JPWO2017146190A1 - 精製1−クロロ−2,3,3,3−テトラフルオロプロペンおよび精製1−クロロ−2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(z)の製造方法 - Google Patents

精製1−クロロ−2,3,3,3−テトラフルオロプロペンおよび精製1−クロロ−2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(z)の製造方法 Download PDF

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Abstract

1224ydと、1224ydと共沸組成物ないし共沸様組成物を形成する化合物を含む混合物から、1224ydを高濃度に含む精製1224ydを効率的に製造する方法の提供。1224ydと、1224ydと共沸組成物ないし共沸様組成物を形成する化合物(X1)との第1の混合物を、第1の抽出溶剤と接触させ、実質的に前記化合物(X1)を含まない精製1224ydを得る精製1224ydの製造方法。

Description

本発明は、精製1−クロロ−2,3,3,3−テトラフルオロプロペンおよび精製1−クロロ−2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(Z)を製造する方法に関する。
最近、冷凍機用冷媒、空調機器用冷媒、発電システム(廃熱回収発電等)用作動媒体、潜熱輸送装置(ヒートパイプ等)用作動媒体、二次冷却媒体のような熱サイクルシステム用の作動媒体として、ヒドロフルオロオレフィン(HFO)、すなわち炭素−炭素二重結合を有するヒドロフルオロカーボン(HFC)に期待が集まっている。HFOは、炭素−炭素二重結合が大気中のOHラジカルによって分解されやすいことから、オゾン層への影響が少なく、かつ地球温暖化への影響が少ない作動媒体として注目されている。
オゾン層および地球温暖化への影響が少ないうえに、燃焼性が低い作動媒体として、燃焼性を抑えるハロゲンの割合が高く、かつ大気中のOHラジカルによって分解されやすい炭素−炭素二重結合を有する、ヒドロクロロフルオロプロペン等のヒドロクロロフルオロオレフィン(HCFO)や、クロロフルオロオレフィン(CFO)がある。そして、ヒドロクロロフルオロプロペンの1種として、1−クロロ−2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(HCFO−1224yd)が知られている。
本明細書において、ハロゲン化炭化水素については、化合物名の後の括弧内にその化合物の略称を記すが、必要に応じて化合物名に代えてその略称を用いる。また、略称として、ハイフン(−)より後ろの数字およびアルファベット小文字部分だけ(例えば、「HCFO−1224yd」においては「1224yd」)を用いることがある。
なお、1224ydは、二重結合を有する炭素に結合された置換基の位置により、幾何異性体であるZ体とE体が存在する。本明細書中で、1224ydのようなZ体とE体が存在する化合物について、特に断らずに化合物名や化合物の略称を用いた場合は、Z体もしくはE体、またはZ体とE体の任意の割合の混合物を示す。化合物名や化合物の略称の後ろに(Z)または(E)を付した場合は、それぞれの化合物のZ体またはE体であることを示す。
1224ydは、近年新冷媒としての期待が大きい2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(1234yf)を、1,1−ジクロロ−2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(1214ya)から製造する過程で、中間体として得られることが知られている
すなわち、従来から、1,1−ジクロロ−2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロパン(225ca)等を原料として、相間移動触媒存在下にアルカリ水溶液で、またはクロム、鉄、銅、活性炭等の触媒存在下に気相反応で、脱フッ化水素反応させて1214yaを製造する方法が知られており、得られた1214yaは、触媒存在下水素を用いて還元することで1234yfに変換される。そして、この還元反応の中間体として1224ydが得られる。また、この還元反応においては、1224yd以外に多種類の含フッ素化合物が副生する。
ここで、中間体の1224ydは、未反応原料の1214yaや目的物である1234yfと、通常の蒸留により分離することができるが、この蒸留操作により得られた留分には、1224yd以外に前記した還元反応の副生物である、1−クロロ−1,2,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン(226ca)、1−クロロ−1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロプロパン(226cb)、1−クロロ−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン(1224zb)、2−クロロ−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン(1224xe)が含まれる。
このような副生物を含む組成物(以下、「1224yd組成物」という。)から副生物を分離する方法として、蒸留が考えられるが、前記226ca等の化合物は、1224ydの沸点(1224yd(Z)は15℃、1224yd(E)は19℃)に近い沸点を有する。また、前記化合物は、1224ydと共沸組成物ないし共沸様組成物を形成するので、前記1224yd組成物から前記化合物を分離することは容易でない。すなわち、前記1224yd組成物から通常の蒸留法により1224ydを高濃度に含む組成物を得ようとすると、非常に多くの段数の蒸留装置が必要となるため、一般には蒸留による分離は難しかった。
