KR100405187B1 - Preparation Method of Octafluorecyclobutane(RC318) - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디플루오로클로오로메탄(CF2HCl, 이하 'R22'라 함)의 열분해 반응에서 제조된 테트라플루오로에틸렌(C2F4, 이하 'TFE'라 함)을 이량화 반응시켜 옥타플루오로사이클로부탄(C4F8, 이하 'RC318'라 함)을 제조하는 열분해 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 과열수증기의 희석에 의한 디플루오로클로로메탄의 열분해 반응으로부터 TFE를 제조한 다음, 일정몰비의 TFE와 수증기를 일정한 반응온도 및 접촉시간 조건하에 수증기를 공급할 수 있는 노즐이 부착된 유동층 반응기로 공급하여 TFE의 이량화 반응을 수행함으로써, 종래 TFE의 이량화 반응시의 심한 발열반응으로 발생되는 국부적 과열을 방지하여 고체폴리머와 탄소의 생성을 억제하므로 안정된 반응조건에서 높은 수율의 옥타플루오로사이클로부탄(RC318)을 제조할 수 있는 새로운 제조방법에 관한 것이다.The present invention is a octa by dimerization of tetrafluoroethylene (C 2 F 4 , hereinafter referred to as 'TFE') prepared in the pyrolysis reaction of difluorochloromethane (CF 2 HCl, hereinafter 'R22') The present invention relates to a pyrolysis method for preparing fluorocyclobutane (C 4 F 8 , hereinafter referred to as 'RC318'), and more particularly, to prepare TFE from pyrolysis of difluorochloromethane by dilution of superheated steam. Severe exothermic reaction in the dimerization reaction of conventional TFE by supplying TFE and water vapor at a constant molar ratio to a fluidized bed reactor equipped with a nozzle capable of supplying water vapor at a constant reaction temperature and contact time conditions to perform dimerization of TFE. New production method for producing high yield octafluorocyclobutane (RC318) under stable reaction conditions by preventing formation of solid polymer and carbon by preventing local overheating It is about.

Description

옥타플루오로사이클로부탄(RC318)의 제조방법{Preparation Method of Octafluorecyclobutane(RC318)}Preparation method of octafluorocyclobutane (RCC31) {Preparation Method of Octafluorecyclobutane (RC318)}

본 발명은 디플루오로클로오로메탄(CF2HCl, 이하 'R22'라 함)의 열분해 반응에서 제조된 테트라플루오로에틸렌(C2F4, 이하 'TFE'라 함)을 이량화 반응(dimerization reaction)시켜 옥타플루오로사이클로부탄(C4F8, 이하 'RC318'라 함)을 제조하는 열분해 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 과열수증기의 희석에 의한 디플루오로클로로메탄의 열분해 반응으로부터 TFE를 제조한 다음, 일정몰비의 TFE와 수증기를 일정한 반응온도 및 접촉시간 조건하에 수증기를 공급할 수 있는 노즐이 부착된 유동층 반응기로 공급하여 TFE의 이량화 반응을 수행함으로써, 종래 TFE의 이량화 반응시의 심한 발열반응으로 발생되는 국부적 과열을 방지하여 고체폴리머와 탄소의 생성을 억제하므로 안정된 반응조건에서 높은 수율의 옥타플루오로사이클로부탄(RC318)을 제조할 수 있는 새로운 제조방법에 관한 것이다.The present invention is a dimerization reaction of tetrafluoroethylene (C 2 F 4 , hereinafter referred to as 'TFE') prepared by pyrolysis of difluorochloromethane (CF 2 HCl, hereinafter referred to as 'R22'). The present invention relates to a pyrolysis method for producing octafluorocyclobutane (C 4 F 8 , hereinafter referred to as 'RC318'), and more particularly, to TFE from pyrolysis of difluorochloromethane by dilution of superheated steam. After the preparation, the TFE and water vapor in a constant molar ratio are supplied to a fluidized bed reactor equipped with a nozzle capable of supplying water vapor under a constant reaction temperature and contact time conditions to carry out the dimerization reaction of TFE, and thus, in the conventional dimerization reaction of TFE. It is possible to produce high yield octafluorocyclobutane (RC318) under stable reaction conditions by preventing the formation of solid polymer and carbon by preventing local overheating caused by severe exothermic reaction of It relates to a new manufacturing method.

RC318은 분사제, 냉매, 반도체용 세정제 등으로 사용되고 있으며, 에어컨용 터보압축기의 냉매로서 우수한 효능이 입증되어 냉동기 시장에서 상당한 수요가 증가할 전망이다. 최근 들어 RC318은 기존의 반도체 세정제로 사용되는 헥사플루오로에탄(C2F6)을 대체할 수 있는 반도체 CVD(Chemical Vapor Deposition) 챔버(chamber)의 세정가스로 듀폰(Dupont) 사에 의해 발표되었고, 그 수요는 지구온난화에 미치는 영향 때문에 크게 증가할 것으로 예측된다. 이러한 RC318의 제조방법은 디플루오로클로로메탄의 열분해에 의한 방법[미국특허 제2,384,821호(1945)], 테트라플루오로에틸렌의 이량화에 의한 방법[미국특허 제2,404,374호(1946), 일본특허 57-59,82호(1982)], 에틸렌과 TFE를 반응원료로 사용하는 시몬스 전기화학적 불소화 방법(Simons electrochemical fluorination)[유럽특허 제0,445,399호(1991)], 그리고 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)의 열분해에 의한 방법[미국특허 제2,394,581호(1946), 미국특허 제2,759,983호(1956)] 등이 지금까지 보고되었다.RC318 is used as a propellant, a refrigerant, and a semiconductor cleaning agent. As the refrigerant of the air conditioner turbo compressor is proved to be effective, the demand for the refrigerator market will increase considerably. Recently, RC318 has been announced by Dupont as a cleaning gas for semiconductor CVD (Chemical Vapor Deposition) chambers that can replace hexafluoroethane (C 2 F 6 ), which is used as a conventional semiconductor cleaner. However, the demand is expected to increase significantly because of the impact on global warming. The method for preparing RC318 is a method by thermal decomposition of difluorochloromethane [US Patent No. 2,384,821 (1945)], a method by dimerization of tetrafluoroethylene [US Patent No. 2,404,374 (1946), Japanese Patent 57 -59,82 (1982)], Simons electrochemical fluorination (European Patent No. 0,445,399 (1991)) using ethylene and TFE as reaction materials, and polytetrafluoroethylene (PTFE) Methods by pyrolysis (US Pat. No. 2,394,581 (1946), US Pat. No. 2,759,983 (1956)) and the like have been reported to date.

Harmon 등은 TFE의 열분해 반응에 관한 연구에서 반응의 주 생성물로서 RC318과 HFP가 생성됨을 서술한 바 있다[미국특허 제2,404,374호(1946)]. Atkinson 과 Trenwith 는 TFE의 열분해 반응과 RC318의 열분해 반응에 관한 속도론적 연구를 수행하였으며[J. of Chem. Soc., 2082(1953), J. of Chem. Soc., 2086 (1957)], 550 ℃보다 낮은 온도에서 RC318의 열분해로 TFE와 HFP가 주로 생성됨을 발표하였다. TFE의 이량화 반응에 의한 RC318의 제조방법은 TFE를 약 500 ℃에서 이량화 반응시켜 RC318을 제조하는 방법으로서, TFE 이량화 반응에 의한 RC318의 합성 반응식은 다음 반응식 1과 같다.Harmon et al. Have described the formation of RC318 and HFP as the main products of the reaction in the study of pyrolysis of TFE (US Pat. No. 2,404,374 (1946)). Atkinson and Trenwith conducted a kinetic study on the pyrolysis of TFE and the pyrolysis of RC318 [J. of Chem. Soc., 2082 (1953), J. of Chem. Soc., 2086 (1957), reported that pyrolysis of RC318 at temperatures lower than 550 ° C. produced mainly TFE and HFP. The method of preparing RC318 by dimerization of TFE is a method of producing RC318 by dimerizing TFE at about 500 ° C. The synthesis scheme of RC318 by TFE dimerization is shown in Scheme 1 below.

