JPH0780796B2 - 1,1,1,2―テトラフルオロエタンの製造方法 - Google Patents
1,1,1,2―テトラフルオロエタンの製造方法Info
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- JPH0780796B2 JPH0780796B2 JP3297480A JP29748091A JPH0780796B2 JP H0780796 B2 JPH0780796 B2 JP H0780796B2 JP 3297480 A JP3297480 A JP 3297480A JP 29748091 A JP29748091 A JP 29748091A JP H0780796 B2 JPH0780796 B2 JP H0780796B2
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Description
−2,2,2−トリフルオロエタンの気相接触フッ素化
による1,1,1,2−テトラフルオロエタンの製造に
関する。
(当業界においてはF134aという名称の下で知られ
ている)は、現在冷却液として用いられているが成層圏
のオゾン層の希薄化の原因である疑いがあるジクロロジ
フルオロメタン(F12)に置き換わる可能性がある興
味のある化合物である。それ故、工業的規模でF134
aを製造するための経済的方法が現在検討されていて、
これらの一つは1−クロロ−2,2,2−トリフルオロ
エタン(当業界においてはF133aという名称の下で
知られている)のフッ素化である。
化水素の気相接触フッ素化は、フッ素化炭化水素を入手
するための既知の方法である。
においては、金属(コバルト、ニッケルまたはクロム)
によって促進されたアルミナベースの触媒、及び180
〜425℃の温度でのハロアルカンのフッ素化のための
流動床におけるその使用に関する記述がある。この特許
は、とりわけ、1または2の炭素原子を含むハロアルカ
ンであって、しかもこれらの炭素原子の少なくとも一つ
が35を越えない原子番号を有する少なくとも二つのハ
ロゲン原子を持つと共にこれらのハロゲン原子の少なく
とも一つが塩素または臭素であるハロアルカンのフッ素
化を扱っている。
ッケル、銅またはパラジウム)によって促進されたアル
ミナベースの触媒と、これをハロアルカンに用い高度に
フッ素化された生成物へフッ素化することとを記述して
いる米国特許第2,744,148号にも当て嵌まる。
この特許もまた、触媒を活性化しそしてアルミナの一部
を塩基性フッ化アルミニウムに転化するための方法を記
述している。
物の作用寿命に関する指摘は与えられていない。加え
て、1−クロロ−2,2,2−トリフルオロエタンのフ
ッ素化(つまり、結果として原料の部分的な転化をもた
らす平衡反応であるという特別な特徴を示し、そしてさ
らにまた不飽和化合物の生成によって、触媒の寿命に有
害でありコークス堆積による触媒汚れが起きるフッ素
化)を、どの実施例も記述していない。
コバルト、クロムまたはニッケルの塩によって含浸され
たフッ化アルミニウムベースの触媒と、これを芳香族
(トリクロロベンゼン)または環状(オクタクロロシク
ロペンテン)化合物のフッ素化において使用することと
を記述している。
ルのフッ化物の存在下での1,1,1−トリフルオロエ
タンまたはジフルオロメタンの製造のための米国特許第
4,147,733号中に記述されたフッ素化方法は、
反応物にスチームを添加することによって特徴付けられ
る。この方法は、1,1,1,2−テトラフルオロエタ
ン、つまり、そのクロロ前駆体(1−クロロ−2,2,
2−トリフルオロエタン)が記述操作条件下では水と反
応する可能性がある1,1,1,2−テトラフルオロエ
タンには適用されない。
アルカンのフッ素化、最も狭義にはフッ化アルミニウム
と、小量の鉄、クロム及び必要に応じて加えられるニッ
