JPH1171307A - ヒドロフルオロアルカンの製造方法 - Google Patents
ヒドロフルオロアルカンの製造方法Info
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- JPH1171307A JPH1171307A JP10171140A JP17114098A JPH1171307A JP H1171307 A JPH1171307 A JP H1171307A JP 10171140 A JP10171140 A JP 10171140A JP 17114098 A JP17114098 A JP 17114098A JP H1171307 A JPH1171307 A JP H1171307A
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Abstract
物を伴わないプロセスにより良好な収率にてペンタフル
オロエタン(F125)および/または1,1,1,
2,3,3,3−ヘプタフルオロプロパン(F227e
a)を製造することにある。 【解決手段】 ペンタフルオロエタン(F125)およ
び/または1,1,1,2,3,3,3−ヘプタフルオ
ロプロパン(F227ea)を製造するには、トリフル
オロメタンのガス流を熱分解にかけ、次いでこの熱分解
から生じたガスの混合物をフッ素化触媒と接触させる。
Description
くはHFAとして知られたヒドロフルオロアルカンの分
野に関し、より詳細には名称F23として知られたトリ
フルオロメタンからのペンタフルオロエタン(F12
5)および1,1,1,2,3,3,3−ヘプタフルオ
ロプロパン(F227ea)の製造を主題としている。
層圏オゾン層の弱化に寄与すると疑われてきたため、ヒ
ドロフルオロアルカンに対する興味が増大してきた。
C11)、ジクロロジフルオロメタン(CFC12)、
1,1,2−トリクロロ−1,2,2−トリフルオロエ
タン(CFC113)およびクロロペンタフルオロエタ
ン(CFC115)のようなCFC類がこの理由からあ
らゆる工業国にて禁止されており、たとえば1,1,
1,2−テトラフルオロエタン(F134a)、ジフル
オロメタン(F32)、ペンタフルオロエタン(F12
5)、1,1,1,2,3,3,3−ヘプタフルオロプ
ロパン(F227ea)、1,1,1,3,3−ペンタ
フルオロプロパン(F245fa)および1,1,1,
2,2−ペンタフルオロブタン(F356mfc)のよ
うなヒドロフルオロアルカン類、並びにたとえばクロロ
ジフルオロメタン(F22)、1,1−ジクロロ−1−
フルオロエタン(F141b)および1−クロロ−1,
1−ジフルオロエタン(F142b)のようなヒドロク
ロロフルオロアルカン類(HCFC)により代替されて
いる。オゾン層に対しCFCよりも有害性は少ないが、
HCFCは徐々に消失する運命にある。したがって、C
FCおよびHCFCに代替するにはHFC型の生産物を
製造し得ることが必要である。
方法は、塩素化された化合物のフッ化水素を用いる触媒
フッ素化またはクロロフッ素化された化合物の水素化分
解またはHFCの存在下におけるHCFCの熱分解に基
づいている。塩素化された化合物を含むと共に塩酸を同
時生成するこれら全ての方法は、不純物としてHCFC
またはCFC型の塩素化生成物を発生し、これらはオゾ
ン層に対する作用のため全く望ましくないことは明らか
である。このように製造されるHFCにおけるCFCも
しくはHCFC型の塩素化不純物の含有量はできるだけ
低くせねばならず、したがって考慮すべき重要な因子で
ある。
フォーム膨脹、溶剤または消火)のため、異なる物理的
および化学的性質を有する入手可能な数種のHFCまた
は一定の用途に対して特に満足しうるHFCの混合物が
必要であることが判るであろう。
FCもしくはCFC型の不純物または塩酸の生成なしに
異なる物理的性質を有する数種のHFCの製造を可能に
し、利用できるプロセスを有すること、特にペンタフル
オロエタン(F125)および1,1,1,2,3,
3,3−ヘプタフルオロプロパン(F227ea)の製
造を可能にし、利用できるプロセスを有することがこの
分野で特に有利であろう。
125を合成するための多くの方法のうち、次のものを
挙げることができる: −木炭支持体に沈着させたクロムを含有する触媒の存在
下(特許EP 456,552号)またはフッ素化アル
ミナ型の支持体にクロムを含有する触媒の存在下(特許
EP 349,298号)における気相でのフッ化水素
による1,1,1−トリフルオロ−2,2−ジクロロエ
タン(F123)のフッ素化に関するもの、 −酸化クロム型の触媒上の通過がその出口にてF125
とF123との混合物をもたらす、たとえばF124の
ようなHCFC誘導体の不均化(特許出願WO9202
476号)、 −F115の水素化分解(出願WO 9105752号
および特許EP 0,506,525号)(99%より
大きいF115の変換度は著量のF143a(CF3−
