JP7417113B2 - 1,1,2-トリフルオロエタン(hfc-143)を含む組成物 - Google Patents
1,1,2-トリフルオロエタン(hfc-143)を含む組成物 Download PDFInfo
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Description
タン(HCFC-133)、1-クロロ-1,1,2-トリフルオロエタン(HCFC-133b)及び1-クロロ-2-
フルオロエチレン(HCFO-1131)からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物とを含む
組成物に関する。
冷媒としても有用なものである(特許文献1)。
冷媒を含む組成物であって、
該冷媒が、
1,1,2-トリフルオロエタン(HFC-143)と、
1-クロロ-1,2,2-トリフルオロエタン(HCFC-133)、1-クロロ-1,1,2-トリフルオロエタ
ン(HCFC-133b)及び1-クロロ-2-フルオロエチレン(HCFO-1131)からなる群より選ばれ
る少なくとも1種の化合物と
を含む、
組成物。
項2.
前記冷媒が、
HFC-143と、
HCFC-133、HCFC-133b及びHCFO-1131からなる群より選択される少なくとも1種の化合物
と、さらに、
1,1,2-トリフルオロエチレン(HFC-1123)、1,1-ジフルオロエタン(HFC-152a)、フル
オロエタン(HFC-161)、1,1,2-トリフルオロエタン(HFC-143)、2-クロロ1,1,1-トリフ
ルオロエタン(HCFC-133a)、HCFC-133b、2,2-ジクロロ1,1,1-トリフルオロエタン(HCFC
-123)及び1,2-ジフルオロエタン(HFC-152)からなる群より選ばれる少なくとも1種の
追加的化合物と
を含む、項1に記載の組成物。
項3.
共沸又は共沸様組成物である、項1又は2に記載の組成物。
項4.
前記追加的化合物を、前記冷媒の全体に対して合計で1質量%以下含む、項2又は3に
記載の組成物。
項5.
項1~4のいずれか一項に記載の組成物の、熱移動媒体組成物としての使用。
項6.
HFC-143及びHCFC-133bを含む共沸組成物を、HFC-143及びHCFC-133bを含む組成物から分離
する方法であって:
(1)HFC-143及びHCFC-133bを含む組成物を第1蒸留塔に供給して蒸留する工程;及び
(2)HFC-143及びHCFC-133bを含む共沸組成物を第1蒸留塔の塔頂留出物として、かつHF
C-143又はHCFC-133bを第1蒸留塔の塔底から、それぞれ抜き出す工程;並びに
(3)必要に応じて前記塔頂留出物を第1蒸留塔と運転条件の異なる第2蒸留塔に供給し
て蒸留する工程;及び
を含む分離方法。
項7.
第2蒸留塔の運転圧力が第1蒸留塔の運転圧力よりも低い、項6に記載の分離方法。
項8.
第2蒸留塔の運転圧力が第1蒸留等の運転圧力よりも高い、項6に記載の分離方法
項9.
第2蒸留塔の塔頂留出物を第1蒸留塔にリサイクルする、項6~8のいずれか一項に記
載の分離方法。
本明細書において用語「冷媒」には、ISO817(国際標準化機構)で定められた、冷媒の
種類を表すRで始まる冷媒番号(ASHRAE番号)が付された化合物が少なくとも含まれ、さ
らに冷媒番号が未だ付されていないとしても、それらと同等の冷媒としての特性を有する
ものが含まれる。冷媒は、化合物の構造の面で、「フルオロカーボン系化合物」と「非フ
ルオロカーボン系化合物」とに大別される。「フルオロカーボン系化合物」には、クロロ
フルオロカーボン(CFC)、ハイドロクロロフルオロカーボン(HCFC)及びハイドロフル
オロカーボン(HFC)が含まれる。「非フルオロカーボン系化合物」としては、プロパン
(R290)、プロピレン(R1270)、ブタン(R600)、イソブタン(R600a)、二酸化炭素(
R744)及びアンモニア(R717)等が挙げられる。
物を含む)と、(2)その他の成分をさらに含み、少なくとも冷凍機油と混合することに
より冷凍機用作動流体を得るために用いることのできる組成物と、(3)冷凍機油を含有
