JPH0967278A - 1,1,1,2−テトラフルオロエタン、ペンタフルオロエタン及び1,1,1−トリフルオロエタンの同時製造方法 - Google Patents

1,1,1,2−テトラフルオロエタン、ペンタフルオロエタン及び1,1,1−トリフルオロエタンの同時製造方法

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JPH0967278A JP8028919A JP2891996A JPH0967278A JP H0967278 A JPH0967278 A JP H0967278A JP 8028919 A JP8028919 A JP 8028919A JP 2891996 A JP2891996 A JP 2891996A JP H0967278 A JPH0967278 A JP H0967278A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 需要の少ない塩化フッ素炭素代替物質を、経
済的に製造するため、1,1,1,2−テトラフルオロ
エタン、ペンタフルオロエタン及び1,1,1−トリフ
ルオロエタンの同時製造方法を提供する。 【解決手段】 フッ化カルシウム、酸化クロム(VI)、
塩化亜鉛及び塩化鉄(II)の混合物とエタノールとを水
溶液中で反応させて得られる生成物を、焼成して製造し
たフッ素化触媒の存在下で、先ず、第1反応器で1,
1,1−トリフルオロ−2−クロロエタンとフッ化水素
とを反応させ、次いで、得られた反応生成物に、トリク
ロロエチレンを添加して、第2反応器で反応させ、第2
反応器生成物からHCl、1,1,1,2−テトラフル
オロエタン、ペンタフルオロエタン、1,1,1−トリ
フルオロエタン及び1,1,1−トリフルオロ−2−ク
ロロエタンをそれぞれ分離した後、第1反応器へ1,
1,1−トリフルオロ−2−クロロエタンを再循環させ
る方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、特定のフッ素化触
媒を用いて2段階の気相反応によるHFC−134a、
HFC−125及びHFC−143aを同時に製造する
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】冷媒、洗浄剤及び発泡剤として幅広く使
われて来たCFC(Chlorofluorocarbon 、塩化フッ化炭
素)化合物が成層圏のオゾン層を破壊する主要因である
ことが明らかになるにつれ、国際協約によりこれらの生
産及び使用が規制されるに至った。このため、これらC
FC化合物を代替しうる物質を開発するために長期間か
けて広範囲に対象物質の毒性、安全性及び物理化学的特
性を試験した結果、ジフルオロメタン(HFC−3
2)、トリフルオロメタン(HFC−23)、1,1−
ジフルオロエタン(HFC−152a)、1,1,1,
2−テトラフルオロエタン(HFC−134a)、ペン
タフルオロエタン(HFC−125)及び1,1,1−
トリフルオロエタン(HFC−143a)などの化合物
が有望なCFC代替物質として知られるようになった。
これらのうち、HFC−134aは、従来主要冷媒とし
て使われてきたジクロロジフルオロメタン(CFC−1
2)の有力な代替品として、大量生産するための方法が
多く研究されているが、残りの物質は用途開発が十分な
されていない状態であり、それらを混合することにより
特殊冷媒として使うことが試みられているに過ぎない。
例えば、HFC−134a、HFC−32及びHFC−
143aの混合物又はHFC−134a、HFC−32
及びHFC−125の混合物などが低温冷媒として実用
化するための研究がなされつつある。
【0003】HFC−134aの製造方法については、
ヨーロッパ特許出願第0449617A2号及び韓国公
開特許第91−16657号公報などに多様な技術が示
されている。ヨーロッパ特許出願第0443617A2
号ではトリクロロエチレン(TCE)とHFを原料とし
て用いて2段反応によりHFC−134aを製造する方
法が、韓国公開特許第91−16657号公報にはTC
EとHFを原料として2段階でHFC−134aを製造
する際、不活性の気体を反応器に供給することにより反
応温度の調節を容易にし、1,1−ジフルオロ−2−ク
ロロエチレン(CF2 =CHCl、HCFC−112
2)の生成を抑制する方法が開示されている。
【0004】その他、アメリカ特許第4,129,60
3号明細書には水酸化クロムを水蒸気下で処理した後、
フッ化水素によりクロムオキシフルオリドの形態として
HFC−134aの製造反応に使うことが開示されてい
るが、HFC−134aと分離し難いHCFC−112
2が多量に副生され、これを取り除くための反応器が更