가장 일반적인 RC318 제조공정은 TFE를 관형반응기에서 열분해시키는 공정이다. 그러나, 이 공정은 TFE의 이량화 반응이 심한 발열반응이기 때문에 반응온도 조절에 많은 어려움이 발생한다. TFE는 고온에서 카본과 CF4로 분해가 일어나게 되고, 또한 생성된 고체 폴리머(solid polymer)와 함께 반응기 출구에 누적되어 반응시스템의 압력상승의 요인으로 작용한다. 반응기 내부에 카본이 생성되어 누적되면 반응압력의 상승과 더불어 TFE의 접촉시간이 길어지고 발열량이 증가하기 때문에 연쇄적으로 반응이 진행되어 반응온도는 순식간에 1000℃ 이상까지 상승하여 반응을 중단해야 하는 상황에 이르게 된다. 따라서, 관형반응기 내에서 TFE의 이량화 반응을 수행하여 RC318을 제조하는 공정은 심한 발열반응으로 기인된 반응온도 조절의 문제점 때문에 상용화하기에는 바람직하지 않는 것으로 판단된다.The most common RC318 manufacturing process is the pyrolysis of TFE in a tubular reactor. However, this process is difficult to control the reaction temperature because the dimerization reaction of the TFE is a severe exothermic reaction. TFE is decomposed into carbon and CF 4 at a high temperature, and also accumulates at the outlet of the reactor together with the produced solid polymer, which acts as a factor of pressure increase in the reaction system. When carbon is generated and accumulated inside the reactor, the reaction pressure increases, the contact time of TFE increases and the calorific value increases, so that the reaction proceeds in series and the reaction temperature rises to 1000 ° C. or more in an instant. It leads to a situation. Therefore, the process of preparing RC318 by performing the dimerization reaction of TFE in the tubular reactor is not suitable for commercialization due to the problem of reaction temperature control caused by severe exothermic reaction.

또한, Hukuseishiro는 TFE와 암모니아를 반응원료로 사용하는 RC318을 제조하는 방법을 보고하였다[일본특허 57-59822호(1982)]. 이 경우, TFE를 암모니아에 버블링(bubbling)시켜 공급하거나, 또는 각각의 정량펌프를 사용하여 반응기에 공급한 다음 반응온도 570 ∼ 700 ℃, 반응압력 0 ∼ 5 atm 그리고 접촉시간 0.3 ∼ 5초로 반응시키면 전환율 50 ∼ 70%와 RC318의 선택율 85 ∼ 86%가 얻어졌다. 그러나, 상기 공정은 반응속도가 높으면 중합물이 발생하여 반응관을 폐색시키는 문제가 있으며, 반응속도가 낮으면 반응율이 떨어져 공업적 가치는 떨어진다.Hukuseishiro also reported a method of preparing RC318 using TFE and ammonia as reaction raw materials (Japanese Patent 57-59822 (1982)). In this case, TFE is bubbled into ammonia and supplied or fed to the reactor using a respective metering pump, followed by reaction at a temperature of 570 to 700 ° C., a reaction pressure of 0 to 5 atm and a contact time of 0.3 to 5 seconds. The conversion rate 50-70% and the selectivity of RC318 85-86% were obtained. However, the process has a problem in that the polymerization rate is generated when the reaction rate is high to block the reaction tube, when the reaction rate is low, the reaction rate is lowered, the industrial value is lowered.

폴리테트라플루오로에틸렌의 열분해에 의한 RC318의 제조 방법은 1946년에 Benning 등에 의하여 발표되었으며[미국특허 제2,394,581호(1946)], PTFE를 575 ℃의 온도조건에서 열분해시키면, 43%의 RC318이 생성됨을 발표하였다. 그러나, 상기 방법은 TFE를 중합하여 PTFE를 합성한 다음, 다시 PTFE를 열분해시켜 RC318을 제조하는 방법으로 공정이 복잡하고 RC318의 생산 단가가 높기 때문에 상용 RC318을 제조하는 방법으로는 바람직하지 않다.A process for preparing RC318 by pyrolysis of polytetrafluoroethylene was published in 1946 by Benning et al. (US Pat. No. 2,394,581 (1946)). When PTFE was pyrolyzed at a temperature of 575 ° C., 43% of RC318 was produced. Announced. However, the above method is a method for preparing RC318 by polymerizing TFE, and then pyrolyzing PTFE to produce RC318, which is not preferable as a method for preparing commercial RC318 because the process is complicated and the production cost of RC318 is high.

William Ves등은 TFE, 에틸렌, 및 불소를 이용하여 RC318을 제조하는 방법을 발표하였다[유럽특허 제0,455,399호(1991)]. 먼저, 에틸렌/TFE의 몰비를 10/1로 반응시켜 사이클로-C4F4H4를 제조한 다음, 40 ∼ 50 ℃에서 시몬스 전기화학적 불소화 반응에 의하여 RC318을 제조하는 방법이다. 그러나, 상기 공정 역시 RC318은 생산단가가 높기 때문에 공업적인 가치가 떨어진다. 이때, TFE와 에틸렌의 반응식과 사이클로-C4F4H4와 HF 간의 불소화 반응식 2와 3에 나타낸 바와 같다.William Ves et al. Published a process for preparing RC318 using TFE, ethylene, and fluorine (European Patent No. 0,455,399 (1991)). First, cyclo-C 4 F 4 H 4 is prepared by reacting a molar ratio of ethylene / TFE at 10/1, and then RC318 is prepared by Simmons electrochemical fluorination at 40 to 50 ° C. However, the process also has a low industrial value because of the high production cost of RC318. At this time, the reaction formula of TFE and ethylene and the fluorination reaction between cyclo-C 4 F 4 H 4 and HF is as shown in equations 2 and 3.

이에, 본 발명에서는 종래 RC318 제조시의 문제점을 해결하기 위하여, 과열된 수증기하에서 R22을 열분해하여 TFE를 제조한 다음, 유동층 반응기에 일정량의 TFE와 수증기를 공급하여 RC318을 제조하였고, 특히 TFE의 심한 발열반응으로 기인된 관형 반응기 내의 탄소 생성은 물론 고체 폴리머의 생성으로 기인된 반응기 운전상의 문제점은 수증기를 공급할 수 있는 노즐이 부착된 유동층 반응기를 사용함으로써, 수증기 존재 하에서 TFE의 이량화 반응을 수행하면 개선시킬 수 있음을 알게되어 본 발명을 완성하였다. 본 발명에서 TFE의 이량화 반응온도는 반응기의 외벽온도, TFE/H2O의 몰비 및 접촉시간에 의해서 쉽게 조절할 수 있으며, 수증기를공급함에 따라 고체 폴리머와 탄소의 생성이 억제되므로 안정된 반응조건하에서 높은 수율의 RC318을 제조할 수 있다.Therefore, in the present invention, in order to solve the problems in the conventional RC318 production, by producing a TFE by pyrolyzing R22 under superheated steam, RC318 was prepared by supplying a certain amount of TFE and water vapor to the fluidized bed reactor, especially the severe TFE The problem of reactor operation due to the formation of solid polymer as well as carbon in the tubular reactor due to the exothermic reaction is to use a fluidized bed reactor equipped with a nozzle capable of supplying water vapor so that the dimerization of TFE in the presence of water vapor is carried out. It has been found that the present invention can be improved to complete the present invention. In the present invention, the dimerization reaction temperature of TFE can be easily controlled by the outer wall temperature of the reactor, the molar ratio of TFE / H 2 O and the contact time, and under the stable reaction conditions since the formation of solid polymer and carbon is suppressed by supplying water vapor. High yields of RC318 can be made.

