WO2021044983A1 - ハイドロフルオロオレフィンの製造方法 - Google Patents

ハイドロフルオロオレフィンの製造方法 Download PDF

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WO2021044983A1
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隆之 小松
大鑑 高山
悟史 有山
拓 山田
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07BGENERAL METHODS OF ORGANIC CHEMISTRY; APPARATUS THEREFOR
    • C07B61/00Other general methods

Definitions

  • the present disclosure relates to a method for producing a hydrofluoroolefin.
  • Hydrofluorocarbon obtained by substituting a chlorine atom contained in chlorofluorocarbon with a hydrogen atom is useful as a substitute compound for chlorofluorocarbon used as a refrigerant or a solvent.
  • hydrofluoroolefin which is a kind of hydrofluorocarbon, is known to have a low global warming potential because it contains a carbon-carbon double bond in its molecule and is easily decomposed by ultraviolet rays. Therefore, there is a demand for a method for efficiently producing a hydrofluoroolefin from a chlorofluoroolefin, which is one of chlorofluorocarbons, while maintaining a carbon-carbon double bond.
  • Patent Document 1 As a method for producing a hydrofluoroolefin from a chlorofluoroolefin, a method is known in which a specific chlorofluoroolefin is reacted with hydrogen in the presence of a catalyst supported on a carrier to obtain a specific hydrofluoroolefin (for example).
  • Patent Document 1 At least one platinum group element selected from the group consisting of palladium and platinum, manganese, copper, aluminum, gold, lithium, sodium, potassium, magnesium, silver, zinc, cadmium, indium, silicon, germanium. , Tin, lead, arsenic, antimony and bismuth, a catalyst consisting of an alloy containing at least one second element selected from the group is used.
  • Patent Document 1 it is possible to improve the residual rate of carbon-carbon double bonds and the selectivity of the substitution reaction of chlorine atoms with hydrogen atoms when producing hydrofluoroolefins from chlorofluoroolefins.
  • the reduction of by-products is not sufficient from the viewpoint of improving productivity, and a metal catalyst capable of further improving the selectivity is required.
  • the present disclosure has been made in view of the above-mentioned conventional circumstances, and the present disclosure describes the residual ratio of carbon-carbon double bonds and the substitution reaction of chlorine atoms with hydrogen atoms in the production of hydrofluoroolefins from chlorofluoroolefins. It is an object of the present invention to provide a method for producing a hydrofluoroolefin having an excellent selectivity for.
  • R 1 to R 3 each independently represent an alkyl group which may be substituted with a hydrogen atom, a fluorine atom, a chlorine atom or a fluorine atom or a chlorine atom, and at least in the formula (I). Contains one fluorine atom.
  • R 4 to R 10 each independently represent an alkyl group which may be substituted with a hydrogen atom, a fluorine atom, a chlorine atom or a fluorine atom or a chlorine atom, and at least in the formula (II). Contains one fluorine atom. N represents an integer from 0 to 5.
  • X represents a fluorine atom or a chlorine atom
  • Y represents a hydrogen atom, a fluorine atom or a chlorine atom
  • Z represents a methyl group which may be substituted with a fluorine atom or a fluorine atom.
  • ⁇ 7> The method for producing a hydrofluoroolefin according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 6>, wherein the intermetallic compound is supported on a carrier.
  • ⁇ 8> The method for producing a hydrofluoroolefin according to ⁇ 7>, wherein the carrier contains at least one of a carbon material and an oxide material.
  • ⁇ 9> The method for producing a hydrofluoroolefin according to ⁇ 7> or ⁇ 8>, wherein the amount of the intermetallic compound supported is 0.1% by mass to 10% by mass with respect to the carrier.
  • ⁇ 10> Any one of ⁇ 7> to ⁇ 9> in which the chlorofluoroolefin and the hydrogen molecule are introduced into a catalyst layer filled with the carrier carrying the intermetallic compound and reacted in a gas phase.
  • the method for producing a hydrofluoroolefin according to. ⁇ 11> The hydrofluoroolefin according to any one of ⁇ 7> to ⁇ 9>, wherein the chlorofluoroolefin and the hydrogen molecule are reacted in a liquid phase in the presence of the carrier carrying the intermetallic compound. Manufacturing method.
  • the numerical range indicated by using "-" in the present disclosure includes the numerical values before and after "-" as the minimum value and the maximum value, respectively.
  • the upper limit value or the lower limit value described in one numerical range may be replaced with the upper limit value or the lower limit value of another numerical range described stepwise. .. Further, in the numerical range described in the present disclosure, the upper limit value or the lower limit value of the numerical range may be replaced with the value shown in the examples.
  • the method for producing a hydrofluoroolefin of the present disclosure is between a metal containing at least one first metal selected from the group consisting of palladium, platinum, rhodium, copper and iridium and a second metal different from the first metal.
  • a compound hereinafter, may be referred to as a specific metal-to-metal compound
  • a chlorofluoroolefin having 8 or less carbon atoms represented by the above formula (I) or the above formula (II) hereinafter, specified chlorofluoroolefin).
  • hydrofluoroolefin (Sometimes referred to as an olefin) is reacted with a hydrogen molecule (hereinafter, may be simply referred to as “hydrogen”) to react with at least one of the chlorine atoms contained in the above formula (I) or the above formula (II).
  • This is a method for obtaining a hydrofluoroolefin in which a chlorine atom represented by Cl is replaced with a hydrogen atom (hereinafter, may be referred to as a specific hydrofluoroolefin).
  • the residual rate of carbon-carbon double bonds and the selectivity of the substitution reaction of chlorine atoms with hydrogen atoms in the production of hydrofluoroolefins from chlorofluoroolefins are excellent.
  • Alloy catalysts known as metal catalysts have a high degree of freedom in metal combination, and it is easy to select a desirable metal combination and metal compounding ratio.
  • the mixed state of metal atoms tends to be irregular, and it may be difficult to industrially obtain an optimum catalyst structure.
  • the alloy catalyst is composed of the first metal (A) and the second metal (B), the alloy catalyst is represented by AB x (x is variable within a predetermined range).
  • the intermetallic compound used as a catalyst in the present disclosure includes at least one first metal selected from the group consisting of palladium, platinum, rhodium, copper and iridium, and a second metal different from the first metal.
  • An intermetallic compound is a compound formed by combining two or more kinds of metal elements at a simple integer ratio. If the intermetallic compound is formed out with a first metal (A) and the second metal (B), the intermetallic compound A n B m (n and m are integers) is represented by.
  • Intermetallic compounds have regular metal atoms at the atomic level, unlike bimetallic catalysts in which the same metal elements solidify to form an island structure or ordinary alloy catalysts in which two types of metal elements are randomly mixed. Are arranged in. Therefore, it is considered that the first metal such as palladium is uniformly affected by the second metal, and the residual rate of the carbon-carbon double bond and the selectivity of the substitution reaction of the chlorine atom with the hydrogen atom can be improved.
  • the specific intermetal compound used in the present disclosure includes at least one first metal selected from the group consisting of palladium, platinum, rhodium, copper and iridium, and a second metal different from the first metal. If there is, there is no particular limitation.
  • the first metal contained in the specific intermetallic compound palladium, platinum, rhodium and iridium are preferable, and palladium is more preferable.
  • the second metal contained in the specific intermetallic compound is a metal different from the first metal, and a metal capable of forming an intermetallic compound with the first metal is appropriately selected.
  • the second metal include metals of groups 6, 7, 8, 11, 11, 12, 13, 14, and 15. Specific examples thereof include bismuth, indium, tin, lead, iron, gallium, germanium, zinc and antimony.
  • the hydrogenation reaction to the carbon-carbon double bond caused by the excessive hydrogen reduction activity of the first metal and the substitution reaction of the fluorine atom with the hydrogen atom are defined as the over-reduction reaction, and the product of the over-reduction reaction is defined. Is referred to as a hyperreduced substance.
  • the specific intermetallic compound may be a dual compound, that is, an intermetallic compound containing two kinds of metals, or may be a ternary or more multidimensional intermetallic compound.
  • the first metal may contain two or more kinds of metal elements
  • the second metal may contain two or more kinds of metal elements.
  • the specific intermetallic compound is preferably a dual compound containing one kind of first metal and one kind of second metal.
  • the molar ratio of the first metal to the second metal (first metal / second metal) contained in the specific intermetallic compound is the ratio at which the intermetallic compound can be formed between the first metal and the second metal. If it is, it is not particularly limited, and it is preferably 1 to 5, more preferably 2 to 4, and even more preferably 3.
  • the specific intermetallic compound may contain defects such as pores, gaps, antisite defects, and substitutions with impurity atoms. Further, all of the first metal and the second metal contained in the specific intermetallic compound may form an intermetallic compound, and a part of the first metal and the second metal is other than an intermetallic compound such as a solid solution. It may indicate the tissue state. When both the intermetallic compound and the structural state other than the intermetallic compound such as a solid solution coexist, the peak with the strongest diffraction intensity among the diffraction peaks obtained by the structural analysis by the X-ray diffraction method belongs to the intermetallic compound.
  • the substance to be used is an intermetallic compound.
  • the metal component used as a catalyst is an intermetallic compound can be confirmed by X-ray diffraction (XRD).
  • XRD X-ray diffraction
  • the structure of the metal component can be identified.
  • the measurement can be performed using a fully automatic multipurpose X-ray diffractometer (SmartLab) of Rigaku Co., Ltd.
  • the analysis conditions and X-ray source are as follows. Measurement range (2 ⁇ ): 20 deg to 60 deg Scanning speed: 0.3 deg / min X-ray source: CuK ⁇ ray (wavelength: 1.54 ⁇ )
  • the types of metal elements contained in the intermetallic compounds and their ratios are, for example, those of ICP emission spectrophotometers (Inductively coupled plasma atomical mechanism: ICP-OES), fluorescent X-ray fluorescence spectrometers (XRF), and the like. It can be determined using a technique.
  • ICP emission spectrophotometers Inductively coupled plasma atomical mechanism: ICP-OES
  • XRF fluorescent X-ray fluorescence spectrometers
  • Specific examples of the specific intermetallic compound include, for example, Pd 3 Bi, Pd 3 In, Pd 3 Sn, Pd 3 Pb, Pt Bi, Pt 3 In, Pt 3 Sn, Pt 3 Pb, RhBi, RhIn, Rh 2 Sn, Examples include RhPb, IrBi and Cu 3 Sn.
  • Pd 3 Bi Pd 3 In, Pd 3 Sn and Pd 3 Pb
  • Pd 3 Bi is more preferable.
  • the specific intermetallic compound may be supported on a carrier or may not be supported. It is preferable to use a carrier because the specific intermetallic compound can be easily dispersed.
  • a carrier on which a catalyst such as a specific intermetallic compound is supported may be referred to as a catalyst-supported carrier.
  • the carrier includes carbon materials such as activated carbon, carbon black, and carbon fiber; and alumina, silica, titania, zirconia, alkali metal oxide, and alkaline earth metal oxidation.
  • At least one kind of oxide material such as a thing; is mentioned, and it is preferable to contain at least one kind selected from the group consisting of activated carbon, carbon black, carbon fiber, alumina, silica, titania and zirconia.
  • activated carbon, alumina, silica, and zirconia are more preferable because they have a large specific surface area and it is easy to support a catalyst, and activated carbon is further preferable because it can further suppress by-production of a peroxide.
  • activated carbon examples include activated carbon prepared from fruit husks such as wood, charcoal, and coconut husks, peat, lignite, and coal.
  • Examples of the form of activated carbon include an aggregate of briquette having a length of about 2 mm to 7 mm, crushed charcoal having a length of about 4 mesh to 50 mesh, granular charcoal and the like. Among these, an aggregate of briquette or crushed coal of 4 mesh to 30 mesh is preferable.
  • Examples of alumina include those having different crystal states such as ⁇ -alumina, ⁇ -alumina, and ⁇ -alumina.
  • the crystalline state is not particularly limited, and can be widely used from ⁇ -alumina having a large specific surface area to ⁇ -alumina having high crystallinity and a small specific surface area.
  • the shape of alumina is not necessarily limited, but it is preferably formed into a spherical shape or a pellet shape because the filling property when filling the reactor, the flowability of the reaction gas, and the like are good.
  • zirconia examples include various crystal forms having different crystal states such as monooblique crystal, tetragonal crystal, cubic crystal, and semi-stable tetragonal crystal, and amorphous hydrated zirconium oxide. It is not particularly limited and can be widely used in any zirconia.
  • the shape of the zirconia is not necessarily limited, but it is preferably formed into a spherical shape or a pellet shape because the filling property when filling the reactor, the flowability of the reaction gas, and the like are good.
  • the amount of the intermetallic compound supported is preferably 0.1% by mass to 10% by mass, more preferably 0.5% by mass to 6% by mass, based on the carrier.
  • the supported amount is 0.1% by mass or more, the conversion rate of the specific chlorofluoroolefin and hydrogen tends to be improved.
  • the supported amount is 10% by mass or less, the excessive temperature rise of the catalyst layer due to the heat of reaction tends to be suppressed, and the by-production of the per-reduced product tends to be easily suppressed.
  • the specific surface area of the carrier is preferably 10 m 2 / g to 2000 m 2 / g, more preferably 100 m 2 / g to 1500 m 2 / g.
  • the specific surface area of the carrier is 10 m 2 / g or more, the conversion rate of the specific chlorofluoroolefin and hydrogen is further improved, while when the specific surface area is 2000 m 2 / g or less, the by-product of the hyperreducant is more easily suppressed. Become.
  • the method for producing the catalyst-supported carrier is not particularly limited, and the catalyst-supported carrier can be produced by a known method.
  • the catalyst-supporting carrier is preferably produced by a co-impregnation method or a sequential impregnation method.
  • a metal salt mixed solution containing a metal salt of the first metal and a metal salt of the second metal is brought into contact with the carrier, and the metal salt of the first metal and the metal salt of the second metal are placed on the surface of the carrier.
  • a metal salt solution containing a metal salt of the first metal is brought into contact with the carrier, the metal salt of the first metal is adsorbed on the surface of the carrier, the impregnated carrier is dried, and then in a hydrogen atmosphere.
