JPH11226409A - 混合フッ素化触媒 - Google Patents

混合フッ素化触媒

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JPH11226409A
JPH11226409A JP10329614A JP32961498A JPH11226409A JP H11226409 A JPH11226409 A JP H11226409A JP 10329614 A JP10329614 A JP 10329614A JP 32961498 A JP32961498 A JP 32961498A JP H11226409 A JPH11226409 A JP H11226409A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハロゲン化炭化水素をより経済的にフッ素化
でき、数千時間の運転時間にわたって活性を維持する、
ニッケル系およびクロム系の混合フッ素化触媒を提供す
る。 【解決手段】 ニッケル/クロムの重量比が0.08と
0.25の間、好ましくは0.1と0.2の間にあるこ
とを特徴とするフッ化アルミニウムまたはフッ化アルミ
ニウムとアルミナとの混合物からなる担体に担持された
一種または複数のニッケルとクロムの酸化物、ハロゲン
化物および/またはオキシハロゲン化物を含有する混合
フッ素化触媒。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明の主題は、ニッケル系
およびクロム系の混合フッ素化触媒に関する。本発明は
また、前記触媒を用いてフッ化水素酸(HF)により気
相でハロゲン化炭化水素をフッ素化する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】HFによる気相におけるハロゲン化炭化
水素の接触的フッ素化は、フッ素化炭化水素、とくにハ
イドロフルオロカーボン(HFC)を入手する知られて
いる方法である。HFCは、成層圏オゾン層の稀薄化に
寄与すると推定されるクロロフルオロカーボン(CF
C)の代替物として現在使用されている。
【0003】すなわち、フランス特許出願第26690
22号により、フッ化アルミニウムまたはフッ化アルミ
ニウムとアルミナとの混合物からなる担体に担持された
ニッケルとクロムの酸化物、ハロゲン化物および/また
はオキシハロゲン化物からなる混合触媒が知られてい
る。
【0004】上記触媒について述べられたニッケルとク
ロムの含有量は、各金属ごとに重量で0.5%と20%
の間にあり、ニッケル/クロムの原子比は0.5と5の
間にある。上記触媒は、1−クロロ−2,2,2−トリ
フルオロエタン(F133a)から1,1,1,2−テ
トラフルオロエタン(F134aとして知られる)を調
製するために用いられる。F134aは、成層圏オゾン
層に有害な影響を持たない、とくに冷蔵や冷凍に使用さ
れるHFCである。
【0005】フランス特許出願第2669022号は、
運転が約400時間までにわたる間の触媒の経時的有効
性を記述している。
【0006】しかしながら、フッ化炭化水素の工業的製
造条件下で、数千時間の運転期間にわたり活性を維持す
る触媒を入手できるようにすることは、極めて望まし
い。
【0007】かかる運転時間中の触媒寿命が延びること
が全くさらに望ましい。というのは、活性の低下が起こ
ると、系中での再生処理によって回復できず、その場合
装填物である触媒を交換するために製造装置を休止する
必要があるからである。
【0008】製造装置の休止回数を減少することを可能
にし、上記触媒の所与の装填量あたり所望の最終製品を
より多量に製造することを可能とする触媒は、製造装置
の運転と所望の最終製品の原価に関してとくに有利であ
る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明の一つの目的
は、数千時間の運転時間にわたって活性を維持する、ニ
ッケル系およびクロム系の混合フッ素化触媒を提供する
ことにある。
【0010】本発明のもう一つの目的は、さらに高温で
フッ素化反応を行うことを可能とする触媒を提供するこ
とにある。
【0011】本発明のもう一つの目的は、工業用反応器
における充填物の交換頻度がさらに少なくなるフッ素化
触媒を提供することにある。
【0012】本発明のもう一つの目的は、ハロゲン化炭
化水素をフッ素化するより経済的な方法を提供すること
にある。
【0013】本発明のもう一つの目的は、高い転化率と
高い選択性を示す、1,1,1,2−テトラフルオロエ
タン(F134a)を製造するための方法を提供するこ
とにある。
【0014】上記の目的は、以下に説明するフッ素化触
媒および方法により、全てまたは部分的に達成されるこ
とをここに発見した。
【0015】
【課題を解決するための手段】このようにして、本発明
の主題は第一に、ニッケル/クロムの重量比が0.08
と0.25の間、好ましくは0.1と0.2の間にある
ことを特徴とするフッ化アルミニウムまたはフッ化アル
ミニウムとアルミナとの混合物からなる担体に担持され
た一種または複数のニッケルとクロムの酸化物、ハロゲ
ン化物および/またはオキシハロゲン化物を含有する混
合フッ素化触媒である。上記フッ素化触媒は、驚くべき
ことに、フランス特許第2669022号で教示される
触媒に比べて極めて改善された寿命を有する。
【0016】本発明による触媒は、重量で0.1〜6%
のニッケル塩と1〜20%のクロム塩、好ましくは0.