따라서, 본 발명은 종래 심한 발열반응으로 반응기 운전이 어려웠던 열분해 반응이나 산화반응 등에 보다 효율적으로 다양하게 적용될 수 있는 옥타플루오로사이클로부탄(RC318)의 새로운 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a novel method for preparing octafluorocyclobutane (RC318) which can be applied in various ways more efficiently, such as pyrolysis reaction or oxidation reaction, in which a reactor operation was difficult due to a severe exothermic reaction.

도 1은 본 발명에 따른 R22의 열분해 및 TFE의 이량화 반응장치를 나타낸 것이다.1 shows an apparatus for pyrolysis of R22 and a dimerization of TFE according to the present invention.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명][Explanation of symbols on the main parts of the drawings]

1 : 질량 유량조절기 2 : 예열기 3 : 반응기1 Mass Flow Controller 2 Preheater 3 Reactor

4 : 초고온 전기 반응로 5 : 물탱크 6 : 펌프4: ultra-high temperature electric reactor 5: water tank 6: pump

7 : 스팀발생기 8 : HCl 흡수탑 9 : NaOH 컬럼7 steam generator 8 HCl absorption column 9 NaOH column

10 : 건조기 11 : 불활성 증류탑 12 : TFE 증류탑10 Dryer 11 Inert Distillation Column 12 TFE Distillation Column

13 : 유동층 반응기 14 : 산성 가스 세정기 15 : 여과기13 fluidized bed reactor 14 acidic gas scrubber 15 filter

본 발명은 디플루오로클로로메탄(R22)을 열분해시켜 제조된 테트라플루오로에틸렌(TFE)과 수증기를 0.1 ∼ 10의 몰비로 유동층 반응기에 공급하여 테트라플루오로에틸렌의 이량화 반응을 수행하는 옥타플루오로사이클로부탄(RC318)의 제조방법을 그 특징으로 한다.In the present invention, tetrafluoroethylene (TFE) prepared by pyrolyzing difluorochloromethane (R22) and octafluorine are supplied to a fluidized bed reactor at a molar ratio of 0.1 to 10 to carry out the dimerization reaction of tetrafluoroethylene. The manufacturing method of cyclocyclobutane (RC318) is characterized by the above-mentioned.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described in more detail as follows.

본 발명에 따른 TFE와 RC318의 생성에 관한 반응은 다음 반응식 4와 5에 나타낸 바와 같다.Reaction regarding the production of TFE and RC318 according to the present invention is shown in the following schemes 4 and 5.

본 발명은 상기 화학식 4와 5에에 나타낸 바와 같이, R22의 열분해 반응을 통해 제조된 TFE와 수증기를 유동층 반응기에서 이량화반응시켜 RC318을 제조하는방법에 특징이 있다.The present invention is characterized by a method for producing RC318 by dimerization of TFE and water vapor produced in a fluidized bed reactor through the pyrolysis reaction of R22, as shown in the formulas (4) and (5).

본 발명에서 사용되는 R22 열분해 반응 및 TFE 이량화 반응에 대한 반응 시스템은 첨부한 도면 도 1에 도시한 바와 같다.본 발명에서 반응원료인 디플루오로클로로메탄(R22)는 도 1에 도시된 예열기, 초고온 전기 반응로(super heating unit), 냉각기 및 열분해 반응기로 구성된 열분해 장치를 이용하여 R22의 열분해 반응을 통해 제조한다. 상기 열분해 반응기로부터 배출되는 테트라플루오로에틸렌(TFE)는 HCl 흡수탑, NaOH 중화탑 및 수분 건조기를 통과시킨 후에 TFE 증류탑에서 정제한 다음 유동층 반응기의 하단에 공급한다. 그리고, H2O는 액상 펌프에 의해 공급하여 예열시킨 다음, 유동층 반응기 내부의 하단에 설치한 분배기(distributer)를 거쳐 TFE 흐름하에 스팀을 공급한다.The reaction system for the R22 pyrolysis reaction and the TFE dimerization reaction used in the present invention is as shown in Fig. 1 attached to the present invention. In the present invention, difluorochloromethane (R22) is a preheater shown in Fig. 1. It is prepared through a pyrolysis reaction of R22 using a pyrolysis device composed of a super heating unit, a cooler and a pyrolysis reactor. Tetrafluoroethylene (TFE) discharged from the pyrolysis reactor is purified through a TFE distillation column after passing through an HCl absorption tower, a NaOH neutralization tower and a water dryer, and then supplied to the bottom of the fluidized bed reactor. In addition, H 2 O is preheated by a liquid pump, and then supplied with steam under a TFE flow through a distributor installed at the bottom of the fluidized bed reactor.

본 발명에서 반응원료인 TFE는 도 1에 도시된 예열기, 전기로, 냉각기, 및 TFE 증류탑으로 구성된 열분해 장치를 이용하여 R22의 열분해 반응을 통해 제조한다. 이때, 순수한 TFE는 증류탑에서 정제한 다음 유동층 반응기의 하단에 공급한다. 그리고, H2O는 액상 펌프에 의해 공급하여 예열시킨 다음, 유동층 반응기 내부의 하단에 설치한 분배기(distributer)를 거쳐 TFE 흐름하에 스팀을 공급한다.In the present invention, the reaction raw material TFE is prepared through a pyrolysis reaction of R22 using a pyrolysis device composed of a preheater, an electric furnace, a cooler, and a TFE distillation column shown in FIG. 1. At this time, the pure TFE is purified in a distillation column and then fed to the bottom of the fluidized bed reactor. In addition, H 2 O is preheated by a liquid pump, and then supplied with steam under a TFE flow through a distributor installed at the bottom of the fluidized bed reactor.

특히, 본 발명에서는 적절한 몰비를 갖는 TFE/H2O를 유동층 반응기에 공급하여 TFE의 이량화 반응을 수행함으로써, 고체 폴리머와 탄소의 생성을 억제시키면서 안정된 반응조건에서 높은 수율의 RC318을 제조하여 종래 관형반응기에서 TFE 이량화 반응을 수행시 발생되는 온도조절의 문제점을 해결할 수 있다.In particular, in the present invention, by supplying TFE / H 2 O having an appropriate molar ratio to the fluidized bed reactor to perform the dimerization reaction of TFE, by producing a high yield of RC318 under stable reaction conditions while suppressing the production of solid polymer and carbon, It is possible to solve the problem of temperature control generated when performing the TFE dimerization reaction in the tubular reactor.

