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2,3,3,3四氟丙烯和1,1二氟乙烯的制造方法.pdf

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  • 文档编号:45448
  • 上传时间:2018-01-18
  • 格式:PDF
  • 页数:18
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  • 摘要
    申请专利号:

    CN201380013615.1

    申请日:

    2013.03.14

    公开号:

    CN104203882A

    公开日:

    2014.12.10

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情:

    授权|||实质审查的生效IPC(主分类):C07C 17/269申请日:20130314|||公开

    IPC分类号:

    C07C17/269; C07C21/18

    主分类号:

    C07C17/269

    申请人:

    旭硝子株式会社

    发明人:

    古田昇二; 竹内优

    地址:

    日本东京

    优先权:

    2012.03.14 JP 2012-057569; 2012.07.31 JP 2012-169498

    专利代理机构:

    上海专利商标事务所有限公司 31100

    代理人:

    胡烨

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    内容摘要

    本发明提供一种通过1次伴随着热分解的反应,以足够高的收率制造作为新制冷剂有用的HFO-1234yf的方法。该方法从成本方面考虑也有利。具体而言,提供一种制造方法,它是一种由含有R22、R40和TFE的原料,通过伴随着热分解的合成反应制造HFO-1234yf和VdF的方法,其特征在于,具有以下工序:(a)将上述R22、上述R40和上述TFE预先混合后供至反应器或分别供至反应器的工序;(b)将热介质供至反应器的工序;(c)在反应器内使热介质与上述R22、上述R40和上述TFE接触生成上述HFO-1234yf和上述VdF的工序。

    权利要求书

    1.  一种2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烯的制造方法,它是一种由氯二氟甲烷、氯甲烷和四氟乙烯制造2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烯的方法,其特征在于,具备以下工序:
    (a)将所述氯二氟甲烷、所述氯甲烷和所述四氟乙烯预先混合后供至反应器或分别供至反应器的工序;
    (b)将热介质供至所述反应器的工序;
    (c)在所述反应器内使所述热介质与所述氯二氟甲烷、所述氯甲烷和所述四氟乙烯接触,生成所述2,3,3,3-四氟丙烯和所述1,1-二氟乙烯的工序。

    2.
      如权利要求1所述的2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烯的制造方法,其特征在于,向所述反应器供给相对于1摩尔所述氯二氟甲烷、所述四氟乙烯达到0.01~100摩尔的比例的四氟乙烯。

    3.
      如权利要求1所述的2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烯的制造方法,其特征在于,向所述反应器供给相对于1摩尔所述氯二氟甲烷和所述四氟乙烯的总量、所述氯甲烷达到0.01~10摩尔的比例的氯甲烷。

    4.
      如权利要求1~3中任一项所述的2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烯的制造方法,其特征在于,供至所述反应器的所述氯甲烷的温度为0~1200℃。

    5.
      如权利要求1~4中任一项所述的2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烯的制造方法,其特征在于,供至所述反应器的所述氯二氟甲烷的温度为0~600℃。

    6.
      如权利要求1~5中任一项所述的2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烯的制造方法,其特征在于,供至所述反应器的所述四氟乙烯的温度为0~1200℃。

    7.
      如权利要求1~6中任一项所述的2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烯的制造方法,其特征在于,在工序(c)中,将所述反应器内的温度调整至400~1200℃。

    8.
      如权利要求1~7中任一项所述的2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烯的制造方法,其特征在于,供至所述反应器的所述热介质的温度为100~1200℃。

    9.
      如权利要求1~8中任一项所述的2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烯的制造方法,其特征在于,所述热介质由选自水蒸气、氮和二氧化碳的至少1种构成。

    10.
      如权利要求1~9中任一项所述的2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烯的制造方法,其特征在于,所述热介质的供给量占供至所述反应器的全部气体的20~98体积%。

    11.
      如权利要求1~10中任一项所述的2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烯的制造方法,其特征在于,供至所述反应器的气体在所述反应器中的接触时间为0.01~10秒。

    12.
      如权利要求1~11中任一项所述的2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烯的制造方法,其特征在于,所述反应器内的压力以表压计为0~2MPa。

    13.
      如权利要求1~12中任一项所述的2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烯的制造方法,其特征在于,进一步向所述反应器供给选自三氟氯乙烯、三氟乙烯、六氟丙烯和八氟环丁烷的至少1种。