従来から、通常の蒸留では分離することが困難な組成物を分離する方法として、組成物に含まれる一部の成分に親和性を持つ溶剤と該組成物を接触させて蒸留する抽出蒸留法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。しかしながら、どのような溶剤を使用すれば、1224yd組成物から効率良く、例えば少ない段数の蒸留塔で、副生物を分離して1224ydを高濃度に含む組成物を得ることができるかは、知られておらず、また予測も困難であった。
さらに、1224yd(Z)は、1224yd(E)よりも化学的安定性が高く、熱サイクル用作動媒体としての使用がより好ましい化合物であるが、1224yd組成物から1224yd(Z)だけを分離して1224yd(Z)を高濃度に含む組成物を得ることは行われていなかった。
特開平9−020765号公報
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、1−クロロ−2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(HCFO−1224yd。1224ydともいう。)と、1224ydと共沸組成物ないし共沸様組成物を形成する化合物を含む混合物から、1224ydを高濃度に含む組成物(以下、「精製1224yd」という。)を効率的に製造する方法の提供を目的とする。
本発明はまた、1224yd(Z)と、1224yd(Z)と共沸組成物ないし共沸様組成物を含む混合物から、1224yd(Z)を高濃度に含む組成物(以下、「精製1224yd(Z)」という。)を効率的に製造する方法の提供を目的とする。
本明細書において、ハロゲン化炭化水素については、化合物名の後の括弧内にその化合物の略称を記すが、必要に応じて化合物名に代えてその略称を用いる。また、略称として、ハイフン(−)より後ろの数字およびアルファベット小文字部分だけ(例えば、「HCFO−1224yd」においては「1224yd」)を用いることがある。
なお、1224ydは、二重結合を有する炭素に結合された置換基の位置により、幾何異性体であるZ体とE体が存在する。本明細書中で、1224ydのようなZ体とE体が存在する化合物について、特に断らずに化合物名や化合物の略称を用いた場合は、Z体もしくはE体、またはZ体とE体の任意の割合の混合物を示す。化合物名や化合物の略称の後ろに(Z)または(E)を付した場合は、それぞれの化合物のZ体またはE体であることを示す。
本発明は、以下の[1]〜[12]の構成を有する精製1224ydおよび精製1224yd(Z)を製造する方法を提供する。
[1]1224ydと、1224ydと共沸組成物ないし共沸様組成物を形成する化合物(X1)との第1の混合物を、第1の抽出溶剤と接触させ、実質的に前記化合物(X1)を含まない精製1224ydを得る精製1224ydの製造方法。
[2]1224yd(Z)と、1224yd(Z)と共沸組成物ないし共沸様組成物を形成する化合物(X2)との第2の混合物を、第2の抽出溶剤と接触させ、実質的に前記化合物(X2)を含まない精製1224yd(Z)を得る精製1224yd(Z)の製造方法。
[3]前記化合物(X1)は、前記第1の混合物において、1224ydと化合物(X1)の比揮発度が0.9〜1.1となる化合物である、[1]に記載の製造方法。
[4]前記化合物(X2)は、前記第2の混合物において、1224yd(Z)と化合物(X2)の比揮発度が0.9〜1.1となる化合物である、[2]に記載の製造方法。
[5]前記第1の抽出溶剤は、1224ydと化合物(X1)との比揮発度を、0.85より小さくしうるか、または1.15より大きくしうる溶剤である、[1]または[3]に記載の製造方法。
[6]前記第2の抽出溶剤は、1224yd(Z)と化合物(X2)との比揮発度を、0.85より小さくしうるか、または1.15より大きくしうる溶剤である、[2]または[4]に記載の製造方法。
[7]前記第1の抽出溶剤は、炭素数1〜3のアルコールおよびカルボニル基の炭素原子を除いた炭素数の合計が2〜4のカルボニル化合物から選ばれる1種である、[1]、[3]または[5]に記載の製造方法。
[8]前記第2の抽出溶剤は、炭素数1〜3のアルコールおよびカルボニル基の炭素原子を除いた炭素数の合計が2〜4のカルボニル化合物から選ばれる1種である、[2]、[4]または[6]に記載の製造方法。
[9]前記第1の混合物と前記第1の抽出溶剤を混合して第3の混合物を得ることにより、第1の混合物と第1の抽出溶剤を接触させ、前記第3の混合物を蒸留する、[1]、[3]、[5]または[7]に記載の製造方法。
[10]前記第1の抽出溶剤の前記第1の混合物中の1224ydに対するモル比が、0.4〜200となるように混合する、[9]に記載の製造方法。
[11]前記第2の混合物と前記第2の抽出溶剤を混合して第4の混合物を得ることにより、第2の混合物と第1の抽出溶剤を接触させ、前記第4の混合物を蒸留する、[2]、[4]、[6]または[8]に記載の製造方法。
[12]前記第2の抽出溶剤の前記第2の混合物中の1224yd(Z)に対するモル比が、0.4〜200となるように混合する、[11]に記載の製造方法。
本明細書において、「精製1224yd」とは、高濃度に1224ydを含む1224yd組成物または1224ydの純品をいう。精製1224yd(Z)についても同様である。
本明細書において、「実質的に化合物(X1)を含まない精製1224yd」とは、1224ydのモル濃度が99%以上である1224yd組成物または1224ydの純品をいう。また、「実質的に化合物(X2)を含まない精製1224yd(Z)」とは、1224yd(Z)のモル濃度が97%以上(好ましくは99%以上)の1224yd(Z)組成物または1224yd(Z)の純品をいう。
1224ydと化合物(X1)との比揮発度(以下、「比揮発度r1」という。)は、以下の式(1)で表される。
比揮発度r1=(気相部における1224ydのモル分率(モル%)/液相部における1224ydのモル分率(モル%))/(気相部における化合物(X1)のモル分率(モル%)/液相部における化合物(X1)のモル分率(モル%))