따라서, 본 발명에서는 TFE 이량화 반응시 TFE/H2O의 몰비를 0.1 ∼ 10, 더 바람직하게는 0.5 ∼ 5로 유지시키고, 이때 그 몰비가 상기 범위 미만이면 반응온도 조절의 문제가 있고, 상기 범위를 초과하면 RC318의 수율이 떨어지는 문제가 있다. 그리고, 반응온도는 550 ∼ 700 ℃, 더 바람직하게는 600 ∼ 650 ℃로 유지시키고, 이때 그 반응온도가 상기 범위 미만이면 TFE의 전환율이 떨어지는 문제가 있고, 상기 범위를 초과하면 부반응이 진행되어 RC318의 선택율이 떨어지는 문제가 있다. 또한, 유동층 반응기내의 접촉시간은 1 ∼ 30 초, 더 바람직하게는10 ∼ 20초로 유지시키고, 이때 그 접촉시간이 상기 범위 미만이면 TFE의 전환율이 떨어지는 문제가 있고, 상기 범위를 초과하면 전환율은 증가할지라도 부반응이 진행되어 RC318의 선택율은 떨어지는 문제가 있다.Therefore, in the present invention, the molar ratio of TFE / H 2 O during the TFE dimerization reaction is maintained at 0.1 to 10, more preferably 0.5 to 5, and if the molar ratio is less than the above range, there is a problem of controlling the reaction temperature. If the range is exceeded, the yield of RC318 falls. And, the reaction temperature is maintained at 550 ~ 700 ℃, more preferably 600 ~ 650 ℃, if the reaction temperature is less than the above range there is a problem that the conversion of the TFE falls, if the above range the side reaction proceeds RC318 There is a problem that the selectivity of. In addition, the contact time in the fluidized bed reactor is maintained at 1 to 30 seconds, more preferably 10 to 20 seconds, and if the contact time is less than the above range, there is a problem that the conversion rate of the TFE falls. Even though the side reaction proceeds, the selectivity of RC318 falls.

또한, 본 발명에서는 과열 수증기 희석에 의한 R22의 열분해 반응에 의해 TFE를 제조할 수 있다. 이를 위해, R22는 질량 유량조절기(mass flow controller)(1)를 사용하여 예열기(2)에 공급하며, 이때 예열기의 온도는 PID(Proportional-Integral-Derivative) 온도 조절기에 의해 100 ∼ 300 ℃ 사이로 유지시키고 예열된 반응물은 열분해 반응기(3)(V = 0.203 liter)에 공급한다. 그리고, 과열 수증기용 물은 물탱크(5)에서 진공으로 감압하여 공기를 제거한 후, 질소로 가압하여 상압으로 유지시킨 다음, 일정량을 펌프(6)로 스팀 발생기(7)에 공급한다. 스팀 발생기(7)는 스팀의 출구 온도가 500 ∼ 600 ℃ 정도로 유지되도록 액화천연가스(LPG)의 유량을 조절하고, 과열된 수증기는 초고온 전기 반응로(super heating unit)(4)에서 900 ∼ 950 ℃로 과열시킨 다음 열분해 반응기(3)로 공급한다. 반응 시스템이 안정되면, 질소 가스 대신에 R22를 원하는 유량으로 공급하여 열분해 반응을 시작한다. 반응기의 출구가스는 부반응을 억제시키기 위해 카본 그래파이트(carbon graphite)로 제작된 HCl 흡수탑(8)에서 HCl 용액과 혼합함으로써 급냉되며, HCl은 흡수탑에서 제거된다. HCl 흡수탑(8)은 러버 라이닝(rubber lining)을 하였으며, 탄소 냉각기는 외부에서 냉각수를 순환시켜 흡수열 및 현열을 제거하도록 한다. HCl 흡수탑에서 산이 제거된 유기 생성물은 다시 NaOH 컬럼(9)에서 중화시켜 미량의 HCl을 제거하고, 분자체(molecular sieve)로 채워진 건조기(10)를 통과시켜 수분을 제거시킨다. 그리고, TFE 증류탑의 상부는 저비물이 농축되기 때문에 TFE 및 산소의 농도가 증가되어 상온 중합이 일어날 가능성이 있으므로, TFE의 안정화를 목적으로 중합 억제제인 알파-피넨(alpha-pinene)[Wako Pure Chemical 사]을 0.005 ml/min 공급하여 TFE를 안정화시킨다.In the present invention, TFE can be produced by pyrolysis of R22 by superheated steam dilution. To this end, R22 is supplied to the preheater (2) using a mass flow controller (1), where the temperature of the preheater is maintained between 100 and 300 ° C by a Proportional-Integral-Derivative (PID) temperature controller. And the preheated reactant is fed to a pyrolysis reactor 3 (V = 0.203 liter). Then, the water for superheated steam is depressurized by vacuum in the water tank 5 to remove the air, pressurized with nitrogen and maintained at normal pressure, and then a predetermined amount is supplied to the steam generator 7 by the pump 6. The steam generator 7 adjusts the flow rate of the liquefied natural gas (LPG) so that the outlet temperature of the steam is maintained at about 500 ~ 600 ℃, the superheated steam is 900 ~ 950 in the super heating unit (4) Superheated to < 0 > C and then fed to the pyrolysis reactor (3). Once the reaction system is stable, the pyrolysis reaction is initiated by supplying R22 at the desired flow rate instead of nitrogen gas. The outlet gas of the reactor is quenched by mixing with HCl solution in HCl absorption tower 8 made of carbon graphite to suppress side reactions, and HCl is removed from the absorption tower. HCl absorption tower (8) is a rubber lining (rubber lining), the carbon cooler to circulate the cooling water from the outside to remove the heat of absorption and sensible heat. The organic product from which the acid is removed in the HCl absorption column is neutralized in NaOH column (9) again to remove traces of HCl and passed through a dryer (10) filled with molecular sieve to remove moisture. In addition, since the upper part of the TFE distillation column is concentrated in low water, the concentration of TFE and oxygen may increase, and thus room temperature polymerization may occur. Therefore, alpha-pinene (alpha-pinene) [Wako Pure Chemical] is a polymerization inhibitor for stabilization of TFE. 4] to 0.005 ml / min to stabilize the TFE.