CH3)の生成をもたらす強制条件を必要とする)。
含むこれら方法は得られるF125の完全精製を通常伴
い、その主たる問題の1つは簡単な蒸留により分離が困
難であると共に一層複雑な技術により除去せねばならな
いF125中のF115の存在である(特許FR 2,
716,449号に記載)。
58,225号)または気相(特許EP 0,036,
123号)にて触媒の存在下にテトラフルオロエチレン
をフッ素化して得られるが、これらの方法はC2F4の単
離もしくは貯蔵を必要とし、この生成物に固有の爆発も
しくは重合の危険があるので重大な欠点がある。特許R
U 2,049,085号によれば、F124との混合
物としてのC2F4のフッ素化は気相にて酸化アルミニウ
ム上のクロムに基づいた触媒を用いて行うことができ、
C2F4およびF124はF22(CHClF2)の熱分
解から生じうるが、これにより得られるF125はたと
えばF114およびF115のようなHCFCにより汚
染されて、この種のプロセスの利点を著しく低下させ
る。
3とF22との混合物からのF125の合成方法を記載
している。この方法はF125以外の他のHFCの製造
を可能にするが、塩素化された出発物質(F22)の使
用を必要とし、さらにこの反応により生成されたHCl
の存在も非常に望ましくない。何故なら、腐蝕の問題お
よび反応混合物中に発生しうる塩素化副生物の問題があ
るからである。
の熱分解段階を含む過フッ素化オレフィンの製造方法を
記載しており、極めて少量のF125およびF227e
aも生成することを示している。
属触媒における2−クロロヘプタフルオロプロパンの水
素化分解(特許EP 539,989号)およびアンチ
モンを含む触媒の存在下におけるペルフルオロプロペン
のHFによるフッ素化(特許出願WO 9602483
号)を挙げることができる。
て、塩素化生成物または副生物を含まず、したがって塩
素化出発物質の使用に基づくプロセスにより得られる生
成物中に通常存在するようなCFCもしくはHCFC型
の不純物を含まないF125及びF227eaを供給す
るプロセスによりペンタフルオロエタン(F125)、
1,1,1,2,3,3,3−ヘプタフルオロプロパン
(F227ea)またはこれら化合物の混合物を良好な
収率で製造しうることがわかってきた。さらに、この方
法は痕跡量の塩酸すら全く含まないフッ化水素酸を同時
生成することもできる。
化生成物もしくは副生物を含まないプロセスにより良好
な収率にてペンタフルオロエタン(F125)および/
または1,1,1,2,3,3,3−ヘプタフルオロプ
ロパン(F227ea)を製造することにある。
はペンタフルオロエタン(F125)および/または
1,1,1,2,3,3,3−ヘプタフルオロプロパン
(F227ea)の製造方法であり、この方法は: (a) 気相にてトリフルオロメタン(F23)の流れ
を700℃より高い温度にて熱分解にかけることよりな
る段階、および(b) 熱分解段階から生じたガスの混
合物をフッ素化触媒と接触させることよりなる段階を含
むことを特徴とする。
おいて、F23の熱分解はテトラフルオロエチレンおよ
び/またはペルフルオロプロペンの生成をもたらすと共
にフッ化水素の同時生成をもたらす。
(b)においては、段階(a)で同時生成したHFの1
部をテトラフルオロエチレンおよび/またはペルフルオ
ロプロペンに添加してF125および/またはF227
eaを生成させる。
階(b)に際し部分的にのみ消費される。したがって、
過剰量を容易に回収して他の製造操作に利用することが
できる。さらに反応混合物における塩酸の不存在は、高
温度における塩酸の存在により誘発される腐蝕の問題を
防止する。
とができる。したがって熱分解は10ミリバール〜10
バールの範囲の絶対圧にて行うことができ、過度に高い
圧力は生成物に関する選択率の顕著な損失をもたらすと
共に過度に低い圧力はこの方法の生産性を低下させる。
この圧力の選択は、第1段階の際のC2F4またはC3F6
の中間的生成または第2段階の終了時におけるF125
もしくはF227eaの最終的生成に対する所望の方向
性にも関与する。低圧力はC2F4したがってF125の
生成に好適であるのに対し、高圧力はC3F6したがって
F227eaの生成を促進する。操作は好ましくは50
ミリバール〜2バールの圧力下に行われ、大気圧に等し
い圧力値がさらに好適である。
で行われるが、熱分解温度の正確な選択は選択される接
触時間およびプロセスの出口にて所望される生成物に依
存する。この温度の上限値は一般に技術的拘束によって
決定される。この熱分解温度は一般に700〜1200
℃であり、好ましくは900〜1100℃、より好まし
くは950〜1050℃の範囲で選択される。
ス流速との比により規定され、単位時間当たりの容積と
して現され、このガス流速は完全ガスに関する関係を適
用して反応段階の圧力および温度条件につき補正され
る。段階(a)に際し接触時間の選択は、関与する温度
および圧力条件に明らかに関連する。これは一般に0.