に必要となるという短所がある。
【0005】ドイツ特許第2,932,934号明細書
には、フッ化クロム又はクロムオキシフルオリドを触媒
として用い、反応温度400℃近傍で98%の選択率で
HFC−134aを製造することが示されているが、4
4時間経過後活性が低下している。また、反応物と共に
酸素を供給し続けるために、生成されるHClの分離が
難しいのみならず、水分により装置の腐食が促進される
など工程上不利な面を有している。
【0006】HFC−125の製造方法としては、特開
平2−178237号公報及びアメリカ特許第3,25
8,500号明細書に開示されたように、アルミナ及び
クロムを主成分とする触媒上で、テトラクロロエチレン
(CCl2 =CCl2 )とHFを反応させる方法と、特
開平4−29940号公報のように、アルミナを主成分
とした触媒上でHCFC−122(CF2 ClCHCl
2 )をフッ素化する際酸素を共存させ、HCFC−12
3(CF3 CHCl2 )、HCFC−124(CF3
HClF)及びHFC−125(CF3 CHF2 )を製
造する方法などが知られているが、HFC−125に対
する低い選択性及び過多な副生物により経済的な方法と
なっていない。
【0007】HFC−134aの製造方法としては、特
公昭59−46211号公報とアメリカ特許第4,09
1,043号明細書には、SbCl5 触媒の存在下で
1,1,1−トリクロロエタン(CCl3 CH3 )をH
Fと反応させ、HCFC−142bとHFC−143a
を同時に製造する方法が提案されており、この方法によ
り反応生成物のうちHFC−143aが最高80%ほど
まで得られると開示されている。
【0008】CFC代替物質の製造は工場建設に莫大な
設備投資を要するので、経済的には相当量の生産能力を
持つ工場の建設が必要で、近い将来に多くの需要を期待
し難いCFC代替物質を製造するための大規模な単位工
場の建設には多くの危険負担を抱える。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決し、前記のHFC−134a、HFC−125
及びHFC−143aを効率よく同時に製造しうる製造
方法を提供することを目的とする。すなわち、単一工場
で前記の3種の化合物を同時に製造しうる方法を提供す
ることにより、それぞれの製造工場建設による危険負担
なしに、需要の変動により各化合物の生産率を調節しな
がら経済的にこれらを生産しうる方法を提供するもので
ある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、フッ化カルシ
ウム(CaF2 )、酸化クロム(VI)(CrO3 )、塩
化亜鉛(ZnCl2 )及び塩化鉄(II)(FeCl2
の混合物とエタノールとを水溶液中で反応させて得られ
る生成物を、焼成して製造したフッ素化触媒の存在下
で、先ず、第1反応器で1,1,1−トリフルオロ−2
−クロロエタン(CF3 CH2 Cl、HCFC−133
a)とフッ化水素とを反応させ、次いで、得られた反応
生成物に、トリクロロエチレン(CCl2 =CHCl、
TCE)を添加して、第2反応器で反応させ、第2反応
器生成物から塩化水素、HCl、HFC−134a、H
FC−125、HFC−143a及びHCFC−133
aをそれぞれ分離した後、第1反応器へHCFC−13
3aを再循環させる、1,1,1,2−テトラフルオロ
エタン、ペンタフルオロエタン及び1,1,1−トリフ
ルオロエタンの同時製造方法である。
【0011】
【発明の実施の形態】上記触媒の使用により、フッ素化
反応で酸素の供給なしに、活性が長時間一定に保たれ、
HFC−134a、HFC−125及びHFC−143
aを製造することができた。従来、酸化クロム触媒をH
FC−134a製造反応に使うときは、触媒の急激な活
性低下を防止するために酸素の供給が必要であったが、
本発明の触媒を使う場合は、触媒の活性維持のための酸
素供給が不必要になり、結局HClの分離がはるかに簡
易化される。かつ、酸素によるHClの不要な酸化過程
がなくなることにより、系内水分の存在の可能性がはる
かに低くなり、腐食に対する装置の耐久性を向上させる
ことができる。更に、本発明で使用する触媒は、HCF
C−133aの不均化反応活性が優れており、HCFC
−133aとHF間の不均化反応によりHFC−125
及びHFC−143aを同時に生産しうる長所がある。
【0012】本発明で使用する触媒を用いてHFC−1
34a、HFC−125及びHFC−143aを同時に
製造する方法を、更に詳しく説明する。
【0013】先ず、第1反応器に、HCFC−133a
(CF3 CH2 Cl)とHFとを供給し、HCFC−1
33aは下記反応式(I)のようにHFと反応してHF
