JPS5842849B2 - 低級パ−フルオロアルカンの製造方法 - Google Patents

低級パ−フルオロアルカンの製造方法

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JPS5842849B2
JPS5842849B2 JP56009630A JP963081A JPS5842849B2 JP S5842849 B2 JPS5842849 B2 JP S5842849B2 JP 56009630 A JP56009630 A JP 56009630A JP 963081 A JP963081 A JP 963081A JP S5842849 B2 JPS5842849 B2 JP S5842849B2
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tfe
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JP56009630A
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モーリス・ジヨセフ・カウチユア
壇 林
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Chemours Mitsui Fluoroproducts Co Ltd
EIDP Inc
Original Assignee
Mitsui Fluorochemicals Co Ltd
EI Du Pont de Nemours and Co
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C17/00Preparation of halogenated hydrocarbons
    • C07C17/013Preparation of halogenated hydrocarbons by addition of halogens
    • C07C17/04Preparation of halogenated hydrocarbons by addition of halogens to unsaturated halogenated hydrocarbons
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C17/00Preparation of halogenated hydrocarbons
    • C07C17/361Preparation of halogenated hydrocarbons by reactions involving a decrease in the number of carbon atoms

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、低級パーフルオロアルカン、即チパーフルオ
ロメタン(CF、)及びパーフルオロエタン(C2F6
)を、高純度且つ高収率で而かも安全且つ簡単なプロセ
スにより製造することができ、更に所望によりCF4及
びC2F6を夫々単独に又は混合物の状態で製造するこ
とができる方法に関する。
低級パーフルオロアルカンは、従来より、極低温用冷媒
として或いは電気絶縁ガスとして使用されており、近年
では半導体用エツチング剤としての用途も注目されてい
る。
低級パーフルオロアルカンの製法としては、(1)炭素
を直接フッ素化する方法、 (2)クロロフルオロアルカンをフッ素化又は不均化す
る方法、 (3)パーフルオロアルケンをフッ素化又は脱炭素する
方法、 などが知られている。
(1)の方法の例としては、下献1)式に示すように、
粒状炭素を塩素の存在下で溶融金属フッ化物(この場合
にはフッ化カルシウム)でフッ素化する方法(特公昭4
3−28089号)などがある。
しかしながら、かかる方法は固体、液体、気体の三成分
共存状態における反応であるため、プロセスが複雑なも
のとなり、また反応の制御が難かしく且つ原料の製品へ
の転化率が低いという欠点がある。
更に、(1)式中には示されてないが、クロロトリフル
オロメタン(CClF2)などの如きクロロフルオロメ
タンが副生ずるため製品の純度が低いという欠点もある
(2)の方法の例としては、下記(2)式に示すように
、フッ化クロムなどを触媒とじフッ化水素をフッ素化剤
として用いて、クロロフルオロメタンを気相でフッ素化
する方法(米国特許2745886号)及び下記(3)
式に示すように、フッ化アルミニウムなどを触媒として
使用してクロロフルオロメタンを不均化する方法(米国
特許2478201号)などがある。