する冷凍機用作動流体とが少なくとも含まれる。本明細書においては、これら三態様のう
ち、(2)の組成物のことを、冷媒そのもの(冷媒の混合物を含む)と区別して「冷媒組
成物」と表記する。また、(3)の冷凍機用作動流体のことを「冷媒組成物」と区別して
「冷凍機油含有作動流体」と表記する。
とができる組成物を意味する。具体的には、本明細書において、用語「共沸様組成物」は
、実質的に単一物質として振る舞う2つ以上の物質の定沸点の、または実質的に定沸点の
混合物を意味する。共沸様組成物の特徴の一つとして、液体の蒸発又は蒸留によって発生
した蒸気の組成が、液体の組成と実質的に変化しないことが挙げられる。すなわち、本明
細書においては、ある混合物が、実質的な組成変化なしに沸騰、蒸留又は還流するとき、
この混合物のことを、共沸様組成物と呼ぶ。具体的には、ある特定の温度での組成物のバ
ブルポイント蒸気圧と、当該組成物の露点蒸気圧との差が3%以下(バブルポイント圧力を
基準として)である場合に、当該組成物は共沸様組成物であると本開示では定義する。
脈で用いられる場合、第一の類型として、第一の冷媒を使用して運転するために設計され
た機器において、必要に応じてわずかな部品(冷凍機油、ガスケット、パッキン、膨張弁
、ドライヤその他の部品のうち少なくとも一種)の変更及び機器調整のみを経るだけで、
第二の冷媒を使用して、最適条件下で運転することができることを意味する。すなわち、
この類型は、同一の機器を、冷媒を「代替」して運転することを指す。この類型の「代替
」の態様としては、第二の冷媒への置き換えの際に必要とされる変更乃至調整の度合いが
小さい順に、「ドロップイン(drop in)代替」、「ニアリー・ドロップイン(nealy dro
p in)代替」及び「レトロフィット(retrofit)」があり得る。
の既存用途と同一の用途のために、第二の冷媒を搭載して用いることも、用語「代替」に
含まれる。この類型は、同一の用途を、冷媒を「代替」して提供することを指す。
ることにより、周囲の外気よりも低い温度にし、かつこの低温を維持する装置全般のこと
をいう。言い換えれば、冷凍機は温度の低い方から高い方へ熱を移動させるために、外部
からエネルギーを得て仕事を行いエネルギー変換する変換装置のことをいう。
本開示の組成物は、少なくとも本開示の冷媒を含む。
本開示の冷媒は、HFC-143と、1-クロロ-1,2,2-トリフルオロエタン(HCFC-133)、1-ク
ロロ-1,1,2-トリフルオロエタン(HCFC-133b)及び1-クロロ-2-フルオロエチレン(HCFO-
1131)からなる群より選択される少なくとも一種の追加的化合物(第1追加的化合物)と
を含む。
して、好ましくは0質量%を超え10質量%未満含み、より好ましくは0質量%を超え5
質量%未満含み、さらに好ましくは0質量%を超え1質量%未満含む。
ルオロエチレン(HFC-1123)、1,1-ジフルオロエタン、フルオロエタン(HFC-161)、1,1
,2-トリフルオロエタン(HFC-143)、2-クロロ1,1,1-トリフルオロエタン(HCFC-133a)
、2,2-ジクロロ1,1,1-トリフルオロエタン(HCFC-123)及び1,2-ジフルオロエタン(HFC-
152a)からなる第2追加的化合物を含んでいてもよい。
的化合物との合計を基準として、好ましくは1質量%以下含む。この割合で第2追加的化
合物を含む本開示の冷媒を含む組成物は安定性に優れ、1,2-ジフルオロエチレン(HFO-11
32)の製造用原料として使用しうる。
体を基準として、好ましくは99.5質量%以上含む。
本開示の組成物は、好ましくは共沸又は共沸様組成物である。これらの共沸又は共沸様
組成物は、HFC-143と追加的化合物との混合物において、追加的化合物をHFC-143から分離
する共沸蒸留を行う際に重要な組成物となりうる。
2追加的化合物が含まれうる。
とにより目的物を濃縮乃至分離する方法である。共沸蒸留によって、分離対象成分のみを
蒸留することができる場合もあるが、分離対象成分の1つ以上と共沸混合物を形成する別
の成分を外部から添加した場合に初めて共沸蒸留が起こる場合もある。狭義には、後者の
みを共沸蒸留と呼ぶ。例えば、HFC-143と第1追加的化合物とを含む共沸又は共沸様組成