1ミリ秒〜2秒、好ましくは5ミリ秒〜0.1秒、より
好ましくは5〜50ミリ秒の範囲である。この接触時間
の下限値は実際には、用いるべき温度およびガス流速に
関連する技術的限界により支配される。
は空チューブ型の反応器であるが、交換表面積を増大さ
せるべく不活性パッキングを充填した反応器を使用する
こともできる。バルクもしくは支持された触媒を反応器
中へ導入することもできるが、熱分解段階は一般に触媒
を必要とせず、好ましくは触媒の不存在下に行われる。
と共に耐腐食性である各種の材料で作成することができ
る。これには、例えば白金で内部被覆された反応器を使
用することができる。しかしながら本発明の範囲を限定
することなく、好ましくはたとえばインコネル、ニッケ
ルもしくはハイテロイのような材料が挙げられる。
はプロセスに際し生成された種々異なる生成物の循環物
との混合物として導入することができる。本発明の範囲
を限定するものでないが、これら生成物および副生物は
F125、F227ea、ペルフルオロシクロブタン
(c−C4F8)、テトラフルオロエチレン、ペルフルオ
ロプロペン、ヘキサフルオロエタン(F116)もしく
はフッ化水素酸であり得ることが示される。たとえば窒
素のような不活性希釈ガスをも導入することができる。
びペルフルオロプロペンとテトラフルオロエチレンとの
混合物を含有すると共に、選択される方向性に応じて殆
どこれら2種の生成物の一方もしくは他方を含有しうる
熱分解段階(a)から生じたガスは、500℃未満の温
度で作用するフッ素化触媒を内蔵した反応器へ移送され
る。
合物は好ましくはフッ素化反応器へ直接に移送される
が、この方法の実施を一層容易にするため中間的または
干渉的な貯蔵も主題としうる。循環生成物(特にフッ化
水素)は、熱分解段階に由来するガスの混合物に添加す
ることができる。過フッ素化オレフィンを安定化させる
と共にその重合を防止するために、たとえばリモネンの
ようなテルペンまたはディプソール(登録商標)の名称
で知られた混合物、フェノール、アミンおよび或る種の
芳香族誘導体、たとえばトルエンもしくはα−メチルス
チレンなどの1種もしくはそれ以上の安定化剤をフッ素
化反応器へ流入する流れに添加することもできる。
とができる。
物および/または酸化物、たとえばクロム、ニッケル、
亜鉛、マグネシウム、カルシウムまたは鉄に基づく触媒
が使用される。使用する触媒はバルクとすることができ
或いはフッ化アルミニウム、木炭またはフッ化水素の存
在に対し耐性である他の任意の支持体であり得る支持体
上に支持することもできる。クロムに基づく触媒は良好
な結果を与え、好適触媒の1種はフッ素化アルミナに基
づく支持体に沈着されたクロムを含む触媒で構成され
る。
0〜500℃とし得るが、200〜400℃、より好ま
しくは250〜350℃の温度で操作するのが好適であ
る。気相にて、フッ素化段階の圧力は10ミリバール〜
20バールの範囲で変化し得る。100ミリバール〜5
バールが有利であり、大気圧に等しい圧力はさらに有利
である。技術的観点からは、この方法の2つの段階につ
き同様な圧力を選択するのが有利であることは明らかで
ある。
時間は0.1〜120秒であり、操作は好ましくは1〜
30秒の接触時間にて行われる。
圧下に行うこともできる。次いで反応を溶剤(特にいわ
ゆるHF媒体)の存在下もしくは非存在下で行うことが
でき、フッ化水素酸を溶媒として使用する。
るフッ素化の触媒としてはアンチモン、チタン、錫、タ
ンタルもしくはニオブの各誘導体である通常の触媒を挙
げることができる。液相におけるフッ素化温度は20〜
150℃の範囲で変化しうる。
3、フッ化水素酸、F125および/またはF227e
aを含有するガスを分離する。残留オレフィンC2F4ま
たはC3F6を与えない条件下で操作するのが好都合であ
る。しかしながら、これらオレフィンがまだフッ素化段