35〜4.5%のニッケル塩と3〜16%のクロム塩,
さらに好ましくは1〜2%と6〜12%をそれぞれ含有
できる。
【0017】上記のパーセントは、金属の当量の重量の
形で表現した重量パーセントである。別段の指定がない
限り、本発明による触媒の組成に関するパーセントは全
て重量パーセントである。
【0018】
【発明の実施の形態】クロムとニッケルの塩として好ま
しく使用されるのは塩化物であるが、その他の塩、例え
ばシュウ酸塩、ギ酸塩、酢酸塩、硝酸塩および硫酸塩ま
たは重クロム酸ニッケルを使用することも可能である。
ただし、上記の塩は、担体に吸収され得る量の水に溶解
できることが条件である。
【0019】本発明の触媒は、それ自体知られた方法で
アルミナから調製できる。アルミナは、第一段階では、
空気とフッ化水素酸とを使用してフッ化アルミニウムま
たはフッ化アルミニウムとアルミナとの混合物に転化で
き、アルミナのフッ化アルミニウムへの転化率はアルミ
ナのフッ素化が行われる温度に本質的に依存している
(一般に200℃と450℃の間、好ましくは250℃
と400℃の間)。上記担体は続いて、三酸化クロムと
ニッケル塩と前記クロムを還元する試薬、例えばメタノ
ールとの水溶液を用いて含浸される。
【0020】三酸化クロム(CrO)を前記クロムの
前駆体として使用する場合、このクロムは当業者に知ら
れている何らかの方法によって還元できる(化学的還元
剤、熱的還元など)。ただし、用いる上記技術は、触媒
の性質、ひいては触媒活性を害さないことを条件とす
る。上記の好ましい化学的還元剤はメタノールである。
【0021】本発明の触媒はまた、上記のクロムとニッ
ケルの化合物の溶液を用いて前記アルミナを直接含浸す
ることにより調製できる。この場合、少なくとも一部
(70%かそれ以上)のアルミナは、触媒の活性化段階
で、一般に使用前に、フッ化アルミニウムへ転化され
る。
【0022】本発明の触媒の調製について使用でき、以
下に規定されるアルミナは、市販されている知られてい
る製品である。アルミナは、一般に、300℃と800
℃の間の温度でアルミナ水和物を焼成することにより調
製され、高い含有量(1000ppmまで)のナトリウ
ムを含有できるが、このナトリウムは触媒性能を害する
ことはない。
【0023】本発明の触媒は、使用前に、前処理、すな
わち、あらかじめいわゆる活性化操作により(反応条件
にとって)活性で安定な構成物に変えなければならな
い。
【0024】上記の処理は、「系中」(フッ素化反応器
中)またはその他、活性化条件に耐えるように設計され
た適切な装置中で行うことができる。上記の活性化は、
一般に、下記の段階のうちの一つまたは複数を含む。す
なわち、 − 空気か窒素の存在下での低温乾燥(100〜250
℃、好ましくは110〜200℃)、 − 空気か窒素の存在下での高温乾燥(250〜450
℃、好ましくは300〜350℃)、 − フッ化水素酸と窒素との混合物による低温フッ素化
(180〜300℃、好ましくは約200℃)、その
際、HFの含有量は温度が350℃を越えないように制
御する、ならびに、 − 純粋のフッ化水素酸か窒素で希釈された純粋のフッ
化水素酸の流れの下での450℃までの温度での仕上げ
処理。
【0025】上記の操作中、触媒前駆体(ニッケルとク
ロムのハロゲン化物、クロム酸塩、重クロム酸ニッケ
ル、酸化クロム)は、対応するフッ化物および/または
オキシフッ化物に変わり、その結果、水および/または
フッ化水素酸が放出される。
【0026】上記の活性化はまた、すでに部分フッ素化
された担体上で含浸を行った場合に、アルミナのフッ素
化を高めるのに役立ち、あるいはアルミナを直接含浸す
る場合に、アルミナのフッ素化に役立つ。後者の場合、
触媒の物理特性を害さないことを望むなら、温度に関す
る完全な制御を行うことが必要である(アルミナのフッ
素化は極めて発熱性が高い)。さらに、発生する水の量
は、際だって多い。
【0027】活性化の後、元素(クロム、ニッケル、フ
ッ素、アルミニウム、酸素)の化学分析を行うと、本発
明の触媒の無機成分の組成を確認することができる。