これらの方法により得られたCF4は、縮2)及び(3
)からも明らかなように、他のクロロフルオロメタンと
の混合物のかたちで得られるため、クロロフルオロメタ
ンとの分離操作が必要であり、特にCC1F3(沸点−
si’c)のCF4(沸点−128℃)からの分離は極
低温を必要とするため、経済的にも技術的にも多くの困
難を伴ない、且つCF4の収率も10〜20%前後でプ
般的に低いという欠点がある。
一方、(3)の方法は高純度のCF4を得ることができ
るという利点を有するが、その方法の多くは安全上の問
題から工業的に採用することが不可能であった。
即ち、TFEからCF4を得る最も著名な反応は、 の式で示されるTFEの不均化による自己分解反応であ
るが、この反応は非常に大きい熱の発生を伴なう爆発で
あること及び副生物として炭素が多量に発生し、これが
反応器の壁面に付着するため、安全の面からも、またプ
ロセスの面からも、工業的にこの反応を利用することは
困難である。
他の反応としては、 などが知られている(米国特許第2351390号)。
これらの反応は炭素の発生がないという点で好ましい反
応ではあるが、(4)式で示した反応よりも2.5〜3
.5倍大きい発熱を伴い且つ爆発の危険性も高い反応で
あること、更に(0式の反応においては高価であり且つ
反応性の極めて高い元素状フッ素を使うことなどの理由
により、安全上及び経済上の問題から工業的に採用され
ていない。
本発明者等は、上記従来の方法における欠点に鑑み、こ
れらの欠点のない低級パーフルオロアルカンの製造方法
について鋭意研究の結果、TFEと二酸化炭素(CO2
)との混合比が4/1以下の混合ガスを900℃を超え
る温度で焼成することにより、低級パーフルオロアルカ
ンを極めて有利に製造し得ることを見出し、本発明を完
成した。
本発明の方法の第1の利点は、高純度の低級パーフルオ
ロアルカンを高収率且つ高転化率で得ることができるこ
とにある。
従って、本発明の方法は、生成物からの原料の回収及び
生成物中に含まれる副生物の分離とくに製品であるパー
フルオロアルカンとの分離が極めて困難なりロロフルオ
ロアルカン類との分離操作などを、不要または簡便なも
のにすることができると共に、高収率のため、経済的に
も有利である。
本発明の第2の利点は、原料及び生成物が全て気体であ
るため、反応の制御が極めて容易であり、且つ製造装置
も簡便なものとなることにある。
本発明の第3の利点は、C02IJ″−TFEの希釈剤
となり、TFEの自己分解などに原因する爆発を未然に
防止することができると共に、その反応に際してCO2
が吸熱的に作用して反応熱を大巾に低下することができ
る安全性の高いプロセスであることにある。
本発明の第4の利点は、カーボンの発生がなく、またあ
るとしても最小量に押えることができるため、反応管へ
のカーボン付着による目づまり及び伝熱係数の低下など
が少なく、繁雑な反応管などの清掃操作から解放される
ことにある。
上記の第1及び第2の利点は主として炭素を直接フッ素
化する方法及びクロロフルオロアルカンをフッ素化又は
不均化する方法に対するものであり、第3及び第4の利
点は主としてパーフルオロアルケンをフッ素化又は脱炭
素する方法に対するものであるが、本発明の方法の独特
の利点として、CF4及び02F6を夫々単独に又は両
者の混合物の状態で製造し得るものであることが特筆さ
れる。
かかる技術は従来の方法では全くみられないものであっ
たことはいうまでもないが、本発明の方法の特徴はかか
る製造品目の変更を後に詳述する如く単に反応条件の変
更のみによって容易に行うことができることにある。
本発明の反応は、 の式によって示すことができる。
これらの反応は、反応温度及び原料として使用されるT
FEとCO2との混合ガスの混合比、特に温度によって
、極めて鋭敏に影響を受ける。
本発明の方法において採用される反応温度は、900℃
を超える温度であり、好ましくは950〜1500℃の
範囲である。
この温度領域において、例えばTFEとCO2との混合
モル比が1/1の場合、950〜1050℃の温度範囲
では、主として(司式の反応、即ちC2F6の生成反応
が進み、1050〜1100℃の温度範囲では(7)及
び1式の反応、即ちCF4及びC2F6の生成反応が両
者共存する形で進み、1100℃以上の温度で国力式の
反応が選択的に進み、高純度のCF4を得ることができ
る。
また、TFEとCO2との混合比が3/2の場合には、
02F6の生成温度範囲が、高温側に拡がる傾向がみら
れる。
しかしながら、900℃以下の温度では、(7)式のC
F4生成反応は勿論、(8)式のC2F6生成反応もほ
とんど進行しなくなり、800〜850℃付近では、下