또한, 반응생성물 중의 N2, R14(tetrafluoromethane; CF4), R23(trifluoromethane; CHF3) 및 R116(hexafluoroethane; CF3CF3) 등의 불활성(inert) 물질은 불활성 증류탑(11)에서 분리시키고, TFE 증류탑(12)에서 미반응 R22와 저비물들을 분리한 다음 증류탑의 중간단에서 순수한 TFE를 정제한다. GC 분석결과 TFE의 순도가 99.99% 이상이 되면, TFE는 유량조절계를 거친 다음 SUS로 제작한 유동층 반응기(13)(OD = 60.6 mm, ID = 52.7 cm, 반응영역의 L/D = 6)에 공급하여 TFE의 이량화 반응을 수행한다. 그리고, 유동화를 위한 열 매체로서는 활성탄을 사용한다. 최소 유동화속도(minimum fluidizing velocity, Umf)는 석영으로 제작한 유동층 반응기에서 측정하며, 실험결과 Umf = 4.6cm/sec임을 확인할 수 있었다. 순수한 물은 일정량의 TFE/H2O 몰비가 되도록 펌프를 사용하여 반응기에 공급한다. 반응 생성물은 산성 가스 세정기(acid scrubber)(14)를 통과시켜 산을 제거하고, 여과기(15)를 통과시켜 고체 폴리머를 제거한 다음, 열전도도 검출기와 기체 크로마토그래피[Series 550P, Porapak Q column(1/8 inch 3 m, sus)이 부착됨, Gow-Mac 사]를 사용하여 분석한다. 또한, 반응생성물은GC/MS[HP 5890/5971, Poraplot Q capillary column이 부착됨, Hewlett Packard 사]를 사용하여 확인한다.Inert materials such as N 2 , R 14 (tetrafluoromethane; CF 4 ), R23 (trifluoromethane; CHF 3 ), and R116 (hexafluoroethane; CF 3 CF 3 ) in the reaction product are separated in an inert distillation column (11), In the TFE distillation column 12, unreacted R22 and the low water are separated, and then pure TFE is purified in the middle stage of the distillation column. When the purity of the TFE was 99.99% or higher, the TFE was passed through a flow controller and then flown into a fluidized bed reactor 13 made of SUS (OD = 60.6 mm, ID = 52.7 cm, L / D = 6 in the reaction zone). Supply to carry out the dimerization reaction of TFE. And activated carbon is used as a heat medium for fluidization. The minimum fluidizing velocity (Umf) was measured in a fluidized bed reactor made of quartz, and the experimental results confirmed that Umf = 4.6 cm / sec. Pure water is fed to the reactor using a pump so that there is a certain amount of TFE / H 2 O molar ratio. The reaction product is passed through an acid gas scrubber (14) to remove acid, and through a filter (15) to remove the solid polymer, followed by a thermal conductivity detector and gas chromatography [Series 550P, Porapak Q column (1). / 8 inch 3 m, sus) attached, analyzed using Gow-Mac. The reaction product is also identified using GC / MS [HP 5890/5971, Poraplot Q capillary column attached, Hewlett Packard Corporation].

본 발명은 기체 크로마토그래피 분석 결과로부터 전환율과 생성물의 선택도를 계산하기 위하여, TFE-RC318 그리고 RC318-HFP에 대한 이성분계 혼합물의 GC 캘리브래이션(calibration)을 수행한다. 다른 반응 생성물들은 생성되는 양이 적기 때문에 GC 면적%를 GC 몰%로 가정하고, 기체 크로마토그래피의 면적비를 몰비로 전환한다. TFE의 열분해 반응에 대한 전환율과 RC318 및 HFP의 선택도는 다음과 같은 수학식 1 ∼ 3으로부터 계산하며, 다른 성분들의 선택도는 탄소 수지식으로부터 계산할 수 있다.The present invention performs GC calibration of binary mixtures for TFE-RC318 and RC318-HFP to calculate conversion and product selectivity from gas chromatography analysis results. Since other reaction products are produced in a small amount, GC area% is assumed to be GC mole%, and the area ratio of gas chromatography is converted into molar ratio. The conversion rate for the pyrolysis reaction of TFE and the selectivity of RC318 and HFP are calculated from the following Equations 1 to 3, and the selectivity of the other components can be calculated from the carbon resin equation.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 TFE에 포함될 수 있는 불순물의 효율적인 정제, 공정 내의 중합방지, 탄소 생성 억제 및 안정한 반응온도 조절 등을 고려하여 유동층 열분해 반응 및 정제 시스템을 설계함으로써, 고효율로 TFE를 얻을 수 있다.As described above, in the present invention, TFE can be obtained with high efficiency by designing a fluidized bed pyrolysis reaction and purification system in consideration of efficient purification of impurities that may be included in TFE, prevention of polymerization in a process, inhibition of carbon production, and stable reaction temperature control. Can be.

이때, 반응기의 외벽온도는 반응기의 외벽에 부착한 2개의 가열 영역(heating zone)의 열전대(thermocouple)를 사용하여 반응기 외벽의 온도를 조절한다. 실제 반응온도는 외벽의 온도, TFE/수증기의 몰비 및 접촉시간에 따라 변하며, 유동층 반응기의 내부에 설치된 5개의 열전대를 사용하여 반응 온도(t1, t2, t3, t4및 t5)를 측정한다. 여기에서 t1과 t2는 반응물의 유동화가 일어나는 지점의 온도이고, t3, t4및 t5는 TFE의 중합(polymerization)이 일어나지 않도록 단열시킨 부분의 온도이다. TFE의 이량화 반응은 심한 발열반응임에도 불구하고 수분이 공급된 유동층 반응 시스템을 사용함으로써, 반응기 내부의 온도분포를 비교적 균일하게 조절할 수 있다.In this case, the temperature of the outer wall of the reactor is controlled by using a thermocouple of two heating zones attached to the outer wall of the reactor. The actual reaction temperature varies with the temperature of the outer wall, the molar ratio of TFE / water vapor and the contact time, and the reaction temperature (t 1 , t 2 , t 3 , t 4 and t 5 ) using five thermocouples installed inside the fluidized bed reactor. Measure Where t 1 and t 2 are the temperatures at which the fluidization of the reactants occurs, and t 3 , t 4 and t 5 are the temperatures of the parts insulated so that polymerization of TFE does not occur. Although the dimerization reaction of TFE is a severe exothermic reaction, the temperature distribution inside the reactor can be controlled relatively uniformly by using a fluidized fluidized bed reaction system.

특히, 본 발명에서 제시한 수증기 공급용 노즐이 부착된 유동층 반응장치는 심한 발열반응이 일어나 온도조절이 어렵고, 부산물로서 산(불산, 염산, 황산 또는 질산)이 생성되는 열분해 반응이나 산화반응에 적용하면 국부적인 온도상승을 억제시킬 수 있기 때문에 심한 발열반응이 동반되는 반응에 유용하게 적용될 수 있을 뿐만 아니라 부생된 산을 쉽게 제거할 수 있는 장점이 있다.In particular, the fluidized bed reaction apparatus equipped with a nozzle for supplying water vapor according to the present invention has a severe exothermic reaction, making it difficult to control the temperature, and is applied to a pyrolysis reaction or an oxidation reaction in which acid (fluoric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, or nitric acid) is generated as a by-product. Since it can suppress local temperature rise, it can be usefully applied to reactions with severe exothermic reactions, and there is an advantage of easily removing by-product acids.

이하, 본 발명을 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하겠는바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the following examples, but the present invention is not limited by the examples.

실시예 1.Example 1.

도 1에 도시된 유동층 반응기가 부착된 TFE 이량화 반응장치를 사용하여 RC318 제조실험을 수행하였다. 순수한 TFE는 과열수증기 희석에 의한 R22 열분해 실험을 수행하여 제조하였다. R22는 질량유량 조절기를 사용하여 44.2 mol/h로 반응물 예열기에 공급하여 200 ℃로 예열시킨 다음, 반응시스템에 공급하였다. 산소가 제거된 물은 펌프를 사용하여 6 kg/h로 스팀 발생기에 공급하여 550 ℃의 스팀을 발생시킨 다음, 초고온 전기 반응로에 공급하였으며, 반응온도 740 ℃에서 R22의 열분해 반응을 수행하여 TFE를 제조하였다. TFE는 증류탑에서 정제시킨 다음 유동층 반응기에 5 mol/h로 공급하였으며, 수증기(H2O)는 3 mol/h로 유동층 반응기내의 TFE 흐름하에 공급하였다. 그리고, 일정 반응조건(TFE/H2O)의 몰비 = 1.67, 접촉시간(상온, 상압) = 13.86 초, 반응온도 t1= 605 ℃, t2= 604 ℃, 그리고 t3= 601 ℃)에서 열분해 반응을 수행한 결과, TFE의 전환율은 63.34%이고 옥타플루오로사이클로부탄과 헥사플루오로프로필렌의 선택도는 각각 89.35%와 5%로 얻어졌다.RC318 manufacturing experiments were performed using a TFE dimerization reactor equipped with a fluidized bed reactor shown in FIG. 1. Pure TFE was prepared by performing R22 pyrolysis experiment by superheated steam dilution. R22 was fed to the reactant preheater at 44.2 mol / h using a mass flow controller, preheated to 200 ° C. and then to the reaction system. The oxygen-free water was supplied to a steam generator at 6 kg / h using a pump to generate steam at 550 ° C., and then to an ultra high temperature electric reactor, and a pyrolysis reaction of R22 was performed at a reaction temperature of 740 ° C. to TFE. Was prepared. TFE was purified in a distillation column and then fed to the fluidized bed reactor at 5 mol / h, and water vapor (H 2 O) was fed at 3 mol / h under the TFE flow in the fluidized bed reactor. And molar ratio of constant reaction conditions (TFE / H 2 O) = 1.67, contact time (room temperature, atmospheric pressure) = 13.86 seconds, reaction temperature t 1 = 605 ° C, t 2 = 604 ° C, and t 3 = 601 ° C. As a result of the pyrolysis reaction, the conversion of TFE was 63.34% and the selectivity of octafluorocyclobutane and hexafluoropropylene was obtained at 89.35% and 5%, respectively.