……………(1)
1224ydが、1224yd(Z)と1224yd(E)との混合物である場合、1224ydのモル分率は、1224yd(Z)のモル分率と1224yd(E)のモル分率との合計となる。
1224yd(Z)と化合物(X2)との比揮発度(以下、「比揮発度r2」という。)は、以下の式(2)で表される。
比揮発度r2=(気相部における1224yd(Z)のモル分率(モル%)/液相部における1224yd(Z)のモル分率(モル%))/(気相部における化合物(X2)のモル分率(モル%)/液相部における化合物(X2)のモル分率(モル%))
……………(2)
本発明によれば、1224ydと、1224ydと共沸組成物ないし共沸様組成物を形成する化合物(X1)を含む組成物から、化合物(X1)を効率よく分離し、実質的に化合物(X1)を含まず、1224ydを極めて高濃度で含む精製1224ydを製造することができる。
また、本発明によれば、1224yd(Z)と、1224yd(Z)と共沸組成物ないし共沸様組成物を形成する化合物(X2)を含む組成物から、化合物(X2)を効率よく分離し、実質的に化合物(X2)を含まず、1224yd(Z)を極めて高濃度で含む精製1224yd(Z)を得ることができる。
本発明の第1の実施形態である精製1224ydの製造方法は、1224ydと、1224ydと共沸組成物ないし共沸様組成物を形成する化合物(X1)との第1の混合物を、第1の抽出溶剤と接触させ、実質的に前記化合物(X1)を含まない精製1224ydを製造する方法である。
本発明の第2の実施形態である精製1224yd(Z)の製造方法は、1224yd(Z)と、1224yd(Z)と共沸組成物ないし共沸様組成物を形成する化合物(X2)との第2の混合物を、第2の抽出溶剤と接触させ、実質的に前記化合物(X2)を含まない精製1224yd(Z)を製造する方法である。
本発明の第1の実施形態の製造方法において、1224ydと化合物(X1)からなる第1の混合物と第1の抽出溶剤との接触は、該接触が行われる限り、第1の混合物と第1の抽出溶剤以外の化合物の存在下で行われてもよい。すなわち、第1の混合物と、任意にそれ以外の化合物を含む1224yd組成物を原料として用いて、本発明の第1の実施形態を行うことができる。
同様に、本発明の第2の実施形態の製造方法において、1224yd(Z)と化合物(X2)からなる第2の混合物と第2の抽出溶剤との接触は、該接触が行われる限り、第2の混合物と第2の抽出溶剤以外の化合物の存在下で行われてもよい。すなわち、第2の混合物と任意にそれ以外の化合物を含む1224yd(Z)組成物を原料として用いて、本発明の第2の実施形態を行うことができる。
1224ydおよび化合物(X1)は、例えば、1214yaを水素で還元して1234yfを製造する際に、ともに中間体として得られる化合物であり、化合物(X1)は、1224ydと共沸組成物ないし共沸様組成物を形成しうる。したがって、1224ydと化合物(X1)との第1の混合物からなる、または第1の混合物とそれ以外の化合物を含む1224yd組成物は、以下のようにして1214yaから1234yfを製造する過程において得ることができる。1224yd(Z)と化合物(X2)との第2の混合物からなる、または第2の混合物とそれ以外の化合物を含む1224yd(Z)組成物も同様に、1214yaから1234yfを製造する過程において得ることができる。
ここで、出発原料である1214yaは、例えば、225caを主体とする異性体混合物を、相間移動触媒存在下にアルカリ水溶液で、または、クロム、鉄、銅、活性炭等の触媒存在下に気相反応で、脱フッ化水素反応させることにより得ることができる。
1214yaから1234yfを製造するには、下記反応式に示すように、触媒の存在下で1214yaに水素を反応させる。
CFCF=CCl(1214ya) + 2H
→ CFCF=CH(1234yf) + 2HCl
触媒としては、パラジウムを担体に担持させた触媒、または、パラジウムを主成分とし、これにパラジウム以外の第10族元素、第8族元素、第9族元素および金から選ばれる少なくとも1種を添加した金属混合物を、担体に担持させた触媒が挙げられる。上記パラジウムまたはこれを主成分とする金属混合物を担持させる担体としては、活性炭や、アルミナ、ジルコニア、シリカなどの金属酸化物等を用いることができる。
上記反応式で示される1234yfの生成反応は、130℃以下で、触媒を充填した反応器中を、加熱してガス状にした1214yaと水素とを通過させ、触媒と接触させて行われる(気相還元法)。上記生成反応は50℃以上125℃以下で行われることが好ましい。反応圧力は、通常、常圧または自圧で十分進行する。触媒に対する、ガス状にした1214yaおよび水素との接触時間は、通常4〜60秒、好ましくは8〜40秒の範囲で設定すればよい。前記反応は、温度が上昇しすぎることを制御するために、反応系を窒素等の不活性ガスで希釈して実施してもよい。
こうして1214yaを還元反応させて得られる反応混合物から、1234yfを蒸留分離した後に残る蒸留残渣には、未反応原料の1214ya、中間生成物の1224yd、および副生物である226ca、226cb、1224zb、1224xe等が含まれる。前記蒸留残渣から未反応原料の1214yaを通常の蒸留により分離することで、本発明の第1の実施形態の製造方法の原料となる1224yd組成物を得ることができる。
また、本発明の第1の実施形態の製造方法の原料となる1224yd組成物は、以下に示すように、1,2−ジクロロ−2,3,3,3−テトラフルオロプロパン(234bb)を液相中で、溶媒に溶解した塩基と接触させ、234bbの脱塩化水素反応を行うことで製造することもできる。234bbを得る方法は特に限定されず、例えば、1234yfを塩素と反応させる方法であってよい。
