KR100283711B1 - Method for preparing hexafluoroethane - Google Patents

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Abstract

하이드로플루오로카본류와 불소 가스로부터 헥사플루오로에탄을 안전하고도 고효율로 제조한다.Hexafluoroethane is produced safely and with high efficiency from hydrofluorocarbons and fluorine gas.

분자내에 2개의 탄소원자를 함유하는 하이드로플루오로카본류와 불소 가스를 희석 가스의 존재하에 250 내지 500℃에서 기상 반응시킨다.Hydrofluorocarbons containing two carbon atoms in the molecule and fluorine gas are subjected to gas phase reaction at 250 to 500 ° C in the presence of diluent gas.

Description

헥사플루오로에탄의 제조방법Method for preparing hexafluoroethane

본 발명은, 분자내에 탄소원자 2개를 함유하는 하이드로플루오로카본류와 불소 가스를 희석 가스의 존재하에 승온에서 기상 반응시켜 헥사플루오로에탄을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing hexafluoroethane by gas phase reaction of hydrofluorocarbons containing two carbon atoms in a molecule with fluorine gas at elevated temperature in the presence of diluent gas.

헥사플루오로에탄(이하, 「FC-116」또는「CF3CF3」라 한다)은, 예를 들면 반도체의 건식 애칭용 등에 사용된다.Hexafluoroethane (hereinafter referred to as "FC-116" or "CF 3 CF 3 ") is used, for example, for dry etching of semiconductors.

이 FC-116의 제조방법에 관해서는, 종래부터 여러 가지 방법이 제안되어 있다. 그 예를 들면, (1) 에탄 및/또는 에틸렌을 원료로 하는 전해 불소화법, (2) 사불화에틸렌 등을 열분해하는 열분해법, (3) 아세틸렌, 에틸렌 및/또는 에탄 등을 금속 불화물을 사용하여 불소화하는 방법, (4) 디클로로테트라플루오로에탄 또는 클로로펜타플루오로에탄 등을 불화수소를 사용하여 불소화하는 방법, (5) 불소 가스를 사용하여 에탄 등과 반응시키는 직접 불소화법 등이 알려져 있다.As for the manufacturing method of FC-116, various methods have been proposed conventionally. For example, (1) electrolytic fluorination using ethane and / or ethylene as a raw material, (2) pyrolysis using pyrolysis of ethylene tetrafluoride, etc., and (3) metal fluoride using acetylene, ethylene and / or ethane. And fluorination with (4) dichlorotetrafluoroethane or chloropentafluoroethane with hydrogen fluoride, and (5) direct fluorination with reacting with ethane using fluorine gas.

상기 (1)의 방법은 부반응이 많고, 생성물의 분리 또는 정제에 문제가 있다. (2)의 방법은 고온의 반응 온도가 필요하며 수율이 낮다. (3)의 방법은 반응열의 제어는 개선되지만, 금속 불화물의 불소 가스에 의한 재생 또는 불소의 소비량 등에 문제가 있다. (4)의 방법은, 불화수소를 사용하는 반응에서는 부산물로서 다량의 염산을 발생시키며, 고온이 필요하여 수율이 낮다.The method of (1) has many side reactions, and there is a problem in separation or purification of the product. The method of (2) requires a high reaction temperature and a low yield. The method of (3) improves the control of the heat of reaction, but has problems such as regeneration by fluorine gas of metal fluoride or consumption of fluorine. The method of (4) generates a large amount of hydrochloric acid as a by-product in the reaction using hydrogen fluoride, and requires a high temperature so that the yield is low.

(5)의 반응으로서는, 다음과 같은 예가 알려져 있다. (a)제트 반응기에 의해 불소 가스와 에탄(C2H6)을 반응시켜 테트라플루오로메탄 또는 C2F6을 얻는 방법 : 희석 가스에 질소 사용[참조: J. Amer.Chem.Soc., 77 3307(1955), J Amer.Chem.Soc., 82, 5827(1960)], (b)다공질의 알루미나관을 갖는 반응기에서 C-H를 불소 가스로 불소화하는 방법[EP 제31519호(1981)], (c)다공질의 금속관을 갖는 반응기(2중관 구조)에서, 희석 가스 존재하에서, 직쇄의 탄화 수소를 불소 가스로 불소화하는 방법 : 희석 가스로서 SF6, CF6, C2F6, C3F8사용[EP 제32210호 (1981)] 등이 알려져 있다.As the reaction of (5), the following examples are known. (a) A method of reacting fluorine gas with ethane (C 2 H 6 ) in a jet reactor to obtain tetrafluoromethane or C 2 F 6 : using nitrogen in diluent gas [J. Amer. Chem. Soc., 77 3307 (1955), J Amer. Chem. Soc., 82, 5827 (1960)], (b) Fluorination of CH with fluorine gas in a reactor having a porous alumina tube [EP 3131519 (1981)]. (c) Method of fluorinating linear hydrocarbons with fluorine gas in the presence of diluent gas in a reactor having a porous metal tube (double tube structure): SF 6 , CF 6 , C 2 F 6 , C 3 as diluent gas F 8 use (EP 32210 (1981)) and the like are known.