【0028】活性化した形態の上記触媒は、未活性化の
形態と同様に、本発明の主題である触媒に含まれる。
【0029】本発明の触媒について望まれる寿命は、以
下に説明する試験にしたがって評価する。
【0030】触媒寿命の試験 A − 触媒の老化試験 本発明による、活性化した触媒5mlを、インコネル6
00(ニッケル、クロムおよび鉄をそれぞれ重量で75
%、15%および8%含む合金)製の内径27mmの管
型反応器に装入する。続いて、N/HF(50モル%
/50モル%)混合ガスを一時間に1モル流しながら、
この触媒を490℃の温度にする。
【0031】490℃の温度に達すると、次いでこの触
媒を1モル%の酸素を含む1モル/時のHFの流れに2
4時間さらす。
【0032】この促進老化試験は数千時間のフッ素化触
媒の運転条件を表す。
【0033】B − 触媒の性能触媒の性能は、以下の
ようにして促進老化試験の前と後に評価する。
【0034】上記性能は、HFの作用によるF133a
のF134aへのフッ素化を触媒する能力によって試験
し、F133aの転化率で表す。
【0035】上記反応の運転条件は以下の通りである。
【0036】− 触媒体積: 先に使用したものと同一
の管型反応器中に5ml; − 温度 : 350℃ − 圧力 : 大気圧 − 接触時間 : 0.5秒 − HF/F133aモル比: 4 − 期間 : 24時間 C − 触媒の寿命 触媒寿命は、このようにして、上記の運転条件に合わせ
て、老化試験の前後の、触媒存在下で記録されたF13
3aの転化率の差によって評価する。
【0037】上記の試験条件の下で、3%未満の差は、
工業条件下での触媒寿命が数千時間であることを示すと
考えられる。
【0038】本発明のもう一つの主題は、本発明の触媒
を使用してフッ化水素酸により気相でハロゲン化炭化水
素をフッ素化するための方法に関する。
【0039】本発明による方法は、飽和および不飽和の
ハロゲン化炭化水素、とくにオレフィン性ハロゲン化炭
化水素に適する。一〜三個の炭素原子と一個または複数
の水素原子を含有するフッ素化炭化水素の製造にとくに
適する。原料のハロゲン化炭化水素の例として、とくに
制限を設けずに述べれば、CHCl、CCl=CH
Cl、CHCl−CClF、CHCl−CF
CH−CCl−CH、CCl−CF−C
、CCl−CF−CHCl、CCl−CF
−CHCl、CHCl−CHCl−CH、CH
Cl−CHCl−CH、CCl=CClならび
にCF−CH=CHF、CHCl、CHCl
F、CCl=CH−CClH、CCl−CH=C
HCl、CHCl−CClF、CHCl−C
、CHFCl−CF、CHCl、CHCl
F、CHFClまたはCHFClを挙げることがで
きよう。
【0040】1−クロロ−2,2,2−トリフルオロエ
タン(F133a)から1,1,1,2−テトラフルオ
ロエタン(F134a)を調製するために本発明の方法
を用いることは好ましい。本発明の触媒を使用すると、
工業装置を運転することがさらに便利になり、とくに時
折さらに高温に設定することが可能となる。この場合、
有利にも、F134aに関する高い選択性も得られる。
【0041】上記フッ素化反応の温度は、出発原料と所
望のフッ素化炭化水素によって、一般に50℃と500
℃の間にある。全ての塩素原子をフッ素原子で置き換え
ることを望む場合、300℃と500℃の間で運転する
ことが好ましい。
【0042】接触時間は、「触媒体積」と「反応原料の
全流速」(反応条件下で測定)の比率として定義され、
広い限界内で変わり、一般に3秒と100秒の間にあ
る。実際に、有利には高い転化率と有利には高い生産性
の両方を得るように、5秒と30秒の間の接触時間で運
転することが好ましい。
【0043】HF/原料ハロゲン化炭化水素のモル比は
また、とくに上記炭化水素の性質と反応の化学量論によ
って広い限界内で変わり、一般に1と20の間、好まし
くは2と10の間にある。
【0044】運転圧力は、1絶対気圧と20絶対気圧の
間(0.1〜2MPa)、好ましくは5気圧と16気圧
の間にある。
【0045】本発明の触媒は、固定床または流動床とし
て運転できる。固定床は、反応が発熱性でない場合に好