前記塩基としては、金属水酸化物、金属酸化物および金属炭酸塩からなる群より選ばれる少なくとも1種が好ましく、アルカリ金属水酸化物から選ばれる少なくとも1種がより好ましく、水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウムのいずれか一方または両方であることがさらに好ましい。
塩基を溶解する溶媒としては、上記塩基の所定量を溶解でき、かつ上記反応に寄与しない溶媒であれば特に制限されない。上記塩基に対する溶解性が高く、上記反応に対して不活性であるため、前記溶媒としては水が好ましい。上記溶媒に溶解した塩基としては、アルカリ金属水酸化物の水溶液が好ましく、水酸化カリウム水溶液または水酸化ナトリウム水溶液がより好ましい。234bbに対する塩基の割合は、234bbの転化率および1224ydの選択率の観点から、234bbの1モルに対して0.2モル〜2.5モルが好ましく、0.5モル〜2.0モルがより好ましい。
この方法により得られる1224ydは、1224yd(E)に比べて1224yd(Z)が高濃度で含まれやすい。
また、本発明の第2の実施形態の製造方法の原料となる1224yd(Z)組成物は、本発明の第1の実施形態の製造方法の原料となる1224yd組成物と同様にして得られる。
1224ydと共沸組成物を形成する化合物(X1)は、1224ydとの混合物である第1の混合物において、前記式(1)で示される比揮発度r1が1.00となる化合物である。
また、1224yd(Z)と共沸組成物を形成する化合物(X2)とは、1224yd(Z)との混合物である第2の混合物において、前記式(2)で示される比揮発度r2が1.00となる化合物である。
共沸組成物は、該組成物を繰り返し蒸発、凝縮させた場合、組成変化がなく、組成安定性に優れており、冷媒等の用途に用いた場合に極めて安定して性能が得られる利点があるが、一方で、該共沸組成物に含まれる複数の成分を通常の蒸留操作によって分離することは難しい。
1224ydと共沸様組成物を形成する化合物(X1)は、共沸組成物と類似の組成安定性を有する混合物を1224ydとともに形成できる化合物をいう。化合物(X1)は、1224ydとの混合物である第1の混合物において、前記式(1)で示される比揮発度r1が0.9〜1.1となる化合物であるとき、本発明の製造方法が好ましく適応される。比揮発度r1が0.95〜1.05となる化合物であるときがより好ましい。
1224ydと共沸様組成物を形成する化合物は、1224ydと共沸組成物を形成する化合物(X1)を含む。化合物(X1)は1種以上であってよい。
1224yd(Z)と共沸様組成物を形成する化合物(X2)とは、共沸組成物と類似の組成安定性を有する混合物を1224yd(Z)とともに形成できる化合物をいう。化合物(X2)は、1224yd(Z)との混合物である第2の混合物において、前記式(2)で示される比揮発度r2が0.9〜1.1となる化合物であるとき、本発明の製造方法が好ましく適応される。比揮発度r2が0.95〜1.05となる化合物であるときがより好ましい。
1224yd(Z)と共沸様組成物を形成する化合物は、1224yd(Z)と共沸組成物を形成する化合物(X2)を含む。化合物(X2)は1種以上であってよい。
1224ydと共沸組成物ないし共沸様組成物を形成する化合物(X1)としては、例えば、1234yfの製造過程で副生する化合物である、226ca(沸点20℃)、226cb(沸点21℃)、1224zb(沸点17℃)、1224xe(沸点32.8℃)が挙げられる。また、1224yd(Z)と共沸組成物ないし共沸様組成物を形成する化合物(X2)としては、前記化合物(X1)、および1224yd(E)が挙げられる。
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態である精製1224ydの製造方法は、1224ydと、1224ydと共沸組成物ないし共沸様組成物を形成する化合物(X1)との第1の混合物を、第1の抽出溶剤と接触させ、実質的に前記化合物(X1)を含まない精製1224ydを得る方法である。
第1の抽出溶剤は、比揮発度r1を、1から大きく隔たらせることができるものが好ましい。比揮発度r1が1から大きく隔たっていれば、化合物(X1)と1224ydとが分離しやすいため、精製1224ydを効率よく製造できる。
第1の実施形態において、第1の抽出溶剤を加えていない状態での1224ydと化合物(X1)との比揮発度を比揮発度r11とし、第1の抽出溶剤を加えた場合の前記比揮発度を比揮発度r12として、比揮発度r11と比揮発度r12を比較する。
比揮発度r12が比揮発度r11より大きい場合、第1の抽出溶剤に対する化合物(X1)の親和性が、第1の抽出溶剤に対する1224ydの親和性に比べて高いことを示す。比揮発度r12を比揮発度r11より大きくできる第1の抽出溶剤を用いることで、第1の混合物から1224ydと化合物(X1)とを効率的に分離し、気相部に精製1224ydが得られやすい。
比揮発度r12が比揮発度r11より小さい場合、第1の抽出溶剤に対する化合物(X1)の親和性が、第1の抽出溶剤に対する1224ydの親和性に比べて低いことを示す。比揮発度r12を比揮発度r11より小さくできる第1の抽出溶剤を用いることで、液相部に精製1224ydが得られやすい。
上記観点から第1の抽出溶剤は、比揮発度r1を、0.85より小さくしうるか、あるいは1.15より大きくしうる溶剤であることが好ましい。比揮発度r1を、0.8以下としうるか、あるいは1.20以上としうる溶剤であることがより好ましい。比揮発度r1が上記範囲内であると、気相部または液相部に精製1224ydが得られやすい。
第1の抽出溶剤の沸点は、溶剤の回収工程で蒸留分離を効率よく行う観点から、1224ydおよび化合物(X1)との沸点差が大きいことが好ましい。蒸留分離工程における生産性の観点から、第1の抽出溶剤の沸点は高すぎないことが好ましい。
第1の抽出溶剤の沸点は、10〜250℃の範囲であることが好ましい。1224ydおよび化合物(X1)との沸点差を考慮すれば、40〜240℃がより好ましい。なお、本明細書における物質の沸点は、特に断りのない限り、常圧(1.013×10Pa)における沸点を示すものとする。
