WO2013161724A1 - テトラフルオロプロペンの保存方法およびテトラフルオロプロペンの保存容器 - Google Patents

テトラフルオロプロペンの保存方法およびテトラフルオロプロペンの保存容器 Download PDF

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    • F17C5/00Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures

Definitions

  • the present invention relates to a tetrafluoropropene storage method and storage container, and more particularly, to a method for stably storing tetrafluoropropene for storage and transportation, and a container in which tetrafluoropropene is stably stored.
  • Such HFO-1234yf is stored and transported by being pressure-filled in a hermetic container at a temperature below room temperature or liquefied and filled under cooling.
  • the HFO-1234yf thus filled in the sealed container exhibits a gas-liquid state having a gas phase and a liquid phase.
  • the gas-liquid HFO-1234yf can be stably held without causing a reaction such as polymerization in order to maintain the quality as a refrigerant and prevent the adhesion of impurities (solid) in the container. It has been demanded.
  • a fluoroolefin causes a polymerization reaction by using oxygen as a radical source.
  • oxygen as a radical source.
  • tetrafluoroethylene is polymerized in the presence of a trace amount of oxygen of 1 to several tens ppm, and in some cases, the polymerization reaction proceeds explosively.
  • Patent Document 1 describes that tetrafluoroethylene undergoes polymerization at an oxygen concentration of 1.4 ppm to produce polytetrafluoroethylene. For this reason, when storing the fluoroolefin, it is important to handle it while excluding oxygen to the limit.
  • Patent Document 2 discloses a method of adding a stabilizer such as alkylcatechols or alkoxyphenols in order to maintain a stable state of hydrofluoropropene (a state in which no acid is formed) even in the presence of air.
  • Patent Document 3 discloses a stabilization method in which an aliphatic alcohol having 1 to 4 carbon atoms is added as a stabilizer to hydrofluoropropene.
  • both of the methods of Patent Document 2 and Patent Document 3 are methods for stabilizing the entire cooling system by stabilizing the refrigerant composition on the premise of the presence of refrigerating machine oil, for storage and transportation. Since the conditions are different from the stabilization of the refrigerant in the container, it is difficult to apply this method to the preservation of the refrigerant in the container.
  • the method of adding a stabilizer requires the removal of the stabilizer before use as a refrigerant, which not only has a large process load, but also the physical purification method such as distillation completely removes the stabilizer. In some cases, it cannot be removed, which is undesirable in terms of quality control.
  • the present invention has been made in response to the above problems, and a method for stably and inexpensively storing tetrafluoropropene filled in a container for storage and transportation without causing a reaction such as polymerization. And a container in which tetrafluoropropene is stably stored.
  • the tetrafluoropropene storage method of the present invention is a method of storing tetrafluoropropene in a gas-liquid state having a gas phase and a liquid phase in a sealed container, wherein the concentration of oxygen in the gas phase is adjusted to a temperature of 25. It is characterized by being 3 ppm by volume or more and less than 3000 ppm by volume at ° C.
  • the oxygen concentration in the gas phase is 5 ppm by volume or more and less than 1000 ppm by volume at a temperature of 25 ° C.
  • the tetrafluoropropene is preferably HFO-1234yf.
  • the tetrafluoropropene storage container of the present invention is a sealed storage container filled with a gas-liquid tetrafluoropropene having a gas phase and a liquid phase, and the concentration of oxygen in the gas phase is 25 ° C. It is 3 volume ppm or more and less than 3000 volume ppm.
  • the oxygen concentration in the gas phase is preferably 5 ppm by volume or more and less than 1000 ppm by volume at a temperature of 25 ° C.
  • the tetrafluoropropene is preferably HFO-1234yf.
  • the polymerization reaction of tetrafluoropropene is suppressed, so that the tetrafluoropropene can be maintained in high purity and high quality.
  • the tetrafluoropropene storage method and tetrafluoropropene storage container of the present invention storage can be performed at low cost.
