【発明の詳細な説明】
トリクロロトリフルオロエタンの製造方法
発明の分野
本発明はC2Cl4F2異性体の混合物からのC2Cl3F3反応生成物の製造方法
、及びより詳細には実質的にCClF2CClF2を含まぬC2Cl3F3反応生成
物の製造に関する。
背景
テトラクロロジフルオロエタンは通常のフッ素化を用いて容易にトリクロロト
リフルオロエタン(C2Cl3F3)に転化される。C2Cl3F3生成物は代表的に
は98%より多いより対称性の異性体、CCl2FCClF2(CFC−113)
を含む。CFC−113は三ハロゲン化アルミニウム触媒を用いてそのより非対
称の異性体、CCl3CF3(CFC−113a)に容易に異性化し得る。またC
FC−113aは通常のフッ素化により1,1−ジクロロテトラフルオロエタン
(即ち、CCl2FCF3またはCFC−114a)に転化し得る。
CCl2FCF3は担持金属水素化触媒を用いるその炭素−塩素結合の接触水素
添加を介して得ることができる1,1,1,2−テトラフルオロエタン(即ち、C
F3CH2FまたはHFC−134a)への中間体として興味あるものである(例
えば、C.Gervasuttiら、J.Fluorine Chem.,1981/82,19,1〜20
頁参照)。HFC−134aは成層圏オゾンの分解に関連するものとしてみなさ
れているクロロフルオロカーボン(即ち、CFC)冷媒、ブロー剤、エアロゾル
噴射剤及び滅菌剤に対する環境的に許容し得る潜在的代替物である。HFC−1
34aへの
水添経路において用いられる1,1−ジクロロテトラフルオロエタンは水添中に
CFC−114の存在により1,1,2,2−テトラフルオロエタン(即ち、CH
F2CHF2またはHFC−134)の生成が起こり得るために実際的にできる限
り低含有量の1,2−ジクロロテトラフルオロエタンを有することが高度に望ま
しい[例えばJ.L.Bitnerら、U.S.Dep.Comm.Off.Tech.Serv.Rep.13
6732,(1958),25頁参照]。HFC−134a中に混合されるHF
C−134は濃度に依存してある用途に対して不都合であり、そして2つの異性
体が7℃のみ離れて沸騰するため、高純度の異性体の分離は困難である。
実質的にその異性体を含まぬCFC−114aの製造に役立つ方法、殊に通常
の気相フッ素化技術を使用し得る方法に対する要望がある。これは1,2−ジク
ロロテトラフルオロエタンを製造しないトリクロロトリフルオロエタンの製造方
法を含む。
発明の要約
本発明による方法は実質的に1,2−ジクロロテトラフルオロエタンを含まぬ
C2Cl3F3からなる反応生成物の製造方法を与える。本法は(i)本質的に式
C2Cl4-xF2+x(式中、Xは0または1である)の化合物からなり、C2Cl4
F2含有量が該C2Cl4-XF2+Xの約10乃至90モル%の間であり、そしてCC
l3CClF2及びCCl3CF3(即ち、より非対称性のC2Cl4-XF2+X異性体
)の全量に対するCCl2FCCl2F及びCCl2FCClF2(即ち、より対称
性のC2Cl4-XF2+X異性体)の全量のモル比が少なくとも約1:9である原料混
合物を異性化触媒と接触させ、CCl3CClF2及びCCl3CF3の合計100
万重量部当り約50,000重量部より少ないCCl2FCCl2F及
びCCl2FCClF2の合計が存在する異性化生成物を生成させ;(ii)異性化
生成物を気相中にて3価クロムを含むフッ素化触媒の存在下で選ばれた400℃
以下の高温下でHFと接触させて、CCl3CClF2に対するCCl2FCCl2
Fの比及びCCl3CF2に対するCCl2FCClF3の比が共に異性化生成物中
のその比より大きく、そしてCCl2FCClF2に対するCClF2CClF2の
モル比が約1:9より少ない、C2Cl2F4、C2Cl3F3及び約10乃至90%
の間のC2Cl4F2を含むフッ素化生成物を異性化生成物から与え;(iii)C2
Cl2F4及びC2Cl3F3の最初の部分をフッ素化生成物から回収し;そして(i
v)フッ素化生成物からのC2Cl4F2及びC2Cl3F3の第2の部分を、工程(i
ii)中で回収されるC2Cl2F4及びC2Cl3F3の量に少なくとも等しく、そし
てC2Cl4-XF2+Xに対するC2Cl4F2の該原料混合物比を与えるに十分である
追加量のCCl2FCCl2Fと共に工程(i)に再循環させる工程からなる。
図面の簡単な説明
図1は本発明の具体例を図示するものである。
発明の詳細な説明
本発明の方法はテトラクロロジフルオロエタン異性体の混合物の気相接触フッ
素化を含む。実質的にCClF2CClF2を含まぬCCl2FCClF2反応生成
物が生成される。C2Cl4F2はフッ素化工程中に用いられるハロゲン化炭化水
素の混合物中で約19:1〜1:19のCFC−112aに対するCFC−11
2のモル比で存在する。好ましくは、CFC−112aに対するCFC−112