ましい。
【0046】好ましい代替形態の本発明の方法によれ
ば、前記フッ素化反応は酸素の存在下で行われる。「O
/原料ハロゲン化炭化水素」比は、0.001と10
の間、好ましくは0.5と5(モル%)の間で用いるの
が好ましい。酸素の導入により、有利にも、触媒活性が
コーク等の生成物の表面への付着のために時折低下する
際、活性を回復することが可能になる。
【0047】以下の実施例は本発明を説明するものであ
り、決して本発明を制限するものと解釈すべきでない。
【0048】
【実施例】実施例1: A − 触媒の調製 流動床において約300℃で空気とフッ化水素酸(空気
中の前記の酸の濃度は5〜10容量%)を用いてアルミ
ナをフッ素化することにより得られる300mlのAl
をロータリーエバポレータに入れる。原料のアルミ
ナは、下記の物理化学的特性を示す。
【0049】− 形状:直径1〜2mmのビーズ − BET比表面積:223m/g − 細孔体積:1.2cm/g(40Åと63μmの
間の細孔半径に対して) − ナトリウム含有量:900ppm さらに、つぎの二つの水溶液を別々に調製する。
【0050】− 塩化ニッケル六水塩を添加した三酸化
クロム(CrO)水溶液 − クロムのモル数当たりメタノールを3〜4.5モル
当量含有するメタノール溶液 引き続き、上記二つの溶液の混合物を、周囲温度、大気
圧で約45分にわたり、かき混ぜながらAlF上に導
入する。クロムとニッケルの塩の量は、下記の表に示す
触媒中のCrとNiの所望のモル当量を得るために調整
される。
【0051】B − 活性化 あらかじめ調製した5mlの触媒を、インコネル600
製の内径27mmの管型反応器に充填する。乾燥は、窒
素気流下、200℃で4時間行う。
【0052】上記触媒は引き続き、HF/N(50モ
ル%/50モル%)混合物を導入し、温度を200℃か
ら350℃へ上げ(5時間)、350℃を8時間維持す
ることにより、徐々にフッ素化される。この活性化段階
は、純粋のHFを用いて350℃で10時間処理するこ
とにより終了する。
【0053】上記触媒は引き続き、先に定めた寿命試験
を行う。この試験結果は、促進老化試験の前と後でF1
33aの転化率の形で表に示す(モル%として表示)。
【0054】転化率と選択率はまた、本文中にモル%単
位で表す。
【0055】
【表1】 上記の結果は、本発明の触媒A〜Eについて、老化試験
後のF133aの転化率の低下は最大3%に制約される
ことを示している。かかる挙動は、上記触媒について、
フッ素化工業装置の運転条件下で数千時間の寿命である
ことを示している。
【0056】実施例2: F133aのF134aへの
フッ素化 実施例1の触媒の性能を下記の運転条件下で(活性化
後)試験した。
【0057】 − 触媒体積(かさ) : 75ml − 温度 : 350℃ − 圧力 : 大気圧 − フッ化水素酸の流量: 1.09モル/時 − F133aの流量 : 0.26モル/時 すなわち、HF/F133aのモル比は4.2であり、
反応条件下での接触時間は3.9秒である。
【0058】反応から生成する気体は、水洗により水素
酸より分離し、ついで乾燥してガスクロマトグラフ法に
より分析する。
【0059】21%のF133a転化率、99%の選択
率および75g/時/lのF134a生産性が得られ
る。
【0060】実施例3:実施例2を繰り返す。ただし、
F133aに関して1モル%のOを反応混合物に導入
する。
【0061】1000時間の運転の後、20%より高い
F133a転化率、97%より高いF134a選択率お
よび50g/時/lのF134a生産性が観察される。
【0062】実施例4:実施例2を繰り返す。ただし、
F133aに関して1.5モル%のOを反応混合物に
導入し、反応は、420℃の温度、15絶対気圧の圧力
の下で行う。反応原料の流速は以下の通りである。
【0063】 − HFの流速 : 2.15モル/時 − F133aの流速: 1.08モル/時 すなわち、HF/F133aのモル比は2に等しく、接
触時間は22秒である。
【0064】約22%のF133a転化率、90%より