階の出口に存在すれば、これらをプロセスに循環させ或
いは他の用途のため回収することができる。
化水素酸を除去し、次いでガスを蒸留して生成F125
および/またはF227eaを回収することができる。
一般にF23は反応の開始部に他の未変換中間体または
副生物の全部もしくは1部と共に戻される。さらに、こ
の第2段階から生じた粗製ガスを蒸留してHFを工業的
に容易に一層再使用しうる形態で回収し或いは硫酸での
洗浄によりフッ化水素を回収することもできる。
説明する。
ムを6%まで含浸させた1Lのアルミナを、流動化され
た砂浴装置により加熱された内径8cmを有する1.5
Lのインコネル反応器に充填する。
次の特性を示す: 形態:1〜2mmビーズ BET比表面積:223m2/g 孔容積:1.2cm3/g(4nm〜63μmの孔半
径)。
℃にて1晩乾燥させ、次いでこの温度および窒素の存在
下に240gのフッ化水素を18g/hの流速にて導入
する。次いで温度を350℃に上昇させ、HFの導入を
同じ流速にてさらに12時間にわたり続ける。方法の第
2段階で使用するフッ素化触媒がこのようにして得られ
る。
を、長さ約50cm、内径4mmおよび外径6mmを有
する空ニッケルチューブよりなる反応器に導入する。こ
のチューブを炉により加熱し、設定温度に近い温度(設
定温度とそれより20℃だけ低い温度との間の温度)ま
で実際に加熱される長さは、このチューブ中へ温度プロ
ーブを導入すると共に窒素を流すことにより20cmに
て実験的に評価し、この温度プローブを試験に際し除去
した。この長さを第1段階における接触時間を評価する
際に考慮する。この実施例のための設定温度(T1)は
1000℃であり、接触時間(CT1)は32ミリ秒で
ある。
載した反応器であって、項目(a)にて調製した触媒を
充填する。項目(b)に記載した熱分解段階からのガス
をこのフッ素化反応器へ直接移送する。この第2段階の
温度(T2)を300℃に設定する。圧力は大気圧に等
しく、触媒の容積に関し計算した接触時間(ct2)は
29秒である。第2反応器の出口にてガスを水洗し、次
いで塩化カルシウムで乾燥させる。
23の流速を変化させ、すなわちこの方法の2つの段階
の接触時間を変化させる。その結果を下表に示す。
よび外径4mmを有する熱分解反応器(第1段階)を使
用し、加熱領域は20cmに等しくする。さらに、操作
を第2段階に際し一層小容積の触媒で行って、15秒の
接触時間を得る。得られた結果を下表に示す。
にわたり操作した後も、フッ素化触媒の失活の徴候は認
められず、生成物の分布は変化しないままであった。
付オートクレーブで構成し、これには同じくジャケット
付の単一冷却器および圧力制御弁を装着した。
7gのTaCl5(0.2モル)とを、液体窒素中に浸
しておいた前記オートクレーブに順次に充填する。次い
でオートクレーブの温度を室温に戻す。次いでオートク
レーブを油浴に浸して反応混合物において約100℃の
温度を得る一方、冷却器の頂部における温度を20℃に
維持すると共に組立て装置を10バールの圧力に調整す
る。
にて14.9g/h(0.3モル/h)の流速で供給す
る。冷却器の頂部にて連続放出される最も揮発性の生成
物を水スパージャーに流入させ、次いでドライヤに流入
させた後、液体窒素で冷却されたステンレス鋼容器に集
める。
ーブを油浴中での水の循環により冷却する。室温まで戻
した後、オートクレーブを脱ガスすると共に反応生成物
を洗浄、乾燥および上記のように回収する。かくして回
収された気相および液相を分析すると共に、恐らく脱ガ
ス後にオートクレーブ中に残留しうる液相をも分析す
る。
表わす)は12.9%に達し、F125の選択率(反応
により消費されたC2F4のモル数に対して表わす)は9
9.9%である。
ル)と50.6gのNbCl5(0.19モル)とを液
体窒素に浸しておいたオートクレーブに順次に充填し、