物を、HFC-143と第1追加的化合物とを少なくとも含む組成物から共沸蒸留によって抜き
出すことによって、第1追加的化合物をHFC-143から分離することができる。
3とHCFC-133との質量比がHFC-143:HCFC-133=74:26であるときに、共沸組成物となり、
同質量比がHFC-143:HCFC-133=15:85~99.9:0.1であるときに、共沸様組成物となる。
とHCFC-133bとの質量比がHFC-143:HCFC-133b=48:52であるときに、共沸組成物となり、
同質量比がHFC-143:HCFC-133b=23:77~99.9:0.1であるときに、共沸様組成物となる。
FC-143とtrans-HCFO-1131との質量比がHFC-143:trans-HCFO-1131=56:44であるときに、
共沸組成物となり、同質量比がHFC-143:trans-HCFO-1131=41:59~71:29であるときに、
共沸様組成物となる。
-143とcis-HCFO-1131との質量比がHFC-143:cis-HCFO-1131=59:41であるときに、共沸組
成物となり、同質量比がHFC-143:cis-HCFO-1131=38:62~99.9:0.1であるときに、共沸
様組成物となる。
本開示の組成物は、熱移動媒体組成物として用いることができる。
HFC冷媒である、HFC134a、R-410A、R-407C又はR-404A等の冷媒を代替する、より低い地球
温暖化係数(GWP)を有する冷媒、又は冷媒の成分としても使用しうる。
え、さらに少なくとも一種のその他の成分を含有していてもよい。本開示の組成物は、さ
らに少なくとも冷凍機油と混合することにより冷凍機用作動流体を得るために用いること
ができる(この場合の本開示の組成物を「本開示の冷媒組成物」という)。
有していてもよい。その他の成分は、特に限定されないが、具体的には、例えば、水、ト
レーサー、紫外線蛍光染料、安定剤、重合禁止剤等が挙げられる。
なくとも冷凍機油と混合して用いられる。したがって、本開示の冷媒組成物は、好ましく
は冷凍機油を実質的に含まない。具体的には、本開示の冷媒組成物は、組成物全体に対す
る冷凍機油の含有量が好ましくは0~1質量%であり、より好ましくは0~0.1質量%である。
媒全体に対して、0.1質量%以下とすることが好ましい。冷媒組成物が微量の水分を含む
ことにより、冷媒中に含まれ得る不飽和のフルオロカーボン系化合物の分子内二重結合が
安定化され、また、不飽和のフルオロカーボン系化合物の酸化も起こりにくくなるため、
冷媒組成物の安定性が向上する。
その変更を追跡できるように検出可能な濃度で本開示の冷媒組成物に添加される。
を含有してもよい。
することができる。
ーボン、クロロフルオロカーボン、ハイドロクロロカーボン、フルオロカーボン、重水素
化炭化水素、重水素化ハイドロフルオロカーボン、パーフルオロカーボン、フルオロエー
テル、臭素化化合物、ヨウ素化化合物、アルコール、アルデヒド、ケトン、亜酸化窒素(
N2O)等が挙げられる。トレーサーとしては、ハイドロフルオロカーボン、ハイドロクロ
ロフルオロカーボン、クロロフルオロカーボン、ハイドロクロロカーボン、フルオロカー
ボン及びフルオロエーテルが特に好ましい。
FC-14(テトラフルオロメタン、CF4)
HCC-40(クロロメタン、CH3Cl)
HFC-23(トリフルオロメタン、CHF3)
HFC-41(フルオロメタン、CH3Cl)
HFC-125(ペンタフルオロエタン、CF3CHF2)
HFC-134a(1,1,1,2-テトラフルオロエタン、CF3CH2F)
HFC-134(1,1,2,2-テトラフルオロエタン、CHF2CHF2)
HFC-143a(1,1,1-トリフルオロエタン、CF3CH3)
HFC-152(1,2-ジフルオロエタン、CH2FCH2F)
HFC-245fa(1,1,1,3,3-ペンタフルオロプロパン、CF3CH2CHF2)
HFC-236fa(1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン、CF3CH2CF3)