の比は約1:1より少なく、そしてより好ましくは約1:9より少ない。本発明
によれば、フッ素化
は実質的なCClF2CClF2の生成がない条件下である(例えば約400℃以
下の高温下)。実質的にCClF2CClF2が生成しないことは本明細書におい
てはフッ素化生成物中でのCCl2FCClF2に対するCClF2CClF2のモ
ル比が約1:9より少ないことを意味する。好ましくは、フッ素化生成物中のC
Cl2FCClF2に対するCClF2CClF2のモル比は約1:19より少なく
、そしてより好ましくは約1:99より少ない。本発明によるフッ素化法はバッ
チ法で行い得るが、好ましくは接触気相フッ素化反応を行う際に本分野で一般的
に公知の方法で連続的に行う。
C2Cl4F2混合物は3価クロムを含む触媒を用いてフッ化水素と反応させる
。触媒的に有効量の3価クロムに加えて、かかるフッ素化触媒は触媒活性及び/
または寿命を増大させるために他の成分例えば1種またはそれ以上の2価の金属
陽イオン(例えば亜鉛、マグネシウム及び/またはコバルト)を含有し得る。3
価クロム触媒は未担持(例えばCr2O3)または担持され得る(例えばアルミナ
、フッ化アルミニウム、フッ化マグネシウムまたは炭素上)。
適当な気相フッ素化触媒には炭素上に担持された3価クロムハロゲン化物(例
えばCrCl3及び/またはCrF3)が含まれる。好適な触媒には炭素上に担持
され、そしてその内容が引用することにより本明細書に組み込まれる米国特許第
3,632,834号に開示されるCrF3がある。いずれかの適当な炭素担体を
使用し得るが、好適な炭素担体はその上に3価クロムを沈殿させる前に酸洗浄さ
れる。適当な3価クロム触媒は触媒担体として用いる炭素を酸、好ましくは2種
の酸で処理することにより製造し得る。代表的には担体を酸処理後に脱イオン化
水で洗浄
し、そして乾燥し;次にハロゲン化クロムを本分野で十分公知な沈殿技術(例え
ば、米国特許第3,632,834号の実施例1参照)を用いてその上に沈殿させ
る。好ましくは、クロム含有量(CrCl3として表わす)は炭素担持触媒の約
5〜50重量%である。
酸処理は代表的にはフッ化水素酸以外の酸を用いる。酸処理に用いるに好まし
い酸はリンまたは硫黄のいずれも含まない。触媒調製工程中の最初の酸洗浄に使
用し得る酸の例には有機酸例えば酢酸及び無機酸例えばHClまたはHNO3が
含まれる。好ましくは塩酸または硝酸を用いる。第2の酸処理は、行う場合には
フッ化水素酸を用いることが有利である。通常、炭素は処理後に約0.1重量%
より少ない灰分が含まれるように酸で処理する。
適当な担体を与えるために酸で処理し得る市販の炭素には次の商標下で販売さ
れるものが含まれる:DarcoTM、NucharTM、Columbia SBVTM、columbia MBVTM、C
olumbia MBQTM、Columbia JXCTM、Columbia CXCTM、Calgon PCBTM、NoritTM及び
Barnaby Cheny NBTM。炭素担体は粉末、顆粒、押出物またはペレット等の状態で
あり得る。
酸処理は数種の方法で達成し得る。適当な方法は次のとおりである。炭素担体
を脱イオン化水中に調製された酸の1モル溶液中で温和に撹拌しながら一夜浸漬
する。次に炭素担体を分離し、そして洗浄液のpH値が約3になるまで脱イオン
化水で洗浄する。好ましくは次に、炭素担体を脱イオン化水中に調製された酸の
1モル溶液中で温和に撹拌しながら12〜24時間再び浸漬する。次に炭素担体
を標準的方法で試験した場合に洗浄液が実質的に酸の陰イオン(例えばCl-ま
たはNO3 -)を含まなくなるまで最後に脱イオン化水で洗浄する。次に炭素担体
を分離し、
そして約120℃で乾燥する。次に洗浄した炭素を必要ならば脱イオン化水中に
調製された1モルHF中で約48時間室温で時々撹拌しながら浸漬する。炭素担
体を分離し、そして洗浄液のpH値が4より大きくなるまで脱イオン化水で繰り
返し洗浄する。次に炭素担体を乾燥し、続いて担体としてのその使用の前に空気
中にて約300℃で約3時間焼成する。酸洗浄された炭素触媒の製造に関しての
更に詳細は米国特許第5,136,113号を参照されたい。
連続法に対して、フッ素化反応は一般にフッ素化に対して反応ゾーン中で行う
。反応ゾーンは1つより多い反応器、複数の供給ライン、並びに中間冷却または
加熱、反応体の添加、希釈剤、再循環ストリーム等を含有し得る。例えば、多段
反応器はフッ素化の度合を調整するために用いることができ、従って過度の温度
上昇及び過フッ素化が避けられる。反応生成物は通常反応ゾーンの最終で回収さ
れる。必要ならば、反応生成物、中間体及び/または副生物は反応ゾーンの種々
の段階で除去し、そして必要に応じて反応ゾーンの異なった部分に再循環し得る
。例えば、HF及びCFC−113aは1つより多い供給場所で反応ゾーンに供
給し得る。CFC−114aは一般に反応ゾーンの最終から回収される。
適当なフッ素化反応温度は通常約250〜400℃である。好適な温度範囲は