  • a first embodiment of the present invention is a method of storing a gas-liquid tetrafluoropropene having a gas phase and a liquid phase under pressure in a sealed container, and the oxygen concentration in the gas phase is It is characterized in that it is maintained at 3 volume ppm or more and less than 3000 volume ppm at a temperature of 25 ° C.
  • tetrafluoropropene is hold
  • the oxygen concentration can also be referred to as a content ratio indicating how much oxygen is contained in the gas phase of tetrafluoropropene.
  • the tetrafluoropropene storage container according to the second embodiment of the present invention is a container in which a gas-liquid tetrafluoropropene is filled in a sealed container, and the oxygen concentration in the gas phase is 25 ° C. It is a tetrafluoropropene filled container held at 3 volume ppm or more and less than 3000 volume ppm.
  • trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene E-HFO-1234ze
  • cis-1,3,3 , 3-tetrafluoropropene Z-HFO-1234ze
  • trans-1,2,3,3-tetrafluoropropene E-HFO-1234ye
  • cis-1,2,3,3-tetrafluoropropene Z -HFO-1234ye
  • 1,1,3,3-tetrafluoropropene HFO-1234zc
  • 1,1,2,3-tetrafluoropropene HFO-1234yc
  • 2,3,3,3-tetrafluoropropene HFO-1234yf
  • 2,3,3,3-tetrafluoropropene which has recently been attracting attention as a new refrigerant, is preferable.
  • a storage container for tetrafluoropropene if it is a sealed container that can enclose a gas-liquid mixture under internal pressure, it does not require a special structure or constituent material, and can have a wide range of forms and functions.
  • a storage tank which is a fixed storage container a pressure container such as a filling cylinder used for transportation, a secondary filling cylinder (service can), and the like can be given.
  • a constituent material of the storage container for example, carbon steel, manganese steel, chrome molybdenum steel and other low alloy steels, stainless steel, aluminum alloys, and the like can be used. *
  • the oxygen concentration in the gas phase is 3 volume ppm or more and less than 3000 volume ppm at a temperature of 25 ° C. If the oxygen concentration in the gas phase is less than 3000 ppm by volume, reactions such as polymerization of liquid-phase and gas-phase tetrafluoropropene can be sufficiently prevented. Further, as a result of intensive studies on the relationship between the oxygen concentration of tetrafluoropropene and the progress of polymerization, the present inventors have found that tetrafluoropropene has a tetrafluoropropene concentration of 0 to 3 ppm by volume. It was found that the polymerization did not proceed.
  • a more preferable oxygen concentration in the gas phase is 5 volume ppm or more and less than 1000 volume ppm at a temperature of 25 ° C., and most preferably 6 volume ppm or more and 500 volume ppm or less.
  • Oxygen concentration in the gas phase is generated by pressurizing tetrafluoropropene to produce a liquid, and this liquid is injected into a sealed container in which air is degassed in advance and the oxygen concentration is reduced to less than 3000 ppm by volume at 25 ° C Can be implemented.
  • the liquid of tetrafluoropropene is injected into the container, the space in the container is quickly saturated with vapor from the liquid.
  • the oxygen concentration in the gas phase filled with the saturated vapor of tetrafluoropropene is 3 volume ppm or more and less than 3000 volume ppm (temperature 25 ° C.).
  • non-condensable gas such as nitrogen is excluded together with oxygen, but the total content of non-condensable gas is 1.5% by volume at a temperature of 25.0 ° C.
  • the amount should not exceed (15000 ppm by volume).
  • tetrafluoropropene of the present invention since a reaction such as polymerization does not occur in tetrafluoropropene filled in a sealed container in a gas-liquid state, the purity of tetrafluoropropene, refrigerant, etc. As a high quality can be maintained.
  • a solid polymerization product does not occur in the sealed container, so that there is no possibility that a valve or the like is blocked or foreign matter is mixed into the refrigerant system.
  • tetrafluoropropene can be stored at low cost.
  • Evaluation of the storage method of the present invention is carried out, for example, by enclosing a gas-liquid tetrafluoropropene together with a predetermined amount of oxygen in a sealed container, heating the whole to a predetermined temperature and holding it at a constant temperature for a predetermined time, This is done by identifying and analyzing the reaction product in the propene liquid phase.