그 밖의 불소 가스를 사용하는 반응예로서, (e)포화 또는 불포화 탄화수소 또는 부분적으로 불소화된 탄화수소에 불소 가스를 반응시켜 하이드로플루오로카본을 제조하는 방법[US 제5406008호(1995)] 또는 알켄과 불소 가스를 흡착 함유하는 탄소로부터 불소화 알켄을 제조하는 방법[일본 특허공개공보 제(평)2-207052호] 등도 알려져 있다.Examples of reactions using other fluorine gases include (e) a method for producing hydrofluorocarbons by reacting fluorine gas with saturated or unsaturated hydrocarbons or partially fluorinated hydrocarbons [US5406008 (1995)] or with alkenes Also known are methods of producing fluorinated alkene from carbon containing adsorption of fluorine gas (Japanese Patent Laid-Open No. 2-207052).

상술한 바와 같이 불소 가스를 사용하는 직접 불소화법은, 반응성이 매우 풍부한 불소 가스를 사용하기 때문에, 기질인 유기 화합물과 불소 가스와의 폭발 또는 부식 등의 위험이 있으며, 나아가 발명에 의한 C-C 결합의 절단 또는 중합, 그리고 탄소의 생성 또는 퇴적 등에 의한 급격한 반응 또는 폭발 등의 부반응의 위험이 있다. 예를 들면, 직쇄의 탄화 수소와 불소 가스를 사용하는 직접 불소화법에 의한 퍼플루오로 화합물의 경우, 다음과 같은 매우 커다란 반응열을 수반한다.As described above, since the direct fluorination method using fluorine gas uses highly reactive fluorine gas, there is a risk of explosion or corrosion between the organic compound as the substrate and the fluorine gas, and furthermore, the There is a risk of side reactions such as abrupt reaction or explosion due to cleavage or polymerization, and carbon production or deposition. For example, in the case of the perfluoro compound by the direct fluorination method using linear hydrocarbon and fluorine gas, the following enormous heat of reaction is involved.

C2H6+ 6F2→C2F6+ 6HFC 2 H 6 + 6F 2 → C 2 F 6 + 6HF

(△H= -690kcal/mol)(△ H = -690kcal / mol)

CH4+ 4F2→ CF4+ 4HFCH 4 + 4F 2 → CF 4 + 4HF

(△H= -479kcal/mol)(△ H = -479kcal / mol)

에탄을 원료로 하는 상기 반응식 1의 경우는 에탄 1몰당 6몰의 불소가, 메탄을 원료로 하는 상기 반응식 2의 경우는 메탄 1몰 당 4몰의 불소 가스가 필요하다.In the case of Scheme 1 using ethane as a raw material, 6 mol of fluorine per mol of ethane is required, and in the case of Scheme 2 using methane as a raw material, 4 mol of fluorine gas is required per mol of methane.

이와 같이 반응열은 불소의 몰 수에 비례하여, 불소량이 많을수록 반응열이 커진다. 이 때문에, 발열에 의한 C-C 결합의 절단 또는 폭발 등이 일어나기 쉬우며, 나아가 수율의 저하를 초래하여 공업적 제조, 조업상의 문제가 된다. 이 때문에 , 직접 불소화법에서의 반응열의 급격한 발생을 억제하는 방법으로서, 불소를 다른 불활성 가스(질소 또는 헬륨 등)로 희석하고, 기질인 유기 화합물을 불소에 대하여 불활성인 용매에 저온도로 용해시켜 두고, 반응을 저온 영역에서 실시하며, 반응을 기상에서 할 때는 기질인 유기 화합물에 불소가 조금씩 접촉하도록 제트 반응기 등의 장치가 고안되어 있었다.In this way, the heat of reaction is proportional to the number of moles of fluorine, and the larger the amount of fluorine, the greater the heat of reaction. For this reason, breakage or explosion of C-C bonds due to heat generation is likely to occur, and furthermore, yield is lowered, resulting in industrial manufacturing and operation problems. For this reason, as a method of suppressing the rapid generation of heat of reaction in the direct fluorination method, fluorine is diluted with another inert gas (nitrogen or helium), and the organic compound as a substrate is dissolved in a solvent inert to fluorine at low temperature. When the reaction is carried out in a low temperature region and the reaction is carried out in the gas phase, a device such as a jet reactor has been devised so that fluorine is gradually brought into contact with the organic compound as a substrate.

본 발명은, 상기와 같은 문제 또는 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 따라서, 그 목적은, 기질로서의 유기 화합물과 불소 가스를 사용하는 직접 불소화법에서, 안전하며 경제적으로도 효율적인 FC-116을 제조할 수 있는 제조방법을 제공하는 데에 있다.The present invention has been made to solve the above problems or problems, and therefore, the object is to produce FC-116 safely and economically in a direct fluorination method using an organic compound and fluorine gas as a substrate. It is to provide a manufacturing method that can be.

상기의 과제는, 분자내에 2개의 탄소원자를 함유하는 하이드로플루오로카본류(HFC)와 불소 가스를 희석 가스의 존재하에 승온에서 기상 반응시키는 헥사플루오로에탄의 제조방법을 제공함으로써 해결할 수 있다.The above problem can be solved by providing a method for producing hexafluoroethane in which gaseous reaction of hydrofluorocarbons (HFC) containing two carbon atoms in a molecule with fluorine gas is carried out at elevated temperature in the presence of a diluent gas.

이 희석 가스는, 테트라플루오로메탄, 헥사플루오로에탄, 옥타플루오로프로판 및 불화수소 중의 하나 이상을 함유하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 불화수소가 풍부한 것이 바람직하다.The diluent gas preferably contains at least one of tetrafluoromethane, hexafluoroethane, octafluoropropane and hydrogen fluoride, more preferably rich in hydrogen fluoride.