  • the carrier is heat-treated to support the first metal on the carrier.
  • a metal salt solution containing the metal salt of the second metal is brought into contact with the carrier, the metal salt of the second metal is adsorbed on the surface of the carrier, the impregnated carrier is dried, and then the carrier is heated in a hydrogen atmosphere.
  • This is a method of treating and supporting a specific metal-to-metal compound containing a first metal and a second metal on a carrier surface.
  • the metal salt of the second metal may be supported on the carrier, and then the metal salt of the first metal may be supported on the carrier, and then the heat treatment may be performed.
  • the heating temperature for supporting the specific intermetallic compound on the carrier surface is preferably more than 700 ° C, more preferably 750 ° C or higher. When the heating temperature is 700 ° C. or lower, intermetallic compounds are less likely to be formed.
  • the method for producing the specific intermetallic compound is not particularly limited, and the specific intermetallic compound may be produced by a dissolution method or the like.
  • the dissolution method is a method for producing an intermetallic compound by dissolving an amount of a first metal and a second metal suitable for forming an intermetallic compound.
  • the first metal and the second metal are present at a molar ratio corresponding to the molar ratio of the metal elements in the intermetallic compound.
  • the metal can be dissolved in an atmosphere of an inert gas such as argon or nitrogen.
  • the obtained intermetallic compound can be pulverized as necessary to obtain a desired particle size.
  • the crushing method is not particularly limited, and crushing can be performed using a ball mill, a swing mill, a planetary mill, or the like in an inert atmosphere such as argon.
  • the method for producing a specific hydrofluoroolefin of the present disclosure is a method for producing a specific hydrofluoroolefin by reacting a specific chlorofluoroolefin with a hydrogen molecule.
  • the specific chlorofluoroolefin as a raw material and the specific hydrofluoroolefin as a reaction product will be described.
  • the specific hydrofluoroolefin which is a reaction product may or may not contain a chlorine atom. However, the number of chlorine atoms contained in the specific hydrofluoroolefin is smaller than the number of chlorine atoms contained in the specific chlorofluoroolefin.
  • the chlorofluoroolefin represented by the following formula (I) contains one carbon-carbon double bond in the molecule.
  • the chlorofluoroolefin represented by the general formula (I) is preferably an ⁇ -olefin. That is, each of R 1 , R 2 and R 3 is a hydrogen atom, a fluorine atom or a chlorine atom, respectively, or any one of R 1 , R 2 or R 3 is a fluorine atom or a chlorine atom. It is preferable that the alkyl group may be substituted and the remainder is a hydrogen atom, a fluorine atom, or a chlorine atom, respectively.
  • the carbon number of the chlorofluoroolefin represented by the following general formula (I) is preferably 7 or less, more preferably 6 or less.
  • R 1 to R 3 each independently represent an alkyl group which may be substituted with a hydrogen atom, a fluorine atom, a chlorine atom or a fluorine atom or a chlorine atom, and at least 1 in the formula (I). Contains one fluorine atom.
  • the number of carbon atoms of the alkyl group represented by R 1 to R 3 is preferably 6 or less, more preferably 5 or less, still more preferably 4 or less.
  • Specific examples of the alkyl groups represented by R 1 to R 3 include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, t-butyl group, s-butyl group and n-. Examples thereof include a pentyl group and an n-hexyl group.
  • At least a part of the hydrogen atoms constituting the alkyl group represented by R 1 to R 3 may be substituted with a fluorine atom or a chlorine atom.
  • the position of the hydrogen atom substituted with the fluorine atom or the chlorine atom in the alkyl group represented by R 1 to R 3 is not particularly limited.
  • chlorofluoroolefin represented by the formula (I) is used as a raw material, according to the method for producing a hydrofluoroolefin of the present disclosure, chlorine represented by at least Cl among the chlorine atoms contained in the formula (I) is used.
  • a hydrofluoroolefin in which an atom is replaced with a hydrogen atom is produced.
  • the chlorofluoroolefin represented by the formula (I) contains a chlorine atom other than the chlorine atom represented by Cl in the formula (I) (hereinafter, may be referred to as another chlorine atom), the formula (I) A hydrofluoroolefin in which only the chlorine atom represented by Cl among the chlorine atoms contained in is substituted with a hydrogen atom may be produced, or represented by Cl among the chlorine atoms contained in the formula (I). Hydrofluoroolefins in which the chlorine atom and other chlorine atoms are replaced with hydrogen atoms may be produced.
  • the chlorofluoroolefin represented by the following formula (II) contains one carbon-carbon double bond in the molecule.
  • the chlorofluoroolefin represented by the general formula (II) is preferably an ⁇ -olefin. That is, it is preferable that all of R 4 , R 5 and R 6 are hydrogen atoms, fluorine atoms, or chlorine atoms, respectively.
  • the carbon number of the chlorofluoroolefin represented by the following general formula (II) is preferably 7 or less, more preferably 6 or less.
  • R 4 to R 10 each independently represent an alkyl group which may be substituted with a hydrogen atom, a fluorine atom, a chlorine atom or a fluorine atom or a chlorine atom, and at least 1 in the formula (II). Contains one fluorine atom. n represents an integer from 0 to 5.
  • alkyl groups represented by R 4 to R 10 in the formula (II) are the same as those of the alkyl groups represented by R 1 to R 3 in the formula (I).
  • the number of carbon atoms of the alkyl group represented by R 4 to R 10 is preferably 5 or less, more preferably 4 or less, still more preferably 3 or less.
  • a chlorofluoroolefin represented by the formula (II) is used as a raw material, according to the method for producing a hydrofluoroolefin of the present disclosure, chlorine represented by at least Cl among the chlorine atoms contained in the formula (II) is used. A hydrofluoroolefin in which an atom is replaced with a hydrogen atom is produced.
  • the chlorofluoroolefin represented by the formula (II) contains other chlorine atoms other than the chlorine atom represented by Cl in the formula (II), it is represented by Cl among the chlorine atoms contained in the formula (II).
  • a hydrofluoroolefin in which only the chlorine atom is replaced with a hydrogen atom may be produced, or the chlorine atom represented by Cl and other chlorine atoms among the chlorine atoms contained in the formula (II) are converted into hydrogen atoms. Substituted hydrofluoroolefins may be produced.
  • the specific chlorofluoroolefin is preferably a compound represented by the following formula (III).
  • X represents a fluorine atom or a chlorine atom
  • Y represents a hydrogen atom, a fluorine atom or a chlorine atom
  • Z represents a methyl group which may be substituted with a fluorine atom or a fluorine atom.
  • the specific hydrofluoroolefin produced from the specific chlorofluoroolefin represented by the formula (III) is a compound represented by the following formula (IV).
  • chlorotrifluoroethylene and 1,2-dichloro-1,2-difluoro are expected because the product has high cooling efficiency and is expected as an alternative refrigerant that is friendly to the global environment.
  • the specific chlorofluoroolefin of the raw material is chlorotrifluoroethylene
  • the trifluoroethylene obtained by the reaction represented by the following formula (A) is included in the reaction product as the specific hydrofluoroolefin.
  • 1,2-difluoroethylene obtained by the reaction represented by the following formula (B) is produced as a specific hydrofluoroolefin. Included in things.
  • the specific chlorofluoroolefin and the specific hydrofluoroolefin contain a cis-trans isomer (geometric isomer), the following chemical formula does not indicate the distinction between the cis isomer and the trans isomer.
  • HCFO-1224yd obtained by the reaction represented by the following formula (F) is included in the reaction product as the specific hydrofluoroolefin.
  • the hydrofluoroolefin produced by the hydrofluoroolefin production method of the present disclosure may be a mixture of two or more types of hydrofluoroolefins having different substitution positions from chlorine atoms to hydrogen atoms.
  • the hydrofluoroolefin is a mixture, it may be a mixture of the desired reaction product and an intermediate product.
  • the substitution reaction of a chlorine atom with a hydrogen atom may be carried out in a gas phase or a liquid phase as long as the above-mentioned intermetallic compound is used.
  • Examples of the reaction method include the following method ( ⁇ ) or method ( ⁇ ), and method ( ⁇ ) is preferable.
  • Method ( ⁇ ) A method in which a specific chlorofluoroolefin and hydrogen are reacted in a gas phase in the presence of an intermetallic compound.
  • Method ( ⁇ ) A method in which a specific chlorofluoroolefin and hydrogen are reacted in a liquid phase in the presence of an intermetallic compound.
  • Examples of the method ( ⁇ ) include a method in which a specific chlorofluoroolefin and hydrogen are introduced into a reactor packed with a catalyst-supporting carrier and reacted in a gas phase.
  • Specific examples of the method include a method in which a gas containing a specific chlorofluoroolefin gas and a hydrogen gas (hereinafter, also referred to as “raw material mixed gas”) is introduced into the reactor and reacted.
  • the catalyst layer is obtained by filling the reactor with the catalyst-supporting carrier described above.
  • the packing density of the catalyst-supporting carrier is preferably 0.3 g / cm 3 to 1 g / cm 3, more preferably 0.4 g / cm 3 to 0.8 g / cm 3 .
  • the packing density is 0.3 g / cm 3 or more, the filling amount of the catalyst-supporting carrier per unit volume is large, and the amount of gas to be reacted can be increased, so that the productivity is improved.
  • the packing density is 1 g / cm 3 or less, it is possible to prevent the temperature of the catalyst layer described later from rising too much, and it is easy to maintain the maximum temperature of the catalyst layer described later at a desired temperature or less.
  • a typical flow-type reactor in which the catalyst-supporting carrier is a solid and the reaction fluid is a gas-gastric heterogeneous catalytic reaction can be used.
  • Such flow reactors are roughly classified into fixed bed reactors and fluidized bed reactors.
  • various molded bodies of the catalyst-supporting carrier are filled in order to reduce the pressure loss of the reaction fluid.
  • a method in which a catalyst-supporting carrier is filled in the same manner as in a fixed bed reactor, moved by the gravity of the catalyst-supporting carrier, and the catalyst-supporting carrier is extracted from under the reactor and regenerated is called a moving bed.
  • the catalyst layer is operated by the reaction fluid so as to exhibit the characteristics as if it were a fluid, so that the catalyst-supporting carrier particles are suspended in the reaction fluid and move in the reactor.
  • a fixed bed reactor and a fluidized bed reactor can be used, and a fixed bed reactor that has a wide choice of carrier shapes and can suppress carrier wear is preferable.
  • the fixed bed reactor includes a tubular reactor and a tank reactor, and the tubular reactor can be preferably used because of the ease of controlling the reaction temperature.
  • a multi-tube heat exchange type reaction in which a large number of reaction tubes having a small tube diameter are arranged in parallel and a heat medium is circulated to the outside can be adopted.
  • a plurality of reactors are provided in series, a plurality of catalyst layers will be provided.
  • the catalyst layer may have at least one stage, and may have two or more stages.
  • reaction temperature in the catalyst layer decreases, the conversion rate of the raw material decreases. Therefore, it is preferable to keep the reaction temperature in the catalyst layer at a desired temperature so that a high conversion rate can be maintained.
  • a method of heating the catalyst layer from the outside with a heat medium or the like can be mentioned.
  • the specific chlorofluoroolefin and hydrogen usually react in a part of the catalyst layer (hereinafter referred to as "reaction region").
  • the temperature of the catalyst layer is preferably 30 ° C. or higher, more preferably 35 ° C. or higher, and even more preferably 40 ° C. or higher, from the viewpoint of effectively advancing the reaction. Further, from the viewpoint of suppressing the by-production of the superreduced substance, 350 ° C. or lower is preferable, 300 ° C. or lower is more preferable, 250 ° C. or lower is further preferable, and 200 ° C. or lower is particularly preferable.
  • the catalyst usually deteriorates over time as the reaction progresses.
  • the reaction region starts from the introduction part of the raw material mixed gas at the beginning of the reaction.
  • the catalyst in the introduction portion of the raw material mixed gas deteriorates with time as the reaction progresses, the reaction region moves to the downstream side in the gas flow direction. Since the high-temperature generated gas generated in the reaction region flows into the vicinity of the downstream side of the reaction region, the vicinity of the downstream side is usually the hottest in the catalyst layer.
  • the temperature of the region of the catalyst layer having the highest temperature is referred to as "the maximum temperature of the catalyst layer".
  • the temperature from the vicinity of the downstream side to the further downstream side is usually lower than the maximum temperature of the catalyst layer as the distance from the reaction region increases.
  • Examples of the method for measuring the maximum temperature of the catalyst layer include a measurement method using an insertion type thermometer.
  • the measuring unit of the plug-in type thermometer is arranged in advance in the gas introduction unit of the catalyst layer, and after the reaction starts, the measuring unit is moved to the downstream side in the gas flow direction as the reaction progresses.
  • the maximum temperature of the catalyst layer can be measured.
  • the “gas introduction section” means a place where the raw material mixed gas of the catalyst layer is introduced.
  • Examples of the method of suppressing the maximum temperature of the catalyst layer to a desired temperature include a method of introducing hydrogen into the catalyst layer by dividing it (method ( ⁇ 1)).
  • the method ( ⁇ 1) tends to maintain high productivity while controlling the maximum temperature of the catalyst layer below a desired temperature.
  • the number of hydrogen introduction points is not particularly limited, and may be two places or three or more places. When the number of hydrogen introduction points is two, one is from the gas introduction part where hydrogen contained in the raw material mixed gas is introduced, and the other is where only hydrogen gas is introduced (hereinafter referred to as "hydrogen introduction part"). ), A total of two locations may be provided. From the viewpoint of simplifying the process, two locations are preferable.
  • the reaction region in the catalyst layer can be dispersed without changing the amount of the specific chlorofluoroolefin introduced, and it is possible to prevent the generation of reaction heat from concentrating in one place, so that the productivity of the catalyst layer is not reduced. From the viewpoint of suppressing local excessive heat generation, three or more locations are preferable.