  • This evaluation corresponds to an accelerated test with a heat load.
  • the heating temperature can be set in the range of ⁇ 70 to 300 ° C., which is the set temperature range of the thermostatic bath.
  • the heat treatment time can be arbitrarily set.
  • the identification and analysis of the reaction product can be carried out, for example, by the method described in the examples described later.
  • Examples 1 to 6 are examples, and examples 7 to 10 are comparative examples.
  • Examples 1 to 10 Insert an intubation tube made of Pyrex (registered trademark), which weighed in advance, into a pressure resistant container made of SUS316 (maximum operating temperature 300 ° C., maximum operating pressure 20 MPa) with an internal volume of 200 cc, and after sealing the pressure container, was evacuated. The intubation tube was inserted in order to confirm whether or not a polymer was generated in the pressure test vessel.
  • Pyrex registered trademark
  • SUS316 maximum operating temperature 300 ° C., maximum operating pressure 20 MPa
  • the pressure vessel in which HFO-1234yf was sealed together with oxygen having a predetermined concentration as described above was placed in a hot-air circulating thermostat and left for 20 days at a constant temperature of 60 ° C.
  • Examples 1 to 6 tetrafluoropropylene homopolymer, which is a solid product that is a practical problem in the liquid phase, was not observed.
  • the solid product was not observed, and HFO It can be seen that the polymerization reaction of ⁇ 1234yf has not occurred.
  • Examples 7-10 show the formation of a tetrafluoropropene homopolymer. This shows that the method of the present invention is effective as a stable storage method that does not cause a polymerization reaction over a long period of time.

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Abstract

 貯蔵や輸送等のために容器内に充填されたテトラフルオロプロペンを、重合等の反応を生じさせることなく安定に保存する方法を提供する。 テトラフルオロプロペンを密閉容器内で、気相と液相とを有する気液状態で保存する方法であって、前記気相における酸素の濃度(含有割合)を、温度25℃で3体積ppm以上3000体積ppm未満にすることを特徴とする。

Description

テトラフルオロプロペンの保存方法およびテトラフルオロプロペンの保存容器