기질인 유기 화합물로서는 분자내에 2개의 탄소원자를 함유하는 하이드로플루오로카본(HFC)류이며, 분자내에 불소 원자를 3개 이상 함유하는 화합물이다. 바람직 하게는 1,1,1,2-테트라플루오로에탄(CF3CH2F), 1,1,2,2-테트라플루오로에탄(CF2CHF2) 및/또는 펜타플루오로에탄이며, 보다 바람직하게는 1,1,1,2-테트라플루오로에탄이 바람직하다.The organic compound serving as a substrate is a hydrofluorocarbon (HFC) containing two carbon atoms in a molecule, and a compound containing three or more fluorine atoms in the molecule. Preferably 1,1,1,2-tetrafluoroethane (CF 3 CH 2 F), 1,1,2,2-tetrafluoroethane (CF 2 CHF 2 ) and / or pentafluoroethane, More preferably 1,1,1,2-tetrafluoroethane is preferable.

본 반응을 실시할 때, 분자내에 2개의 탄소원자를 함유하는 하이드로플루오로카본류의 반응기 입구 농도를 6몰% 이하의 범위로 하고, 바람직하게는 1,1,1,2-테트라플루오로에탄에서는 반응기 입구 농도를 4몰% 이하의 범위로 하는 것이 바람직하다.When carrying out the present reaction, the reactor inlet concentration of hydrofluorocarbons containing two carbon atoms in the molecule is in the range of 6 mol% or less, preferably in 1,1,1,2-tetrafluoroethane. It is preferable to set the inlet concentration to 4 mol% or less.

또, 반응 온도는 승온 범위로 250 내지 500℃의 범위내로 하는 것이 바람직하다. 0 내지 3MPa의 범위내의 반응 압력에서 실시하는 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable to make reaction temperature into the range of 250-500 degreeC in a temperature rising range. It is preferable to carry out at reaction pressure within the range of 0-3 MPa.

이하에 본 발명의 FC-116의 제조방법을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the manufacturing method of FC-116 of this invention is demonstrated in detail.

본 발명의 출발 원료가 되는 유기 화합물은, 분자내에 2개의 탄소원자를 함유하는 하이드로플루오로카본이며, 다음 화학식 1로 표시된다.The organic compound used as the starting material of the present invention is a hydrofluorocarbon containing two carbon atoms in a molecule, represented by the following formula (1).

C2HxFyC 2 HxFy

상기 화학식 1에서 , x는 1≤ x≤ 5인 정수이며 , y는 1≤ y≤ 5인 정수이며 , x 및 y가 x + y=6의 조건을 만족하는 화합물이며, 구체적으로는 플루오로에탄(C2H5F), 1,2-디플루오로에탄(CH2FCH2F) , 1,1-디플루오로에탄((CHF2CH3), 1,1,1-트리플루오로에탄(CF3CH3), 1,1,2-트리플루오로에탄(CHF2CHF2), 1,1,1,2-테트라플루오로에탄(CF3CH2F), 1,1,2,2-테트라플루오로에탄(CHF2CHF2) , 펜타플루오로에탄(CH3CHF2)의 화합물이며, 이들 원료는 단독으로도, 2종 이상의 혼합물로도 사용할 수가 있다.In Chemical Formula 1, x is an integer of 1 ≦ x ≦ 5, y is an integer of 1 ≦ y ≦ 5, and x and y are compounds satisfying the conditions of x + y = 6, specifically, fluoroethane (C 2 H 5 F), 1,2-difluoroethane (CH 2 FCH 2 F), 1,1-difluoroethane ((CHF 2 CH 3 ), 1,1,1-trifluoroethane (CF 3 CH 3 ), 1,1,2-trifluoroethane (CHF 2 CHF 2 ), 1,1,1,2-tetrafluoroethane (CF 3 CH 2 F), 1,1,2, It is a compound of 2-tetrafluoroethane (CHF 2 CHF 2 ) and pentafluoroethane (CH 3 CHF 2 ), and these raw materials may be used alone or as a mixture of two or more thereof.

상술한 바와 같이, 유기 화합물과 불소 가스와의 반응은 매우 커다란 반응열을 수반하며, 반응열은 불소의 물 수에 비례하여, 불소량이 많을수록 반응열이 커지는 것을 고려하면, H와 F의 치환이 적을수록 문제가 되는 반응열의 제어가 용이해지며, 고가인 불소의 사용량을 줄일 수 있다. 이 때문에 바람직하게는 상기의 하이드로플루오로카본류 중에서도, 분자내에 불소 원자를 3개 이상 함유하는 화합물이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 불소 원자를 4개 이상 함유하는 화합물이 바람직하며, 구체적으로는 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 1,1,2,2-테트라플루오로에탄 및/또는 펜타플루오로에탄이다.As described above, the reaction between the organic compound and the fluorine gas involves a very large heat of reaction, and the heat of reaction is proportional to the number of fluorine water, and considering that the higher the amount of fluorine, the greater the heat of reaction, the smaller the substitution of H and F, the more problematic. It becomes easy to control the reaction heat, and the amount of expensive fluorine can be reduced. For this reason, among the above-mentioned hydrofluorocarbons, preferably, a compound containing three or more fluorine atoms in the molecule is preferable, and more preferably a compound containing four or more fluorine atoms, specifically 1, 1,1,2-tetrafluoroethane, 1,1,2,2-tetrafluoroethane and / or pentafluoroethane.