실시예 2.Example 2.

유동층 반응기의 반응온도를 t1= 662 ℃, t2= 662 ℃, 그리고 t3= 623 ℃로 유지시킨 것을 제외하고는, 상기 실시예 1에서와 동일한 반응조건으로 TFE의 이량화 반응을 수행하였다. 그 결과, TFE의 전환율은 78.45%였으며, 옥타플루오로사이클로부탄과 헥사플루오로프로필렌의 선택도는 각각 84.66%와 9.42%로 얻어졌다.Dimerization of TFE was carried out under the same reaction conditions as in Example 1, except that the reaction temperature of the fluidized bed reactor was maintained at t 1 = 662 ° C, t 2 = 662 ° C, and t 3 = 623 ° C. . As a result, the conversion of TFE was 78.45%, and selectivity of octafluorocyclobutane and hexafluoropropylene was obtained at 84.66% and 9.42%, respectively.

실시예 3.Example 3.

상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 TFE를 제조하되, TFE는 7.17 mol/h로 유동층 반응기에 공급하였고, 수증기는 3 mol/h로 유동층 반응기내의 TFE 흐름하에 공급하였다. 그리고, TFE/H2O 몰비 = 2.39, 접촉시간 10.9 초, 반응온도 t1= 662 ℃, t2= 663 ℃, 그리고 t3= 632 ℃ 의 반응조건에서 이량화 반응을 수행하였으며, 그 결과 TFE의 전환율은 78.85%였으며, 옥타플루오로사이클로부탄과 헥사플루오로프로필렌의 선택도는 각각 87.96%와 7.14%로 얻어졌다.TFE was prepared in the same manner as in Example 1 except that TFE was supplied to the fluidized bed reactor at 7.17 mol / h, and water vapor was supplied under the TFE flow in the fluidized bed reactor at 3 mol / h. The dimerization reaction was carried out under the reaction conditions of TFE / H 2 O molar ratio = 2.39, contact time 10.9 sec, reaction temperature t 1 = 662 ° C, t 2 = 663 ° C, and t 3 = 632 ° C. The conversion of was 78.85% and selectivity of octafluorocyclobutane and hexafluoropropylene was 87.96% and 7.14%, respectively.

실시예 4.Example 4.

유동층 반응기의 반응온도를 t1= 610 ℃, t2= 610 ℃, 그리고 t3= 603 ℃로 유지시킨 것을 제외하고는, 상기 실시예 3에서와 동일한 반응조건으로 TFE의 이량화 반응을 수행하였다. TFE의 전환율은 70.9%였으며, 옥타플루오로사이클로부탄과 헥사플루오로프로필렌의 선택도는 각각 90.5%와 5.86%로 얻어졌다.Dimerization of TFE was carried out under the same reaction conditions as in Example 3, except that the reaction temperature of the fluidized bed reactor was maintained at t 1 = 610 ° C, t 2 = 610 ° C, and t 3 = 603 ° C. . The conversion of TFE was 70.9% and selectivity of octafluorocyclobutane and hexafluoropropylene was obtained at 90.5% and 5.86%, respectively.

실시예 5.Example 5.

실시예 1에서와 동일한 방법으로 TFE를 제조하되, TFE는 2.85 mol/h로 유동층 반응기에 공급하였으며, 수증기는 3 mol/h로 유동층 반응기내의 TFE 흐름하에공급하였다. TFE/H2O의 몰비 = 0.95, 접촉시간 18.96 초, 반응온도 t1= 631 ℃, t2= 630 ℃, 그리고 t3= 603 ℃ 의 반응조건에서 이량화 반응을 수행하였으며, 그 결과 TFE의 전환율은 73.39%였으며, 옥타플루오로사이클로부탄과 헥사플루오로프로필렌의 선택도는 각각 89.6%와 4.18%로 얻어졌다.TFE was prepared in the same manner as in Example 1 except that TFE was supplied to the fluidized bed reactor at 2.85 mol / h and water vapor was supplied under the TFE flow in the fluidized bed reactor at 3 mol / h. The dimerization reaction was carried out under the reaction conditions of TFE / H 2 O = 0.95, contact time 18.96 sec, reaction temperature t 1 = 631 ℃, t 2 = 630 ℃, and t 3 = 603 ℃, and as a result The conversion was 73.39% and selectivity of octafluorocyclobutane and hexafluoropropylene was obtained at 89.6% and 4.18%, respectively.

실시예 6.Example 6.

유동층 반응기의 반응온도 t1=718 ℃, t2= 718 ℃, 그리고 t3= 665 ℃를 유지시킨 것을 제외하고는, 상기 실시예 5에서와 동일한 반응조건으로 TFE의 이량화 반응을 수행하였다. TFE의 전환율은 81.54%였으며, 옥타플루오로사이클로부탄과 헥사플루오로프로필렌의 선택도는 각각 51.24%와 25.88%로 얻어졌다.Dimerization of TFE was carried out under the same reaction conditions as in Example 5, except that the reaction temperatures t 1 = 718 ° C., t 2 = 718 ° C., and t 3 = 665 ° C. of the fluidized bed reactor were maintained. The conversion of TFE was 81.54% and selectivity of octafluorocyclobutane and hexafluoropropylene was obtained at 51.24% and 25.88%, respectively.

상기 실시예 1 ∼ 6에 대한 TFE와 H2O의 공급속도, TFE/H2O의 몰비, 반응기 입구기준의 접촉시간, 반응온도(t1, t2및 t3), 전환율 및 각각의 생성물에 대한 선택도를 다음 표 1에 요약하였다.Example 1-6 The contact time of TFE with H 2 O feed rate, TFE / H 2 O molar ratio, the reactor entrance criteria for the reaction temperature (t 1, t 2 and t 3), the conversion rate and the respective product The selectivity for is summarized in Table 1 below.

비교예 1.Comparative Example 1.