高いF134a選択率および290g/時/lのF13
4a生産性が観察される。
【0065】比較例:実施例1を繰り返す。ただし、ニ
ッケルを6%とクロムを6%含有するAlF 担持Ni
/Cr触媒を調製する。老化試験前のF133aの転化
率12.8%が得られ、これは老化試験後に3.2%に
落下する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エリツク・ジヨルダ フランス国、69005・リヨン、モンテ・ド ユ・ガリヤン、9 (72)発明者 エリツク・ラクロワ フランス国、69480・アンベリユー・ダゼ ルグ、ル・ブール

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ニッケル/クロムの重量比が0.08と
    0.25の間、好ましくは0.1と0.2の間にあるこ
    とを特徴とするフッ化アルミニウムまたはフッ化アルミ
    ニウムとアルミナとの混合物からなる担体に担持された
    一種または複数のニッケルとクロムの酸化物、ハロゲン
    化物および/またはオキシハロゲン化物を含有する混合
    フッ素化触媒。
  2. 【請求項2】 重量で0.1〜6%のニッケル塩と1〜
    20%のクロム塩、好ましくは0.35〜4.5%のニ
    ッケル塩と3〜16%のクロム塩,さらに好ましくは1
    〜2%と6〜12%をそれぞれ含有することを特徴とす
    る請求項1に記載の触媒。
  3. 【請求項3】 請求項1と2のどちらかに記載の触媒を
    使用してフッ化水素酸により気相でハロゲン化炭化水素
    をフッ素化する方法。
  4. 【請求項4】 上記ハロゲン化炭化水素がCHCl
    CCl=CHCl、CHCl−CClF、CH
    Cl−CF、CH−CCl−CH、CCl
    CF−CH、CCl−CF−CHCl、CC
    −CF−CHCl、CHCl−CHCl−C
    、CHCl−CHCl−CH、CCl=CC
    、CF−CH=CHF、CHCl、CH
    lF、CCl=CH−CClH、CCl−CH=
    CHCl、CHCl−CCl F、CHCl−CF
    、CHFCl−CF、CHCl、CHCl
    F、CHFClまたはCHFClから選択されるこ
    とを特徴とする請求項3に記載の方法。
  5. 【請求項5】 1,1,1,2−テトラフルオロエタン
    (F134a)が1−クロロ−2,2,2−トリフルオ
    ロエタン(F133a)から調製されることを特徴とす
    る請求項3と4のどちらかに記載の方法。
  6. 【請求項6】 温度が50℃と500℃の間、好ましく
    は300℃と500℃の間にあることを特徴とする請求
    項3から5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 【請求項7】 接触時間が3秒と100秒の間、好まし
    くは5秒と30秒の間にあることを特徴とする請求項3
    から6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 【請求項8】 「HF/原料ハロゲン化炭化水素」モル
    比が1と20の間、好ましくは2と10の間にあること
    を特徴とする請求項3から7のいずれか一項に記載の方
    法。
  9. 【請求項9】 運転圧力が1絶対気圧と20絶対気圧の
    間、好ましくは5気圧と16気圧の間にあることを特徴
    とする請求項3から8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 【請求項10】 上記フッ素化反応が、酸素の存在下、
    「O/原料ハロゲン化炭化水素」比が0.001モル
    %と10モル%の間、好ましくは0.5モル%と5モル
    %の間で行われることを特徴とする請求項3から9のい
    ずれか一項に記載の方法。
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