  • the ratio of dividing hydrogen is to disperse the reaction region and to keep the maximum temperature of the catalyst layer low, so it is better to divide hydrogen evenly into each part and introduce it. preferable.
  • the gas introduction part of the catalyst layer uses a mixed gas of a part of hydrogen to be introduced into the catalyst layer and the total amount of the specific chlorofluoroolefin as a raw material mixed gas. (Located on the side)), and the residual hydrogen is introduced from one or more hydrogen introduction parts downstream of the gas introduction part ( ⁇ 1-1).
  • hydrogen is further introduced from the hydrogen introduction section into the gas flowing from the upstream (usually, the gas produced after a part of the specific chlorofluoroolefin reacts with hydrogen), and the hydrogen is introduced from the hydrogen introduction section. It reacts with a specific unreacted chlorofluoroolefin on the downstream side.
  • the produced gas in which the specific chlorofluoroolefin and hydrogen are sufficiently reacted is discharged from the gas discharge portion located on the most downstream side in the gas flow direction of the catalyst layer.
  • the hydrogen introduction section on the most downstream side in the gas flow direction is a catalyst layer between the hydrogen introduction section and the gas discharge section, and the hydrogen introduced from the hydrogen introduction section and the unreacted specific chlorofluoroolefin are combined with each other. Is preferably provided at a position where the reaction can be sufficiently carried out.
  • Examples of the method of suppressing the maximum temperature of the catalyst layer to a desired temperature other than the method ( ⁇ 1) include a method of flowing an inert gas through the catalyst layer together with the specific chlorofluoroolefin and hydrogen (method ( ⁇ 2)).
  • method ( ⁇ 2) By passing an inert gas and adjusting the concentrations of the specific chlorofluoroolefin and hydrogen flowing in the catalyst layer, it is possible to suppress an excessive temperature rise of the catalyst layer due to the heat of reaction.
  • a diluting gas other than the inert gas can be used instead of the inert gas or together with the inert gas.
  • Examples of the inert gas include nitrogen gas, rare gas, and fluorocarbons that are inert to the hydrogenation reaction.
  • the diluting gas other than the inert gas include hydrogen chloride.
  • the amount of the inert gas introduced into the catalyst layer is a specific chlorofluoroolefin because it is easy to keep the maximum temperature of the catalyst layer low, it is easy to suppress the by-product of the superreducing substance, and it is easy to suppress the deterioration of the catalyst. With respect to 1 mol, 0.1 mol or more is preferable, and 0.5 mol or more is more preferable.
  • the amount of the inert gas introduced is preferably 10 mol or less, more preferably 4 mol or less, with respect to 1 mol of the specific chlorofluoroolefin, from the viewpoint of the recovery rate of the inert gas.
  • the temperature of the heat medium for heating the reactor is set to a lower temperature with the dew point of the raw material mixed gas as the lower limit.
  • a method (method ( ⁇ 3)) can be mentioned.
  • the temperature of the heat medium low, it is possible to remove the heat of reaction more quickly, and it is possible to suppress an excessive temperature rise of the catalyst layer.
  • the method ( ⁇ 3) the lower the temperature of the catalyst layer, the more advantageous it is to suppress the by-product of the per-reduced product, which is difficult to separate from the specific hydrofluoroolefin.
  • a method for suppressing the maximum temperature of the catalyst layer to a desired temperature it is preferable to use method ( ⁇ 1), method ( ⁇ 2) or method ( ⁇ 3), or two or three of these methods in combination.
  • the reaction pressure is preferably normal pressure from the viewpoint of handleability.
  • the contact time of the specific chlorofluoroolefin gas with the catalyst is preferably 0.5 seconds to 60 seconds, more preferably 1 second to 40 seconds. This contact time is the contact time of the specific chlorofluoroolefin gas calculated from the amount of gas introduced into the reactor and the volume of the catalyst layer.
  • the ratio of the specific chlorofluoroolefin to hydrogen introduced into the catalyst layer is the ratio of the number of moles of chlorine atoms to the total number of moles of hydrogen in the specific chlorofluoroolefin (H) because it is easy to suppress the by-production of the superreduced material.
  • 2 / Cl) is preferably 0.7 or less, more preferably 0.6 or less, and even more preferably 0.5 or less.
  • the ratio (H 2 / Cl) is preferably 0.1 or more, more preferably 0.2 or more, from the viewpoint of the yield of the reaction product.
  • the linear velocity u of the specific chlorofluoroolefin gas represented by the following formula (H) in the catalyst layer is preferably 0.1 cm / sec to 100 cm / sec, and is preferably 1 cm / sec to 30 cm / sec. More preferably, it is seconds.
  • This linear velocity u is the linear velocity of the specific chlorofluoroolefin gas calculated from the amount of gas introduced into the reactor and the volume of the catalyst layer.
  • Examples of the reactor used in the method ( ⁇ ) include known reactors capable of filling a catalyst to form a catalyst layer.
  • Examples of the material of the reactor include glass; iron, nickel, alloys containing these as main components, and the like.
  • the produced gas after the reaction contains unreacted raw materials, intermediate products, and hydrogen chloride in addition to the specific hydrofluoroolefin of the target product.
  • Hydrogen chloride contained in the produced gas can be removed by blowing the produced gas into an alkaline aqueous solution to neutralize it.
  • alkali used in the alkaline aqueous solution include sodium hydroxide and potassium hydroxide.
  • a known method such as distillation can be adopted as a method for separating the specific hydrofluoroolefin and the unreacted specific chlorofluoroolefin from the produced gas.
  • the chlorofluoroolefin separated from the produced gas after the reaction can be reused.
  • the separated HCFO-1224yd may be reacted with hydrogen as a specific chlorofluoroolefin together with CFO-1214ya, or may be reacted with hydrogen only with HCFO-1224yd separately from CFO-1214ya.
  • HCFO-1224yd When a mixture of CFO-1214ya and HCFO-1224yd is used as the specific chlorofluoroolefin, HCFO-1224yd is usually an intermediate product for obtaining HFO-1234yf from the CFO-1214ya, and therefore is usually a ratio of HCFO-1224yd. A low mixture is used. Therefore, the ratio of HCFO-1224yd to the total amount of CFO-1214ya and HCFO-1224yd is preferably 50 mol% or less, more preferably 25 mol% or less.
  • Method ( ⁇ ) it is preferable to use a medium.
  • the medium include water, an organic solvent such as alcohol, and the like.
  • the amount of the medium used is preferably 10 parts by mass to 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the specific chlorofluoroolefin.
  • a method for supplying hydrogen a method of blowing hydrogen gas into a liquid containing a catalyst-supporting carrier, a specific chlorofluoroolefin, and a medium to be used as needed, and a medium in which hydrogen is dissolved by pressurization in advance are specified as a catalyst-supporting carrier.
  • Examples thereof include a method of adding to a liquid containing a chlorofluoroolefin.
  • the reaction between the specific chlorofluoroolefin and hydrogen in the method ( ⁇ ) may be a batch method or a continuous method.
  • the reaction temperature in the method ( ⁇ ) is preferably 0 ° C. to 200 ° C. When the reaction temperature is 0 ° C. or higher, the conversion rate of the specific chlorofluoroolefin and hydrogen is improved. When the reaction temperature is 200 ° C. or lower, it is easy to suppress the by-product of the hyperreducant.
  • the reaction pressure in the method ( ⁇ ) is preferably 0.01 MPaG to 5 MPaG, more preferably 0.1 MPaG to 1 MPaG in gauge pressure.
  • the reaction time in the method ( ⁇ ) is preferably 1 hour to 50 hours in the case of a batch type, and preferably 1 second to 60 seconds in the case of a continuous type.
  • the amount of hydrogen supplied in the method ( ⁇ ) is the ratio of the number of moles of chlorine atoms in the specific chlorofluoroolefin to the number of moles of hydrogen supplied (H 2 /) because it is easy to suppress the by-production of the superreduced product.
  • Cl) is preferably 0.7 or less, more preferably 0.6 or less, and even more preferably 0.5 or less.
  • the ratio (H 2 / Cl) is preferably 0.1 or more, more preferably 0.2 or more, from the viewpoint of the yield of the reaction product.
  • the amount of hydrogen supplied means the amount of hydrogen dissolved in the reaction solution.
  • the reaction solution after the reaction contains unreacted raw materials, intermediate products, and hydrogen chloride in addition to the specific hydrofluoroolefin of the target product.
  • Hydrogen chloride contained in the reaction solution can be removed by adding an alkali to the reaction solution to neutralize it.
  • alkali include sodium hydroxide, potassium hydroxide and the like.
  • Alkali may be added in advance to the reaction solution used in the reaction.
  • a known method such as distillation can be adopted as a known method such as distillation.
  • the specific chlorofluoroolefin separated from the reaction solution can be reused.
  • the separated HCFO-1224yd may be reacted with hydrogen as a specific chlorofluoroolefin as a raw material together with CFO-1214ya, or may be separated from CFO-1214ya and reacted with hydrogen only with HCFO-1224yd.
  • Examples of the reactor used in the method ( ⁇ ) include known reactors capable of bringing the reaction raw materials into contact with each other in the presence of a catalyst to cause a liquid phase reaction.
  • Examples of the material of the reactor include glass; iron, nickel, alloys containing these as main components, and the like.
  • the silica gel dispersion was allowed to stand for 24 hours. Then, it was dried at 110 ° C., fired at 130 ° C. for 1 hour, and subsequently fired at 400 ° C. for 1 hour. Next, a part of the sample was reduced by holding it at 400 ° C. for 1 hour under normal pressure hydrogen (H 2) gas flow. Immediately after the completion of the reduction, the flowing gas was switched to argon (Ar) gas and allowed to cool to room temperature to obtain palladium-supported silica (Pd / SiO 2).
  • H 2 normal pressure hydrogen
  • Pd 3 Bi-supported silica 1 was prepared by a co-impregnation method.
  • silica gel (Fuji Silysia Chemical Ltd., CARiACT G-6) as a carrier contains palladium and bismuth at an atomic ratio of 3/1, and the nitrate of palladium nitrate and bismuth nitrate pentahydrate.
  • the solution was added so that the amount of palladium supported was 3 parts by mass with respect to 100 parts by mass of Pd 3 Bi-supported silica 1, and the mixture was stirred for 5 minutes to prepare a silica gel dispersion.
  • the silica gel dispersion was allowed to stand for 24 hours. Then, it was dried at 110 ° C., and then reduced by holding at 800 ° C. for 1 hour under normal pressure H 2 gas flow. Immediately after the completion of the reduction, the flowing gas was switched to Ar gas and allowed to cool to room temperature to obtain Pd 3 Bi-supported silica 1 (Pd 3 Bi / SiO 2 (1)).
  • Pd 3 Bi-supported silica 2 was prepared by a sequential impregnation method. To explain the specific preparation method, nitrate bismuth pentahydrate in which bismuth nitrate pentahydrate is dissolved in palladium-supported silica prepared by the above method so that the supported amount of palladium and bismuth is 3/1 in atomic ratio. The solution was added and stirred for 5 minutes to prepare a palladium-supported silica dispersion. After stirring, the palladium-supported silica dispersion was allowed to stand for 24 hours. Then, it was dried at 110 ° C., and then reduced by holding at 800 ° C. for 1 hour under normal pressure H 2 gas flow. Immediately after the completion of the reduction, the flowing gas was switched to Ar gas and allowed to cool to room temperature to obtain Pd 3 Bi-supported silica 2 (Pd 3 Bi / SiO 2 (2)).
  • Pd 3 In-supported silica was prepared by a sequential impregnation method. To explain the specific preparation method, an aqueous solution prepared by dissolving indium nitrate n-hydrate in the palladium-supported silica prepared by the above method so that the supported amount of palladium and indium is 3/1 in atomic ratio. was added and stirred for 5 minutes to prepare a palladium-supported silica dispersion. After stirring, the palladium-supported silica dispersion was allowed to stand for 24 hours. Then, it was dried at 110 ° C., and then reduced by holding at 800 ° C. for 1 hour under normal pressure H 2 gas flow. Immediately after the completion of the reduction, the flowing gas was switched to Ar gas and allowed to cool to room temperature to obtain Pd 3 In-supported silica (Pd 3 In / SiO 2).
  • Pd 3 Sn-supported silica was prepared by the sequential impregnation method.
  • ethanol in which tin chloride dihydrate is dissolved in palladium-supported silica prepared by the above method so that the amount of palladium and tin supported is 3/1 in atomic ratio.
  • the solution was added and stirred for 5 minutes to prepare a palladium-supported silica dispersion.
  • the palladium-supported silica dispersion was allowed to stand for 24 hours. Then, it was dried at 110 ° C., and then reduced by holding at 800 ° C. for 1 hour under normal pressure H 2 gas flow.
  • the flowing gas was switched to Ar gas and allowed to cool to room temperature to obtain Pd 3 Sn-supported silica (Pd 3 Sn / SiO 2).
  • Pd 3 Pb-supported silica was prepared by the sequential impregnation method. To explain the specific preparation method, an aqueous solution in which lead nitrate is dissolved is added to the palladium-supported silica prepared by the above method so that the supported amount of palladium and lead is 3/1 in atomic ratio. A palladium-supported silica dispersion was prepared by stirring for 5 minutes. After stirring, the palladium-supported silica dispersion was allowed to stand for 24 hours. Then, it was dried at 110 ° C., and then reduced by holding at 800 ° C. for 1 hour under normal pressure H 2 gas flow. Immediately after the completion of the reduction, the flowing gas was switched to Ar gas and allowed to cool to room temperature to obtain Pd 3 Pb-supported silica (Pd 3 Pb / SiO 2).
  • Pd-Pb solid solution alloy-supported silica was prepared by a sequential impregnation method. To explain the specific preparation method, an aqueous solution in which lead nitrate is dissolved is added to the palladium-supported silica prepared by the above method so that the supported amount of palladium and lead is 3/1 in atomic ratio. A palladium-supported silica dispersion was prepared by stirring for 5 minutes. After stirring, the palladium-supported silica dispersion was allowed to stand for 24 hours. Then, it was dried at 110 ° C., and then reduced by holding at 600 ° C. for 1 hour under normal pressure H 2 gas flow. Immediately after the completion of the reduction, the flowing gas was switched to Ar gas and allowed to cool to room temperature to obtain Pd—Pb solid solution alloy-supported silica (Pd—Pb / SiO 2).