C−134a(CF3 CH2 F)を生成したり、反応式
(II)のように不均化反応を起こしてHFC−143a
(CF3 CH3 )とHCFC−123(CF3 CHCl
2 )とを生成する。生成したHCFC−123は反応式
(III)〜(IV)のようにHFと反応してHCFC−12
4(CF3 CHClF)とHFC−125(CF3 CH
2 )とを生成する。第1反応器から流出する反応生成
物は、新に供給されるTCE(CCl2 =CHCl)と
ともに第2反応器に供給され、第2反応器では反応式
(V)によりHCFC−133aを生成する。第2反応
器から流出される反応生成物は、HCl、HFC−13
4a、HFC−125及びHFC−143aなどが分離
された後、HCFC−133aは第1反応器に再び循環
される。
【0014】 CF3 CH2 Cl+HF →CF3 CH2 F+HCl (I) 2CF3 CH2 Cl →CF3 CH3 +CF3 CHCl2 (II) CF3 CHCl2 +HF →CF3 CHClF+HCl (III) CF3 CHClF+HF →CF3 CHF2 +HCl (IV) CCl2 =CHCl+3HF →CF3 CH2 Cl+2HCl (V)
【0015】本発明で使用する触媒は、Cr1に対する
Caのモル比が0.5〜16が好ましく、1〜8の範囲
がより好ましい。Cr1に対するFe及びZnのモル比
はそれぞれ0.05〜0.8が好ましく、0.1〜0.
5がより好ましい。
【0016】本発明において、第1反応器の反応温度は
300〜450℃が好ましく、320〜400℃の範囲
がより好ましい。反応接触時間は1〜60秒の範囲であ
り、5〜30秒が好ましい。(HF)/(HCFC−1
33a)のモル比は1〜30の範囲であるが、HCFC
−133a間の不均化反応から生成されるHFC−12
5とHFC−143aの生成量を大きくするためには
(HF)/(HCFC−133a)のモル比を4〜10
の範囲内で運転するのが好ましい。(HF)/(HCF
C−133a)のモル比が4未満の場合、触媒の寿命を
縮め、モル比が10を超える場合は、生産性が低下し経
済的でない。
【0017】第2反応器の反応温度は200〜400℃
の範囲であり、好ましくは230〜320℃である。反
応接触時間は1〜20秒の範囲であり、2〜6秒が好ま
しい。(HF)/(TCE)のモル比は10〜50の範
囲であり、好ましくは20〜40である。
【0018】本発明において、反応の圧力は生成される
HClの分離を円滑にするため、7〜10kg/cm2で運転
するのが好ましい。反応装置の材質としてはHCl及び
HFのような腐食性物質に耐えられるニッケル−200
/201やインコネル−600(Inco Alloy Internatio
nal)が適当である。
【0019】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明するが、使用した装置は次のとおりである。
【0020】第1反応器に容量500ml、第2反応器に
容量150mlのインコネル製の単管型反応器を用い、そ
れぞれ500g及び150gの触媒を充填した。付帯装
置として気化器、予熱器及び蒸留塔などを接続した。自
動温度調節器付きの円筒形電気炉の内部に反応器を設
け、原料物質は定量ポンプを用い、流量を調節して反応
器に供給した。第1反応器の入口に予熱器を設けて、反
応原料が全部気体状態で反応器へ供給されるようにし、
予熱器の流出温度を第1反応器の入口の設定温度に合わ
せた。第1反応器から流出する反応生成物は、新に追加
供給される液状原料と混合した後、気化器を経て気体状
態で第2反応器に供給した。なお、気化器からの流出温
度は第2反応器の入口の設定温度に合わせた。
【0021】本発明でHCFC−133aの転換率、H
FC−134a、HFC−125及びHFC−143a
の選択率を表1のように定義する。
【0022】
【表1】
【0023】実施例1:触媒の製造 冷却器と撹拌機付きの5リットルのフラスコで、CrO
3 300g、FeCl2 150g、ZnCl2 140g
及びCaF2 940gを混合して1800mlの水に溶解
した後、これを撹拌しながら95%のエタノール300
mlを約4時間かけて徐々に添加した。混合溶液の温度を
90℃まで徐々に上げた後、これを還流しながら16時
間保った。再び温度を常温に下げた後、濾過して得られ
た沈殿を120℃で約5時間乾燥した。乾燥した触媒を
300〜400℃で5時間焼成した後、径4mm×長さ4
mmの円筒形ペレットに成形して反応に用いた。
【0024】実施例2〜7 Cr、Ca、Fe及びZnの金属成分を表2に示すモル
比とし、実施例1と同様な方法で触媒を製造した。
【0025】
【表2】
【0026】実施例8 実施例1で製造した触媒を用いて、HCFC−133a