ケルの化合物とから成る触媒による1,1,2−トリク
ロロ−1,2,2−トリフルオロエタンから対称的な
1,2−ジクロロ−1,1,2,2−テトラフルオロエ
タンへのフッ素化のための方法を特許請求している。こ
の触媒はまた、エチレンの塩素フッ素化(chloro
fluorination)にも適切である。最初の反
応において、NiF2/AlF3触媒は、混合触媒、即ち
(NiF2+CrF3)/AlF3よりももっと活性であ
るように変わる(9頁の表1のテスト番号2及び6参
照)。同じタイプのフッ素化のために、米国特許第3,
793,229号は、AlF3で支持された亜鉛、クロ
ム及びニッケル触媒を、そして米国特許第3,787,
331号は、AlF3で支持されたマンガン、クロム及
び必要に応じて加えられるニッケルの触媒を使用するこ
とを記述している。これらの三つの特許はいずれも、1
−クロロ−2,2,2−トリフルオロエタンのフッ素化
反応を述べていない。
1号は、金属(ニッケル、コバルト、鉄、マンガン、ク
ロム、銅または銀)のフッ化物のための支持体として使
用される非常に純粋なアルミナ(100ppm未満のナ
トリウムしか含まずそして多孔性である)を基にした触
媒の存在下での飽和または不飽和化合物のフッ素化のた
めの方法を特許請求している。高純度触媒を必要とする
この技術は、特に、高率だがしばしば97.5%未満で
ある1,1,1,2−テトラフルオロエタンの選択率
を、そしてしばしば1リットルの触媒あたり65g/時
間未満である製造効率を、結果としてもたらす。
フッ化アルミニウム、フッ化ニッケル及び酸化クロムか
ら成る触媒の存在下での塩化ビニルのフッ素化方法の記
述がある。触媒の製造、その寿命または、とりわけ、
1,1,1,2−テトラフルオロエタンの合成における
その活性に関する言及は為されていない。
第0,331,991号は、フッ化水素酸による1−ク
ロロ−2,2,2−トリフルオロエタンの気相接触フッ
素化による1,1,1,2−テトラフルオロエタンの製
造を、特に詳しく、言及している。同第0,328,1
27号によれば、この操作は、酸素の存在下で実施さ
れ、そしてフッ化アルミニウム支持体の上のCo、M
n、Ni、Pd、Ag及びRuから成る群から選ばれた
金属を含む触媒を用いる。同第0,331,991号の
方法においては、フッ化アルミニウムまたは木炭支持体
の上の、8族、7B族、3B族、1B族の金属または5
8〜71の原子番号を有する金属を含む触媒を用いる。
後者の文書の実施例5によると、30秒の接触時間,H
F/F133aモル比10,350℃でニッケル触媒に
よって、F133a転化率は僅かに8%でありそしてF
134aの選択率は僅かに86.3%であることがわか
る。温度が上昇すると(実施例6及び7における400
及び425℃)、F133a転化率が改善されるが、F
134aの選択率はほぼ変らず約85%に留まる。
用いることによってF134aの非常に高い選択率(1
00%に近い)を得ることができることがここに見い出
された。
ウムから成る支持体またはフッ化アルミニウム及びアル
ミナの混合物から成る支持体の上に堆積された、ニッケ
ルの酸化物、ハロゲン化物及び/またはオキシハロゲン
化物とクロムの酸化物、ハロゲン化物及び/またはオキ
シハロゲン化物から成る混合触媒を用いることを特徴と
する、フッ化水素酸での1−クロロ−2,2,2−トリ
フルオロエタン(F133a)の気相接触フッ素化によ
る1,1,1,2−テトラフルオロエタン(F134
a)の製造方法である。
は既知である方法で製造することができる。第一段階に
おいて、空気及びフッ化水素酸によるフッ素化によって
活性アルミナをフッ化アルミニウムに、またはフッ化ア
ルミニウムとアルミナの混合物に転化してよく、この
際、アルミナからフッ化アルミニウムへの転化率は、ア
ルミナのフッ素化を実施する温度(一般に200〜45