275〜375℃であり、300〜350℃の温度範囲が殊に好ましい。HF:
C2Cl3F3比は通常0.2:1〜4:1であり、そして好ましくは0.25:1
〜2:1の範囲であり、圧力は臨界的ではない。大気圧及び超大気圧(例えば約
100〜約7000kPa)が最も便利であり、従って好ましい。上の反応変化
は触媒充填と共にフッ素化生成物においてCCl2FCF3 100万部当り10,
000重量部より
少ないCClF2CClF2が存在するように他のものとバランスされるものであ
る。本分野に精通せる者は高い温度及び高いHF:C2Cl3F3比は高度のフッ
素化に有利であることを認識されよう。かくて過フッ素化の量は低いHF:C2
Cl3F3比及び/または低い温度を与えることにより減少させ得る。また触媒接
触時間をフッ素化を調節するために常法により調整し得る。
フッ素化からの生成物混合物はC2Cl3F3(殆んど主にCCl2FCClF2
)、少量のCClF2CF3(CFC−115)、CClF2CClF2、CCl2
FCF3(CFC−114a)、未反応C2Cl4F2異性体並びにHF及びHCl
の混合物を通常含む。フッ素化生成物は生成物混合物中のC2Cl3F3(及びい
ずれかのC2Cl2F4)の部分がこの中のC2Cl4F2から分離されるように分離
する。代表的には、1つまたはそれ以上の蒸留カラム(複数)を用いる通常の分
離を用いる。また分離は1つまたはそれ以上のデカンター(decanter)(複数)
を含有し得る。蒸留による分離中に、低沸点物質(例えばHF、HCl、CFC
−115)をCFC−112異性体から分離する。HFと種々のハロカーボン例
えばCCl2FCCl2F、CCl3CClF2、CCl3CF3、及びCCl2FC
F3との共沸混合物が蒸留中に生成し得ることが注目される。
フッ素化生成物からのCFC−112異性体(CFC−112aの選択的フッ
素化の結果として通常CFC−112に富む)及びフッ素化生成物からのCFC
−113異性体の一部を追加のCFC−112と共に異性化ゾーンに供給し、そ
こでCFC−112を実質的にCFC−112aに転化する。HFは異性体触媒
と接触させる前にC2Cl4F2から
除去すべきである。異性化器に供給されるC2Cl3F3及びC2Cl4F2の混合物
中に存在するC2Cl3F3はCCl2FCCl2Fの融点以下の融点を与え、この
ことが所望の異性化に役立つ。好ましくは、C2Cl4F2含有量は異性化工程に
供給されるC2Cl4-xF2+xの約10乃至75モル%の間であり;そしてより好
ましくはC2Cl4F2含有量はその約10乃至50モル%の間である。CFC−
112は米国特許第2,598,411号の実施例IVに開示されるように、塩化ア
ルミニウム触媒を用いて再循環されたC2Cl3F3の存在下でCFC−112a
に異性化される。再循環されたCCl2FCClF2の異性化はCFC−112の
CFC−112aへの異性化に用いられたと同様の異性化反応器中で達成し得る
。しかしながら本発明によれば、異性化ゾーンに供給されるC2Cl3F3に対す
るC2Cl4F2のモル比は少なくとも約1:9である。異性化に供給される化合
物中の(CCl3CF3+CCl3CClF2)に対する(CCl2FCClF2+C
Cl2FCCl2F)のモル比は一般に少なくとも約1:9である。多くのアルミ
ニウムトリハロゲン化物を使用し得る。好適な触媒は約0.8m2/gより大きい
表面積を与えるために微粉砕され(即ち、破砕、ボール・ミリング、ロッド・ミ
リング、粉砕等により機械的に粉砕された)、そして三塩化アルミニウム1g当
り少なくとも約10gのCCl2FCClF2と撹拌下で処理することにより活性
化された無水三塩化アルミニウムである。更に微粉砕された触媒に対する議論の
ためには共同出願である米国特許出願公開第08/117,379号を参照され
たい。CFC−112aを本発明によりフッ素化工程に再循環する。
また米国特許第2,598,411号の実施例Iに開示されるように、
分離ゾーンから回収されるCFC−113は塩化アルミニウム触媒を用いてCF
C−113aに異性化し得る。上記のように、好適な触媒には約0.8m2/gよ
り大きい表面積を有する活性化された微粉砕無水三塩化アルミニウムが含まれる
。
異性化ゾーンからのCFC−113aは反応ゾーン中にてHFと容易に反応し
、高純度CFC−114aを与え得る。次に後者の化合物を水素化分解によりオ
ゾン非破壊冷媒であるCH2FCF3(HCF−134a)に転化し得る。
本発明の使用は図1を参照することにより更に説明され、ここに実質的にCF
C−112を含むC2Cl4F2異性体及び実質的にCFC−113を含む随時C2
Cl3F3異性体(即ち、CFC−113aに対するCFC−113の比は100
:1より大きい)の混合物をライン(211)を通して異性化器(210)に供
給する。主にCFC−112aを含むC2Cl4F2異性体及び主にCFC−11