1,1,2,2-테트라플루오로에탄 또는 펜타플루오로에탄은 클로로플루오로카본(CFC) 또는 하이드로클로로플루오로카본(HCFC)의 대체품으로서 공업적으로 생산되고 있고 구입도 용이하며 순도도 99.9% 이상으로 높다. 이들 화합물과 불소 가스에 의한 FC-116의 제조의 경우, 다음과 같은 반응열이 생긴다.1,1,2,2-tetrafluoroethane or pentafluoroethane is industrially produced as an alternative to chlorofluorocarbons (CFCs) or hydrochlorofluorocarbons (HCFCs), is easy to purchase and has a purity of 99.9 Higher than% In the case of production of FC-116 using these compounds and fluorine gas, the following heat of reaction is generated.

CF3CH2F + 2F2→ CF3CF3+ 2HFCF 3 CH 2 F + 2F 2 → CF 3 CF 3 + 2HF

(△H= -231kcal/mol)(△ H = -231kcal / mol)

CF3CHF2+ F2→ CF3CF3+ HFCF 3 CHF 2 + F 2 → CF 3 CF 3 + HF

(△H= -119kcal/mol)(△ H = -119kcal / mol)

1,1,1,2-테트라플루오로에탄 또는 펜타플루오로에탄을 출발 원료로 하면, 탄화수소 화합물의 불소 가스에 의한 FC-116의 제조와 비교하여, 반응열을 약 1/3 내지 1/6로 억제할 수 있다.When 1,1,1,2-tetrafluoroethane or pentafluoroethane is used as a starting material, the heat of reaction is about 1/3 to 1/6 as compared with the production of FC-116 by fluorine gas of hydrocarbon compound. It can be suppressed.

또, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄과 펜타플루오로에탄을 비교하면, 보다 바람직한 것은 1,1,1,2-테트라플루오로에탄이다. 그 이유는 1,1,1,2-테트라플루오로에탄을 원료로 하는 쪽이 반응 활성이 높다는 것과, 또 하나 중요한 것은, 현재 공업적으로 생산되고 있는 이들 제품의 순도 문제이다. 1,1,1,2-테트라플루오로에탄은, 순도가 99.9% 이상으로 불순물로서는 이성체인 1,1,2,2-테트라플루오로에탄이 대부분이며 염소 함유 화합물은 거의 포함되지 않는다.In addition, when 1,1,1,2-tetrafluoroethane and pentafluoroethane are compared, 1,1,1,2-tetrafluoroethane is more preferable. The reason for this is that 1,1,1,2-tetrafluoroethane is used as a raw material for high reaction activity, and another important issue is the purity of these products currently produced industrially. 1,1,1,2-tetrafluoroethane has a purity of 99.9% or more, and most of 1,1,2,2-tetrafluoroethane is an isomer as an impurity, and almost no chlorine-containing compound is included.

이에 대하여, 펜타플루오로에탄은 클로로펜타플루오로에탄(CF3CClF2)과 공비 조성을 형성하고, 증류 또는 정제 조작을 해도 제품 중에는 수백 ppm 내지 수천 ppm 함유된다. 이 염소 함유 화합물은, 반응으로 불화염소 또는 염소 등을 생성시켜 바람직하지 않으므로 1,1,1,2-테트라플루오로에탄이 특히 유용하다.In contrast, pentafluoroethane forms an azeotropic composition with chloropentafluoroethane (CF 3 CClF 2 ), and the product contains several hundred ppm to several thousand ppm even when distilled or purified. 1,1,1,2-tetrafluoroethane is particularly useful because this chlorine-containing compound is not preferable because it generates chlorine fluoride or chlorine by reaction.

본 반응은, 상기의 하이드로플루오로카본류의 불소 가스를 희석 가스 존재하에 승온에서 반응시킨다.This reaction causes the fluorine gas of the above hydrofluorocarbons to react at an elevated temperature in the presence of a diluent gas.

희석 가스로서는 일반적으로 질소, 헬륨 또는 아르곤 등의 불활성 가스가 사용되는데, 목적물과 이들 불활성 가스의 분리 , 정제를 고려하면, 비용면에서 유리한 방법이라고는 할 수 없다. 본 발명은 희석 가스로서, 테트라플루오로메탄(비점: -127.9℃), 헥사플루오로에탄(비점: -78.5℃), 옥타플루오로프로판(비점: -37.7℃) 및 불화수소(비점: 20℃) 중의 하나 이상을 함유하는 성분을 희석 가스로서 사용하고, 헬륨(비점: -268.9℃) 등과 비교하여 이것들은 연소 또는 폭발 등을 억제하는 효과와 동시에 고비점이어서 분리, 정제의 에너지 비용이 유리해진다.As the diluent gas, an inert gas such as nitrogen, helium or argon is generally used, but considering the separation and purification of the target substance and these inert gases, the method is not advantageous in terms of cost. The present invention is a diluent gas, tetrafluoromethane (boiling point: -127.9 ℃), hexafluoroethane (boiling point: -78.5 ℃), octafluoropropane (boiling point: -37.7 ℃) and hydrogen fluoride (boiling point: 20 ℃ (A boiling point: -268.9 ° C), etc. are used as a diluent gas, and they have a high boiling point and an effect of suppressing combustion or explosion, and the energy cost of separation and purification becomes advantageous. .