  • the XRD analysis results of each catalyst were as follows. [Analysis result (Pd / SiO 2 )] The X-ray diffraction angle (2 ⁇ ) of the (111) plane of Pd / SiO 2 was 40.0 deg. [Analysis result (Pd 3 Bi / SiO 2 )] The X-ray diffraction angle (2 ⁇ ) of the (221) plane of Pd 3 Bi / SiO 2 (1) was 40.8 deg. The catalyst supported on SiO 2 was a specific intermetallic compound containing Pd 3 Bi. The X-ray diffraction angle (2 ⁇ ) of the (221) plane of Pd 3 Bi / SiO 2 (2) was 40.8 deg.
  • the catalyst supported on SiO 2 was a specific intermetallic compound containing Pd 3 Bi.
  • the X-ray diffraction angle (2 ⁇ ) of the (112) plane of Pd 3 In / SiO 2 was 39.2 deg.
  • the catalyst supported on SiO 2 was a specific intermetallic compound containing Pd 3 In.
  • the X-ray diffraction angle (2 ⁇ ) of the (004) plane of Pd 3 Sn / SiO 2 was 39.3 deg.
  • the catalyst supported on SiO 2 was a specific intermetallic compound containing Pd 3 Sn.
  • the X-ray diffraction angle (2 ⁇ ) of the (111) plane of Pd-Bi / SiO 2 (2) obtained by hydrogen reduction at 500 ° C. was 39.1 deg.
  • the catalyst supported on SiO 2 was not a specific intermetallic compound.
  • the X-ray diffraction angle (2 ⁇ ) of the (111) plane of Pd-Bi / SiO 2 (3) obtained by hydrogen reduction at 600 ° C. was 38.6 deg.
  • the catalyst supported on SiO 2 was not a specific intermetallic compound.
  • the X-ray diffraction angle (2 ⁇ ) of the (111) plane of Pd-Bi / SiO 2 (4) obtained by hydrogen reduction at 700 ° C. was 38.5 deg.
  • the catalyst supported on SiO 2 was not a specific intermetallic compound.
  • the X-ray diffraction angle (2 ⁇ ) of the (111) plane of Pd-Pb / SiO 2 was 38.7 deg.
  • the catalyst supported on SiO 2 was not a specific intermetallic compound.
  • reaction test (Reactor) As a reactor, a U-shaped reaction tube made of stainless steel (SUS316) and having an inner diameter of 7.53 mm was prepared. The reaction tube was filled with a SUS316 straight tube and silica wool to support the catalyst bed. For temperature control, a thermocouple was fixed to the immediate side of the electric furnace installed around the reaction tube to form a reactor.
  • SUS316 stainless steel
  • reaction conditions when Pd / SiO 2 is used 0.015 g of Pd / SiO 2 was filled in the reaction tube filled with silica wool, and the reaction was carried out.
  • the reduction pretreatment was carried out by holding at 400 ° C. for 1 hour under normal pressure H 2 gas (40 mL / min) flow. After the pretreatment was completed, the air flow was switched to 25 mL / min Ar gas and allowed to cool. Then, the reactor was heated to 90 ° C. in an electric furnace, and a raw material mixed gas composed of CFO-1214ya, Ar and H 2 was introduced into the reactor.
  • the mixed gas of Ar and H 2 was bubbled on the raw material cooled in the ice bath, and the obtained mixed gas of the raw material was introduced into the reactor.
  • the reaction was carried out under atmospheric pressure and the following conditions.
  • reaction conditions when Pd 3 Bi / SiO 2 is used 0.15 g of Pd 3 Bi / SiO 2 (1) was filled in the reaction tube filled with silica wool, and the reaction was carried out.
  • the reduction pretreatment was carried out by holding at 400 ° C. for 1 hour under normal pressure H 2 gas (40 mL / min) flow. After the pretreatment was completed, the air flow was switched to 25 mL / min Ar gas and allowed to cool. Then, the reactor was heated to 150 ° C. in an electric furnace, and a raw material mixed gas composed of CFO-1214ya, Ar and H 2 was introduced into the reactor.
  • the mixed gas of Ar and H 2 was bubbled on the raw material cooled in the ice bath, and the obtained mixed gas of the raw material was introduced into the reactor.
  • the reaction was carried out under atmospheric pressure and the following conditions.
  • reaction conditions when Pd 3 In / SiO 2 is used 0.15 g of Pd 3 In / SiO 2 was filled in the reaction tube filled with silica wool, and the reaction was carried out.
  • the reduction pretreatment was carried out by holding at 400 ° C. for 1 hour under normal pressure H 2 gas (40 mL / min) flow. After the pretreatment was completed, the air flow was switched to 25 mL / min Ar gas and allowed to cool. Then, the reactor was heated to 90 ° C. in an electric furnace, and a raw material mixed gas composed of CFO-1214ya, Ar and H 2 was introduced into the reactor.
  • the mixed gas of Ar and H 2 was bubbled on the raw material cooled in the ice bath, and the obtained mixed gas of the raw material was introduced into the reactor.
  • the reaction was carried out under atmospheric pressure and the following conditions.
  • reaction conditions when Pd 3 Sn / SiO 2 is used 0.3 g of Pd 3 Sn / SiO 2 was filled in the reaction tube filled with silica wool, and the reaction was carried out.
  • the reduction pretreatment was carried out by holding at 400 ° C. for 1 hour under normal pressure H 2 gas (40 mL / min) flow. After the pretreatment was completed, the air flow was switched to 25 mL / min Ar gas and allowed to cool. Then, the reactor was heated to 150 ° C. in an electric furnace, and a raw material mixed gas composed of CFO-1214ya, Ar and H 2 was introduced into the reactor.
  • the mixed gas of Ar and H 2 was bubbled on the raw material cooled in the ice bath, and the obtained mixed gas of the raw material was introduced into the reactor.
  • the reaction was carried out under atmospheric pressure and the following conditions.
  • reaction conditions when Pd 3 Pb / SiO 2 is used 0.3 g of Pd 3 Pb / SiO 2 was filled in the reaction tube filled with silica wool, and the reaction was carried out.
  • the reduction pretreatment was carried out by holding at 400 ° C. for 1 hour under normal pressure H 2 gas (40 mL / min) flow. After the pretreatment was completed, the air flow was switched to 25 mL / min Ar gas and allowed to cool. Then, the reactor was heated to 150 ° C. in an electric furnace, and a raw material mixed gas composed of CFO-1214ya, Ar and H 2 was introduced into the reactor.
  • the mixed gas of Ar and H 2 was bubbled on the raw material cooled in the ice bath, and the obtained mixed gas of the raw material was introduced into the reactor.
  • the reaction was carried out under atmospheric pressure and the following conditions.
  • reaction conditions when Pd-Bi / SiO 2 is used 0.050 g of Pd-Bi / SiO 2 was filled in the reaction tube filled with silica wool, and the reaction was carried out.
  • the subsequent reaction procedure was the same as above ( reaction conditions when Pd 3 Bi / SiO 2 was used).
  • reaction conditions when Pd-Pb / SiO 2 is used 0.050 g of Pd-Pb / SiO 2 was filled in the reaction tube filled with silica wool, and the reaction was carried out.
  • the subsequent reaction procedure was the same as above ( reaction conditions when Pd 3 Bi / SiO 2 was used).

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Abstract