3aを含む随時C2Cl3F3異性体の混合物からなる異性化器流出液をライン(
212)を通してフッ素化反応器(220)に供給する。HFをライン(221
)を通して反応器(220)に供給する。未反応CCl2FCClF2、未反応C2
Cl4F2、HF及びHCl並びに主にCCl2FCF3を含む随時C2Cl2F4異
性体を含むフッ素化反応器流出液をライン(222)を通して蒸留カラム(23
0)に供給する。C2Cl3F3異性体、HF及びHCl並びに随時C2Cl2F4異
性体をカラムの上端で捕集し、そしてライン(232)を通して回収する。カラ
ム(230)の底部からのCFC−112に富むC2Cl4F2異性体及びCFC
−113に富むC2Cl2F3の混合物をライン(213)を通しての追加のCF
C−112と共
にライン(231)を通して異性化器(210)に戻して供給する。反応器並び
にその付属供給ライン、流出液ライン及び付属装置はフッ化水素、塩化水素及び
塩素に耐久性のある材料から製造されるべきである。フッ素化分野で十分公知で
ある代表的な製造材料には殊にオースチナイトタイプのステンレス・スチール並
びに十分公知の高ニッケル合金例え
のは一般にライニングとして用いられるポリトリフルオロクロロエチレン及びト
リテトラフルオロエチレンの如き高分子プラスチックである。
本発明の実施は次の非限定的な実施例から更に明らかになろう。
実施例
一般的反応方法
を充填し、そして窒素気流中(25ml/分)中で300℃で約20時間加熱し
た。温度を175℃に低下させ、そして2:1モル比の窒素及びHFを反応器に
通し始めた(全流量100ml/分)。これらの条件下で1時間後、HFに対す
る窒素のモル比を1:3に調整し、そして温度を2時間にわたって徐々に400
℃に上昇させた。次に反応器を所望の操作温度に戻し、窒素流を止め、その反応
体流を供給し始めた。
一般的分析方法
反応器流出液を不活性担体上にKrytoxTM過フッ素化ポリエーテルを含む長さ2
0フィート(6.1m)、直径1/8インチ(0.32cm)のカラム及び流速3
5ml/分のヘリウムを用いて Hewlett PackardHP 5890ガスクロマトグラ
フでオンラインで試料採取した。ガスク
ロマトグラフ条件は70℃で3分間保ち、続いて6℃/分の割合で180℃まで
温度プログラムを行った。表の%はモル%である。
実施例1
CCl2FCCl2F/CCl2FCClF2混合物のフッ素化
炭素担持29%CrCl3触媒(10.8g、25ml)、CCl2FCCl2
F(64.7%)、CCl2FCClF2(35.1%)、及びCCl3CF3(0.
2%)を含むクロロフルオロカーボン(CFCs)の1モル組成物、2:1のH
F:CFCsモル比並びに30秒間の接触時間を用いて一般的反応方法に従って
行った。反応は大気圧で行った。種々の温度での結果を表1に示す。
同定された他の生成物はCF3CF3、CCl2=CClF、CCl3CCl2F
及びCCl2=CCl2を含んでいた。
実施例2
CCl3CClF2/CCl2FCClF2混合物のフッ素化
炭素担持29%CrCl3触媒(10.8g、25ml)、CCl3CClF2(
63.8%)、CCl2FCClF2(35.8%)、及びCCl3CF3(0.2%
)を含むクロロフルオロカーボン(CFCs)の1モル組成物、2:1のHF:
CFCsモル比並びに30秒間の接触時間を用いて一般的反応方法に従って行っ
た。反応は大気圧で行った。種々の温度での結果を表2に示す。
112/aはCCl2FCCl2F+CCl3CClF2である(C2Cl4F2の異
性体は上の分析方法を用いては明らかにできなかった。この実施例において、生
成物は本質的にCCl3CClF2からなると考えられる)。
同定された他の生成物はCCl2=CClF及びCCl2=CCl2を含んでい
た。
本発明の特殊な具体例を実施例に示した。他の具体例は本発明の新規
な概念の精神及び範囲から逸脱せずに明細書または実施の考慮から本分野に精通
せる者に明らかになろう。更に本発明は本明細書に示される特殊な式及び実施例
に限定されないが、次の請求の範囲内に示されるかかるその改良された形式を含
むことは理解されよう。Detailed Description of the Invention
Method for producing trichlorotrifluoroethane
Field of the invention
The present invention is C2ClFourF2C from a mixture of isomers2ClThreeFThreeMethod for producing reaction product
, And more particularly substantially CClF2CCIF2Not including C2ClThreeFThreeReaction
Regarding the manufacture of goods.