0℃、好ましくは250〜400℃)に主に依存する。
次に、この支持体を、クロム塩とニッケル塩の水溶液
に、またはクロム酸、ニッケル塩及びメタノール(クロ
ムのための還元剤として使用される)の水溶液に含浸す
る。
は塩化物が用いられるが、その他の塩、例えばシュウ酸
塩、蟻酸塩、酢酸塩、硝酸塩及び硫酸塩または重クロム
酸ニッケルを、これらの塩が支持体によって吸収され得
る量の水の中に可溶性であるという条件下で用いること
もまた可能である。
はまた、活性アルミナを上で述べたクロム化合物とニッ
ケル化合物の溶液に直接含浸することによって製造する
こともできる。この場合には、アルミナからフッ化アル
ミニウムへの少なくとも一部(70%以上)の転化が、
触媒活性化段階の間に起きる。
る活性アルミナは、商業的に入手できるよく知られてい
る製品である。それらは、一般に、アルミナ水和物を3
00〜800℃の温度でか焼することによって製造され
る。本発明で用いることができる活性アルミナは、高い
ナトリウム含量(1000ppmまで)としてよい。こ
の程度なら触媒作用に有害とならない。
くは1に近い値)のニッケル/クロム原子比であって、
重量割合に関しては0.5〜20%のクロム及び0.5
〜20%のニッケル(好ましくは、各々2〜10%)を
含んでよい。
反応を触媒することができるようになる前に、本発明に
よる触媒は、適切な状態にされねばならない。即ち、
「活性化」として知られている予備的な操作によって
(反応条件下で)活性でかつ安定である成分に転化され
ねばならない。
設計された適切な装置中、その場で(フッ素化反応器中
で)またはその他でのどちらかで実施することができ
る。この活性化は、一般に、以下の段階を含む。
〜150℃、好ましくは110〜120℃)での乾燥段
階、窒素下での高温(350〜450℃、好ましくは3
90〜410℃)での乾燥段階、フッ化水素酸及び窒素
の混合物による低温(180〜300℃、好ましくは約
200℃)でのフッ素化段階(ここで、温度が300℃
を越えないようにHF含量を調節する)、並びに450
℃まで上げることができる温度での純粋なフッ化水素酸
の流れの下での仕上げ段階。
ニッケル及びクロム、クロム酸または重クロム酸ニッケ
ル、酸化クロム)は、対応するフッ化物及び/またはオ
キシフッ化物に転化するが、これは、結果として水及び
/または塩酸の放出をもたらす。
ケル、フッ素、アルミニウム、酸素)の化学分析によっ
て、本発明による触媒の無機組成を実証し得る。
酸による1−クロロ−2,2,2−トリフルオロエタン
(F133a)の気相フッ素化による1,1,1,2−
テトラフルオロエタンの合成のための操作条件は以下の
通りである: a)触媒は、流動床中または固定床中のどちらでも機能
し得る。反応が実質的に発熱性でない(athermi
c(athermique))ことが分かっているの
で、後者の態様が好ましい。
圧では、反応温度は300〜375℃そして好ましくは
330〜360℃である。もっと高い圧力では(約15
絶対バールでは)、最適温度は350〜420℃そして
好ましくは375〜410℃である。
0でよいが、好ましくは2〜5である。
条件下での)流れ時間として計算される接触時間は、2
〜30秒である。大気圧では3〜5秒が、そしてもっと
高い圧力では(約15絶対バールでは)5〜25秒が好
ましい。
は、義務的ではなく触媒の操作条件に依存する。最高の
生産性を生じる条件下で且つ工業的な稼働に匹敵する寿
命期間が望ましい時には、触媒の連続的なまたは不連続
的な再生を酸素の存在下で実施することができる。ガス
(反応物または不活性)中のその濃度は、不活性化
((desactivation)の原因である炭素質
生成物の燃焼を引き起こすために十分であるべきであ
る。
ましくは12〜16絶対バールである。
本発明を例示する。
(空気中、5〜10容量%濃度のこの酸)による約30