ハイドロフルオロオレフィンの製造方法は、パラジウム等からなる群より選択される少なくとも1種の第1金属と、第1金属とは異なる第2金属を含む金属間化合物の存在下で、式(I)又は式(II)で表される炭素数が8以下のクロロフルオロオレフィンを水素分子と反応させて、式(I)又は式(II)に含まれる塩素原子のうちの少なくともClで表された塩素原子が水素原子に置換されたハイドロフルオロオレフィンを得るものである。式(I)又は式(II)中、R~R10は水素原子、フッ素原子、塩素原子又はフッ素原子若しくは塩素原子で置換されていてもよいアルキル基を示し、式(I)又は式(II)中に少なくとも1つのフッ素原子を含む。nは、0~5の整数を示す。

Description

ハイドロフルオロオレフィンの製造方法
 本開示は、ハイドロフルオロオレフィンの製造方法に関する。
 クロロフルオロカーボンに含まれる塩素原子を水素原子によって置換して得られるハイドロフルオロカーボンは、冷媒や溶剤として用いられるクロロフルオロカーボンの代替化合物として有用である。
 特に、ハイドロフルオロカーボンの1種であるハイドロフルオロオレフィンは炭素炭素二重結合を分子中に含むため紫外線により分解されやすく、地球温暖化係数の低いことが知られている。そのため、クロロフルオロカーボンの1種であるクロロフルオロオレフィンから、炭素炭素二重結合を維持しながら効率的にハイドロフルオロオレフィンを製造する方法が求められている。
 クロロフルオロオレフィンからハイドロフルオロオレフィンを製造する方法として、担体に担持された触媒の存在下に、特定のクロロフルオロオレフィンを水素と反応させて特定のハイドロフルオロオレフィンを得る方法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1では、パラジウム及び白金からなる群より選ばれる少なくとも1種の白金族元素と、マンガン、銅、アルミニウム、金、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、銀、亜鉛、カドミウム、インジウム、ケイ素、ゲルマニウム、スズ、鉛、ヒ素、アンチモン及びビスマスからなる群より選ばれる少なくとも1種の第2の元素とを含む合金からなる触媒が用いられる。
国際公開第2016/031777号
 特許文献1に記載の方法によれば、クロロフルオロオレフィンからハイドロフルオロオレフィンを製造する際の炭素炭素二重結合の残存率及び塩素原子の水素原子による置換反応の選択率を向上できる。しかしながら、生産性向上の観点において副生成物の低減は十分ではなく、選択率をさらに向上することのできる金属触媒が求められている。
 本開示は上記従来の事情に鑑みてなされたものであり、本開示は、クロロフルオロオレフィンからハイドロフルオロオレフィンを製造する際における、炭素炭素二重結合の残存率及び塩素原子の水素原子による置換反応の選択率に優れるハイドロフルオロオレフィンの製造方法を提供することを目的とする。
 前記課題を達成するための具体的手段は以下の通りである。
  <1> パラジウム、白金、ロジウム、銅及びイリジウムからなる群より選択される少なくとも1種の第1金属と前記第1金属とは異なる第2金属とを含む金属間化合物の存在下で、下記式(I)又は下記式(II)で表される炭素数が8以下のクロロフルオロオレフィンを水素分子と反応させて、下記式(I)又は下記式(II)に含まれる塩素原子のうちの少なくともClで表された塩素原子が水素原子に置換されたハイドロフルオロオレフィンを得るハイドロフルオロオレフィンの製造方法。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
(式(I)中、R~Rは各々独立に、水素原子、フッ素原子、塩素原子又はフッ素原子若しくは塩素原子で置換されていてもよいアルキル基を示し、式(I)中に少なくとも1つのフッ素原子を含む。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
(式(II)中、R~R10は各々独立に、水素原子、フッ素原子、塩素原子又はフッ素原子若しくは塩素原子で置換されていてもよいアルキル基を示し、式(II)中に少なくとも1つのフッ素原子を含む。nは、0~5の整数を示す。)
  <2> 前記金属間化合物に含まれる前記第1金属と前記第2金属とのモル基準の比率(第1金属/第2金属)が、1~5である<1>に記載のハイドロフルオロオレフィンの製造方法。
  <3> 前記金属間化合物に含まれる前記第1金属と前記第2金属とのモル基準の比率(第1金属/第2金属)が、2~4である<2>に記載のハイドロフルオロオレフィンの製造方法。
  <4> 前記金属間化合物が、PdBi、PdIn、PdSn及びPdPbからなる群より選択される少なくとも1種を含む<1>に記載のハイドロフルオロオレフィンの製造方法。
  <5> 前記クロロフルオロオレフィンが、下記式(III)で表される化合物である<1>~<4>のいずれか1項に記載のハイドロフルオロオレフィンの製造方法。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
(式(III)中、Xはフッ素原子又は塩素原子を示し、Yは水素原子、フッ素原子又は塩素原子を示し、Zはフッ素原子又はフッ素原子で置換されていてもよいメチル基を示す。)
  <6> 前記式(III)で表される化合物が、1,1-ジクロロ-2,3,3,3-テトラフルオロプロペン又は1-クロロ-2,3,3,3-テトラフルオロプロペンを含む<5>に記載のハイドロフルオロオレフィンの製造方法。
  <7> 前記金属間化合物が、担体に担持されている<1>~<6>のいずれか1項に記載のハイドロフルオロオレフィンの製造方法。
  <8> 前記担体が、カーボン材料及び酸化物材料の少なくとも1種を含む<7>に記載のハイドロフルオロオレフィンの製造方法。
  <9> 前記金属間化合物の担持量が、前記担体に対して0.1質量%~10質量%である<7>又は<8>に記載のハイドロフルオロオレフィンの製造方法。
  <10> 前記金属間化合物を担持した前記担体が充填された触媒層に、前記クロロフルオロオレフィンと前記水素分子とを導入して気相で反応させる<7>~<9>のいずれか1項に記載のハイドロフルオロオレフィンの製造方法。
  <11> 前記金属間化合物を担持した前記担体の存在下で、前記クロロフルオロオレフィンと前記水素分子とを液相で反応させる<7>~<9>のいずれか1項に記載のハイドロフルオロオレフィンの製造方法。
 本開示によれば、クロロフルオロオレフィンからハイドロフルオロオレフィンを製造する際における、炭素炭素二重結合の残存率及び塩素原子の水素原子による置換反応の選択率に優れるハイドロフルオロオレフィンの製造方法を提供できる。
 以下、本開示を実施するための形態について詳細に説明する。但し、本開示は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本開示を制限するものではない。
 本開示において「~」を用いて示された数値範囲には、「~」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
 本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
[ハイドロフルオロオレフィンの製造方法]
 本開示のハイドロフルオロオレフィンの製造方法は、パラジウム、白金、ロジウム、銅及びイリジウムからなる群より選択される少なくとも1種の第1金属と前記第1金属とは異なる第2金属とを含む金属間化合物(以下、特定金属間化合物と称することがある。)の存在下で、上記式(I)又は上記式(II)で表される炭素数が8以下のクロロフルオロオレフィン(以下、特定クロロフルオロオレフィンと称することがある。)を水素分子(以下、単に「水素」と称することがある。)と反応させて、上記式(I)又は上記式(II)に含まれる塩素原子のうちの少なくともClで表された塩素原子が水素原子に置換されたハイドロフルオロオレフィン(以下、特定ハイドロフルオロオレフィンと称することがある。)を得る方法である。
 本開示のハイドロフルオロオレフィンの製造方法によれば、クロロフルオロオレフィンからハイドロフルオロオレフィンを製造する際における、炭素炭素二重結合の残存率及び塩素原子の水素原子による置換反応の選択率に優れる。
 金属触媒として知られる合金触媒は、金属の組み合わせの自由度が高く、望ましい金属の組み合わせ及び金属の配合比を選択しやすい。その一方、金属原子の混合状態が不規則になりやすく、最適な触媒構造を工業的に得ることが難しい場合がある。合金触媒が第1金属(A)と第2金属(B)とで構成される場合、合金触媒はAB(xは所定範囲で可変)で表される。
 一方、本開示で触媒として用いられる金属間化合物は、パラジウム、白金、ロジウム、銅及びイリジウムからなる群より選択される少なくとも1種の第1金属と、第1金属とは異なる第2金属とを含む。金属間化合物とは、2種類以上の金属元素が簡単な整数比で結合してできた化合物をいう。金属間化合物が第1金属(A)と第2金属(B)とで構成される場合、金属間化合物はA(n及びmは整数)で表される。
 金属間化合物は、同一の金属元素同士が固まって島構造を形成するバイメタリック触媒又は2種類の金属元素がランダムに混在している通常の合金触媒とは異なり、原子レベルで金属原子が規則的に配列している。そのため、パラジウム等の第1金属が第2金属の影響を均一に受け、炭素炭素二重結合の残存率及び塩素原子の水素原子による置換反応の選択率を向上させることができると考えられる。
 以下、本開示のハイドロフルオロオレフィンの製造方法に用いられる特定金属間化合物及び特定クロロフルオロオレフィン、反応生成物である特定ハイドロフルオロオレフィン、並びに、反応条件等について詳細に説明する。
<特定金属間化合物>
 本開示で用いられる特定金属間化合物は、パラジウム、白金、ロジウム、銅及びイリジウムからなる群より選択される少なくとも1種の第1金属と、第1金属とは異なる第2金属とを含むものであれば特に限定されない。
 特定金属間化合物に含まれる第1金属としては、パラジウム、白金、ロジウム及びイリジウムが好ましく、パラジウムがより好ましい。
 特定金属間化合物に含まれる第2金属は、第1金属とは異なる金属であり、第1金属との間で金属間化合物を形成可能な金属が適宜選択される。第2金属としては、6族、7族、8族、11族、12族、13族、14族及び15族の金属が挙げられる。具体的には、ビスマス、インジウム、スズ、鉛、鉄、ガリウム、ゲルマニウム、亜鉛、アンチモン等が挙げられる。
 第1金属の過剰な水素還元活性を低減して目的物のハイドロフルオロオレフィンを高い選択率で合成することを可能とする観点から、上述の第2金属の中でも、スズ、ビスマス、鉛及びインジウムからなる群より選ばれる少なくとも1種が好ましい。
 なお、特定クロロフルオロオレフィンの水素原子による置換反応では、塩素原子の水素原子による置換反応だけでなく、炭素炭素二重結合への水添反応も進行する。本開示においては、第一金属の過剰な水素還元活性により引き起こされる炭素炭素二重結合への水添反応やフッ素原子の水素原子による置換反応を過還元反応と定義し、過還元反応による生成物を過還元体と表記する。
 特定金属間化合物は、二元性化合物、即ち2つの種類の金属を含む金属間化合物であってもよく、三元性又はそれ以上の多元性の金属間化合物であってもよい。特定金属間化合物が三元性又は多元性の金属間化合物である場合、第1金属として2種類以上の金属元素を含んでもよく、第2金属として2種類以上の金属元素を含んでもよい。
 特定金属間化合物は、1種類の第1金属と1種類の第2金属とを含む二元性化合物であることが好ましい。
 特定金属間化合物に含まれる第1金属と第2金属とのモル基準の比率(第1金属/第2金属)は、第1金属と第2金属との間で金属間化合物の形成可能な比率であれば特に限定されるものではなく、1~5であることが好ましく、2~4であることがより好ましく、3であることがさらに好ましい。
 特定金属間化合物には、空孔、間隙、アンチサイト欠陥、不純物原子による置換等の欠陥が含まれていてもよい。また、特定金属間化合物に含まれる第1金属及び第2金属の全てが金属間化合物を形成していてもよいし、第1金属及び第2金属の一部が固溶体等の金属間化合物以外の組織状態を示してもよい。
 金属間化合物と固溶体等の金属間化合物以外の組織状態の両方が共存する場合、X線回折法による構造解析にて得られた回折ピークのうち、回折強度が最も強いピークが金属間化合物に帰属される物質を、金属間化合物とする。
 触媒として用いられる金属成分が金属間化合物であるか否かは、X線回折法(XRD)により確認できる。XRD回折ピークより面指数を読み取ることで、金属成分の構造を同定できる。
 例えば、株式会社リガクの全自動多目的X線回折装置(SmartLab)を用いて測定できる。分析条件及びX線源は、以下のとおりである。
測定範囲(2θ):20deg~60deg
走査速度:0.3deg/分
X線源:CuKα線(波長:1.54Å)
 金属間化合物に含まれる金属元素の種類及びその比率は、例えば、ICP発光分光分析装置(Inductivity coupled plasma optical emission spectrometer:ICP-OES)や蛍光X線分析装置(X-ray fluorescence:XRF)等の手法を用いて決定できる。
 特定金属間化合物の具体例としては、例えば、PdBi、PdIn、PdSn、PdPb、PtBi、PtIn、PtSn、PtPb、RhBi、RhIn、RhSn、RhPb、IrBi及びCuSnが挙げられる。これらの中でも、PdBi、PdIn、PdSn及びPdPbからなる群より選択される少なくとも1種が好ましく、PdBiがより好ましい。
 特定金属間化合物は、担体に担持されたものであってもよいし、非担持の状態であってもよい。担体を用いることにより、特定金属間化合物を容易に分散させることができるため好ましい。本開示においては、特定金属間化合物等の触媒が担持された担体を触媒担持担体と記すことがある。
 特定金属間化合物が担体に担持されたものである場合、担体としては、活性炭、カーボンブラック、カーボンファイバー等のカーボン材料;及びアルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物等の酸化物材料;の少なくとも1種が挙げられ、活性炭、カーボンブラック、カーボンファイバー、アルミナ、シリカ、チタニア及びジルコニアからなる群より選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。これらの中でも、比表面積が大きく、触媒を担持させやすいことから、活性炭、アルミナ、シリカ、ジルコニアがより好ましく、過還元体の副生をより抑制できる点から、活性炭がさらに好ましい。
 活性炭としては、例えば、木材、木炭、ヤシ殻等の果実殻、泥炭、亜炭、石炭等から調製した活性炭が挙げられる。活性炭の形態としては、長さ2mm~7mm程度の成形炭の集合物、4メッシュ~50メッシュ程度の破砕炭、粒状炭等が挙げられる。これらの中でも、成形炭の集合物、又は4メッシュ~30メッシュの破砕炭が好ましい。
 アルミナとしては、α-アルミナ、γ-アルミナ、θ-アルミナ等の結晶状態の異なるものが挙げられる。結晶状態は特に制限されるものではなく、比表面積の大きなγ-アルミナから、高結晶性で比表面積の小さいα-アルミナまで幅広く使用できる。アルミナの形状については、必ずしも制限されないが、反応器に充填するときの充填性、反応ガスの流通性等が良好であることから、球状又はペレット状に成形されたものが好ましい。
 ジルコニアとしては、単斜晶、正方晶、立方晶、準安定正方晶などの結晶状態の異なる様々な結晶形のものや、非晶質状態の水和酸化ジルコニウムなどが挙げられるが、結晶状態は特に制限されるものではなく、いずれのジルコニアでも幅広く使用できる。ジルコニアの形状については、必ずしも制限されないが、反応器に充填するときの充填性、反応ガスの流通性等が良好であることから、球状又はペレット状に成形されたものが好ましい。