background
Tetrachlorodifluoroethane can be easily converted into trichlorodifluoroethane using conventional fluorination.
Lifluoroethane (C2ClThreeFThree) Is converted to. C2ClThreeFThreeThe product is typically
Is more than 98% of the more symmetrical isomer, CCl2FCClF2(CFC-113)
including. CFC-113 uses an aluminum trihalide catalyst and is less
Isomer, CClThreeCFThreeIt can be easily isomerized to (CFC-113a). Also C
FC-113a is 1,1-dichlorotetrafluoroethane by ordinary fluorination.
(Ie CCl2FCFThreeOr it may be converted to CFC-114a).
CCl2FCFThreeIs the catalytic hydrogen of its carbon-chlorine bond using supported metal hydrogenation catalysts
1,1,1,2-tetrafluoroethane (ie C
FThreeCH2Of interest as intermediates to F or HFC-134a) (eg
For example, C.I. Gervasutti et al., J. Fluorine Chem., 1981/82, 19, 1-20
Page). HFC-134a is regarded as related to the decomposition of stratospheric ozone
Chlorofluorocarbon (ie CFC) refrigerants, blowing agents, aerosols
It is a potential environmentally acceptable alternative to propellants and sterilants. HFC-1
To 34a
1,1-dichlorotetrafluoroethane used in the hydrogenation route
Due to the presence of CFC-114, 1,1,2,2-tetrafluoroethane (ie CH
F2CHF2Or HFC-134) production can occur,
It is highly desirable to have a much lower content of 1,2-dichlorotetrafluoroethane
Shii [eg J. L. Bitner et al. S. Dep. Comm. Off. Tech. Serv. Rep. 13
6732, (1958), page 25]. HF mixed in HFC-134a
C-134 is inconvenient for some applications depending on the concentration and
Separation of high-purity isomers is difficult because the body boils only at 7 ° C.
A process useful in the preparation of CFC-114a substantially free of its isomers, especially conventional
There is a need for a method by which the gas phase fluorination technique of can be used. This is 1,2-jik
Method for producing trichlorotrifluoroethane without producing lorotetrafluoroethane
Including the law.
SUMMARY OF THE INVENTION
The process according to the invention is substantially free of 1,2-dichlorotetrafluoroethane.
C2ClThreeFThreeA method for producing a reaction product comprising This method consists of (i) essentially the formula
C2Cl4-xF2 + x(Wherein X is 0 or 1), and C2ClFour
F2The content is C2Cl4-XF2 + XBetween about 10 and 90 mol% of CC, and CC
lThreeCCIF2And CClThreeCFThree(Ie the more asymmetric C2Cl4-XF2 + XIsomer
) To the total amount of CCl2FCCl2F and CCl2FCClF2(Ie more symmetrical
Sex C2Cl4-XF2 + XRaw material mixture having a total molar ratio of (isomers) of at least about 1: 9.
The compound is contacted with an isomerization catalyst, and CClThreeCCIF2And CClThreeCFThreeTotal of 100
Less than about 50,000 parts by weight per 10,000 parts by weight CCl2FCCl2F and
And CCl2FCClF2(Ii) isomerization
The product was selected in the gas phase in the presence of a fluorination catalyst containing trivalent chromium at 400 ° C.
Contact with HF under the following high temperature, CClThreeCCIF2Against CCl2FCCl2
Ratio of F and CClThreeCF2Against CCl2FCClFThreeIn the isomerization product
Greater than that ratio, and CCl2FCClF2Against CClF2CCIF2of
Molar ratio less than about 1: 9, C2Cl2FFour, C2ClThreeFThreeAnd about 10 to 90%
Between C2ClFourF2A fluorinated product containing from the isomerized product; (iii) C2
Cl2FFourAnd C2ClThreeFThreeRecover the first portion of the fluorinated product; and (i
v) C from fluorinated products2ClFourF2And C2ClThreeFThreeThe second part of step (i
ii) C recovered in2Cl2FFourAnd C2ClThreeFThreeAt least equal to
C2Cl4-XF2 + XC for2ClFourF2Is sufficient to give the raw material mixture ratio of
Additional amount of CCl2FCCl2Recycling with F to step (i).
Brief description of the drawings
FIG. 1 illustrates an embodiment of the present invention.