第1の抽出溶剤としては、炭素数5〜12の飽和炭化水素、およびエーテル結合を持たない炭素数1〜10のハロゲン化炭化水素、炭素数1〜3のアルコール、カルボニル化合物などを使用することができる。
炭素数5〜12の飽和炭化水素としては、炭素数6〜10の直鎖飽和炭化水素化合物が好ましい。具体的には、ヘキサン(68℃)を挙げることができる。
エーテル結合を持たない炭素数1〜10のハロゲン化炭化水素は、直鎖状または分岐状の飽和炭化水素における水素原子の20〜100%がハロゲン原子に置換された化合物であって、主鎖または側鎖にエーテル結合を持たない化合物である。炭素数は2〜8が好ましい。具体的には、クロロホルム(トリクロロメタン)(沸点61.2℃)、1,3−ジクロロ−1,1,2,2,3−ペンタフルオロプロパン(225cb)(沸点202.9℃)、1214ya(沸点46.4℃)を挙げることができる。
炭素数1〜3のアルコールとしては、炭素数1〜3の脂肪族炭化水素基を有するアルコールが好ましく、炭素数が1〜3の直鎖または分岐の脂肪族炭化水素基を持ち、少なくとも1つの水酸基を有する化合物が好ましく、炭素数1〜3の直鎖の脂肪族炭化水素基を持つアルコールがより好ましい。具体的には、メタノール(沸点64.7℃)、エタノール(沸点78.37℃)を挙げることができる。
カルボニル化合物としては、カルボニル基の炭素原子を除いた炭素数の合計が2〜4のカルボニル化合物が好ましい。カルボニル化合物としては、また、下式(11)で表される化合物が好ましい。
−C(=O)−R ……式(11)
(RおよびRは、互いに同じまたは異なる非置換の脂肪族炭化水素基を示す。)
カルボニル化合物としては、式(11)において、RおよびRがそれぞれ炭素数1〜2の非置換の脂肪族炭化水素基であって、RおよびRの炭素数の合計が2〜4であるカルボニル化合物が好ましい。具体的には、アセトン(沸点56℃)、ジエチルケトン(沸点101℃)、メチルエチルケトン(沸点79.5℃)を挙げることができる。
第1の抽出溶剤としては、炭素数1〜3のアルコール、およびカルボニル化合物から選ばれる1種を使用することが好ましい。
第1の抽出溶剤としては、メタノール、エタノール、アセトンの使用が好ましく、メタノールがより好ましい。第1の抽出溶剤は、1種を用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
第1の実施形態において、第1の混合物と第1の抽出溶剤との接触は、蒸留を介して行うことが好ましい。第1の実施形態は、1224ydと前記化合物(X1)との第1の混合物と、第1の抽出溶剤を混合して第3の混合物を得ることにより、第1の混合物と第1の抽出溶剤を接触させ、前記第3の混合物を蒸留して、実質的に前記化合物(X1)を含まない精製1224ydを製造する方法であることが好ましい。前記第3の混合物には、1224ydと化合物(X1)と第1の抽出溶剤以外に、1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(1233zd)、1,1,1,2,3−ペンタフルオロプロペン(1225ye)などのその他の成分が含まれていてもよいが、その他の成分の含有量は、第3の混合物全体の50モル%以下とすることが好ましい。
第1の混合物と第1の抽出溶剤を混合して第3の混合物を得る際には、1224ydと化合物(X1)とを効率よく分離する観点から、第1の抽出溶剤の第1の混合物中の1224ydに対するモル比(以下、「溶剤比1」という。)が、0.4〜200となるように混合することが好ましい。1〜100となるように混合することがより好ましい。気相部に精製1224ydを得る観点から、上記範囲の溶剤比における比揮発度r1は、1.15より大きいことが好ましく、1.2以上であることがより好ましい。液相部に精製1224ydを得る観点から、上記範囲の溶剤比における比揮発度r1は、0.85より小さいことが好ましく、0.8以下であることがより好ましい。
前記第3の混合物を蒸留する方法としては、従来公知の方法を特に限定なく用いることができる。
第1の実施形態が、上記のような蒸留工程を含む場合、該工程における蒸留は抽出蒸留に相当する。本明細書において「抽出蒸留」とは、本発明の技術分野、特に化学工学の分野において使用される意味で使用し、共沸組成物や共沸様組成物、または沸点が近接しているため蒸留分離が困難な液体組成物などの分離に用いられる蒸留分離方法の一種をいう。抽出蒸留においては、複数の成分からなる組成物に別の成分を加えて、所定の成分の比揮発度を変化させることにより、蒸留分離を行い易くする。前記複数の成分からなる組成物に加えられる別の成分を、抽出溶剤という。抽出溶剤は、常温常圧で液体のものをいうが、常温常圧で気体であっても蒸留塔内の反応条件下において液体で存在するものであればよい。
前記第1の抽出溶剤は、抽出蒸留における抽出溶剤としての機能を果たしうるものが好ましい。
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態である精製1224yd(Z)の製造方法は、1224yd(Z)と、1224yd(Z)と共沸組成物ないし共沸様組成物を形成する化合物(X2)との第2の混合物を、第2の抽出溶剤と接触させ、実質的に前記化合物(X2)を含まない精製1224yd(Z)を得る方法である。
第2抽出溶剤は、比揮発度r2を、1から大きく隔たらせることができるものが好ましい。比揮発度r2が1から大きく隔たっていれば化合物(X2)と1224yd(Z)とが分離しやすいため、精製1224yd(Z)を効率よく製造できる。
第2の実施形態において、第2の抽出溶剤を加えていない状態での1224yd(Z)と化合物(X2)との比揮発度を比揮発度r21とし、第2の抽出溶剤を加えた場合の前記比揮発度を比揮発度r22として、比揮発度r21と比揮発度r22を比較する。