 金属間化合物の担持量は、担体に対して0.1質量%~10質量%が好ましく、0.5質量%~6質量%がより好ましい。担持量が0.1質量%以上であれば、特定クロロフルオロオレフィンと水素の転化率が向上する傾向にある。一方、担持量が10質量%以下であれば、反応熱による触媒層の過剰な温度上昇を抑制して、過還元体の副生を抑制しやすくなる傾向にある。
 担体の比表面積は、10m/g~2000m/gが好ましく、100m/g~1500m/gがより好ましい。担体の比表面積が10m/g以上であれば、特定クロロフルオロオレフィンと水素の転化率がより向上し、一方、2000m/g以下であれば、過還元体の副生をより抑制しやすくなる。
 触媒担持担体の製造方法は特に限定されるものではなく、公知の方法により製造できる。触媒担持担体は、共含浸法又は逐次含浸法により製造されたものが好ましい。
 共含浸法は、第1金属の金属塩と第2金属の金属塩とを含む金属塩混合溶液を担体に接触させ、担体の表面に第1金属の金属塩と第2金属の金属塩とを吸着させ、含浸させた担体を乾燥させた後、水素雰囲気中において担体を加熱処理して第1金属と第2金属とを含む特定金属間化合物を担体表面に担持させる方法である。
 逐次含浸法は、第1金属の金属塩を含む金属塩溶液を担体に接触させ、担体の表面に第1金属の金属塩を吸着させ、含浸させた担体を乾燥させた後、水素雰囲気中において担体を加熱処理して第1金属を担体に担持させる。次いで、第2金属の金属塩を含む金属塩溶液を担体に接触させ、担体の表面に第2金属の金属塩を吸着させ、含浸させた担体を乾燥させた後、水素雰囲気中において担体を加熱処理して第1金属と第2金属とを含む特定金属間化合物を担体表面に担持させる方法である。逐次含浸法では、第2金属の金属塩を担体に担持させた後に第1金属の金属塩を担体に担持させてから加熱処理を施してもよい。
 共含浸法又は逐次含浸法における、特定金属間化合物を担体表面に担持させるための加熱温度は、700℃超が好ましく、750℃以上がより好ましい。加熱温度が700℃以下であると、金属間化合物が形成されにくくなる。
 担体に担持されていない特定金属間化合物を触媒に使用する場合、特定金属間化合物の製造方法は特に限定されず、溶解法等により製造されてもよい。溶解法は、金属間化合物を形成するのに適した量の第1金属及び第2金属を溶解して金属間化合物を製造する方法である。溶解法に付される金属元素の混合物中には、金属間化合物中の金属元素のモル比に対応するモル比で第1金属及び第2金属が存在する。金属の溶解は、アルゴン、窒素等の不活性ガス雰囲気下で実施できる。得られた金属間化合物は、必要に応じて粉砕することで、所望の粒径にできる。粉砕方法は特に限定されるものではなく、アルゴン等の不活性雰囲気下においてボールミル、スイングミル、遊星ミル等を用いて粉砕できる。
<特定クロロフルオロオレフィン及び特定ハイドロフルオロオレフィン>
 本開示のハイドロフルオロオレフィンの製造方法は、特定クロロフルオロオレフィンと水素分子とを反応させて、特定ハイドロフルオロオレフィンを製造する方法である。
 以下、原料である特定クロロフルオロオレフィン及び反応生成物である特定ハイドロフルオロオレフィンについて説明する。
 なお、反応生成物である特定ハイドロフルオロオレフィンには、塩素原子が含まれていてもよいし、含まれていなくともよい。但し、特定ハイドロフルオロオレフィンに含まれる塩素原子の数は、特定クロロフルオロオレフィンに含まれる塩素原子の数よりも少ない。
 下記式(I)で表されるクロロフルオロオレフィンは、分子中に炭素炭素二重結合を一つ含む。一般式(I)で表されるクロロフルオロオレフィンは、α-オレフィンであることが好ましい。すなわち、R、R及びRのいずれもが、それぞれ水素原子、フッ素原子、若しくは塩素原子であるか、又は、R、R若しくはRのいずれか1つがフッ素原子若しくは塩素原子で置換されていてもよいアルキル基であり残りがそれぞれ水素原子、フッ素原子、若しくは塩素原子であることが好ましい。下記一般式(I)で表されるクロロフルオロオレフィンの炭素数は、7以下が好ましく、6以下がより好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
 式(I)中、R~Rは各々独立に、水素原子、フッ素原子、塩素原子又はフッ素原子若しくは塩素原子で置換されていてもよいアルキル基を示し、式(I)中に少なくとも1つのフッ素原子を含む。
 式(I)において、R~Rで示されるアルキル基の炭素数は、6以下が好ましく、5以下がより好ましく、4以下がさらに好ましい。
 R~Rで示されるアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、t-ブチル基、s-ブチル基、n-ペンチル基、n-ヘキシル基等が挙げられる。
 R~Rで示されるアルキル基を構成する水素原子の少なくとも一部は、フッ素原子又は塩素原子で置換されていてもよい。R~Rで示されるアルキル基における、フッ素原子又は塩素原子で置換される水素原子の位置は、特に限定されるものではない。
 式(I)で表されるクロロフルオロオレフィンを原料として用いた場合、本開示のハイドロフルオロオレフィンの製造方法によれば、式(I)に含まれる塩素原子のうちの少なくともClで表された塩素原子が水素原子に置換されたハイドロフルオロオレフィンが製造される。式(I)で表されるクロロフルオロオレフィンが式(I)においてClで表される塩素原子以外の塩素原子(以下、その他の塩素原子と称することがある。)を含む場合、式(I)に含まれる塩素原子のうちのClで表された塩素原子のみが水素原子に置換されたハイドロフルオロオレフィンが製造されてもよいし、式(I)に含まれる塩素原子のうちのClで表された塩素原子及びその他の塩素原子が水素原子に置換されたハイドロフルオロオレフィンが製造されてもよい。
 下記式(II)で表されるクロロフルオロオレフィンは、分子中に炭素炭素二重結合を一つ含む。一般式(II)で表されるクロロフルオロオレフィンは、α-オレフィンであることが好ましい。すなわちR、R及びRのいずれもが、それぞれ水素原子、フッ素原子、又は塩素原子であることが好ましい。下記一般式(II)で表されるクロロフルオロオレフィンの炭素数は、7以下が好ましく、6以下がより好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
 式(II)中、R~R10は各々独立に、水素原子、フッ素原子、塩素原子又はフッ素原子若しくは塩素原子で置換されていてもよいアルキル基を示し、式(II)中に少なくとも1つのフッ素原子を含む。nは、0~5の整数を示す。
 式(II)においてR~R10で示されるアルキル基の具体例等は、式(I)においてR~Rで示されるアルキル基の場合と同様である。ただし、式(II)において、R~R10で示されるアルキル基の炭素数は、5以下が好ましく、4以下がより好ましく、3以下がさらに好ましい。
 式(II)で表されるクロロフルオロオレフィンを原料として用いた場合、本開示のハイドロフルオロオレフィンの製造方法によれば、式(II)に含まれる塩素原子のうちの少なくともClで表された塩素原子が水素原子に置換されたハイドロフルオロオレフィンが製造される。式(II)で表されるクロロフルオロオレフィンが式(II)においてClで表される塩素原子以外のその他の塩素原子を含む場合、式(II)に含まれる塩素原子のうちのClで表された塩素原子のみが水素原子に置換されたハイドロフルオロオレフィンが製造されてもよいし、式(II)に含まれる塩素原子のうちのClで表された塩素原子及びその他の塩素原子が水素原子に置換されたハイドロフルオロオレフィンが製造されてもよい。
 特定クロロフルオロオレフィンは、下記式(III)で表される化合物であることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
 式(III)中、Xはフッ素原子又は塩素原子を示し、Yは水素原子、フッ素原子又は塩素原子を示し、Zはフッ素原子又はフッ素原子で置換されていてもよいメチル基を示す。
 式(III)で表される特定クロロフルオロオレフィンから製造される特定ハイドロフルオロオレフィンは、下記式(IV)で表される化合物である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
 式(IV)において、式(III)のXがフッ素原子の場合X’はフッ素原子であり、式(III)のXが塩素原子の場合X’は塩素原子又は水素原子であり、式(III)のYがフッ素原子の場合Y’はフッ素原子であり、式(III)のYが塩素原子の場合Y’は塩素原子又は水素原子であり、式(III)のYが水素原子の場合Y’は水素原子であり、Zは式(III)のZと同じである。
 式(III)で表される化合物としては、生成物が高冷却効率であり地球環境に優しい代替冷媒として期待されている点から、クロロトリフルオロエチレン、1,2-ジクロロ-1,2-ジフルオロエチレン、1,2-ジクロロ-1,3,3,3-テトラフルオロプロペン(CFCCl=CFCl)、1,1,2-トリクロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(CFCCl=CCl)、1,1-ジクロロ-2,3,3-トリフルオロプロペン(CHFCF=CCl)、1,1-ジクロロ-2,3,3,3-テトラフルオロプロペン(CFCF=CCl)(以下、「CFO-1214ya」とも称する。)、1-クロロ-2,3,3,3-テトラフルオロプロペン(CFCF=CHCl)(以下、「HCFO-1224yd」とも称する。)が好ましく、CFO-1214ya又はHCFO-1224ydがより好ましい。また、CFO-1214yaとHCFO-1224ydとの混合物も好ましい。
 例えば、原料の特定クロロフルオロオレフィンがクロロトリフルオロエチレンの場合、下記式(A)で表される反応により得られるトリフルオロエチレンが、特定ハイドロフルオロオレフィンとして反応生成物に含まれる。
 CFCl=CF+H → CHF=CF+HCl ・・・(A)
 原料の特定クロロフルオロオレフィンが1,2-ジクロロ-1,2-ジフルオロエチレンの場合、下記式(B)で表される反応により得られる1,2-ジフルオロエチレンが、特定ハイドロフルオロオレフィンとして反応生成物に含まれる。なお、特定クロロフルオロオレフィン及び特定ハイドロフルオロオレフィンがシス-トランス異性体(幾何異性体)を含む場合、下記化学式では、シス体及びトランス体の区別は示さないこととする。
 CFCl=CFCl+2H → CHF=CHF+2HCl ・・・(B)
 原料の特定クロロフルオロオレフィンが1,2-ジクロロ-1,3,3,3-テトラフルオロプロペンの場合、下記式(C)で表される反応により得られる1,3,3,3-テトラフルオロプロペンが、特定ハイドロフルオロオレフィンとして反応生成物に含まれる。
 CFCCl=CFCl+2H → CFCH=CHF+2HCl ・・・(C)
 原料の特定クロロフルオロオレフィンが1,1,2-トリクロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンの場合、下記式(D)で表される反応により得られる1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンが、特定ハイドロフルオロオレフィンとして反応生成物に含まれる。
 CFCCl=CCl+2H → CFCH=CHCl+2HCl ・・・(D)
 原料の特定クロロフルオロオレフィンが1,1-ジクロロ-2,3,3-トリフルオロプロペンの場合、下記式(E)で表される反応により得られる1-クロロ-2,3,3-トリフルオロプロペンが、特定ハイドロフルオロオレフィンとして反応生成物に含まれる。
 CHFCF=CCl+H → CHFCF=CHCl+HCl ・・・(E)
 原料の特定クロロフルオロオレフィンがCFO-1214yaの場合、下記式(F)で表される反応により得られるHCFO-1224ydが、特定ハイドロフルオロオレフィンとして反応生成物に含まれる。
 CFCF=CCl+H → CFCF=CHCl+HCl ・・・(F)
 原料の特定クロロフルオロオレフィンがHCFO-1224ydの場合、下記式(G)で表される反応により得られる2,3,3,3-テトラフルオロ-1-プロペン(HFO-1234yf)が、特定ハイドロフルオロオレフィンとして反応生成物に含まれる。
 CFCF=CHCl+H → CFCF=CH+HCl ・・・(G)
 また、本開示のハイドロフルオロオレフィンの製造方法により製造されるハイドロフルオロオレフィンは、塩素原子から水素原子への置換位置が異なる2種類以上のハイドロフルオロオレフィンの混合物であってもよい。ハイドロフルオロオレフィンが混合物である場合、目的の反応生成物と中間生成物との混合物であってもよい。
 塩素原子の水素原子による置換反応は、上述の金属間化合物を用いていれば、気相で行ってもよく、液相で行ってもよい。
 反応方法は、下記の方法(α)又は方法(β)が挙げられ、方法(α)が好ましい。
方法(α):金属間化合物の存在下に、特定クロロフルオロオレフィンと水素とを気相で反応させる方法。
方法(β):金属間化合物の存在下に、特定クロロフルオロオレフィンと水素とを液相で反応させる方法。
<方法(α)>
 方法(α)としては、例えば、触媒担持担体が充填された反応器に、特定クロロフルオロオレフィンと水素とを導入して気相で反応させる方法が挙げられる。該方法の具体例としては、該反応器に特定クロロフルオロオレフィンガスと水素ガスとを含むガス(以下、「原料混合ガス」とも称する。)を導入して反応させる方法が挙げられる。
 触媒層は、上述の触媒担持担体を反応器に充填することにより得られる。触媒担持担体の充填密度は、0.3g/cm~1g/cmが好ましく、0.4g/cm~0.8g/cmがより好ましい。充填密度が0.3g/cm以上であれば、単位容積あたりの触媒担持担体の充填量が多く、反応させるガス量を多くできるため生産性が向上する。一方、充填密度が1g/cm以下であれば、後述する触媒層の温度が上昇しすぎることを防ぐことができ、後述する触媒層の最高温度を所望の温度以下に維持しやすい。
 反応器としては、触媒担持担体が固体で、反応流体が気体の気固不均一系触媒反応に使用される代表的な流通式反応器を用いることができる。このような流通式反応器としては、固定床反応器又は流動床反応器に大別される。固定床反応器では、反応流体の圧力損失を少なくするため、触媒担持担体の各種成型体が充填される。また、固定床反応器と同様に触媒担持担体を充填し、その重力により移動させ、反応器の下から触媒担持担体を抜き出して再生したりする方式を移動床という。
 流動床反応器では、反応流体によって触媒層があたかも流体のような特性を示すような操作を行うため、触媒担持担体粒子は、反応流体中に懸濁され反応器内を移動する。
 本開示では、固定床反応器及び流動床反応器のいずれも使用でき、担体の形状の選択肢が広く、担体の摩耗が抑制できる固定床反応器が好ましい。固定床反応器としては、管型反応器と槽型反応器があり、反応温度の制御しやすさから管型反応器が好ましく用いることができる。さらに、管径の小さい反応管を多数並列に配置し、外側に熱媒体を循環させる多管熱交換式反応などが採用できる。なお、反応器を複数直列に設ける場合、複数の触媒層が設けられることになる。
 触媒層は、少なくとも一段あればよく、二段以上あってもよい。
 触媒層中の反応温度が下がると、原料の転化率が低下する。そのため、高い転化率を維持できるよう、触媒層中の反応温度を所望の温度に保つことが好ましい。触媒層中の反応温度を所望の温度に保つには、例えば、触媒層を熱媒等で外部から加熱する方法が挙げられる。
 特定クロロフルオロオレフィンと水素とは、通常、触媒層の一部の領域(以下、「反応域」という。)で反応する。触媒層中の反応温度を所望の温度に保つ場合、通常、触媒層のうち反応域の上流側の温度を加熱により維持する。本開示では、この加熱により維持する反応域の上流側の温度を「触媒層の温度」という。
触媒層の温度は、反応を効果的に進行させる観点から、30℃以上が好ましく、35℃以上がより好ましく、40℃以上がさらに好ましい。また、過還元体の副生を抑制する点から、350℃以下が好ましく、300℃以下がより好ましく、250℃以下がさらに好ましく、200℃以下が特に好ましい。
