8.3×10−7m3/s)中で約1時間にわたって77℃から200℃に加熱した。次いで触媒を窒素(20cc/分,3.3×10−7m3/s)で174℃にて一晩パージした。次いで、HFおよび窒素をそれぞれ、流量50cc/分(8.3×10−7m3/s)で175℃にて反応器に共に供給した。1時間後、HFおよび窒素をそれぞれ、80cc/分(1.3×10−6m3/s)および20cc/分(3.3×10−7m3/s)に調節し、反応器の温度を3.6時間にわたって410℃に上げた。HFフローを止め、反応器を窒素で300℃にてパージした。モル比20:1:4、接触時間15秒で反応器に共に供給されるHF、CFC−1213xa、および塩素蒸気で、CFC−1213xaのクロロフッ素化を300℃で開始した。300℃および400℃(モル供給比=30:1:2)での反応器流出液のGC−MS分析を以下に示す。
CF3CClFCClF2/CF3CCl2CF3(1:1)混合物の異性化
実施例34で使用した触媒を反応器に戻し、窒素で350℃までパージした。CFC−216ba/216aa(216baのGC面積50.2%および216aaのGC面積49.8%)と窒素との混合物をモル比1:4、接触時間30秒で反応器に共に供給した。反応器流出液のGC−MS分析を以下に示す。
CF3CHClF/CClF2CHF2混合物のフッ素化
製造実施例15に記載のように製造されたコバルト置換酸化クロム(Cr/Co 95/5、29.04g、20mL、−12〜+20メッシュ(1.68〜0.84mm))を、流動砂浴中で加熱された直径5/8インチ(1.58cm)インコネル(Inconel)(商標)ニッケル合金反応反応器管に入れた。触媒を窒素フロー(25cc/分、3.3×10−7m3/s)中で約1.2時間にわたって77℃から175℃に加熱した。次いで、HFおよび窒素をそれぞれ、流量50cc/分(8.3×10−7m3/s)で反応器に共に供給した。1.5時間後、窒素フローを20cc/分(3.3×10−7m3/s)に低減し、HFフローを80cc/分(1.3×10−6m3/s)に増加した。反応器の温度を徐々に、5時間で413℃に上げ、413℃でさらに0.6時間維持した。この時間の最後に、HFフローを止め、反応器を20sccm窒素フローで300℃に冷却した。HFおよびHCFC−124蒸気とHCFC−124a蒸気との混合物をモル比4:1、接触時間10秒で反応器に共に供給した。300℃での反応器流出液のGC−MS分析を以下に示す。
CF3CHClF/CClF2CHF2混合物の不均化
窒素およびHCFC−124とHCFC−124aとの混合物(124aのGC面積52.1%および124のGC面積44.2%)を実施例41で使用した触媒を含有する反応器に共に供給した。窒素と124/124a混合物とのモル比は4:1であり、接触時間は10秒であった。250℃および300℃での反応器流出液のGC−MS分析を以下に示す。
CClF2CCl2F/CF3CCl3混合物の異性化および不均化
実施例42で使用された触媒を含有する反応器に、窒素およびCFC−113とCFC−113aとの混合物(113aのGCモル%52.9および113のGCモル%47.1)を共に供給した。窒素と113/113a混合物とのモル比は4:1であり、接触時間は15秒であった。150℃および300℃での反応器流出液のGC−MS分析を以下に示す。
CF3CCl2Fの不均化
実施例43で使用された触媒を含有する反応器に、窒素およびCFC−114a(114aのGCモル%99.95)をモル比4:1、接触時間15秒で共に供給した。250℃および350℃での反応器流出液のGC−MS分析を以下に示す。
CClF2CClF2/CF3CClF2混合物の不均化および異性化
実施例44で使用された触媒を含有する反応器に、窒素およびCFC−114とCFC−114aとの混合物(114のGCモル%87.3および114aのGCモル%12.6)を共に供給した。窒素と114/114a混合物とのモル比は4:1であり、接触時間は15秒であった。300℃および350℃での反応器流出液のGC−MS分析を以下に示す。
CF3CH2CF3の脱ヒドロフッ素化