HFC-236ea(1,1,1,2,3,3-ヘキサフルオロプロパン、CF3CHFCHF2)
HFC-227ea(1,1,1,2,3,3,3-ヘプタフルオロプロパン、CF3CHFCF3)
HCFC-22(クロロジフルオロメタン、CHClF2)
HCFC-31(クロロフルオロメタン、CH2ClF)
CFC-1113(クロロトリフルオロエチレン、CF2=CClF)
HFE-125(トリフルオロメチル-ジフルオロメチルエーテル、CF3OCHF2)
HFE-134a(トリフルオロメチル-フルオロメチルエーテル、CF3OCH2F)
HFE-143a(トリフルオロメチル-メチルエーテル、CF3OCH3)
HFE-227ea(トリフルオロメチル-テトラフルオロエチルエーテル、CF3OCHFCF3)HFE-236
fa(トリフルオロメチル-トリフルオロエチルエーテル、CF3OCH2CF3)
分率(ppm)~約1000ppm含んでいてもよい。本開示の冷媒組成物は、トレーサーを合計で
、冷媒組成物全体に対して、好ましくは約30ppm~約500ppm、より好ましくは約50ppm~約
300ppm含んでいてもよい。
以上を含有してもよい。
適宜選択することができる。
ントレン、キサンテン、チオキサンテン、ナフトキサンテン及びフルオレセイン、並びに
これらの誘導体が挙げられる。紫外線蛍光染料としては、ナフタルイミド及びクマリンの
いずれか又は両方が特に好ましい。
有してもよい。
ができる。
物、並びにニトロベンゼン及びニトロスチレン等の芳香族ニトロ化合物等が挙げられる。
ミン等が挙げられる。
ることが好ましく、0.05~2質量%とすることがより好ましい。
を含有してもよい。
することができる。
ンメチルエーテル、ジメチル-t-ブチルフェノール、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾール、
ベンゾトリアゾール等が挙げられる。
とすることが好ましく、0.05~2質量%とすることがより好ましい。
成物を「本開示の冷凍機油含有作動流体」という)。本開示の冷凍機油含有作動流体は、
本開示の冷媒組成物と、冷凍機油とを少なくとも含み、冷凍機における作動流体として用
いられる。具体的には、本開示の冷凍機油含有作動流体は、冷凍機の圧縮機において使用
される冷凍機油と、冷媒又は冷媒組成物とが互いに混じり合うことにより得られる。冷凍
機油含有作動流体には冷凍機油は一般に10~50質量%含まれる。
二種以上を含有してもよい。
ことができる。その際には、必要に応じて、前記混合物との相溶性及び前記混合物の安定
性等を向上する作用等の点でより優れている冷凍機油を適宜選択することができる。
ステル(POE)及びポリビニルエーテル(PVE)からなる群より選択される少なくとも一種
が好ましい。
、極圧剤、酸捕捉剤、酸素捕捉剤、銅不活性化剤、防錆剤、油性剤及び消泡剤からなる群
より選択される少なくとも一種であってもよい。
。
んでもよい。添加剤としては例えば以下の相溶化剤等が挙げられる。
二種以上を含有してもよい。
ことができる。
リル、ケトン、クロロカーボン、エステル、ラクトン、アリールエーテル、フルオロエー
テルおよび1,1,1-トリフルオロアルカン等が挙げられる。相溶化剤としては、ポリオキシ
アルキレングリコールエーテルが特に好ましい。
また、本開示では、上記の組成物を利用したこれらの成分の分離プロセスも開示される
。
合物とを少なくとも含む組成物から共沸蒸留によって抜き出すことによって、追加的化合
物をHFC-143から分離することができる。
2追加的化合物が含まれうる。
3bを含む組成物から分離する方法として、以下の工程を含む方法が挙げられる。
(1)HFC-143及びHCFC-133bを含む組成物を第1蒸留塔に供給して蒸留する工程;及び
(2)HFC-143及びHCFC-133bを含む共沸組成物を第1蒸留塔の塔頂留出物として、かつHF
C-143又はHCFC-133bを第1蒸留塔の塔底から、それぞれ抜き出す工程;並びに
(3)必要に応じて前記塔頂留出物を第1蒸留塔と運転条件の異なる第2蒸留塔に供給し
て蒸留する工程;及び
(4)必要に応じて第1蒸留塔の塔底から抜き出した化合物に富むストリームを第2蒸留
塔の塔底から抜き出す工程;