 本発明は、テトラフルオロプロペンの保存方法および保存容器に係り、特に、貯蔵および輸送等のためにテトラフルオロプロペンを安定に保存する方法、およびテトラフルオロプロペンが安定に保存された容器に関する。
 テトラフルオロプロペンの異性体の一つである2,3,3,3-テトラフルオロプロペン(CFCF=CHで表される。以下、HFO-1234yfとも記す。)は、オゾン層を破壊する温室効果ガスであるクロロフルオロカーボン類(CFC)、ハイドロクロロフルオロカーボン類(HCFC)、およびハイドロフルオロカーボン類(HFC)に代わる新しい冷媒として、近年使用が期待されている。
 このようなHFO-1234yfは、密閉容器に常温以下の温度で加圧充填され、あるいは冷却下に加圧液化充填されて、貯蔵や輸送がなされている。こうして密閉容器に充填されたHFO-1234yfは、気相と液相とを有する気液状態を呈している。そして、気液状態のHFO-1234yfは、冷媒としての品質の維持や、容器内での不純物(固体)の付着防止などのために、重合等の反応を生じさせることなく安定に保持することが求められている。
 フルオロオレフィンは、酸素が存在すると、酸素がラジカル源になって重合反応が生起することが知られている。フルオロオレフィンの中でもテトラフルオロエチレンは、1~数10ppmの微量の酸素存在下で重合し、場合によっては爆発的に重合反応が進行する。例えば、特許文献1には、テトラフルオロエチレンは1.4ppmの酸素濃度で重合が進行してポリテトラフルオロエチレンが生成することが記載されている。このため、フルオロオレフィンを保存する際は酸素を極限まで排除して取り扱うことが重要となる。
 しかしながら、酸素を極限まで排除するためには、製造工程において酸素を極限まで除去する工程を新たに設ける等の措置が必要となるため、それに伴うコストが増加してしまう。また、酸素を極限まで除去する工程等を行うことで収率が低くなる場合もあり、製造コストが増加してしまう。
 HFO-1234yf等のテトラフルオロプロペンが、酸素存在下で自己重合反応に対してどの程度安定であるかについては、不明な点が多い。冷媒としての品質を保持し、安価で、安全かつ安定的に貯蔵および輸送を行うために、HFO-1234yf等のテトラフルオロプロペンに重合反応を生じさせることなく保存する方法が求められている。
 従来から、ハイドロフルオロプロペンの安定化について、いくつかの提案がなされている。特許文献2には、空気の共存下においてもハイドロフルオロプロペンの安定な状態(酸の形成がない状態)を維持するために、アルキルカテコール類やアルコキシフェノール類のような安定化剤を添加する方法が提案されている。また、特許文献3には、ハイドロフルオロプロペンに、安定化剤として炭素数が1~4の脂肪族アルコールを添加する安定化方法が示されている。
 しかしながら、特許文献2および特許文献3の方法は、いずれも、冷凍機油の存在を前提とし、冷媒組成物を安定化することで冷却システム全体を安定化する方法であり、貯蔵や輸送のための容器内での冷媒の安定化とは条件が異なるため、この方法を容器内での冷媒の保存に適用することは難しい。また、安定化剤を添加する方法では、冷媒としての使用の前に安定化剤の除去を必要とし、工程の負荷が大きいばかりでなく、蒸留等の物理的精製法では安定化剤を完全に除去できない場合もあり、品質管理上好ましくない。
日本特開2008-308480 WO2010/098451 WO2010/098447
 本発明は、上記課題に対処してなされたものであり、貯蔵や輸送のために容器内に充填されたテトラフルオロプロペンにおいて、重合等の反応を生じさせることなく安価でかつ安定に保存する方法、およびテトラフルオロプロペンが安定に保存された容器を提供することを目的とする。
 本発明のテトラフルオロプロペンの保存方法は、テトラフルオロプロペンを密閉容器内で、気相と液相とを有する気液状態で保存する方法であって、前記気相における酸素の濃度を、温度25℃で3体積ppm以上3000体積ppm未満にすることを特徴とする。
 本発明のテトラフルオロプロペンの保存方法においては、前記気相における酸素の濃度を、温度25℃で5体積ppm以上1000体積ppm未満にすることが好ましい。また、前記テトラフルオロプロペンは、HFO-1234yfであることが好ましい。
 本発明のテトラフルオロプロペンの保存容器は、気相と液相とを有する気液状態のテトラフルオロプロペンが充填され密閉された保存容器であり、前記気相における酸素の濃度が、温度25℃で3体積ppm以上3000体積ppm未満であることを特徴とする。
 本発明のテトラフルオロプロペンの保存容器において、前記気相における酸素濃度は、温度25℃で5体積ppm以上1000体積ppm未満であることが好ましい。また、前記テトラフルオロプロペンは、HFO-1234yfであることが好ましい。