実施例45で使用された触媒を含有する反応器に、窒素およびHFC−236faを共に供給した。窒素と236faとのモル比は4:1であり、接触時間は15秒であった。300℃および350℃での反応器流出液のGC−MS分析を以下に示す。
CH3CHF2の脱ヒドロフッ素化
実施例45で使用された触媒を含有する反応器に、窒素およびHFC−152aを共に供給した。窒素と152aとのモル比は4:1であり、接触時間は15秒であった。250℃および350℃での反応器流出液のGC−MS分析を以下に示す。
ヘキサフルオロシクロプロパンの異性化
実施例34で使用した触媒(15mL、21.35g)を反応器に戻し、350℃にて窒素で、続いてHClでパージした。次いで、窒素およびヘキサフルオロシクロプロパンをモル比2:1で反応器に共に供給し;接触時間は30秒であった。150℃での反応器流出液のGC−MS分析を以下に示す。
トリフルオロメタンのクロロ脱フッ素化
実施例33で使用した触媒(5mL、7.1g)を反応器に戻し、300℃にて窒素でパージした。次いで、無水塩化水素およびトリフルオロメタン(HFC−23)をモル比20:1で反応器に共に供給し;接触時間は5秒であった。325℃での反応器流出液のGC−MS分析を以下に示す。
1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンのクロロ脱フッ素化
実施例49で使用された触媒を含有する反応器に、無水塩化水素および1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン(HFC−236fa)をモル比10:1で共に供給し;接触時間は10秒であった。325℃での反応器流出液のGC−MS分析を以下に示す。
98%クロム/2%コバルトの製造(550℃)
[Cr(NH3)6]Cl3](16.7684g、64.4ミリモル)および[Co(NH3)6]Cl3](0.3513g、1.31ミリモル)を脱イオン水に溶解した。次いで、沈殿が完了するまで、その溶液に水酸化アンモニウム水溶液を添加した。得られた沈殿物を濾過し、空気中で110℃にて12時間乾燥させた。得られた生成物をメノウ乳鉢で完全に粉砕し、次いで空気中で550℃にて12時間加熱した。
Claims (6)
- α−酸化クロム格子中のクロム原子の0.05原子%〜6原子%が三価コバルト原子により置換された、炭化水素および/またはハロゲン化炭化水素におけるフッ素分布を変化させるための結晶質コバルト置換α−酸化クロム。
- 請求項1に記載の結晶質コバルト置換α−酸化クロムをクロム含有成分として含んでなる炭化水素および/またはハロゲン化炭化水素におけるフッ素分布を変化させるためのクロム含有触媒組成物。
- 請求項1に記載の結晶質コバルト置換α−酸化クロムをフッ素化剤で処理することによって製造されるクロム含有成分を含んでなる炭化水素および/またはハロゲン化炭化水素におけるフッ素分布を変化させるためのクロム含有触媒組成物。
- 請求項1に記載の結晶質コバルト置換α−酸化クロムおよびフッ素化剤で処理された請求項1に記載の結晶質コバルト置換α−酸化クロムよりなる群から選択される少なくとも1つのクロム含有成分を含んでなる組成物を触媒として使用することを特徴とする、触媒の存在下で炭化水素および/またはハロゲン化炭化水素におけるフッ素分布を変化させる方法。
- 不飽和炭化水素および/またはハロゲン化炭化水素のフッ素含有率が、前記触媒組成物の存在下で前記化合物を気相中でフッ化水素と反応させることによって増加される請求項4に記載の方法。
- (a)溶液中にクロム1モル当たり硝酸塩を少なくとも3モル含有し、かつ溶液中でコバルトとクロムの総濃度に対して0.05モル%〜6モル%のコバルト濃度を有する、可溶性コバルト塩と可溶性三価クロム塩との水溶液に、水酸化アンモニウムを添加することによって固体を共沈させ;その溶液中のクロム1モル当たりアンモニウムを少なくとも3モル、溶液に添加して沈殿を完了させた後に;
(b)(a)で形成される共沈固体を回収し;
(c)回収された固体を乾燥させ;そして
(d)乾燥した固体を酸素の存在下でか焼する
ことを含んでなる、請求項1に記載の結晶質コバルト置換α−酸化クロムを含んでなる組成物の製造方法。
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