또, 보다 바람직하게는 불화수소가 풍부한 성분을 희석 가스로서 사용하는 방법이다.Moreover, More preferably, it is the method of using the hydrogen fluoride rich component as a dilution gas.

예를 들면, 반응식 3에서 나타낸 바와 같이 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 1몰과 불소 2몰의 반응에서 FC-116 1몰과 불화수소 2몰이 생성된다. 목적물인 FC-116과 부산물인 불화수소는 비점차가 약 100℃이고, 분축 등의 간편한 방법으로 불화수소가 풍부한 성분을 수득할 수 있어, 이것을 희석 가스로서 사용하면 경제적이다. 또, 불화수소는 희석 가스로서 새로이 첨가해도 좋다. 또한 불소 가스를 사용하는 직접 불소화법에서는 장기간의 반응에서 상술한 바와 같이 C-C 결합의 절단 등에 의해 탄소의 생성, 퇴적 등이 일어난다. 탄소의 생성 또는 퇴적 등은 불소가스와의 급격한 반응 또는 폭발의 위험성이 있지만, 불화수소는 희석 가스로서 사용함으로써 탄소의 생성, 퇴적을 억제할 수가 있다. 불화수소가 풍부하다는 것은, 불화수소를 주성분으로 한다는 의미이다.For example, as shown in Scheme 3, one mole of FC-116 and two moles of hydrogen fluoride are produced in a reaction of 1 mole of 1,1,1,2-tetrafluoroethane and 2 moles of fluorine. FC-116 as a target product and hydrogen fluoride as a by-product have a difference in boiling point of about 100 ° C., and a component rich in hydrogen fluoride can be obtained by a simple method such as fractionation, which is economical when used as a diluent gas. In addition, hydrogen fluoride may be newly added as a dilution gas. In addition, in the direct fluorination method using fluorine gas, carbon formation, deposition, etc., occur due to the cleavage of C-C bonds or the like as described above in the long-term reaction. Although carbon formation or deposition may cause a sudden reaction or explosion with fluorine gas, hydrogen fluoride can be used as a diluent gas to suppress the formation and deposition of carbon. Abundance of hydrogen fluoride means that hydrogen fluoride is a main component.

반응의 기질, 불소 가스 및 희석 가스의 존재하에서 반응을 실시하지만, 반응기에 도입하기 전에, 반응의 기질 및 불소 가스 중의 어느 하나 또는 둘 다를 희석 가스로 희석한 후, 반응기에 도입하는 것이 일반적이다. 안전성을 고려하면, 반응의 기질도 불소 가스도 모두 희석 가스로 가능한 한 저농도로 만드는 것이 바람직하다.The reaction is carried out in the presence of the substrate, fluorine gas and diluent gas of the reaction, but prior to introduction into the reactor, it is common to dilute either or both of the substrate and fluorine gas of the reaction with diluent gas and then introduce it into the reactor. In consideration of safety, it is desirable to make both the substrate and the fluorine gas of the reaction as low as possible with diluent gas.

원료로서 상기와 같은 하이드로플루오로카본류와 불소 가스를 상기와 같은 희석 가스 존재하에 반응시키지만, 반응 온도도 본 반응을 효율 좋게 진행시킴에 있어 중요한 조건의 하나이며, 반응 온도는 접촉 시간 또는 출발 원료로서의 하이드로플루오로카본의 종류에 따라 최적 범위가 변화한다. 예를 들면, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄과 불소의 반응의 경우, 접촉 시간이 길 때(접촉 시간 15초)는 반응온도 약 50℃부터 반응이 일어나고, 약 250℃에서 전화율은 약 100%가 된다. 반응온도는 승온 범위, 바람직하게는 250 내지 500℃의 범위내이다.As a raw material, the above-mentioned hydrofluorocarbons and fluorine gas are reacted in the presence of the diluent gas as described above, but the reaction temperature is also one of the important conditions for the efficient progress of the reaction, and the reaction temperature is the contact time or the starting material. The optimum range changes depending on the type of hydrofluorocarbon. For example, in the case of the reaction of 1,1,1,2-tetrafluoroethane and fluorine, when the contact time is long (contact time 15 seconds), the reaction occurs from the reaction temperature of about 50 ° C and the conversion rate at about 250 ° C. Is about 100%. The reaction temperature is in an elevated temperature range, preferably in the range of 250 to 500 ° C.

반응 온도가 250℃ 미만인 경우에는, 하이드로플루오로카본의 전화율이 저하되고, 500℃를 넘으면 C-C 결합의 절단 또는 중합 등이 발생하여 수율이 저하되며, 반응기 등의 부식 또는 높은 에너지 비용 등의 문제가 있어 바람직하지 않다.If the reaction temperature is less than 250 ° C, the conversion of hydrofluorocarbon is lowered, and if it is over 500 ° C, the cleavage or polymerization of CC bonds occurs, so that the yield is lowered, and problems such as corrosion or high energy cost of the reactor, etc. It is not desirable.

접촉 시간은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0.1 내지 120초의 범위에서, 접촉 시간을 길게 하면 반응기가 커져 경제적이지 못하므로 일반적으로 1 내지 30초, 보다 바람직하게는 3 내지 30초의 범위가 바람직하며, 반응 기질과 불소 가스의 혼합을 좋게 하는 것도 중요하다.Although the contact time is not particularly limited, for example, in the range of 0.1 to 120 seconds, if the contact time is increased, the reactor becomes large and it is not economical, so it is generally 1 to 30 seconds, more preferably 3 to 30 seconds, It is also important to improve the mixing of the reaction substrate with the fluorine gas.