도 1 에 도시된 열분해반응 및 정제 시스템에서 유동층 반응기 대신에, 관형반응기(ID = 21 mm, OD = 24.5 mm, L = 1200 mm)(도면을 도시하지 않음)를 사용하여 TFE 이량화 반응을 수행하였다. 5개의 열전대를 사용하여 관형 반응기의 입구부터 출구까지의 길이방향 온도분포(T1, T2, T3, T4및 T5)를 측정하였다. 열전대간의 거리는 30 cm이며, T3, T4및 T5는 관형반응기에서 반응이 일어나는 영역의 길이방향 온도분포이다. 그런 다음, 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 TFE를 제조하였다. TFE는 증류탑에서 정제시킨 다음, TFE 열분해 반응기에 5 mol/h로 공급하여 반응압력 1.5 kg/㎠, 반응온도(T3, T4, T5) 454 ∼ 517 ℃의 반응조건에서 열분해 반응을 수행하였다. 반응초기의 TFE의 전환율은 91.3%였으며, 옥타플루오로사이클로부탄과 헥사플루오로프로필렌의 선택도는 각각 92.05%와 7.56%로 얻어졌다. 반응영역의 온도는 반응기 입구기준으로부터 30 cm 간격으로 측정하였다. 그러나, 국부적인 발열반응 영역은 반응기의 외벽온도 및 접촉시간에 따라 이동하기 때문에 열전대 사이의 중간지점의 온도는 측정할 수 없어 정확한 반응온도를 확인할 수 없었다. 또한, 반응이 진행됨에 따라 고체 폴리머의 생성량은 증가하였고, 국부적인 발열반응에 의해 TFE의 탄화반응이 진행되어 CF4가 생성되었다. 반응기 온도조절의 문제점 때문에 생성된 탄화물은 관형반응기 및 라인에 누적되어 압력상승의 원인으로 작용하여 더욱더 발열반응을 촉진시키는 결과를 초래하였다.Instead of the fluidized bed reactor in the pyrolysis and purification system shown in FIG. 1, a TFE dimerization reaction was carried out using a tubular reactor (ID = 21 mm, OD = 24.5 mm, L = 1200 mm) (not shown). It was. Five thermocouples were used to measure the longitudinal temperature distribution (T 1 , T 2 , T 3 , T 4 and T 5 ) from the inlet to the outlet of the tubular reactor. The distance between the thermocouples is 30 cm, and T 3 , T 4 and T 5 are the longitudinal temperature distributions of the zone where the reaction takes place in the tubular reactor. Then, TFE was prepared in the same manner as in Example 1. TFE was purified in a distillation column and then fed to the TFE pyrolysis reactor at 5 mol / h to carry out the pyrolysis reaction under reaction conditions of reaction pressure 1.5 kg / cm 2 and reaction temperature (T 3 , T 4 , T 5 ) 454 ~ 517 ℃. It was. Initial conversion of TFE was 91.3%, and selectivity of octafluorocyclobutane and hexafluoropropylene was 92.05% and 7.56%, respectively. The temperature of the reaction zone was measured at 30 cm intervals from the reactor inlet standard. However, since the local exothermic reaction zone moves according to the outer wall temperature and the contact time of the reactor, the temperature of the intermediate point between the thermocouples could not be measured and the exact reaction temperature could not be confirmed. In addition, as the reaction proceeded, the amount of solid polymer produced increased, and carbonization of TFE proceeded by local exothermic reaction to produce CF 4 . Because of the problems of reactor temperature control, the produced carbide accumulates in the tubular reactor and the line, causing the pressure to rise, resulting in further exothermic reactions.

비교예 2.Comparative Example 2.

반응온도(T3, T4, T5)를 533 ∼ 581 ℃로 유지시킨 것을 제외하고는, 상기 비교예 1에서와 동일한 조건으로 TFE의 열분해 실험을 수행하였다. TFE의 전환율은 96.0%였으며, 옥타플루오로사이클로부탄과 헥사플루오로프로필렌의 선택도는 각각 79.79%와 18.0%로 얻어졌다. 상기 비교예 1에서와 동일한 반응기 운전상의 문제점이 발생하였고, 반응온도 범위가 비교예 1보다 높아짐에 따라 국부적인 발열반응은 더욱더 심하게 진행되어 반응기 온도 조절은 커다란 문제점으로 대두되었다.Pyrolysis experiment of TFE was performed under the same conditions as in Comparative Example 1 except that the reaction temperature (T 3 , T 4 , T 5 ) was maintained at 533-581 ° C. The conversion of TFE was 96.0%, and selectivity of octafluorocyclobutane and hexafluoropropylene was obtained at 79.79% and 18.0%, respectively. The same reactor operation problem as in Comparative Example 1 occurred, and as the reaction temperature range was higher than that of Comparative Example 1, the local exothermic reaction proceeded more severely, resulting in a large problem of reactor temperature control.

비교예 3.Comparative Example 3.

TFE의 공급유량을 6.5 mol/h로 증가시키고, 반응온도(T3, T4, T5)를 547 ∼ 590 ℃로 유지시킨 것을 제외하고는, 비교예 1에서와 동일한 조건으로 TFE의 열분해 실험을 수행하였다. TFE의 전환율은 95.12%였으며, 옥타플루오로사이클로부탄과 헥사플루오로프로필렌의 선택도는 각각 76.71%와 21.11%로 얻어졌다.Pyrolysis experiment of TFE under the same conditions as in Comparative Example 1 except that the feed flow rate of TFE was increased to 6.5 mol / h and the reaction temperature (T 3 , T 4 , T 5 ) was maintained at 547-590 ° C. Was performed. The conversion of TFE was 95.12% and selectivity of octafluorocyclobutane and hexafluoropropylene was obtained at 76.71% and 21.11%, respectively.

비교예 4.Comparative Example 4.

TFE의 공급유량을 6.0 mol/h로 증가시키고 반응초기의 반응온도(T3, T4, T5)를 510 ∼ 616 ℃로 유지시킨 것을 제외하고는, 비교예 1에서와 동일한 조건으로 TFE의 열분해 실험을 수행하였다. TFE의 전환율은 95.66%였으며, 옥타플루오로사이클로부탄과 헥사플루오로프로필렌의 선택도는 각각 65.0%와 34.7%로 얻어졌다.Except that the flow rate of TFE was increased to 6.0 mol / h and the reaction temperature (T 3 , T 4 , T 5 ) of the initial reaction was maintained at 510 to 616 ° C, Pyrolysis experiments were performed. The conversion of TFE was 95.66% and selectivity of octafluorocyclobutane and hexafluoropropylene was obtained at 65.0% and 34.7%, respectively.

상기 비교예 1 ∼ 4에 대한 TFE의 공급속도, 반응압력, 반응온도(T3, T4, T5), 전환율 및 각각의 생성물에 대한 선택도는 다음 표 2에 요약하였다.The feed rate, reaction pressure, reaction temperature (T 3 , T 4 , T 5 ), conversion rate, and selectivity of each product for TFE for Comparative Examples 1 to 4 are summarized in Table 2 below.

상기 실시예 1 ∼ 6과 비교예 1 ∼ 4를 비교한 결과, 종래 관형반응기에서의 TFE 열분해 전환율은 국부적인 심한 발열반응때문에 유동층 반응기에서의 전환율보다 높게 얻어졌다. 또한, 관형 반응기에서 반응초기의 RC318 선택도는 유동층 반응기에 비해 높게 나타났다. 그러나, 반응이 진행됨에 따라 국부적인 발열반응의 영역이 이동하면서 반응온도가 증가하여 RC318의 선택도는 감소하였으나, 탄화물의 증가와 더불어 HFP의 선택도는 증가하는 경향을 나타내었다.As a result of comparing Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4, the TFE pyrolysis conversion in the conventional tubular reactor was obtained higher than that in the fluidized bed reactor due to the local severe exothermic reaction. In addition, the initial stage RC318 selectivity of the reactor in the tubular reactor was higher than that of the fluidized bed reactor. However, as the reaction proceeds, the reaction temperature increases as the local exothermic reaction region moves, but the selectivity of RC318 decreases, but the selectivity of HFP increases with the increase of carbide.