 触媒は、通常、反応の進行に伴い経時的に劣化する。反応域は、反応開始当初、原料混合ガスの導入部から始まる。原料混合ガスの導入部の触媒が反応の進行に伴い経時的に劣化すると、反応域は、ガスの流れ方向の下流側に移動することになる。
 反応域の下流側近傍には、反応域で生成した温度の高い生成ガスが流れこむため、該下流側近傍は、通常、触媒層の中でも最も高温になっている。本開示では、この最も高温になっている触媒層の領域の温度を「触媒層の最高温度」という。該下流側近傍からさらに下流側の温度は、通常、反応域から離れるにつれ、触媒層の最高温度から低くなっている。
 触媒層の最高温度の測定法としては、例えば、挿し込み型の温度計を使用した測定法が挙げられる。上述したとおり、反応域は経時的にガスの流れ方向の下流側に移動するため、触媒層の最高温度を示す領域も該反応域の移動と共に移動する。したがって、予め挿し込み型の温度計の計測部を触媒層のガス導入部に配置させておき、反応開始後、反応の進行と共に該計測部をガスの流れ方向の下流側に移動させることで、触媒層の最高温度を測定できる。
 なお、本開示において「ガス導入部」とは、触媒層の原料混合ガスを導入する箇所を意味する。
 触媒層の最高温度を所望の温度に抑える方法としては、触媒層に水素を分割して導入する方法(方法(α1))が挙げられる。方法(α1)は、触媒層の最高温度を所望の温度以下に制御しつつ、生産性を高く維持しやすい。
 方法(α1)において、水素の導入箇所の数は特に限定されず、2箇所であってもよく、3箇所以上であってもよい。水素の導入箇所の数が2箇所の場合としては、原料混合ガス中に含まれる水素を導入するガス導入部からの1箇所と、水素ガスのみを導入する箇所(以下、「水素導入部」という。)の1箇所の合計2箇所を設ける場合が挙げられる。
 プロセスを簡略化できる観点からは、2箇所が好ましい。特定クロロフルオロオレフィンの導入量を変化させずに触媒層における反応域を分散でき、反応熱の発生が1箇所に集中することを防ぐことができ、そのため生産性を低下させずに、触媒層の局所的な過剰発熱を抑制できる観点からは、3箇所以上が好ましい。
 水素を分割して導入する場合の水素を分割する割合は、反応域を分散させ、触媒層の最高温度を低く維持しやすい点からは、水素を各箇所に均等に分割して導入するのが好ましい。
 水素導入部を設ける場合の方法としては、触媒層に導入する水素の一部と特定クロロフルオロオレフィンの全量との混合ガスを原料混合ガスとして触媒層のガス導入部(ガスの流れ方向の最上流側に位置する。)から導入し、残余の水素をガス導入部の下流にある1箇所以上の水素導入部から導入する方法(α1-1)が挙げられる。これにより、上流から流れてきたガス(通常は、特定クロロフルオロオレフィンの一部が水素と反応した後の生成ガス)に、水素導入部からさらに水素が導入され、該水素が該水素導入部から下流側で未反応の特定クロロフルオロオレフィンと反応する。特定クロロフルオロオレフィンと水素とが充分に反応した生成ガスは、触媒層のガスの流れ方向の最下流側に位置するガス排出部から排出される。
 方法(α1-1)において、ガス導入部と最初の水素導入部との間で、原料混合ガス中の水素の少なくとも一部が、特定クロロフルオロオレフィンと反応していることが好ましい。また、ガスの流れ方向の最下流側の水素導入部は、該水素導入部とガス排出部との間の触媒層で、該水素導入部から導入された水素と未反応の特定クロロフルオロオレフィンとを充分に反応させることができる位置に設けられることが好ましい。
 反応器内に2つ以上の触媒層を連続して設ける場合、水素を導入する方法としては、例えば、一部の水素を特定クロロフルオロオレフィンと共に最初の触媒層のガス導入部から導入し、残部の水素を2段目以降の触媒層の水素充填部から導入する方法が挙げられる。
 方法(α1)以外の触媒層の最高温度を所望の温度に抑える方法としては、特定クロロフルオロオレフィン及び水素と共に触媒層に不活性ガスを流通させる方法(方法(α2))が挙げられる。不活性ガスを流通させ、触媒層中を流通する特定クロロフルオロオレフィン及び水素の濃度を調節することで、反応熱による触媒層の過剰な温度上昇を抑制できる。また、不活性ガス以外の希釈ガスを不活性ガスの代わりに又は不活性ガスとともに使用することもできる。
 不活性ガスとしては、窒素ガス、希ガス、水素化反応に不活性なフロン類等が挙げられる。不活性ガス以外の希釈ガスとしては塩化水素等が挙げられる。
 触媒層への不活性ガスの導入量は、触媒層の最高温度を低く維持しやすく、過還元体の副生を抑制しやすい点、及び触媒の劣化を抑制しやすい点から、特定クロロフルオロオレフィン1モルに対して、0.1モル以上が好ましく、0.5モル以上がより好ましい。また、不活性ガスの導入量は、該不活性ガスの回収率の点から、特定クロロフルオロオレフィン1モルに対して、10モル以下が好ましく、4モル以下がより好ましい。
 方法(α1)及び方法(α2)以外の触媒層の最高温度を所望の温度に抑える方法としては、反応器を加熱する熱媒温度を、原料混合ガスの露点を下限として、より低い温度とする方法(方法(α3))が挙げられる。熱媒の温度を低く保つことで、反応熱のより迅速な除熱が可能となり、触媒層の過剰な温度上昇を抑制できる。
 方法(α3)においては、触媒層の温度は、低い温度であるほど特定ハイドロフルオロオレフィンと分離困難な過還元体の副生を抑制するのに有利である。
 触媒層の最高温度を所望の温度に抑える方法は、方法(α1)、方法(α2)若しくは方法(α3)、又はこれらの方法のうち2つ若しくは3つを併用することが好ましい。
 反応圧力は、取り扱い性の点から、常圧が好ましい。
 特定クロロフルオロオレフィンガスの触媒との接触時間は、0.5秒~60秒が好ましく、1秒~40秒がより好ましい。この接触時間は、反応器に導入されるガス量と触媒層体積から計算される特定クロロフルオロオレフィンガスの接触時間である。
 過還元体の副生を抑制しやすい点から、触媒層に導入する特定クロロフルオロオレフィンと水素の割合は、特定クロロフルオロオレフィン中の塩素原子のモル数と水素の総モル数との比(H/Cl)を0.7以下とすることが好ましく、0.6以下とすることがより好ましく、0.5以下とすることがさらに好ましい。また、比(H/Cl)は、反応生成物の収率の点から、0.1以上が好ましく、0.2以上がより好ましい。
 方法(α)では、触媒層における、下記式(H)で表される特定クロロフルオロオレフィンガスの線速度uが0.1cm/秒~100cm/秒であることが好ましく、1cm/秒~30cm/秒であることがより好ましい。この線速度uは、反応器に導入されるガス量と触媒層体積から計算される特定クロロフルオロオレフィンガスの線速度である。特定クロロフルオロオレフィンガスの線速度uが0.1cm/秒以上であれば、生産性が向上する。特定クロロフルオロオレフィンガスの線速度uが100cm/秒以下であれば、クロロフルオロオレフィンと水素の転化率が向上する。 
 u=(W/100)×V/S ・・・(H)
 ただし、式(H)中、Wは触媒層を流通する全ガス中の特定クロロフルオロオレフィンガスの濃度(モル%)を示し、Vは触媒層を流通する全ガスの流量(cm/秒)を示し、Sは触媒層のガスの流通方向に対する断面積(cm)を示す。
 方法(α)に使用する反応器としては、触媒を充填して触媒層を形成できる公知の反応器が挙げられる。
 反応器の材質としては、例えば、ガラス;鉄、ニッケル、又はこれらを主成分とする合金等が挙げられる。
 反応後の生成ガスには、目的物の特定ハイドロフルオロオレフィンの他に、未反応の原料、中間生成物、及び塩化水素が含まれる。
 生成ガスに含まれる塩化水素は、該生成ガスをアルカリ水溶液に吹き込んで中和することにより除去できる。アルカリ水溶液に使用するアルカリとしては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられる。
 生成ガスからの特定ハイドロフルオロオレフィン及び未反応の特定クロロフルオロオレフィンの分離方法としては、例えば、蒸留等の公知の方法を採用できる。
 反応後の生成ガスから分離したクロロフルオロオレフィンは再利用できる。例えば、分離したHCFO-1224ydは、CFO-1214yaと共に特定クロロフルオロオレフィンとして水素と反応させてもよく、CFO-1214yaとは別にHCFO-1224ydのみで水素と反応させてもよい。
 特定クロロフルオロオレフィンとしてCFO-1214yaとHCFO-1224ydの混合物を使用する場合、HCFO-1224ydは上記CFO-1214yaからHFO-1234yfを得る際の中間生成物であることから、通常、HCFO-1224ydの割合の少ない混合物が使用される。よって、CFO-1214yaとHCFO-1224ydの合計量に対するHCFO-1224ydの割合は50モル%以下が好ましく、25モル%以下がより好ましい。
<方法(β)>
 方法(β)においては、媒体を使用することが好ましい。媒体としては、水、アルコール等の有機溶媒などが挙げられる。
 媒体の使用量は、特定クロロフルオロオレフィン100質量部に対して、10質量部~100質量部が好ましい。
 水素の供給方法としては、触媒担持担体、特定クロロフルオロオレフィン、及び必要に応じて使用する媒体を含む液に水素ガスを吹き込む方法、予め加圧によって水素を溶解させた媒体を触媒担持担体と特定クロロフルオロオレフィンを含む液に添加する方法等が挙げられる。
 方法(β)における特定クロロフルオロオレフィンと水素の反応は、回分式でもよく、連続式でもよい。
 方法(β)における反応温度は、0℃~200℃が好ましい。反応温度が0℃以上であれば、特定クロロフルオロオレフィンと水素の転化率が向上する。反応温度が200℃以下であれば、過還元体の副生を抑制しやすい。
 方法(β)における反応圧力は、ゲージ圧で0.01MPaG~5MPaGが好ましく、0.1MPaG~1MPaGがより好ましい。
 方法(β)における反応時間は、回分式であれば1時間~50時間が好ましく、連続式であれば1秒~60秒が好ましい。
 方法(β)における水素の供給量は、過還元体の副生を抑制しやすい点から、特定クロロフルオロオレフィン中の塩素原子のモル数と供給される水素のモル数との比(H/Cl)を0.7以下とすることが好ましく、0.6以下とすることがより好ましく、0.5以下とすることがさらに好ましい。また、比(H/Cl)は、反応生成物の収率の点から、0.1以上が好ましく、0.2以上がより好ましい。なお、水素の供給量とは、反応液中に溶解した水素量を意味する。
 反応後の反応液には、目的物の特定ハイドロフルオロオレフィンの他に、未反応の原料、中間生成物、及び塩化水素が含まれる。反応液に含まれる塩化水素は、反応液にアルカリを添加して中和することにより除去できる。アルカリとしては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられる。
 アルカリは、反応に使用する反応液に予め添加してもよい。
 反応液からの特定ハイドロフルオロオレフィン及び未反応の特定クロロフルオロオレフィンの分離方法としては、例えば、蒸留等の公知の方法を採用できる。
 反応液から分離した特定クロロフルオロオレフィンは再利用できる。例えば、分離したHCFO-1224ydは、CFO-1214yaと共に、原料の特定クロロフルオロオレフィンとして水素と反応させてもよく、CFO-1214yaと分離してHCFO-1224ydのみで水素と反応させてもよい。
 方法(β)で使用する反応器としては、触媒存在下に反応原料を接触させて液相反応させることができる公知の反応器が挙げられる。
 反応器の材質としては、例えば、ガラス;鉄、ニッケル、又はこれらを主成分とする合金等が挙げられる。
 以下、実施例及び比較例を示して本開示を詳細に説明する。ただし、本開示は下記実施例により限定されるものではない。
<比較例1>
[パラジウム担持シリカの調製]
 パラジウム担持シリカを含浸法で調製した。具体的な調製法について説明すれば、担体としてシリカゲル(富士シリシア化学株式会社、CARiACT G-6(比表面積:470m/g、粒径:75μm~250μm、純度>99%))に、パラジウム担持シリカの100質量部に対してパラジウムの担持量が3質量部となるように硝酸パラジウム水溶液を添加して5分間撹拌してシリカゲル分散液を調製した。撹拌後、シリカゲル分散液を24時間静置した。その後、110℃で乾燥し、130℃で1時間焼成し、続けて400℃で1時間焼成を行った。次いでその試料の一部を常圧の水素(H)ガス流通下にて400℃で1時間保持することにより還元処理した。還元終了後、直ちに流通ガスをアルゴン(Ar)ガスに切り替え室温まで放冷し、パラジウム担持シリカ(Pd/SiO)を得た。
<実施例1>
[PdBi担持シリカ1の調製]
 PdBi担持シリカ1を共含浸法で調製した。具体的な調製法について説明すれば、担体としてシリカゲル(富士シリシア化学株式会社、CARiACT G-6)に、パラジウム及びビスマスを原子比が3/1で含む硝酸パラジウム及び硝酸ビスマス五水和物の硝酸溶液を、PdBi担持シリカ1の100質量部に対してパラジウムの担持量が3質量部となるように添加して、5分間撹拌してシリカゲル分散液を調製した。撹拌後、シリカゲル分散液を24時間静置した。その後、110℃で乾燥し、次いで、常圧のHガス流通下にて800℃で1時間保持することにより還元処理した。還元終了後、直ちに流通ガスをArガスに切り替え室温まで放冷し、PdBi担持シリカ1(PdBi/SiO(1))を得た。
<参考例1>
[PdBi担持シリカ2の調製]
 PdBi担持シリカ2を逐次含浸法で調製した。具体的な調製法について説明すれば、上記の方法で調製したパラジウム担持シリカに、パラジウムとビスマスの担持量が原子比で3/1となるように、硝酸ビスマス五水和物を溶解させた硝酸溶液を添加して5分間撹拌してパラジウム担持シリカ分散液を調製した。撹拌後、パラジウム担持シリカ分散液を24時間静置した。その後、110℃で乾燥し、次いで、常圧のHガス流通下にて800℃で1時間保持することにより還元処理した。還元終了後、直ちに流通ガスをArガスに切り替え室温まで放冷し、PdBi担持シリカ2(PdBi/SiO(2))を得た。
<実施例2>
[PdIn担持シリカの調製]
 PdIn担持シリカを逐次含浸法で調製した。具体的な調製法について説明すれば、上記の方法で調製したパラジウム担持シリカに、パラジウムとインジウムの担持量が原子比で3/1となるように、硝酸インジウムn水和物を溶解させた水溶液を添加して5分間撹拌してパラジウム担持シリカ分散液を調製した。撹拌後、パラジウム担持シリカ分散液を24時間静置した。その後、110℃で乾燥し、次いで、常圧のHガス流通下にて800℃で1時間保持することにより還元処理した。還元終了後、直ちに流通ガスをArガスに切り替え室温まで放冷し、PdIn担持シリカ(PdIn/SiO)を得た。
<実施例3>
[PdSn担持シリカの調製]
 PdSn担持シリカを逐次含浸法で調製した。具体的な調製法について説明すれば、上記の方法で調製したパラジウム担持シリカに、パラジウムとスズの担持量が原子比で3/1となるように、塩化スズ二水和物を溶解させたエタノール溶液を添加して5分間撹拌してパラジウム担持シリカ分散液を調製した。撹拌後、パラジウム担持シリカ分散液を24時間静置した。その後、110℃で乾燥し、次いで、常圧のHガス流通下にて800℃で1時間保持することにより還元処理した。還元終了後、直ちに流通ガスをArガスに切り替え室温まで放冷し、PdSn担持シリカ(PdSn/SiO)を得た。
<実施例4>
[PdPb担持シリカの調製]
 PdPb担持シリカを逐次含浸法で調製した。具体的な調製法について説明すれば、上記の方法で調製したパラジウム担持シリカに、パラジウムと鉛の担持量が原子比で3/1となるように、硝酸鉛を溶解させた水溶液を添加して5分間撹拌してパラジウム担持シリカ分散液を調製した。撹拌後、パラジウム担持シリカ分散液を24時間静置した。その後、110℃で乾燥し、次いで、常圧のHガス流通下にて800℃で1時間保持することにより還元処理した。還元終了後、直ちに流通ガスをArガスに切り替え室温まで放冷し、PdPb担持シリカ(PdPb/SiO)を得た。