Detailed Description of the Invention
The method of the present invention is a method for the gas phase contacting of a mixture of tetrachlorodifluoroethane isomers.
Including categorization. Substantially CClF2CCIF2CCl without2FCClF2Reaction
An object is produced. C2ClFourF2Is a halogenated hydrocarbon used during the fluorination process
CFC-11 to CFC-112a of about 19: 1 to 1:19 in a mixture of primes.
Present in a molar ratio of 2. Preferably, CFC-112 to CFC-112a
Ratio is less than about 1: 1 and more preferably less than about 1: 9. The present invention
According to fluorination
Is the actual CClF2CCIF2Is not generated (for example, about 400 ° C or higher).
Under high temperature). Substantially CClF2CCIF2Is not generated in this specification
CCl in fluorinated products2FCClF2Against CClF2CCIF2No
Means a ratio of less than about 1: 9. Preferably, C in the fluorinated product
Cl2FCClF2Against CClF2CCIF2Molar ratio of less than about 1:19
, And more preferably less than about 1:99. The fluorination method according to the present invention is
However, it is generally used in the art when conducting a catalytic gas phase fluorination reaction.
It is continuously carried out by a known method.
C2ClFourF2The mixture is reacted with hydrogen fluoride using a catalyst containing trivalent chromium
. In addition to a catalytically effective amount of trivalent chromium, such fluorination catalysts have catalytic activity and / or
Or other components such as one or more divalent metals to increase life.
It may contain cations such as zinc, magnesium and / or cobalt. Three
No valent chromium catalyst is supported (eg Cr2OThree) Or supported (eg alumina)
, Aluminum fluoride, magnesium fluoride or on carbon).
Suitable gas phase fluorination catalysts include trivalent chromium halides supported on carbon (eg
For example CrClThreeAnd / or CrFThree) Is included. Supported on carbon for suitable catalysts
U.S. Patent No.
CrF disclosed in 3,632,834ThreeThere is. Any suitable carbon support
Although preferred, a suitable carbon support is acid washed prior to the precipitation of trivalent chromium on it.
It is. Suitable trivalent chromium catalysts are those which use carbon as an acid carrier, preferably two species.
It can be produced by treating with acid. Typically deionized after acid treatment of carrier
Washed with water
And then dry; then deposit the chromium halide in a precipitation technique well known in the art (eg,
For example, see US Pat. No. 3,632,834, Example 1)
You. Preferably, the chromium content (CrClThreeRepresents about the carbon supported catalyst.
It is 5 to 50% by weight.
An acid other than hydrofluoric acid is typically used for the acid treatment. Preferred for acid treatment
Acids do not contain either phosphorus or sulfur. Used for the first acid wash during the catalyst preparation process
Examples of acids that can be used are organic acids such as acetic acid and inorganic acids such as HCl or HNO.ThreeBut
included. Preferably hydrochloric acid or nitric acid is used. If the second acid treatment is performed,
It is advantageous to use hydrofluoric acid. Normally, carbon is about 0.1% by weight after treatment
Treat with acid to contain less ash.
Commercially available carbon that can be treated with acid to provide a suitable support is sold under the following trademarks:
Includes: DarcoTM, NucharTM, Columbia SBVTM, Columbia MBVTM, C
olumbia MBQTM, Columbia JXCTM, Columbia CXCTM, Calgon PCBTM, NoritTMas well as
Barnaby Cheny NBTM. Carbon carrier is in the form of powder, granules, extrudates or pellets
possible.
Acid treatment can be accomplished in several ways. A suitable method is as follows. Carbon carrier
Soak overnight in 1 molar solution of acid prepared in deionized water with gentle stirring
I do. Then the carbon support is separated and deionized until the pH value of the washing solution is about 3.
Wash with water. Preferably, the carbon support is then treated with an acid prepared in deionized water.
Soak again in a 1 molar solution for 12-24 hours with gentle stirring. Then carbon support
When tested by standard methods, the wash solution contains substantially no acid anion (eg Cl-Ma
Or NOThree -) Finally, wash with deionized water until free. Then carbon support
To separate
And it dries at about 120 degreeC. Then wash the washed carbon into deionized water if necessary
Immerse in the prepared 1 molar HF for about 48 hours at room temperature with occasional stirring. Carbon bearing
Separate the body and repeat with deionized water until the pH of the wash solution is above 4.
Wash back. The carbon support is then dried, followed by air before its use as a support.
Bake at about 300 ° C. for about 3 hours. For the production of acid washed carbon catalysts
See US Pat. No. 5,136,113 for further details.
For continuous processes, the fluorination reaction is generally performed in the reaction zone for fluorination
. The reaction zone has more than one reactor, multiple feed lines, and intercooling or
It may include heating, addition of reactants, diluents, recycle streams and the like. For example, multi-stage
The reactor can be used to control the degree of fluorination, and therefore excessive temperature
Rise and perfluorination are avoided. Reaction products are usually collected at the end of the reaction zone.