이에 반해, 본 발명은 과열된 수증기하에서 R22을 열분해하여 TFE를 제조한 다음 유동층 반응기에 TFE와 수증기를 공급하여 RC318을 제조하는 공정으로, 특히 TFE의 심한 발열반응으로 기인된 관형 반응기내의 탄소 생성은 물론 고체 폴리머의 생성으로 기인된 반응기 운전상의 문제점이 크게 개선되었다. TFE의 이량화 반응온도는 반응기의 외벽온도, TFE/H2O의 몰비 및 접촉시간에 의해 쉽게 조절할 수 있었으며, 수증기를 공급함에 따라 고체 폴리머와 탄소의 생성이 억제되었으며, 전환율은 물론 RC318의 선택도를 조절할 수 있었다.또한, 실시예 5와 실시예 6은 동일한 조건의 유동층 반응기에서 이량화 반응을 수행하되 다만 반응온도를 달리하여 실시한 경우이다. 실시예 5에 비교하여 높은 온도범위로 유지되는 실시예 6은 RC318의 선택도가 51.24%로 크게 낮았다. 이로써 RC318의 선택도는 반응온도, TFE/H2O의 몰비 및 접촉시간 등의 반응 조건 한정에 의해 결정된다는 것을 확인할 수 있었다.In contrast, the present invention is a process for producing TFE by pyrolyzing R22 under superheated steam, and then supplying TFE and water vapor to a fluidized bed reactor to produce RC318, in particular carbon production in the tubular reactor due to severe exothermic reaction of TFE Of course, problems in reactor operation due to the production of solid polymers have been greatly improved. The dimerization reaction temperature of TFE was easily controlled by the outer wall temperature of the reactor, the molar ratio of TFE / H 2 O and the contact time, and the production of solid polymer and carbon was suppressed by supplying water vapor. In addition, Example 5 and Example 6 is a case in which the dimerization reaction is performed in a fluidized bed reactor under the same conditions but with different reaction temperatures. Example 6, which remained in the high temperature range compared to Example 5, had a significantly lower selectivity of RC318 of 51.24%. As a result, it was confirmed that the selectivity of RC318 was determined by the reaction conditions such as the reaction temperature, the molar ratio of TFE / H 2 O, and the contact time.

상기 표 1 및 표 2의 결과에 따르면, 수증기를 공급할 수 있는 노즐이 부착된 유동층 반응기를 사용하면, 심한 발열반응으로 반응기 운전이 어려운 열분해 반응이나 산화 반응 등에 다양하게 적용될 수 있을 것으로 예측되고, 특히 반응온도, TFE/H2O의 몰비 및 접촉시간 등의 반응 조건을 최적화하게 되면 RC318의 선택도를 높일 수 있음을 알 수 있다.According to the results of Table 1 and Table 2, it is expected that if a fluidized bed reactor equipped with a nozzle capable of supplying water vapor is used, it may be variously applied to pyrolysis reactions or oxidation reactions that are difficult to operate due to severe exothermic reactions. It can be seen that the selectivity of RC318 can be increased by optimizing the reaction conditions such as the reaction temperature, the molar ratio of TFE / H 2 O and the contact time.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 RC318의 제조방법은 R22를 열분해시켜 생성된 TFE를 수증기 공급용 노즐이 부착된 유동층 반응기에서 이량화 반응을 수행하는 방법에 의해 국부적 과열을 방지함으로써 종래의 심한 발열반응으로인한 관형반응기 내의 고체폴리머와 탄소의 생성을 억제하며 안정된 반응조건에서 높은 수율의 RC318을 제조할 수 있는 효과가 있다.As described above, the method of manufacturing RC318 according to the present invention is conventionally severe by preventing local overheating by performing a dimerization reaction of a TFE produced by pyrolyzing R22 in a fluidized bed reactor equipped with a nozzle for steam supply. It suppresses the formation of solid polymer and carbon in the tubular reactor due to exothermic reaction and has the effect of producing high yield RC318 under stable reaction conditions.

Claims (6)

디플루오로클로로메탄(R22)을 열분해하여 테트라플루오로에틸렌(TFE)을 제조한 다음,Pyrolysis of difluorochloromethane (R22) to produce tetrafluoroethylene (TFE), 상기 제조된 테트라플루오로에틸렌과 수증기를 0.95 ∼ 2.39 몰비로 유동층 반응기에 공급하고, 550 ∼ 700 ℃ 온도 범위에서 10.9 ∼ 18.96초 동안 접촉하여 테트라플루오로에틸렌(TFE)의 이량화 반응을 수행하여 제조하는 것을 특징으로 하는 옥타플루오로사이클로부탄(RC318)의 제조방법.The prepared tetrafluoroethylene and water vapor were supplied to a fluidized bed reactor at a molar ratio of 0.95 to 2.39, and contacted for 10.9 to 18.96 seconds in a temperature range of 550 to 700 ° C. to carry out a dimerization reaction of tetrafluoroethylene (TFE). Method for producing octafluorocyclobutane (RC318) characterized in that. 제 1 항에 있어서, 상기 유동층 반응기에는 수증기를 공급할 수 있는 노즐이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 옥타플루오로사이클로부탄의 제조방법.The method for producing octafluorocyclobutane according to claim 1, wherein the fluidized bed reactor is attached with a nozzle capable of supplying water vapor. 제 1 항에 있어서, 상기 테트라플루오로에틸렌(TFE)은 예열기, 초고온 전기 반응로(super heating unit), 냉각기 및 열분해 반응기로 구성된 디플루오로클로로메탄(R22)의 열분해 장치내에서 제조되며, 상기 열분해 반응기로부터 배출되는 테트라플루오로에틸렌(TFE) 가스는 HCl 흡수탑, NaOH 중화탑 및 수분 건조기를 통과시킨 후에 TFE 증류탑에서 정제하여 유동층 반응기로 공급하는 것을 특징으로 하는 옥타플루오로사이클로부탄(RC318)의 제조방법.The method of claim 1, wherein the tetrafluoroethylene (TFE) is prepared in a pyrolysis apparatus of difluorochloromethane (R22) consisting of a preheater, a super heating unit, a cooler and a pyrolysis reactor. The tetrafluoroethylene (TFE) gas discharged from the pyrolysis reactor is passed through an HCl absorption tower, a NaOH neutralization tower, and a water dryer, and then purified in a TFE distillation column and supplied to a fluidized bed reactor, octafluorocyclobutane (RC318). Manufacturing method. 제 1 항에 있어서, 상기 수증기는 액상 펌프로 물을 공급하여 예열시킨 후,유동층 반응기 내부의 하단에 설치된 분배기(distributer)를 거쳐 테트라플루오로에틸렌 흐름하에 유동층 반응기로 공급되는 것을 특징으로 하는 옥타플루오로사이클로부탄의 제조방법.The method of claim 1, wherein the water vapor is preheated by supplying water to the liquid pump, and then supplied to the fluidized bed reactor under a tetrafluoroethylene flow through a distributor installed at the bottom of the fluidized bed reactor. Process for producing cyclocyclobutane. 삭제delete 삭제delete
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