を含む分離方法。
組成物であってもよいし、HFC-143及びHCFC-133bとは別の成分を一種以上さらに含む組成
物であってもよい。
成物であってもよい。
。
形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
限定されるものではない。
。
。
HFC-143及びHCFO-133bを含む共沸組成物を分離により得るためのプロセスを以下の通り
行った。図1に共沸組成物を用いた蒸留分離プロセスの一例を示す。S11よりHFC-143及び
HCFC-133bを含む非共沸組成物(出発組成物)を蒸留塔C1にフィードする。S13よりHFC-14
3及びHCFC-133bを含む共沸組成物が流出し、S12からは出発組成物と比較してHCFC-133b、
HCFO-1131(E)およびHCFO-1131(Z)の濃度が低下したHFC-143及びHCFC-133bを含む非共沸組
成物が得られる。S12は次の工程に送られる。C2ではC1から圧力条件を変えることにより
得られる共沸組成を変えることができる。これを利用して、S14からS12と比較してHCFC-1
33b、HCFC-133、HCFO-1131(E)およびHCFO-1131(Z)の濃度が低下した実質的にHFC-143のみ
からなる組成物を得ることができる。表5は、蒸留を行った際の各ストリームにおける組
成比(質量比)から各成分の流量を求めたものである。このプロセスを利用することによ
り、ロスを最低限にしたHFC-143の精製プロセスを構築できる。
なお、圧力は絶対圧を指す。
R143と追加的化合物とを含む冷媒の冷凍能力を比較した。結果を表6に示す。冷凍サイ
クル条件は以下の通りである。
Claims (5)
- 冷媒を含む熱移動媒体用組成物であって、
該冷媒が、
(a)1,1,2-トリフルオロエタン(HFC-143)と、
(b)1-クロロ-1,2,2-トリフルオロエタン(HCFC-133)、1-クロロ-1,1,2-トリフルオロエタン(HCFC-133b)及び1-クロロ-2-フルオロエチレン(HCFO-1131)からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物と、
(c)2-クロロ1,1,1-トリフルオロエタン(HCFC-133a)とを含み、 前記化合物(b)を、HFC-143と前記化合物(b)との合計を基準として、0質量%を超え1質量%未満含み、
HCFC-133aを、HFC-143と前記化合物(b)とHCFC-133aとの合計を基準として、0質量%を超え1質量%以下含み、かつ
HFC-143と前記化合物(b)とHCFC-133aとの合計を、冷媒全体を基準として、99.5質量%以上含む、
熱移動媒体用組成物。 - 冷媒を含む組成物であって、
該冷媒が、
(a)1,1,2-トリフルオロエタン(HFC-143)と、
(b)1-クロロ-1,2,2-トリフルオロエタン(HCFC-133)、1-クロロ-1,1,2-トリフルオロエタン(HCFC-133b)及び1-クロロ-2-フルオロエチレン(HCFO-1131)からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物と、
(c) 1,1,2-トリフルオロエチレン(HFC-1123)、1,1-ジフルオロエタン(HFC-152a)及び2-クロロ1,1,1-トリフルオロエタン(HCFC-133a)からなる群より選ばれる少なくとも1種の追加的化合物とを含み、
前記化合物(c)を、HFC-143と前記化合物(b)と前記化合物(c)との合計を基準として、0質量%を超え1質量%以下含み、かつ
HFC-143と前記化合物(b)と前記化合物(c)との合計を、冷媒全体を基準として、99.5質量%以上含む、組成物。 - 前記追加的化合物を、前記冷媒の全体に対して合計で1質量%以下含む、請求項2に記載の組成物。
- 共沸又は共沸様組成物である、請求項1~3のいずれか一項に記載の組成物。
- 請求項1~4のいずれか一項に記載の組成物の、熱移動媒体組成物としての使用。
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