상기와 같이 불소 가스를 사용하는 직접 불소화법은, 반응성이 매우 풍부한 불소를 사용하기 때문에, 기질인 유기 화합물(특히 수소를 함유하는 화합물)은 불소에 닿으면 연소 또는 폭발할 위험이 있다.Since the direct fluorination method using fluorine gas as described above uses fluorine which is highly reactive, the organic compound (particularly, a compound containing hydrogen) that is a substrate has a risk of burning or exploding upon contact with fluorine.

본 반응에서는 기질인 유기 화합물로서 수소를 함유하는 하이드로플루오로카본을 사용하기 때문에, 하이드로플루오로카본류와 불소의 폭발 방지가 중요한 포인트가 된다. 폭발을 방지하기 위해서는 혼합 가스의 조성이 폭발 범위 속에 들어가지 않도록 할 필요가 있다. 본 발명자들은, 하이드로플루오로카본류와 불소 가스와의 폭발 범위를 검토한 결과, 펜타플루오로에탄은 농도가 약 6%, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄은 농도가 약 4%가 하한치인 것을 밝혀내어, 본 반응의 유기 화합물 입구 농도의 안전한 범위를 채용했다.In this reaction, since hydrofluorocarbon containing hydrogen is used as an organic compound as a substrate, explosion prevention of hydrofluorocarbons and fluorine becomes an important point. To prevent explosion it is necessary to ensure that the composition of the mixed gas does not fall within the explosion range. The inventors of the present invention have examined the explosion range between hydrofluorocarbons and fluorine gas, and as a result, the concentration of pentafluoroethane is about 6%, and the concentration of 1,1,1,2-tetrafluoroethane is about 4%. It discovered that it was a lower limit and employ | adopted the safe range of the organic compound inlet concentration of this reaction.

또, 반응계에 공급하는 하이드로플루오로카본류와 불소 가스와의 몰비는 0.5 내지 5.0의 범위로 하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1.0 내지 3.0의 범위 내이다. 불소 가스의 공급 몰비가 0.5 미만에서는 반응이 진행되지 않아 효율이 나쁘고, 5.0을 넘으면 불소 가스가 과잉이 되어 그 회수를 위한 설비 등이 필요하여 경제적이 아니다.The molar ratio of the hydrofluorocarbons to the reaction system and the fluorine gas is preferably in the range of 0.5 to 5.0, more preferably in the range of 1.0 to 3.0. If the supply molar ratio of the fluorine gas is less than 0.5, the reaction does not proceed and the efficiency is poor. If the supply molar ratio is more than 5.0, the fluorine gas is excessively excessive, and equipment for recovery thereof is not economical.

본 반응에 있어서, 반응 압력도 폭발 등의 위험 방지에 중요하다. 압력이 높아지면 질수록 범위는 일반적으로 넓어지기 때문에, 반응은 더욱 저압에서 하는 것이 바람직하며, 반응 압력으로서는 0 내지 3MPa의 범위내가 바람직하다.In this reaction, the reaction pressure is also important for preventing the risk of explosion and the like. Since the range increases generally as the pressure increases, the reaction is preferably performed at a lower pressure, and the reaction pressure is preferably within the range of 0 to 3 MPa.

또, 반응기의 재질로서는 부식성 가스에 내성을 갖는 것이 바람직하며, 예로서는 니켈, 인코넬, 하스테로이 등을 들 수가 있다.Moreover, as a material of a reactor, what has resistance to a corrosive gas is preferable, As an example, nickel, inconel, Hastelloy, etc. are mentioned.

[실시예]EXAMPLE

이하에 본 발명의 실시예를 나타낸다.Examples of the present invention are shown below.

우선 본 발명에 사용한 원료를 이하에 나타낸다.First, the raw material used for this invention is shown below.

[1,1,1,2-테트라플루오로에탄][1,1,1,2-tetrafluoroethane]

현재, CFC-12(CCl2F2)의 대체품으로서 공급되고 있는 에콜로 에이스 134a(상품명)를 사용했다. 순도는 99.99% 이상이고, 이성체인 1,1,2,2-테트라플루오로에탄을 약 20ppm 함유하고, 염소 함유 화합물은 거의 검출되지 않았다.Currently, the Ecolo Ace 134a (brand name) supplied as a substitute for CFC-12 (CCl 2 F 2 ) was used. The purity was 99.99% or more, contained about 20 ppm of isomer 1,1,2,2-tetrafluoroethane, and almost no chlorine-containing compound was detected.

[펜타플루오로에탄][Pentafluoroethane]

현재, HCFC-22(CHClF2)의 대체품으로서 에콜로 에이스 125(상품명)를 사용했다. 순도는 99.95% 이상이고, 불순물로서 1,1,1,2-테트라플루오로에탄과 1,1,1-트리플루오로에탄을 함유하거나 염소 함유 화합물로서 클로로펜타플루오로에탄, 1-클로로-1,2,2,2-테트라플루오로에탄을 함유한다.Currently, Echolo Ace 125 (trade name) was used as a substitute for HCFC-22 (CHClF 2 ). Purity is at least 99.95% and contains 1,1,1,2-tetrafluoroethane and 1,1,1-trifluoroethane as impurities or chloropentafluoroethane, 1-chloro-1 as chlorine-containing compound And 2,2,2-tetrafluoroethane.