比揮発度r22が比揮発度r21より大きい場合、第2の抽出溶剤に対する化合物(X2)の親和性が、第2の抽出溶剤に対する1224yd(Z)の親和性に比べて高いことを示す。比揮発度r22を比揮発度r21より大きくできる第2の抽出溶剤を用いることで、第2の混合物から1224yd(Z)と化合物(X2)とを効率的に分離し、気相部に精製1224yd(Z)が得られやすい。
比揮発度r22が比揮発度r21より小さい場合、第2の抽出溶剤に対する化合物(X2)の親和性が、第2の抽出溶剤に対する1224yd(Z)の親和性に比べて低いことになる。比揮発度r22を比揮発度r21より小さくできる第2の抽出溶剤を用いることで、前記第2の混合物から、1224yd(Z)と化合物(X2)とを効率的に分離し、液相部に精製1224yd(Z)が得られやすい。
上記観点から第2の抽出溶剤は、比揮発度r2を、0.85より小さくするか、あるいは1.15より大きくする溶剤であることが好ましく、比揮発度r2を、0.8以下とするか、あるいは1.20以上とする溶剤であることがより好ましい。比揮発度r2が上記範囲内であると、気相部または液相部に精製1224yd(Z)が得られやすい。
第2の抽出溶剤としては、第1の抽出溶剤と同様ものを用いることができ、好ましい態様も同様である。
第2の実施形態において、第2の混合物と第2の抽出溶剤との接触は、蒸留を介して行うことが好ましい。第2の実施形態は、1224yd(Z)と前記化合物(X2)との第2の混合物と第2の抽出溶剤を混合して第4の混合物を得ることにより、第2の混合物と第2の抽出溶剤を接触させ、前記第4の混合物を蒸留して、実質的に前記化合物(X2)を含まない精製1224yd(Z)を得る方法であることが好ましい。前記第4の混合物には、1224yd(Z)と化合物(X2)と第2の抽出溶剤以外に、1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(1233zd)、1,1,1,2,3−ペンタフルオロプロペン(1225ye)などのその他の成分が含まれていてもよいが、その他の成分の含有量は、第4の混合物全体の50モル%以下とすることが好ましい。
第2の混合物と第2の抽出溶剤を混合して第4の混合物を得る際には、1224ydと化合物(X1)とを効率よく分離する観点から、第2の抽出溶剤の第2の混合物中の1224yd(Z)に対するモル比(以下、「溶剤比2」という。)が、0.4〜200となるように混合することが好ましい。1〜100となるように混合することがより好ましい。気相部に精製1224ydを得る観点から、比揮発度r2は1.15より大きいことが好ましく、1.2以上であることがより好ましい。液相部に精製1224ydを得る観点から、比揮発度r2は、0.85より小さいことが好ましく、0.8以下であることがより好ましい。
前記第4の混合物を蒸留する方法としては、従来公知の方法を特に限定なく用いることができる。第2の実施形態が、上記のような蒸留工程を含む場合、該工程における蒸留は、前記第3の混合物を蒸留する工程における蒸留と同様に、抽出蒸留に相当する。前記第2の抽出溶剤は、前記第1の抽出溶剤と同様に、抽出蒸留における抽出溶剤としての機能を果たしうるものが好ましい。
次に、本発明の実施形態における物質の流れを、抽出蒸留を用いて第1の実施形態において、化合物(X1)に対して親和性を有し、比揮発度r1を1.15より大きくする第1の抽出溶剤を使用する場合を例に説明する。
1224ydに対して親和性を有し、比揮発度r1を0.85より小さくする抽出溶剤を使用する場合は、1224ydの流れと化合物(X1)の流れが置き換わるだけで、同様に説明することができる。また、第1の混合物の代わりに第1の混合物とそれ以外の化合物を含む組成物を用いる場合も物質の流れは同様である。第2の実施形態においても、物質の流れは同様である。
1224ydと化合物(X1)との混合物である第1の混合物と、第1の抽出溶剤とはいずれも、例えば、加圧で操作される抽出蒸留塔に供給される。第1の抽出溶剤の添加は、抽出蒸留の前であれば特にタイミングを問わない。第1の混合物に第1の抽出溶剤を加えて得られた第3の混合物を、抽出蒸留塔に供給してもよい。しかし、蒸留作業の効率の観点から、第1の混合物が供給された抽出蒸留塔に第1の抽出溶剤を供給するなどの方法で、第3の混合物が抽出蒸留塔内で調製され、調製と同時に蒸留が行われることが好ましい。
抽出蒸留塔において第1の抽出溶剤を供給する位置は、第1の混合物を供給する位置より上方が好ましく、還流を供給する位置と同じ位置に第1の抽出溶剤を供給してもよい。場合により、第1の混合物と同じ段に供給してもよい。
1224ydと化合物(X1)とを抽出蒸留によって効率的に分離する観点から、第1の抽出溶剤の第1の混合物中の1224ydに対するモル比を、前記溶剤比1の範囲となるように調整することが好ましい。なお、抽出蒸留において、溶剤比1は分離の程度に影響を与えるので、抽出蒸留すべき第1の混合物の組成等に応じて、適宜選択できる。また、溶剤比1によって、抽出蒸留塔の必要段数を選択することもできる。
第1の抽出溶剤と第1の混合物中の1224ydの沸点が充分に離れており、蒸留塔内で還流する成分が該1224ydのみであるとみなされる場合には、溶剤比1は、第1の抽出溶剤の該1224ydの還流量に対するモル比とみなしてよい。
第1の混合物と第1の抽出溶剤を含む第3の混合物は、抽出蒸留塔で抽出蒸留される。第1の混合物と第1の抽出溶剤とが、蒸留塔内に別々に供給される場合には、蒸留塔内で混合されることにより、第3の混合物を得てもよい。抽出蒸留は、一般に使用される蒸留装置、例えば棚段塔、充填塔などを使用できる。抽出蒸留の種々の条件、例えば、操作温度、操作圧力、還流比、蒸留塔の総段数、仕込み段の位置、抽出溶剤供給段の位置等は、特に限定されず、目的とする分離を達成するために適宜選択できる。
さらに、抽出蒸留塔の塔頂部および塔底部の温度は、操作圧力ならびに留出物および缶出物の組成に応じて決まる。塔頂部や塔底部に設けられる凝縮器および再加熱器の温度を考慮して、経済的に蒸留操作を行うためには、塔頂部の温度は−60〜100℃、塔底部の温度は−30〜250℃とするのが好ましい。抽出蒸留は、バッチ式でも連続式でも、場合により留出物および缶出物を間欠的に抜き出したり、間欠的に仕込みを行う半連続式でも実施できる。第1の抽出溶剤については、蒸留装置に連続的に供給する必要がある。