 本発明のテトラフルオロプロペンの保存方法、およびテトラフルオロプロペンの保存容器によれば、テトラフルオロプロペンの重合反応等が抑制されるので、テトラフルオロプロペンを高純度および高品質に維持することができる。また、容器内に固体状の重合生成物が生じないので、供給バルブ等の閉塞や冷媒装置への混入のおそれがない。さらに、本発明のテトラフルオロプロペンの保存方法、およびテトラフルオロプロペンの保存容器によれば、低コストで保存を行うことができる。
 以下、本発明の実施の形態について説明する。
 本発明の第1の実施形態は、圧力下で気相と液相とを有する気液状態のテトラフルオロプロペンを、密閉された容器内で保存する方法であり、気相における酸素の濃度を、温度25℃で3体積ppm以上3000体積ppm未満に保持することを特徴とする。なお、密閉容器内でテトラフルオロプロペンは気液状態で保持されているので、気相において、テトラフルオロプロペンは飽和蒸気圧を示している。前記酸素濃度は、テトラフルオロプロペンの気相において、酸素がどれだけ含有されているかを示す含有割合ということもできる。
 本発明の第2の実施形態であるテトラフルオロプロペンの保存容器は、密閉された容器内に気液状態のテトラフルオロプロペンが充填されたものであり、気相における酸素濃度が、温度25℃で3体積ppm以上3000体積ppm未満に保持されているテトラフルオロプロペン充填容器である。
 このような本発明の第1および第2の実施形態において、テトラフルオロプロペンとしては、トランス-1,3,3,3-テトラフルオロプロペン(E-HFO-1234ze)、シス-1,3,3,3-テトラフルオロプロペン(Z-HFO-1234ze)、トランス-1,2,3,3-テトラフルオロプロペン(E-HFO-1234ye)、シス-1,2,3,3-テトラフルオロプロペン(Z-HFO-1234ye)、1,1,3,3-テトラフルオロプロペン(HFO-1234zc)、1,1,2,3-テトラフルオロプロペン(HFO-1234yc)、2,3,3,3-テトラフルオロプロペン(HFO-1234yf)等が挙げられる。特に、新冷媒として近年注目されている2,3,3,3-テトラフルオロプロペン(HFO-1234yf)が好ましい。
 テトラフルオロプロペンの保存容器としては、内部圧力下で気液混合物を封入することができる密閉容器であれば、特別な構造または構成材料を必要とせず、広い範囲の形態および機能を有することができる。例えば、固定した保存容器である貯蔵タンク、輸送に使用される充填ボンベ、2次充填ボンベ(サービス缶)等の耐圧容器等が挙げられる。また、保存容器の構成材料としては、例えば、炭素鋼、マンガン鋼、クロムモリブデン鋼その他の低合金鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金、等を用いることができる。 
 気相における酸素濃度は、温度25℃で3体積ppm以上3000体積ppm未満である。気相における酸素濃度が3000体積ppm未満であれば、液相および気相のテトラフルオロプロペンの重合等の反応を十分に防止することができる。また、本発明者らがテトラフルオロプロペンの酸素濃度と重合の進行との関係について鋭意検討を行った結果、テトラフルオロプロペンは気相における酸素濃度が0~3体積ppmにおいては、テトラフルオロプロペンの重合が進行しないことを見出した。この知見に基づき、気相における酸素濃度を3体積ppm以上とすることで、酸素濃度を0体積ppm近くの極限まで排除する必要がなくなり、これによって製造コスト等を抑えることができる。気相におけるより好ましい酸素濃度は、温度25℃で5体積ppm以上1000体積ppm未満であり、最も好ましくは6体積ppm以上500体積ppm以下である。
 気相における酸素濃度は、テトラフルオロプロペンを加圧して液体を生成させ、この液体を、予め空気を真空脱気し、酸素濃度を温度25℃で3000体積ppm未満に低減させた密閉容器に注入することにより実施することができる。テトラフルオロプロペンの液体を容器に注入すると、容器内の空間は、液体からの蒸気によって速やかに飽和される。そして、このようにテトラフルオロプロペンの飽和蒸気により満たされた気相における酸素の濃度は3体積ppm以上3000体積ppm未満(温度25℃)となる。
 なお、密閉容器を真空脱気する際には、酸素とともに窒素等の非凝縮性気体も除外されるが、非凝縮性気体の含有量の合計は、温度25.0℃で1.5体積%(15000体積ppm)を超えない量となるようにする。
 このような本発明のテトラフルオロプロペンの保存方法によれば、気液状態で密閉容器内に充填されたテトラフルオロプロペンに重合等の反応が生じることがないので、テトラフルオロプロペンの純度および冷媒等としての高品質を維持することができる。また、密閉容器内に例えば固体状の重合生成物が生じることがないので、バルブ等の閉塞や冷媒システムへの異物混入が生じるおそれがない。また、低コストでテトラフルオロプロペンを保存することができる。