0℃で流動床中でのGrace HSA アルミナのフ
ッ素化により先行段階で得られた、73重量%のフッ化
アルミニウム及び27重量%のアルミナを含む250m
lの支持体を入れる。初期のGraceHSA アルミ
ナは、以下の物理化学的特性を有する: - 形状:1〜2mm径のビーズ - BET表面積:223m2/g - 細孔容積:1.2cm3/g(40Å〜63ミクロン
の細孔径に関して) - ナトリウム含量:990ppm 二種の別々の水溶液を独立に製造する: a)以下、を含む塩化ニッケルの添加によるクロム溶
液。
温、大気圧で、約45分にわたって、撹拌されている支
持体の上に導入する。次に、この触媒を、約110℃、
4時間、流動床中で、窒素の流れの中で乾燥する。
7mmの内径のインコネルで作られたチューブ型反応器
中に仕込み、そして大気圧にて窒素の流れの下で温度を
120℃に上げる。この処理を15時間続け次に同じ温
度で4時間窒素を空気に置き換える。次に窒素の流れの
下で温度を400℃に上げ次に14時間(加熱時間も含
めて)維持する。
0℃に戻し次に、温度上昇が95℃を越えないように注
意しながら窒素を次第にフッ化水素酸で置き換える。
最後に温度を純粋なフッ化水素酸の流れ(1モル/時
間)の下で6時間450℃に上げる。
(窒素の流れの下で)、触媒テストを始める。このよう
にして乾燥されそして活性化された触媒の物理化学的特
性は以下の通りである: - 化学組成(重量基準) フッ素:61.6%(≧95%AlF3) アルミニウム:27.5% ニッケル: 3.6% クロム: 2.9% 酸素: 4.4% - 物理的特性: BET表面積:15.9m2/g 40Å〜63ミクロンの半径を有する細孔の容積:0.
430cm3/g 40Åより大きい半径を有する細孔の表面積:16.0
m2/g 250Åより大きい半径を有する細孔の表面積:6.1
m2/g 50〜250Åの半径を有する細孔の表面積:6.1m
2/g1B - F133aからF134aへのフッ素化 触媒の性能を、酸素の添加無しで、以下の操作条件下で
テストした: - 触媒容積(バルクで):75ml - 温度:350℃ - 圧力:大気圧 - フッ化水素酸流量:1.09モル/h - F133a流量:0.26モル/h。
比は4.2±0.3であり、接触時間は3.9±0.2
秒である。
洗浄することによって水素酸を無くしそして次に乾燥し
かつV.P.C.によって分析する。
な操作のテストの間に得られた主な結果を、以下の表1
中に示す。
無水物を三塩化クロム六水和物によって置き換えそして
メタノールを省略する。
支持体をこの溶液に1時間含浸する。
中で述べたものと同一である。
は以下の通りである: - フッ素:61.9% - アルミニウム:27.9% - ニッケル: 3.6% - クロム: 3 % - 酸素: 3.6% その物理的特性は以下の通りである: BET表面積:36.1m2/g 40Å〜63ミクロンの半径を有する細孔の容積:0.
441cm3/g 40Åより大きい半径を有する細孔の表面積:35.5
m2/g 250Åより大きい半径を有する細孔の表面積:4.3
m2/g 50〜250Åの半径を有する細孔の表面積:20.1
m2/g2B - F133aからF134aへのフッ素化 この触媒を、実施例1B中で述べたのと同じ操作条件で
ある操作条件でテストした。酸素の添加無しでの123
時間の連続的な操作のテストの間に得られた結果を、以
下の表2中に示す。
を含む触媒 水溶液a)中の29gの塩化ニッケル六水和物を省略す
るが、実施例1A中で述べたのと正確に同じに操作する
ことによって、触媒を製造しそして活性化した。
りである: - フッ素:63.3% - アルミニウム:30.1% - クロム: 3.5% - 酸素: 3.1% その物理的特性は以下の通りである: BET表面積:18.6m2/g 40Å〜63ミクロンの半径を有する細孔の容積:0.