It is. If desired, reaction products, intermediates and / or by-products may be present in various reaction zones.
Can be removed at different stages and recycled to different parts of the reaction zone if desired.
. For example, HF and CFC-113a may be fed into the reaction zone at more than one feed location.
Can be paid. CFC-114a is generally recovered from the end of the reaction zone.
Suitable fluorination reaction temperatures are usually about 250-400 ° C. The preferred temperature range is
275-375 ° C, with a temperature range of 300-350 ° C being particularly preferred. HF:
C2ClThreeFThreeThe ratio is usually 0.2: 1 to 4: 1 and preferably 0.25: 1.
The range is ~ 2: 1 and the pressure is not critical. Atmospheric pressure and superatmospheric pressure (for example, about
100 to about 7,000 kPa) is most convenient and is therefore preferred. Above reaction change
Is CCl in the fluorinated product with catalyst loading2FCFThree 10 per million copies
From 000 parts by weight
Less CClF2CCIF2Is balanced with others so that there is
You. Those familiar with this field will find high temperatures and high HF: C.2ClThreeFThreeRatio is altitude
It will be appreciated that there is an advantage in the incarnation. Thus, the amount of perfluorination is low HF: C2
ClThreeFThreeIt can be reduced by providing ratios and / or lower temperatures. In addition, catalyst contact
The touch time can be adjusted in a conventional manner to control the fluorination.
The product mixture from fluorination is C2ClThreeFThree(Mostly mainly CCl2FCClF2
), A small amount of CClF2CFThree(CFC-115), CClF2CCIF2, CCl2
FCFThree(CFC-114a), unreacted C2ClFourF2Isomers and HF and HCl
Usually a mixture of The fluorinated product is C in the product mixture.2ClThreeFThree(And yes
Slightly C2Cl2FFour) Part is C in this2ClFourF2Separated to be separated from
I do. Typically, conventional fractionation using one or more distillation columns (s)
Use separation. Also, the separation is one or more decanters (plural).
May be contained. During the separation by distillation, low-boiling substances (eg HF, HCl, CFC)
-115) is separated from the CFC-112 isomer. HF and various halocarbon examples
For example CCl2FCCl2F, CClThreeCCIF2, CClThreeCFThree, And CCl2FC
FThreeIt is noted that an azeotrope with can be formed during distillation.
CFC-112 isomers from fluorinated products (selective fluoride of CFC-112a
Normally enriched in CFC-112 as a result of digestion) and CFCs from fluorinated products
A portion of the -113 isomer was fed to the isomerization zone along with additional CFC-112,
This substantially converts CFC-112 to CFC-112a. HF is an isomer catalyst
C before contact with2ClFourF2From
Should be removed. C supplied to the isomerizer2ClThreeFThreeAnd C2ClFourF2Mixture of
C that exists in2ClThreeFThreeIs CCl2FCCl2Gives a melting point below the melting point of F,
Helps in the desired isomerization. Preferably, C2ClFourF2Content is isomerization process
C supplied2Cl4-xF2 + xBetween about 10 and 75 mol%; and better
More preferably C2ClFourF2The content is between about 10 and 50 mol% thereof. CFC-
112 is chloride chloride as disclosed in Example IV of US Pat. No. 2,598,411.
Recycled C with Luminium catalyst2ClThreeFThreeCFC-112a in the presence of
Is isomerized to. CCl recycled2FCClF2Isomerization of CFC-112
Can be accomplished in an isomerization reactor similar to that used for isomerization to CFC-112a
. However, according to the invention, the C fed to the isomerization zone2ClThreeFThreeAgainst
C2ClFourF2The molar ratio of is at least about 1: 9. Compound supplied to isomerization
(CClThreeCFThree+ CClThreeCCIF2) To (CCl2FCClF2+ C
Cl2FCCl2The molar ratio of F) is generally at least about 1: 9. A lot of aluminum
Aluminum trihalides can be used. Suitable catalyst is about 0.8 m2/ G is larger than
Finely ground to give surface area (ie crushing, ball milling, rod milling
Mechanically crushed by a ring, crushing, etc.), and 1 g of aluminum trichloride
At least about 10 g of CCl2FCClF2And active by treating under stirring
Is anhydrous aluminum trichloride. Further discussion of finely ground catalysts
See joint application US Patent Application Publication No. 08 / 117,379 for
I want to. CFC-112a is recycled to the fluorination process according to the present invention.
Also, as disclosed in Example I of US Pat. No. 2,598,411,
CFC-113 recovered from the separation zone is CF using an aluminum chloride catalyst.
It can be isomerized to C-113a. As mentioned above, the preferred catalyst is about 0.8 m.2/ G
Includes activated finely ground anhydrous aluminum trichloride with a larger surface area
.
CFC-113a from the isomerization zone readily reacts with HF in the reaction zone
, High purity CFC-114a. Next, the latter compound is hydrolyzed
CH, a non-destructive refrigerant2FCFThree(HCF-134a).