[실시예 1]Example 1

내경 20.6mmψ, 길이 500mm의 인코넬 600제 반응기(전기 히터 가열 방식: 불소 가스로 온도 600℃에서 부동태화 처리를 실시함)에 질소 가스를 30NL/h로 공급하여 280℃로 승온하고, 이어서, 불화수소를 50NL/h, 다시 상기의 희석 가스를 유동 방향이 갈라진 가스류의 한쪽으로 하이드로플루오로카본으로서 1,1,1,2-테트라플루오로에탄을 1.8NL/h로 공급한다. 그 후, 마찬가지로 희석 가스를 유동 방향이 갈라진 가스류의 또 한쪽으로 불소 가스를 3.9NL/h로 공급하여 반응시킨다.Nitrogen gas was supplied to a reactor made of Inconel 600 having an internal diameter of 20.6 mm ψ and a length of 500 mm (electric heater heating method: passivation treatment at a temperature of 600 ° C. with fluorine gas) at 30 NL / h, and the temperature was raised to 280 ° C. 1,1,1,2-tetrafluoroethane was supplied at 1.8 NL / h as a hydrofluorocarbon to 50 Nl / h of hydrogen and again to the one of the gas streams whose flow direction was diverted. After that, the fluorine gas is supplied at 3.9 NL / h to the other side of the gas stream whose flow direction is divided in the same manner, and reacted.

1,1,1,2-테트라플루오로에탄의 반응기 입구 농도는 2.1몰%, 반응 온도는 280℃ 이다.The reactor inlet concentration of 1,1,1,2-tetrafluoroethane was 2.1 mol% and the reaction temperature was 280 ° C.

3시간 후, 반응 생성 가스를 수산화칼륨 수용액 및 요오드화칼륨 슈용액으로 불화수소 및 미반응 불소 가스를 제거하고, 이어서 가스 크로마토그래피에 의해 조성 분석을 했더니, 가스 조성은 다음과 같다.After 3 hours, hydrogen fluoride and unreacted fluorine gas were removed with an aqueous potassium hydroxide solution and potassium iodide solution, and then the composition was analyzed by gas chromatography. The gas composition was as follows.

CF40.56%, C2F684.59%CF 4 0.56%, C 2 F 6 84.59%

CF3CHF214.45% CF3CH2F 미량,CF 3 CHF 2 14.45% CF 3 CH 2 F Trace,

기타 0 40%(용적%)Other 0 40% (% by volume)

[실시예 2 내지 5][Examples 2 to 5]

반응 온도를 변경한 것 이외는 실시예 1과 같은 조작 조건으로 반응시킨다. 반응 온도 및 수득된 결과를 표 1에 나타낸다.The reaction is carried out under the same operating conditions as in Example 1 except that the reaction temperature is changed. The reaction temperature and the results obtained are shown in Table 1.

표 중의 FC-14는 CF4, FC-116은 CF3CF3, HFC-125는 CF3CHF2이며, HFC-134a는 CF3CH2F이다.FC-14 in the table is CF 4 , FC-116 is CF 3 CF 3 , HFC-125 is CF 3 CHF 2 , and HFC-134a is CF 3 CH 2 F.

표 1의 기타는 CO2가 대부분이지만, 550℃에서는 C3F8이 생성된다. 결과에서 밝혀졌듯이 저온에서는 목적물인 FC-116의 수율이 나쁘고, 고온 550℃에서는 선택률이 저하되며, C-C 결합의 절단 촉진 또는 중합에 의해 C3의 퍼플루오로 화합물이 생성된다.Others in Table 1 are mostly CO 2 , but produce C 3 F 8 at 550 ° C. As can be seen from the results, the yield of FC-116, which is the target product, is poor at low temperatures, the selectivity is lowered at high temperatures of 550 ° C., and C 3 perfluoro compounds are produced by promoting the cleavage or polymerization of CC bonds.

[실시예 6 내지 8][Examples 6 to 8]

실시예 1과 같은 반응기에서 하이드로플루오로카본으로서 펜타플루오로에탄 3.6NL/h, 불소 가스 3.9NL/h, 희석 가스로서 불화수소 50NL/h와 질소 가스 30NL/h를 실시예 1과 같은 조작으로 공급하고, 반응 온도를 변화시킨 것 이외는 실시예 1과 같은 조작으로 반응시킨다. 반응 온도와 수득된 결과를 표 2에 나타낸다.In the same reactor as in Example 1, 3.6NL / h of pentafluoroethane as hydrofluorocarbon, 3.9NL / h of fluorine gas, 50NL / h of hydrogen fluoride and 30NL / h of nitrogen gas as diluent gas were prepared in the same manner as in Example 1. It reacts by operation similar to Example 1 except supplying and changing reaction temperature. The reaction temperature and the results obtained are shown in Table 2.

표 2의 기타는 CO2가 대부분이고, Cl 화합물은 클로로펜타플루오로에탄과 1-클로로-1,2,2,2-테트라플루오로에탄이 주성분이다.Others in Table 2 are mostly CO 2 , and Cl compounds are mainly composed of chloropentafluoroethane and 1-chloro-1,2,2,2-tetrafluoroethane.

결과에서 밝혀졌듯이 펜타플루오로에탄은 1,1,1,2-테트라플루오로에탄보다도 불소 가스와의 반응성이 낮으나(저온 영역), 고수율의 FC-116을 수득할 수가 있다. 그러나, 실시예 8에서는 염소와 불화염소가 검출된다.As can be seen from the results, pentafluoroethane has a lower reactivity with fluorine gas than with 1,1,1,2-tetrafluoroethane (low temperature range), but a high yield of FC-116 can be obtained. However, in Example 8, chlorine and chlorine fluoride are detected.