438cm3/g 40Åより大きい半径を有する細孔の表面積:21.3
m2/g 250Åより大きい半径を有する細孔の表面積:5.9
m2/g 50〜250Åの半径を有する細孔の表面積:9.8m
2/g この触媒を、実施例1B中で述べた操作条件と同じ操作
条件でテストした。酸素の添加無しでの126時間の連
続的な操作のテストの間に得られた結果を、以下の表3
中に示す。
ると、本発明によるニッケル - クロムの組み合わせが
比較的活性であり、とりわけ、時間の経過に影響されな
いことを結論付けることが可能である。
施するが、二種の水溶液の内容を以下のように改変す
る: a) - クロム酸無水物:25g - 塩化ニッケル六水和物:58g - 水:40g を含む塩化ニッケルのクロム溶液、 b) - メタノール:35.6g - 水:30g を含むメタノール溶液。
述べた通り正確に実施した。
及び物理的特性は以下の通りである: - 化学組成(重量基準) フッ素:58.4% アルミニウム:24.6% ニッケル: 6.8% クロム: 5.1% 酸素: 5.1% - 物理的特性: BET表面積:15.1m2/g 40Å〜63ミクロンの半径を有する細孔の容積:0.
382cm3/g 40Åより大きい半径を有する細孔の表面積:20m2
/g 250Åより大きい半径を有する細孔の表面積:7.7
m2/g 50〜250Åの半径を有する細孔の表面積:8.2m
2/g4B - F133aからF134aへのフッ素化 触媒の性能を、以下の操作条件下でテストした: - 触媒容積(バルクで):175ml - 温度:350℃ - 圧力(絶対):12バール - フッ化水素酸流量:5.35モル/h - F133a流量:2.67モル/h。
16.5〜17.9秒の接触時間を、テストの間、維持
した。
放し、次に水によって洗浄することによって水素酸を無
くし、そして次に乾燥しかつV.P.C.によって分析
する。
操作のテストの間に得られた主な結果を、以下の表4中
に示す。
Claims (8)
- 【請求項1】 気体状フッ化水素酸での1−クロロ−
2,2,2−トリフルオロエタン(F133a)の接触
フツ素化による1,1,1,2−テトラフルオロエタン
(F134a)の製造方法において、フツ化アルミニウ
ムから成る支持体またはフッ化アルミニウム及びアルミ
ナの混合物から成る支持体の上に堆積された、ニッケル
の酸化物、ハロゲン化物及び/またはオキシハロゲン化
物とクロムの酸化物、ハロゲン化物及び/またはオキシ
ハロゲン化物から成る混合触媒を用いることを特徴とす
る方法。 - 【請求項2】 触媒中のニッケル及びクロムの重量含量
が各々0.5〜20%であり、そしてニッケル/クロム
の原子比が0.5〜5、好ましくは1に近いことを特徴
とする、請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 各々の金属の該含量が2〜10%である
ことを特徴とする、請求項2記載の方法。 - 【請求項4】 支持体が1000ppmまでのナトリウ
ムを含んでよいことを特徴とする、請求項1から3のい
ずれか一項に記載の方法。 - 【請求項5】 該反応温度が300〜420℃、好まし
くは330〜410℃であることを特徴とする、請求項
1から4のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項6】 操作圧力が1〜20絶対バール、好まし
くは12〜16絶対バールであることを特徴とする、請
求項1から5のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項7】 HF/F133aのモル比が1〜20、
好ましくは2〜5であることを特徴とする、請求項1か
ら6のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項8】 反応条件下で計算される接触時間が2〜
30秒、好ましくは5〜25秒であることを特徴とす
る、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
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