 本発明の保存方法の評価は、例えば、密閉容器内に所定量の酸素とともに気液状態のテトラフルオロプロペンを封入し、全体を所定温度に加熱し恒温状態で所定の時間保持した後、テトラフルオロプロペンの液相中の反応生成物を同定し、分析することにより行う。この評価は、熱負荷をかけた加速試験に相当する。加熱温度は、恒温槽の設定温度範囲である-70~300℃の範囲に設定できる。また、加熱処理時間は任意に設定できる。反応生成物の同定・分析は、例えば、後述する実施例に記載の方法により実施することができる。
 以下、実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されない。例1~6は実施例であり、例7~10は比較例である。
[例1~10]
 内容積200ccのSUS316製耐圧容器(最高使用温度300℃、最高使用圧力20MPa)内に、予め重量を計測したパイレックス(登録商標)製の内挿管を挿入し、耐圧容器を密閉した後、容器内の真空排気を行った。なお、内挿管は耐圧試験容器内での重合物の生成の有無を確認するために挿入した。
 次に、前記耐圧容器内に所定量の酸素を封入した後、液化された純度99.5%以上のテトラフルオロプロペン100gを充填し、気相の酸素濃度が25℃で表1に示す値となるようにした。なお、テトラフルオロプロペンとしては、HFO-1234yfを使用した。
 次いで、このように所定濃度の酸素とともにHFO-1234yfが封入された耐圧容器を、熱風循環型恒温槽内に設置し、60℃の恒温状態で20日間放置した。
 20日間経過後、恒温槽から耐圧容器を取り出し、HFO-1234yfを放出した。そして、内挿管内の固形物質生成の有無を肉眼で調べるとともに、固形物の生成量を内挿管の試験前後における重量変化として調べた。結果を表1に示す。表1において、◎は「固形物質なし」を、○は「若干固形物質生成が認められるが実用上問題なし」を、×は「固形物質あり」をそれぞれ示す。
 次に、肉眼で固形物質が観察された例7~10において、内挿管内の固形物質を採取し、重水素化アセトンに溶解してH-NMR、13C-NMRおよび19F-NMRの各スペクトルを測定した。測定されたNMRスペクトルのピーク帰属により固形物質を同定したところ、テトラフルオロプロペンのホモポリマーであった。これは、HFO-1234yfの重合により生成したものであると推測される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1から、例1~6では、液相に実用上問題となる固形生成物であるテトラフルオロプロピレンホモポリマーが観察されず、特に例1~4では、前記固形生成物は観察されず、HFO-1234yfの重合反応が生起していないことがわかる。それに対して、例7~10では、テトラフルオロプロペンのホモポリマーの生成が見られる。このことから、本発明の方法は、長期に亘り重合反応を生起させない安定的な保存方法として有効であることがわかる。
 本発明の保存方法および保存容器によれば、テトラフルオロプロペンに重合等の反応が生じることがないので、テトラフルオロプロペンの高品質を維持しつつ、貯蔵および輸送等に供することができる。
 なお、2012年4月27日に出願された日本特許出願2012-103184号の明細書、特許請求の範囲、及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。

Claims (6)

  1.  テトラフルオロプロペンを密閉容器内で、気相と液相とを有する気液状態で保存する方法であって、
     前記気相における酸素の濃度を、温度25℃で3体積ppm以上3000体積ppm未満にすることを特徴とするテトラフルオロプロペンの保存方法。
  2.  前記気相における酸素の濃度を、温度25℃で5体積ppm以上1000体積ppm未満にする、請求項1に記載のテトラフルオロプロペンの保存方法。
  3.  前記テトラフルオロプロペンは2,3,3,3-テトラフルオロプロペンである、請求項1または2に記載のテトラフルオロプロペンの保存方法。
  4.  気相と液相とを有する気液状態のテトラフルオロプロペンが充填され密閉された保存容器であり、
     前記気相における酸素の濃度が、温度25℃で3体積ppm以上3000体積ppm未満であることを特徴とするテトラフルオロプロペンの保存容器。
  5.  前記気相における酸素の濃度が、温度25℃で5体積ppm以上1000体積ppm未満である、請求項4に記載のテトラフルオロプロペンの保存容器。
  6.  前記テトラフルオロプロペンは2,3,3,3-テトラフルオロプロペンである、請求項4または5に記載のテトラフルオロプロペンの保存容器。
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