とHFとを流量がそれぞれ0.7gmol/hr 及び10gmol
/hr となるように混合して予熱器を経て第1反応器に供
給した。第1反応器の接触時間は常温、常圧基準で約7
秒であった。反応温度は360℃、圧力は8気圧とし
た。第1反応器から流出する反応生成物のうち有機物の
モル組成は次のとおりであった。
【0027】 HCFC−133a 73.6%、HFC−134a 20.6%、 HFC−125 2.8%、HFC−143a 2.7%、 HCFC−124 0.2%、HCFC−123 0.1%
【0028】この結果を分析すれば、HCFC−133
aの転換率26.4%、HFC−134aへの選択率7
8.0%、HFC−125の選択率10.6%、HFC
−143aの選択率10.2%であった。
【0029】第1反応器から流出した反応生成物を、気
化器で0.5gmol/hr 流量のTCEと混合した後、第2
反応器へ供給した。第2反応器の温度を240〜300
℃に保った。第2反応器から流出した最終反応生成物の
うち有機物のモル組成は次のとおりであった。
【0030】 HCFC−133a 81.5%、HFC−134a 13.7%、 HFC−125 1.5%、HFC−143a 1.4%、 HCFC−124 0.2%、HCFC−123 0.0% その他 0.2%
【0031】実施例9〜17 表3に示す触媒の種類及び反応条件により、実施例8と
同様に実施した。結果を表3に示す。
【0032】
【表3】
フロントページの続き (72)発明者 金 弘 坤 大韓民国ソウル特別市蘆原区中溪本洞4− ブロック ライフアパート109−1002 (72)発明者 鄭 文 朝 大韓民国ソウル特別市蘆原区下溪洞11−2 東星アパート5−106

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フッ化カルシウム、酸化クロム(VI)、
    塩化亜鉛及び塩化鉄(II)の混合物とエタノールとを水
    溶液中で反応させて得られる生成物を、焼成して製造し
    たフッ素化触媒の存在下で、 先ず、第1反応器で1,1,1−トリフルオロ−2−ク
    ロロエタンとフッ化水素とを反応させ、次いで、得られ
    た反応生成物に、トリクロロエチレンを添加して、第2
    反応器で反応させ、第2反応器生成物から塩化水素、
    1,1,1,2−テトラフルオロエタン、ペンタフルオ
    ロエタン、1,1,1−トリフルオロエタン及び1,
    1,1−トリフルオロ−2−クロロエタンをそれぞれ分
    離した後、 第1反応器へ1,1,1−トリフルオロ−2−クロロエ
    タンを再循環させる、1,1,1,2−テトラフルオロ
    エタン、ペンタフルオロエタン及び1,1,1−トリフ
    ルオロエタンの同時製造方法。
  2. 【請求項2】 フッ素化触媒に含まれるCaのモル比が
    Cr1に対し1〜8であり、Feのモル比がCr1に対
    し0.1〜0.5であり、Znのモル比がCr1に対し
    0.1〜0.5である、請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 第1反応器の反応温度が320〜400
    ℃である、請求項1又は2記載の方法。
  4. 【請求項4】 第1反応器での(フッ化水素)/(1,
    1,1−トリフルオロ−2−クロロエタン)のモル比が
    4〜10である請求項1〜3のいずれか1項に記載の方
    法。
  5. 【請求項5】 第1反応器での反応接触時間が5〜30
    秒である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
  6. 【請求項6】 第2反応器での反応温度が230〜32
    0℃である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方
    法。
  7. 【請求項7】 第2反応器での反応接触時間が2〜6秒
    である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
  8. 【請求項8】 第2反応器での(フッ化水素)/(トリ
    クロロエチレン)のモル比が20〜40である、請求項
    1〜7のいずれか1項に記載の方法。
JP8028919A 1995-08-23 1996-02-16 1,1,1,2−テトラフルオロエタン、ペンタフルオロエタン及び1,1,1−トリフルオロエタンの同時製造方法 Expired - Fee Related JP2905735B2 (ja)

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