抽出蒸留により、抽出蒸留塔の塔頂側から、1224ydを主成分とする留出物が得られ、塔底側から化合物(X1)と第1の抽出溶剤を含む缶出物が得られる。こうして、留出物として、化合物(X1)を実質的に含まない精製1224ydを得ることができる。
抽出蒸留塔の塔底側から得られる缶出物は、さらに蒸留することが好ましい。缶出物に含まれる第1の抽出溶剤と化合物(X1)とは、沸点差が大きいため、通常の蒸留操作で容易に分離することができる。該蒸留工程で得られた第1の抽出溶剤は、抽出蒸留工程で再使用することもできる。
以下、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(比揮発度の測定方法)
以下に、1224yd(Z)と化合物(X2)を含む1224yd(Z)組成物に含まれる各成分の比揮発度(比揮発度r2)を測定した例について記載する。1224yd(Z)組成物として、表1に示す組成の組成物(以下、「組成物A」という。)を用いた。前記組成物Aは、1224yd(Z)製造時に得られた1224yd(Z)と、副生成物としての化合物(X2)を含む。組成物Aにおいて、1224yd(Z)と化合物(X2)との比揮発度r2を、以下の方法により測定した。
すなわち、内部を真空処理した100mLのシリンダ内に、組成物Aの30gを仕込み、外部ヒータで加熱することにより40℃に昇温した。そして、圧力が0.14MPaG(以下、Gはゲージ圧であることを示す。)となってから1時間保持してシリンダ内の組成を安定化させた後、気相および液相からサンプルを採取した。気相および液相の各サンプル中の1224yd(Z)と、化合物(X2)である1224yd(E)、226ca、226cb、1224zb、1224xeをそれぞれガスクロマトグラフィー(以下、「GC」と示す。)で分析し、各成分の組成を得た。GCはAgilent社製、Agilent7890を用いた。以下の実施例および比較例においても同様である。得られた組成を上記式(2)に挿入して比揮発度r2を求めた。測定結果を表2に示す。
また、100mLのシリンダ内に組成物Aの30gとともに、溶剤としてメタノール、アセトン、ヘキサン、エタノール、1214ya、クロロホルムまたは225cbの30gを仕込み、前記と同様にして、組成物Aに各溶剤を加えた場合において、前記比揮発度r2を測定した。なお、各溶剤を加えた場合の前記比揮発度r2の測定は、シリンダ内の温度および圧力の条件を表2に示す通りに変えて行った。得られた比揮発度r2の値を表2に示す。
Figure 2017146190
Figure 2017146190
表2から、以下のことがわかる。組成物Aにおいて、抽出溶剤を加えていない状態での、1224yd(Z)と、1224yd(E)、226ca、226cb、1224zb、または1224xeとの比揮発度r2は、いずれも、温度や圧力を調整することにより、0.9〜1.1になりうる。よって、1224yd(E)、226ca、226cb、1224zb、1224xeは化合物(X2)に相当する。
メタノール、アセトン、ヘキサン、エタノール、1214ya、クロロホルム、225cbの各溶剤はいずれも、1224yd(E)、226ca、226cb、1224zbおよび1224xeのうちの少なくとも1種について、1224yd(Z)と、1224yd(E)、226ca、226cb、1224zbまたは1224xeとの比揮発度r2を1.15以上または0.85以下にしうる溶剤である。
したがって、これらの溶剤のうちで、比揮発度r2を1.15以上にしうる溶剤を第2の抽出溶剤として、1224yd(Z)と化合物(X2)との第2の混合物と混合して、第4の混合物とし、該第4の混合物に対して抽出蒸留を行うことで、気相部に精製1224yd(Z)を得ることができると考えられる。また、比揮発度r2を0.85以下にしうる溶剤を第2の抽出溶剤として、1224yd(Z)と化合物(X2)との第2の混合物に混合して、第4の混合物とし、該第4の混合物に対して抽出蒸留を行うことで、液相部に精製1224yd(Z)を得ることができると考えられる。
前記溶剤の中で、メタノールを用いた場合に、より多くの化合物(X2)の比揮発度r2が、1.2超となることから、抽出蒸留により気相部に精製1224yd(Z)を得るには、メタノールを第2の抽出溶剤として使用することが好ましい。
比揮発度r2の値は、同じ溶剤を使用した場合でも温度が高い方が1から離れていく傾向があり、所定の温度範囲では高温で抽出蒸留を行うことで、1224yd(Z)の分離を容易に行うことができると考えられる。
組成物Aを用いて、メタノールを第2の抽出溶剤とし、溶剤比を変えて比揮発度r2を測定したところ、表3に示す結果が得られた。なお、溶剤比は、メタノールの組成物A中の1224yd(Z)に対するモル比である。組成物Aは、1224yd(Z)と化合物(X2)のみからなり第2の混合物に相当する。表3から、化合物(X2)についての比揮発度r2は、ほぼ1.2以上となっており、溶剤比を大きくするほど、1224yd(Z)と化合物(X2)との比揮発度r2が大きくなることがわかる。
Figure 2017146190
(実施例1)
段数65段の抽出蒸留塔の塔頂部から40段目から、表4に示す組成の組成物(以下、「組成物B」という。)を連続的に供給するとともに、上から10段目から、抽出溶剤であるメタノールを連続的に供給した。組成物Bは、1224yd(Z)と化合物(X2)のみからなり第2の混合物に相当する。
抽出蒸留塔内の圧力を0.1〜0.15MPaG、塔頂温度を35〜45℃として、還流比(還流量/留出量)20で連続的に抽出蒸留を行った。次いで、抽出蒸留塔の塔頂側から留出物を抜き出し、塔底側から缶出物を抜き出した。