C2F4を15.1g/h(0.3モル)の流速にて気相
で供給する。
液相の分析は、導入C2F4の変換率が11%に達し、F
125の選択率が99.9%であることを示す。
段階(a)に従いF23の熱分解反応から生じたガスの
混合物を液相における触媒フッ素化反応にかけてF12
5を生成させうることを示す。
Claims (18)
- 【請求項1】 気相にてトリフルオロメタンの流れを7
00℃より高い温度にて熱分解にかけることよりなる段
階と、熱分解段階から生ずるガスの混合物をフッ素化触
媒と接触させることよりなる段階とを含むことを特徴と
するペンタフルオロエタンおよび/または1,1,1,
2,3,3,3−ヘプタフルオロプロパンの製造方法。 - 【請求項2】 熱分解段階を700〜1200℃の範囲
の温度、好ましくは900〜1100℃の温度、より好
ましくは950〜1050℃の温度にて行う請求項1に
記載の方法。 - 【請求項3】 熱分解段階を10ミリバール〜10バー
ルの範囲の圧力下、好ましくは50ミリバール〜2バー
ルの圧力下、より好ましくは大気圧にて行う請求項1ま
たは2に記載の方法。 - 【請求項4】 接触時間が0.1ミリ秒〜2秒、好まし
くは5ミリ秒〜0.1秒、より好ましくは5〜50ミリ
秒である請求項2または3に記載の方法。 - 【請求項5】 熱分解反応器が空チューブ反応器である
請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項6】 熱分解反応器へ供給するトリフルオロメ
タンが純粋であって、不活性ガスで希釈されおよび/ま
たは循環生成物と混合される請求項1から5のいずれか
一項に記載の方法。 - 【請求項7】 循環生成物がペンタフルオロエタン、
1,1,1,2,3,3,3−ヘプタフルオロプロパ
ン、ペルフルオロシクロブタン、テトラフルオロエチレ
ン、ペルフルオロプロペン、ヘキサフルオロエタンおよ
び/またはフッ化水素を含む請求項6に記載の方法。 - 【請求項8】 熱分解段階から生ずるガスを、分離せず
にフッ素化段階にかける請求項1から7のいずれか一項
に記載の方法。 - 【請求項9】 フッ素化段階を気相にて20〜500℃
の範囲の温度、好ましくは200〜400℃の温度、よ
り好ましくは250〜350℃の温度で行う請求項1か
ら8のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項10】 フッ素化段階を10ミリバール〜20
バールの範囲の圧力下、好ましくは100ミリバール〜
5バールの圧力下、より好ましくは大気圧にて行う請求
項9に記載の方法。 - 【請求項11】 接触時間が0.1〜120秒、好まし
くは1〜30秒である請求項9または10に記載の方
法。 - 【請求項12】 フッ素化触媒がクロムに基づく請求項
9から11のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項13】 フッ素化段階を液相にて加圧下に行う
請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項14】 フッ素化触媒がアンチモン、チタンま
たは錫に基づく請求項13に記載の方法。 - 【請求項15】 温度が20〜150℃である請求項1
3または14に記載の方法。 - 【請求項16】 フッ素化を溶媒中で、好ましくはHF
媒体中で行う請求項13から15のいずれか一項に記載
の方法。 - 【請求項17】 プロセスの副生物を、熱分解段階から
生じたガス流に添加する請求項9から16のいずれか一
項に記載の方法。 - 【請求項18】 安定化剤を、熱分解段階から生じたガ
ス流に添加する請求項9から17のいずれか一項に記載
の方法。
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