<比較例2~5>
[Pd-Bi固溶体合金担持シリカ1~4の調製]
 Pd-Bi固溶体合金担持シリカ1~4を共含浸法で調製した。具体的な調製法について説明すれば、常圧のHガス流通下での還元処理条件を、400℃で1時間(Pd-Bi固溶体合金担持シリカ1(比較例2))、500℃で1時間(Pd-Bi固溶体合金担持シリカ2(比較例3))、600℃で1時間(Pd-Bi固溶体合金担持シリカ3(比較例4))又は700℃で1時間(Pd-Bi固溶体合金担持シリカ4(比較例5))に変更した以外はPdBi担持シリカ1の調製の場合と同様にして、Pd-Bi固溶体合金担持シリカ1~4(Pd-Bi/SiO(1)~(4))を得た。
<比較例6>
[Pd-Pb固溶体合金担持シリカの調製]
 Pd-Pb固溶体合金担持シリカを逐次含浸法で調製した。具体的な調製法について説明すれば、上記の方法で調製したパラジウム担持シリカに、パラジウムと鉛の担持量が原子比で3/1となるように、硝酸鉛を溶解させた水溶液を添加して5分間撹拌してパラジウム担持シリカ分散液を調製した。撹拌後、パラジウム担持シリカ分散液を24時間静置した。その後、110℃で乾燥し、次いで、常圧のHガス流通下にて600℃で1時間保持することにより還元処理した。還元終了後、直ちに流通ガスをArガスに切り替え室温まで放冷し、Pd-Pb固溶体合金担持シリカ(Pd-Pb/SiO)を得た。
[XRD測定]
 触媒担持担体に担持された触媒が金属間化合物であるか否かを、XRDにより確認した。測定は株式会社リガクのSmartLabを使用して通常の粉末X線回折の測定手順に従い、CuKα線(波長:1.54Å)を用いた。測定は、下記条件にて行った。
出力:45kV、200mA
走査速度:0.3deg/分
ステップ角:0.01deg
測定範囲(2θ):20deg~60deg
 各触媒のXRD解析結果は、以下のとおりであった。
[解析結果(Pd/SiO)]
 Pd/SiOの(111)面のX線回折角(2θ)は40.0degであった。
[解析結果(PdBi/SiO)]
 PdBi/SiO(1)の(221)面のX線回折角(2θ)は40.8degであった。SiOに担持された触媒は、PdBiを含む特定金属間化合物であった。
 PdBi/SiO(2)の(221)面のX線回折角(2θ)は40.8degであった。SiOに担持された触媒は、PdBiを含む特定金属間化合物であった。
[解析結果(PdIn/SiO)]
 PdIn/SiOの(112)面のX線回折角(2θ)は39.2degであった。SiOに担持された触媒は、PdInを含む特定金属間化合物であった。
[解析結果(PdSn/SiO)]
 PdSn/SiOの(004)面のX線回折角(2θ)は39.3degであった。SiOに担持された触媒は、PdSnを含む特定金属間化合物であった。
[解析結果(PdPb/SiO)]
 PdPb/SiOの(111)面のX線回折角(2θ)は38.6degであった。SiOに担持された触媒は、PdPbを含む特定金属間化合物であった。
[解析結果(Pd-Bi/SiO)]
 400℃で水素還元することによって得られたPd-Bi/SiO(1)の(111)面のX線回折角(2θ)は39.3degであった。SiOに担持された触媒は、特定金属間化合物ではなかった。
 500℃で水素還元することによって得られたPd-Bi/SiO(2)の(111)面のX線回折角(2θ)は39.1degであった。SiOに担持された触媒は、特定金属間化合物ではなかった。
 600℃で水素還元することによって得られたPd-Bi/SiO(3)の(111)面のX線回折角(2θ)は38.6degであった。SiOに担持された触媒は、特定金属間化合物ではなかった。
 700℃で水素還元することによって得られたPd-Bi/SiO(4)の(111)面のX線回折角(2θ)は38.5degであった。SiOに担持された触媒は、特定金属間化合物ではなかった。
[解析結果(Pd-Pb/SiO)]
 Pd-Pb/SiOの(111)面のX線回折角(2θ)は38.7degであった。SiOに担持された触媒は、特定金属間化合物ではなかった。
[反応試験]
(反応装置)
 反応器として、ステンレス鋼(SUS316)製、内径7.53mmのU字型の反応管を用意した。この反応管には、触媒床を支持するためのSUS316製の直管及びシリカウールを充填した。温度制御のために、反応管の周囲に設置した電気炉のすぐ側に熱電対を固定して反応装置とした。
(Pd/SiOを使用した場合の反応条件)
 Pd/SiOの0.015gを上記反応管のシリカウールを充填した箇所に充填し、反応を実施した。はじめに常圧のHガス(40mL/min)流通下にて400℃で1時間保持することにより還元前処理を行った。前処理終了後、気流を25mL/minのArガスに切り替え放冷した。
 その後、電気炉で反応器を90℃まで加熱し、反応器にCFO-1214yaとArとHからなる原料混合ガスを導入した。なお、原料の導入に関して、氷浴で冷却した原料にArとHの混合ガスをバブリングさせ、得られた原料混合ガスを反応器に導入した。反応は、大気圧及び下記条件にて行った。
・反応ガス組成(体積比):CFO-1214ya:H:Ar=1.0:1.0:3.4
・反応ガス全流量:39mL/min
(PdBi/SiOを使用した場合の反応条件)
 PdBi/SiO(1)の0.15gを上記反応管のシリカウールを充填した箇所に充填し、反応を実施した。はじめに常圧のHガス(40mL/min)流通下にて400℃で1時間保持することにより還元前処理を行った。前処理終了後、気流を25mL/minのArガスに切り替え放冷した。
 その後、電気炉で反応器を150℃まで加熱し、反応器にCFO-1214yaとArとHからなる原料混合ガスを導入した。なお、原料の導入に関して、氷浴で冷却した原料にArとHの混合ガスをバブリングさせ、得られた原料混合ガスを反応器に導入した。反応は、大気圧及び下記条件にて行った。
・反応ガス組成(体積比):CFO-1214ya:H:Ar=1.0:1.0:3.4
・反応ガス全流量:39mL/min
(PdIn/SiOを使用した場合の反応条件)
 PdIn/SiOの0.15gを上記反応管のシリカウールを充填した箇所に充填し、反応を実施した。はじめに常圧のHガス(40mL/min)流通下にて400℃で1時間保持することにより還元前処理を行った。前処理終了後、気流を25mL/minのArガスに切り替え放冷した。
 その後、電気炉で反応器を90℃まで加熱し、反応器にCFO-1214yaとArとHからなる原料混合ガスを導入した。なお、原料の導入に関して、氷浴で冷却した原料にArとHの混合ガスをバブリングさせ、得られた原料混合ガスを反応器に導入した。反応は、大気圧及び下記条件にて行った。
・反応ガス組成(体積比):CFO-1214ya:H:Ar=1.0:1.0:3.4
・反応ガス全流量:39mL/min
(PdSn/SiOを使用した場合の反応条件)
 PdSn/SiOの0.3gを上記反応管のシリカウールを充填した箇所に充填し、反応を実施した。はじめに常圧のHガス(40mL/min)流通下にて400℃で1時間保持することにより還元前処理を行った。前処理終了後、気流を25mL/minのArガスに切り替え放冷した。
 その後、電気炉で反応器を150℃まで加熱し、反応器にCFO-1214yaとArとHからなる原料混合ガスを導入した。なお、原料の導入に関して、氷浴で冷却した原料にArとHの混合ガスをバブリングさせ、得られた原料混合ガスを反応器に導入した。反応は、大気圧及び下記条件にて行った。
・反応ガス組成(体積比):CFO-1214ya:H:Ar=1.0:1.0:3.4
・反応ガス全流量:39mL/min
(PdPb/SiOを使用した場合の反応条件)
 PdPb/SiOの0.3gを上記反応管のシリカウールを充填した箇所に充填し、反応を実施した。はじめに常圧のHガス(40mL/min)流通下にて400℃で1時間保持することにより還元前処理を行った。前処理終了後、気流を25mL/minのArガスに切り替え放冷した。
 その後、電気炉で反応器を150℃まで加熱し、反応器にCFO-1214yaとArとHからなる原料混合ガスを導入した。なお、原料の導入に関して、氷浴で冷却した原料にArとHの混合ガスをバブリングさせ、得られた原料混合ガスを反応器に導入した。反応は、大気圧及び下記条件にて行った。
・反応ガス組成(体積比):CFO-1214ya:H:Ar=1.0:1.0:3.4
・反応ガス全流量:39mL/min
(Pd-Bi/SiOを使用した場合の反応条件)
 Pd-Bi/SiOの0.050gを上記反応管のシリカウールを充填した箇所に充填し、反応を実施した。その後の反応手順は、上記(PdBi/SiOを使用した場合の反応条件)と同様とした。
(Pd-Pb/SiOを使用した場合の反応条件)
 Pd-Pb/SiOの0.050gを上記反応管のシリカウールを充填した箇所に充填し、反応を実施した。その後の反応手順は、上記(PdBi/SiOを使用した場合の反応条件)と同様とした。
(ガス分析条件)
 株式会社島津製作所製GC-14Bを使用して気相反応による生成物の分析を実施した。カラムはAgilent Technologies DB-1301(60m×0.25mm、d.f.=1.00μm)を2本連結させ使用した。
 反応器を通過したガスを連続した2本のトラップに通過させ、シリンジで捕集した。1mol/LのNaOH水溶液40mLをテフロン(登録商標)容器に入れたものをトラップとして25℃で使用した。ガスクロマトグラフを用いて組成の分析を行い、分析結果であるピークの面積から以下の式によりHFO-1234yfの選択率を求めた。
(HFO-1234yf選択率の計算)
 HFO-1234yfの選択率は、下記数式から算出した。
 HFO-1234yfの選択率=100×A1234yf/(ΣA-A-Aya) (%)
ΣA:生成ガスの成分結果における全ピークの総面積
:CFO-1214yaに元々含まれる不純物の面積
ya:CFO-1214yaの面積
1234yf:HFO-1234yfの面積
 なお、各面積はいずれもガスクロマトグラフの分析結果であるピーク面積を使用した。
(有価物選択率の計算)
 有価物選択率=(HFO-1234yf選択率)+(HCFO-1224yd選択率)
 HCFO-1224yd選択率=100×A1224yd/(ΣA-A-Aya) (%)
1224yd:HCFO-1224ydの面積
 なお、HCFO-1224ydの面積はガスクロマトグラフの分析結果であるピーク面積を使用した。
(有価物収率の計算)
 有価物収率=(有価物選択率×CFO-1214ya転化率)/100 (%)
 CFO-1214ya転化率=100-((100×Aya)/(ΣA-A))
(%)
有価物の定義:中間生成物は回収して再反応することで目的物に変換できる(過還元体は変換困難)ことから、目的の反応生成物と中間生成物を有価物とした。
(分析結果)
 CFO-1214yaと水素との反応を行った際の、CFO-1214ya転化率、HCFO-1224yd選択率、HFO-1234yf選択率、有価物選択率及び有価物収率を上述のようにして求めた。結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
 表1から分かるように、第2の元素としてビスマスを有し、担体に担持した金属間化合物触媒を用いることにより、HFO-1234yfの選択率を向上させることができることが分かった。また、HCFO-1224ydを含めた有価物選択率及び有価物収率も良好であることが分かった。
 さらに、第2の元素としてインジウム、スズ又は鉛を有し、担体に担持した金属間化合物触媒を用いることによっても、HFO-1234yfの選択率を向上させることができることが分かった。また、HCFO-1224ydを含めた有価物選択率及び有価物収率も良好であることが分かった。
 2019年9月6日に出願された日本国特許出願2019-163339号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。
 また、本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (11)

  1.  パラジウム、白金、ロジウム、銅及びイリジウムからなる群より選択される少なくとも1種の第1金属と前記第1金属とは異なる第2金属とを含む金属間化合物の存在下で、下記式(I)又は下記式(II)で表される炭素数が8以下のクロロフルオロオレフィンを水素分子と反応させて、下記式(I)又は下記式(II)に含まれる塩素原子のうちの少なくともClで表された塩素原子が水素原子に置換されたハイドロフルオロオレフィンを得るハイドロフルオロオレフィンの製造方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001

    (式(I)中、R~Rは各々独立に、水素原子、フッ素原子、塩素原子又はフッ素原子若しくは塩素原子で置換されていてもよいアルキル基を示し、式(I)中に少なくとも1つのフッ素原子を含む。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002

    (式(II)中、R~R10は各々独立に、水素原子、フッ素原子、塩素原子又はフッ素原子若しくは塩素原子で置換されていてもよいアルキル基を示し、式(II)中に少なくとも1つのフッ素原子を含む。nは、0~5の整数を示す。)
  2.  前記金属間化合物に含まれる前記第1金属と前記第2金属とのモル基準の比率(第1金属/第2金属)が、1~5である請求項1に記載のハイドロフルオロオレフィンの製造方法。
  3.  前記金属間化合物に含まれる前記第1金属と前記第2金属とのモル基準の比率(第1金属/第2金属)が、2~4である請求項2に記載のハイドロフルオロオレフィンの製造方法。
  4.  前記金属間化合物が、PdBi、PdIn、PdSn及びPdPbからなる群より選択される少なくとも1種を含む請求項1に記載のハイドロフルオロオレフィンの製造方法。
  5.  前記クロロフルオロオレフィンが、下記式(III)で表される化合物である請求項1~請求項4のいずれか1項に記載のハイドロフルオロオレフィンの製造方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003

    (式(III)中、Xはフッ素原子又は塩素原子を示し、Yは水素原子、フッ素原子又は塩素原子を示し、Zはフッ素原子又はフッ素原子で置換されていてもよいメチル基を示す。)
  6.  前記式(III)で表される化合物が、1,1-ジクロロ-2,3,3,3-テトラフルオロプロペン又は1-クロロ-2,3,3,3-テトラフルオロプロペンを含む請求項5に記載のハイドロフルオロオレフィンの製造方法。
  7.  前記金属間化合物が、担体に担持されている請求項1~請求項6のいずれか1項に記載のハイドロフルオロオレフィンの製造方法。
  8.  前記担体が、カーボン材料及び酸化物材料の少なくとも1種を含む請求項7に記載のハイドロフルオロオレフィンの製造方法。
  9.  前記金属間化合物の担持量が、前記担体に対して0.1質量%~10質量%である請求項7又は請求項8に記載のハイドロフルオロオレフィンの製造方法。
  10.  前記金属間化合物を担持した前記担体が充填された触媒層に、前記クロロフルオロオレフィンと前記水素分子とを導入して気相で反応させる請求項7~請求項9のいずれか1項に記載のハイドロフルオロオレフィンの製造方法。
  11.  前記金属間化合物を担持した前記担体の存在下で、前記クロロフルオロオレフィンと前記水素分子とを液相で反応させる請求項7~請求項9のいずれか1項に記載のハイドロフルオロオレフィンの製造方法。
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