[실시예 9]Example 9

실시예 1과 같은 반응기에서 하이드로플루오로카본으로서 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 2.2NL/h, 불소 가스 4.8NL/h, 희석 가스로서 불화수소 60NL/h, 테트라플루오로에탄 20NL/h를 공급하고, 반응 온도 480℃에서 실시예 1과 같은 조작으로 반응시킨다. 수득된 결과를 아래에 나타낸다.1,1,1,2-tetrafluoroethane 2.2NL / h as hydrofluorocarbon, 4.8NL / h fluorine gas, hydrogen fluoride 60NL / h as diluent gas, 20NL tetrafluoroethane in the same reactor as in Example 1 / h is supplied and reacted by operation similar to Example 1 at reaction temperature of 480 degreeC. The results obtained are shown below.

CF41.46%, C2F695.98%,CF 4 1.46%, C 2 F 6 95.98%,

CF3CHF21.78%, CF3CH2F -,CF 3 CHF 2 1.78%, CF 3 CH 2 F-,

기타 0.78%(용적%).0.78% (% by volume).

이 조건하에서 30일간의 연속 반응을 실시하고, 30일째의 반응 출구 가스의 조성 분석을 했더니 상기의 결과와 거의 다르지 않았다. 그 후, 반응을 정시시키고 질소 가스를 공급하면서 실온까지 강온하고, 반응기 내부 표면을 화이버 스코프(내시경)로 관찰했으나 탄소 등의 부착 또는 퇴적은 발견되지 않았다.30 days of continuous reaction was performed under these conditions, and the composition analysis of the reaction outlet gas on the 30th day showed little difference with the above result. Thereafter, the reaction was timed to cool down to room temperature while supplying nitrogen gas, and the inside surface of the reactor was observed with a fiber scope (endoscope), but no deposition or deposition of carbon or the like was found.

본 발명의 FC-116의 제조방법으로 분자내에 2개의 탄소원자를 함유하는 하이드로플루오로카본류와 불소 가스를 기상으로 희석 가스의 존재하에 반응시켜 공업적으로 안전한 고수율의 FC-116를 제조할 수가 있다.In the method for preparing FC-116 of the present invention, it is possible to produce an industrially safe high yield FC-116 by reacting hydrofluorocarbons containing two carbon atoms in a molecule with fluorine gas in the presence of diluent gas in the gas phase. .

Claims (8)

분자내에 2개의 탄소원자를 함유하는 하이드로플루오로카본류와 불소 가스를 테트라플루오로메탄, 헥사플루오로에탄, 옥타플루오로프로판 및 불화수소 중의 하나 이상을 함유하는 희석 가스의 존재하에 250 내지 500℃의 온도에서 기상 반응시킴을 특징으로 하는, 헥사플루오로에탄의 제조방법.250-500 ° C. in the presence of a difluorocarbon containing two or more carbon atoms in the molecule and one or more of fluorogas containing tetrafluoromethane, hexafluoroethane, octafluoropropane and hydrogen fluoride Method for producing hexafluoroethane, characterized in that the gas phase reaction in. 제1항에 있어서, 희석 가스가, 불화수소가 풍부한 가스인 제조방법.The production method according to claim 1, wherein the dilution gas is a gas rich in hydrogen fluoride. 제1항에 있어서, 분자내에 2개의 탄소원자를 함유하는 하이드로플루오로카본류가 불소원자를 3개 이상 함유하는 하이드로플루오로카본인 제조방법.The method according to claim 1, wherein the hydrofluorocarbons containing two carbon atoms in the molecule are hydrofluorocarbons containing three or more fluorine atoms. 제3항에 있어서, 분자내에 2개의 탄소원자를 함유하는 하이드로플루오로카본류가 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 1,1,2,2-테트라플루오로에탄 및 펜타플루오로에탄 중의 하나 이상인 제조방법.4. Hydrofluorocarbons according to claim 3, wherein the hydrofluorocarbons containing two carbon atoms in the molecule are contained in 1,1,1,2-tetrafluoroethane, 1,1,2,2-tetrafluoroethane and pentafluoroethane. At least one manufacturing method. 제4항에 있어서, 분자내에 2개의 탄소원자를 함유하는 하이드로플루오로카본류가 1,1,1,2-테트라플루오로에탄인 제조방법.The production method according to claim 4, wherein the hydrofluorocarbons containing two carbon atoms in the molecule are 1,1,1,2-tetrafluoroethane. 제1항에 있어서, 분자내에 2개의 탄소원자를 함유하는 하이드로플루오로카본류의 반응기 입구 농도가 6몰% 이하에서 반응이 수행되는 제조방법.The method according to claim 1, wherein the reaction is performed at a reactor inlet concentration of hydrofluorocarbons containing two carbon atoms in a molecule of 6 mol% or less. 제6항에 있어서, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄의 반응기 입구 농도가 4몰% 이하인 제조방법.The process according to claim 6, wherein the reactor inlet concentration of 1,1,1,2-tetrafluoroethane is 4 mol% or less. 제1항에 있어서 , 반응이 0 내지 3Mpa의 반응 압력에서 수행되는 제조방법.The process according to claim 1, wherein the reaction is carried out at a reaction pressure of 0 to 3 Mpa.
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