抽出溶剤の還流量に対するモル比は2.87であった。この蒸留において、還流量は、抽出溶剤よりも沸点の低い第2の混合物中の1224yd(Z)が蒸留塔上部で冷却されて、液化した量と考えてよい。したがって、抽出溶剤の還流量に対するモル比は、溶剤比2(抽出溶剤の第2の混合物中の1224yd(Z)に対するモル比)としてよい。連続的に抽出蒸留塔の途中の段から供給された抽出溶剤の供給量と第2の混合物の供給量のモル比は92.8であった。
Figure 2017146190
次いで、抽出蒸留塔の塔底側から得られた缶出物を、溶剤回収塔に供給して蒸留し、抽出溶剤を分離して回収した。こうして抽出溶剤が分離された缶出物と、前記抽出蒸留塔の塔頂側から抜き出された留出物の組成を、それぞれGCを用いて分析した。分析結果を表5に示す。
(実施例2〜6)
組成物Bとメタノールを、段数65段の抽出蒸留塔に供給し、塔頂温度35〜45℃、圧力0.1〜0.15MPaGとして、表5に示す条件とする他は、実施例1と同様にして連続的に抽出蒸留を行った。そして、塔頂側から抜き出された留出物と、塔底側から抜き出された後、抽出溶剤が分離された缶出物の組成を、実施例1と同様にGCを用いて分析した。分析結果を表5に示す。
(比較例)
組成物Bを、段数100段の抽出蒸留塔に供給し、塔頂温度35〜45℃、圧力0.1〜0.15MPaGとして、還流比50で連続的に蒸留を行った。そして、塔頂側から留出物を抜き出すとともに。塔底側から缶出物を抜き出した。
次いで、抽出蒸留塔から抜き出された留出物と缶出物の組成を、実施例1と同様にGCを用いて分析した。分析結果を表5に示す。
Figure 2017146190
表5から、組成物Bにメタノールを加えて抽出蒸留を行った実施例1〜6では、抽出蒸留塔の塔頂側から、1224yd(Z)を極めて高濃度に含み、1224yd(Z)と共沸様組成物を形成する化合物(X2)を実質的に含まない精製1224yd(Z)が得られていることがわかる。
本発明によれば、1224ydと該1224ydと共沸様組成物を形成する化合物を含む混合物から、実質的に前記化合物を含まない精製1224ydを効率的に得ることができ、産業上の有用性が高い。また、1224yd(Z)と、1224yd(Z)と共沸組成物ないし共沸様組成物を含む混合物から、精製1224yd(Z)を効率的に得ることができ、産業上の有用性が高い。

Claims (12)

  1. 1−クロロ−2,3,3,3−テトラフルオロプロペンと、1−クロロ−2,3,3,3−テトラフルオロプロペンと共沸組成物ないし共沸様組成物を形成する化合物(X1)との第1の混合物を、第1の抽出溶剤と接触させ、実質的に前記化合物(X1)を含まない精製1−クロロ−2,3,3,3−テトラフルオロプロペンを得る精製1−クロロ−2,3,3,3−テトラフルオロプロペンの製造方法。
  2. 1−クロロ−2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(Z)と、1−クロロ−2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(Z)と共沸組成物ないし共沸様組成物を形成する化合物(X2)との第2の混合物を、第2の抽出溶剤と接触させ、実質的に前記化合物(X2)を含まない精製1−クロロ−2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(Z)を得る精製1−クロロ−2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(Z)の製造方法。
  3. 前記化合物(X1)は、前記第1の混合物において、1−クロロ−2,3,3,3−テトラフルオロプロペンと化合物(X1)との比揮発度が0.9〜1.1となる化合物である、請求項1に記載の製造方法。
  4. 前記化合物(X2)は、前記第2の混合物において、1−クロロ−2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(Z)と化合物(X2)の比揮発度が0.9〜1.1となる化合物である、請求項2に記載の製造方法。
  5. 前記第1の抽出溶剤は、1−クロロ−2,3,3,3−テトラフルオロプロペンと化合物(X1)との比揮発度を、0.85より小さくしうるか、または1.15より大きくしうる溶剤である、請求項1または3に記載の製造方法。
  6. 前記第2の抽出溶剤は、1−クロロ−2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(Z)と化合物(X2)との比揮発度を、0.85より小さくしうるか、または1.15より大きくしうる溶剤である、請求項2または4に記載の製造方法。
  7. 前記第1の抽出溶剤は、炭素数1〜3のアルコールおよびカルボニル基の炭素原子を除いた炭素数の合計が2〜4のカルボニル化合物から選ばれる1種である、請求項1、3または5に記載の製造方法。
  8. 前記第2の抽出溶剤は、炭素数1〜3のアルコールおよびカルボニル基の炭素原子を除いた炭素数の合計が2〜4のカルボニル化合物から選ばれる1種である、請求項2、4または6に記載の製造方法。
  9. 前記第1の混合物と前記第1の抽出溶剤を混合して第3の混合物を得ることにより第1の混合物と第1の抽出溶剤を接触させ、前記第3の混合物を蒸留する、請求項1、3、5または7に記載の製造方法。
  10. 前記第1の抽出溶剤の前記第1の混合物中の1−クロロ−2,3,3,3−テトラフルオロプロペンに対するモル比が、0.4〜200となるように混合する、請求項9に記載の製造方法。
  11. 前記第2の混合物と前記第2の抽出溶剤を混合して第4の混合物を得ることにより、第2の混合物と第2の抽出溶剤を接触させ、前記第4の混合物を蒸留する、請求項2、4、6または8に記載の製造方法。
  12. 前記第2の抽出溶剤の前記第2の混合物中の1−クロロ−2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(Z)に対するモル比が、0.4〜200となるように混合する、請求項11に記載の製造方法。
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