菰9)式に示すように、TFEからヘキサフルオロプロ
パン(RFP)への転化反応力支配的となる。
この反応は、RFPの製造方法として有用なものであり
、本願出願人はこれについて特願昭4863446号(
特開昭49−48608号)として既に出願しているが
、本願発明の目的とは明らかに異なるものである。
温度の上限は限定的なものでなくCF4の分解温度以下
の温度を採用すれば良いが、余り高い温度は反応管の材
質の選択範囲を狭めること及び熱経済的にみても不利で
あるところから、1500℃以下、好ましくは1300
℃以下、の温度が採用される。
本発明の反応はほぼ(′7)式及び(8)式で示した反
応式に近い型で進むため、理論量通り、CF4の製造に
おいては原料ガスとしてTFEとCO2との混合比がモ
ル比で3/2〜1/2の範囲とくに1/1のガスを、ま
た、C2F6の製造においてはモル比で2/1〜1/1
の範囲とくに3/2のガスを使用することが最も好まし
い。
しかしながら、実際に使用される原料ガスの混合比は4
/1以下であれば良く、好ましくは3/1〜1/10の
範囲である。
混合比が4/1を超える原料ガスの使用は、カーボンの
発生及びTFEの不均化による爆発の危険性を増大せし
める傾向がある。
一方、混合比の下限は必ずしも限定的なものではないが
、単にCF4及びC2F6の生成反応に関与しない過剰
量のCO2を増加せしめるにすぎないため、熱経済的に
不利であり、混合比をすくなくとも1/10以上にする
ことが好ましい。
上記反応は加圧下でも又減圧下でもよく、その反応速度
は比較的速いため、原料ガスを所定温度に昇温後数秒か
ら数分保てば充分である。
反応装置も特別な形態のものではなく、一般的に使用さ
れる昇温可能な気体反応用装置であればよく、例えば前
型反応装置などが有利に使用される。
上記の反応により得られた生成ガスの組成は、(7)式
及切1式によって示される主反応生成物であるCF、、
C2”6及びCOと、副反応生成物であるCOF2、H
FP及びその他の未知フッ化物と、未反応物質であるC
O2などからなる。
上記生成ガスの中、収率低下の原因となるCOF2、H
FP及びその他の未知フッ化物などの如き副反応生成物
の生成は、反応温度が高くなるに従って急激に減少する
傾向がある。
例えば、RFP及びその他の未知フッ化物は、950℃
では全フッ化物に対し約5〜8重量%程度存在するが、
100℃ではほとんど認められなくなり、また、COF
2は1000℃では約45重量%程度存在するが、11
50℃では10重量%以下となり、1300℃では約2
重量%にまで減少する。
上記生成ガスの精製は、反応温度が低いC2F6の製造
においては副反応生成物の分離が必要ではあるが、反応
温度が高いCF、の製造においては副反応生成物との分
離操作を省略することも可能となる。
また、分離するにしても、副反応生成物であるCOF2
は水と接触させてHFとCO2に分解することにより、
またRFP及びその他の未知フッ化物は、高沸点物であ
るため蒸留により、主生成反応物から容易に分離除去す
ることができる。
一方、主反応生成物中に含まれるCOは、常法、例えば
COをCO2に酸化したのち未反応物質であるCO2と
共にアルカリ溶液に吸収させるとか、COのままで銅−
アンモニア錯塩に吸収させるとかの方法により分離しう
るが、本発明の方法はこれらの方法によって限定される
ものではない。
実施例 石塚電機製作所製電気管状炉(高温型)IRH中に装着
された長さ300mm、外径10mm、内径9.4間の
白金製反応管に、TFEとCO2との混合ガスを供給し
、TFEとCO2とを反応せしめた。
反応管内での圧力はほぼ大気圧であり、混合ガスの反応
管内での滞留時間は23℃、1気圧の条件下で約1分間
になるように、あらかじめセット※※されている。
反応温度は反応管外表面にとりつけられている白金−白
金ロジウム熱電対によって測定された。
得られた生成物はテトラ−バックに補集され、ガスクロ
マトグラフによりその組成が分析された。
原料(混合)ガス及び生成(物)ガスの組成、並びに反
応条件を表に示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 テトラフルオロエチレンと二酸化炭素との混合(モ
    ル)比が4/1以下の混合ガスを900℃を超える温度
    で焼成することを特徴とする低級パーフルオロアルカン
    の製造方法。
JP56009630A 1980-09-29 1981-01-27 低級パ−フルオロアルカンの製造方法 Expired JPS5842849B2 (ja)

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