The use of the present invention is further illustrated by reference to FIG. 1, where substantially CF
C including C-1122ClFourF2Optional C including isomers and substantially CFC-1132
ClThreeFThreeIsomers (ie, the ratio of CFC-113 to CFC-113a is 100.
1) (> 1) mixture through line (211) to isomerizer (210).
Pay. C mainly including CFC-112a2ClFourF2Isomers and mainly CFC-11
Any time including 3a C2ClThreeFThreeThe isomerizer effluent consisting of a mixture of isomers
Feed into the fluorination reactor (220) through 212). HF line (221
) To the reactor (220). Unreacted CCl2FCClF2, Unreacted C2
ClFourF2, HF and HCl and mainly CCl2FCFThreeIncluding C at any time2Cl2FFourDifference
The fluorination reactor effluent containing the solids is passed through a line (222) to a distillation column (23
0). C2ClThreeFThreeIsomers, HF and HCl and optionally C2Cl2FFourDifference
The sex is collected at the top of the column and collected through line (232). Kara
C-112-rich C from the bottom of the membrane (230)2ClFourF2Isomer and CFC
-113 rich in C2Cl2FThreeAdditional CF through line (213)
With C-112
To the isomerizer (210) via line (231). Reactor line up
Its auxiliary supply line, effluent line and auxiliary equipment are hydrogen fluoride, hydrogen chloride and
It should be manufactured from materials that are chlorine resistant. Well known in the fluorination field
One of the typical manufacturing materials is especially austenite type stainless steel.
And well-known high-nickel alloys
Is commonly used as a lining for polytrifluorochloroethylene and
It is a polymeric plastic such as ritetrafluoroethylene.
The practice of the invention will be more apparent from the following non-limiting examples.
Example
General reaction method
And heated in a nitrogen stream (25 ml / min) at 300 ° C. for about 20 hours
Was. The temperature was reduced to 175 ° C. and a 2: 1 molar ratio of nitrogen and HF was charged to the reactor.
The flow started (total flow rate 100 ml / min). After 1 hour under these conditions,
The nitrogen molar ratio was adjusted to 1: 3, and the temperature was gradually increased to 400 over 2 hours.
° C. The reactor is then brought back to the desired operating temperature, the nitrogen flow is stopped and the reaction is
Started supplying body flow.
General analysis method
Krytox reactor effluent on inert carrierTMLength 2 including perfluorinated polyether
0 ft (6.1 m), 1/8 inch (0.32 cm) diameter column and 3 flow rates
Hewlett Packard HP 5890 gas chromatograph using 5 ml / min helium.
Sampled online at Gask
The chromatographic conditions are 70 ° C for 3 minutes, then 6 ° C / min up to 180 ° C.
A temperature program was performed. % In the table is mol%.
Example 1
Fluorination of CCl 2 FCCl 2 F / CCl 2 FCClF 2 mixture
Carbon supported 29% CrClThreeCatalyst (10.8g, 25ml), CCl2FCCl2
F (64.7%), CCl2FCClF2(35.1%), and CClThreeCFThree(0.
2%) in a 1 molar composition of chlorofluorocarbons (CFCs), 2: 1 H
F: CFCs molar ratio and contact time of 30 seconds according to general reaction method
went. The reaction was carried out at atmospheric pressure. The results at various temperatures are shown in Table 1.
Other products identified are CFThreeCFThree, CCl2= CClF, CClThreeCCl2F
And CCl2= CCl2Was included.
Example 2
Fluorination of CCl 3 CClF 2 / CCl 2 FCClF 2 mixture
Carbon supported 29% CrClThreeCatalyst (10.8g, 25ml), CClThreeCCIF2(
63.8%), CCl2FCClF2(35.8%), and CClThreeCFThree(0.2%
1 mole composition of chlorofluorocarbons (CFCs) containing 2: 1 HF:
CFCs molar ratio and contact time of 30 seconds were used according to the general reaction method.
Was. The reaction was carried out at atmospheric pressure. The results at various temperatures are shown in Table 2.
112 / a is CCl2FCCl2F + CClThreeCCIF2Is (C2ClFourF2Different
The sex could not be revealed using the above analytical method. In this example, raw
The product is essentially CClThreeCCIF2It is considered to consist of).
Other identified products are CCl2= CClF and CCl2= CCl2Contains
Was.
Specific examples of the present invention are shown in the examples. Other embodiments are novel to the present invention.
Familiar with the art from consideration of the specification or practice without departing from the spirit and scope of various concepts.
It will be clear to the one who makes it happen. Furthermore, the present invention is directed to the specific formulas and embodiments presented herein.
Including, but not limited to, such improved forms thereof as set forth in the following claims.
It will be appreciated.
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(51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI
// C07B 61/00 300 7419−4H C07B 61/00 300 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI // C07B 61/00 300 7419-4H C07B 61/00 300