    14.
      如权利要求1~13中任一项所述的2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烯的制造方法,其特征在于,在所述合成反应中还生成三氟氯乙烯,且反应生成物中的2,3,3,3-四氟丙烯和三氟氯乙烯的含有比例以摩尔比计为2,3,3,3-四氟丙烯/三氟氯乙烯≥9.0。

    15.
      如权利要求1~14中任一项所述的2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烯的制造方法,其特征在于,进一步在所述工序(c)之后,进行所述工序(d),连续进行所述工序(a)中的将所述氯二氟甲烷、所述氯甲烷和所述四氟乙烯向所述反应器的供给、所述工序(b)中的将所述热介质向所述反应器的供给、下述工序(d)中的从所述反应器取出反应混合物的操作;
    (d)从该反应器取出在所述反应器内生成的含2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烯的反应混合物的工序。

    说明书

    2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烯的制造方法
    技术领域
    本发明涉及一种2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烯的制造方法,尤其是由含氯二氟甲烷和氯甲烷及四氟乙烯的原料、通过1次反应制造2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烯的方法。
    背景技术
    作为代替温室效应气体1,1,1,2-四氟乙烷(HFC-134a)的新制冷剂,2,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234yf)在近年被寄予很大期待。另外,本说明书中,对于卤化烃将其化合物的简称记在化合物名之后的括弧内,但在本说明书根据需要有时也使用其简称以代替化合物名。
    作为这样的HFO-1234yf的制造方法,已知例如将1,1-二氯-2,2,3,3,3-五氟丙烷(HCFC-225ca)在相转移催化剂的存在下在碱水溶液中进行脱氟化氢而得的1,1-二氯-2,3,3,3-四氟丙烯(CFO-1214ya)作为合成原料,通过氢进行还原、制造的方法。
    但是,这样的方法中,有由于经过多阶段反应而设备成本变高、中间生成物或最终生成物难以蒸馏、纯化等问题。
    另一方面,专利文献1中,提示了通过组合不同种类的含氢氯代烃化合物(例如,氯甲烷和氯二氟甲烷),在水蒸气的共存下加热到845±5℃,脱氯化氢、缩合而生成HFO-1234yf这样的含氟原子的烯烃类。
    此外,专利文献2中,提示了将氯甲烷和四氟乙烯(TFE)或氯二氟甲烷的混合物在反应器内通过电加热器这样的通常的加热手段在700~950℃的温度下进行加热、分解,得到HFO-1234yf的方法。
    然而,专利文献1和专利文献2所示的方法尽管都是通过1次反应生成HFO-1234yf的方法,但三氟氯乙烯(CTFE)这样的难以与HFO-1234yf蒸馏分离的副产物的生成量变多,不能以足够高的收率得到高纯度的 HFO-1234yf。
    进一步,在专利文献2所示的方法中,伴随着滞留时间的增加引起了高沸物的生成或原料的碳化,有堵塞反应器的可能性。此外,由于作为副产物生成的酸成分的影响而需要特殊的耐腐蚀装置(例如,被铂金覆盖的反应管等),在考虑到工业制造的情况下,不能称为是现实的方法。
    现有技术文献
    专利文献
    专利文献1:日本专利特公昭40-2132号公报(实施例4)
    专利文献2:美国专利第2931840号说明书
    发明内容
    发明要解决的技术问题
    本发明是根据上述观点而完成的发明,其目的是提供一种使用供应容易的原料,通过1次伴随着热分解的反应,以足够高的收率制造作为新制冷剂有用的HFO-1234yf的方法。该方法从成本方面考虑也有利。此外,其目的是还提供一种抑制作为难以与HFO-1234yf蒸馏分离的副产物的CTFE的生成,得到高纯度的HFO-1234yf的方法。
    解决技术问题所采用的技术方案
    本发明提供一种HFO-1234yf和VdF的制造方法,它是由氯二氟甲烷(R22)、氯甲烷(R40)和四氟乙烯(TFE),制造2,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234yf)和1,1-二氟乙烯(VdF)的方法,
    其特征在于,具有以下工序:(a)将所述R22、所述R40和所述TFE预先混合后供至反应器或分别供至反应器的工序,(b)将热介质供至所述反应器的工序,(c)在所述反应器内使所述热介质和所述R22、所述R40和所述TFE接触,生成所述HFO-1234yf和所述VdF的工序。
    发明的效果
    如果采用本发明的制造方法,则以供应容易的R22、R40和TFE为原料,不从反应系中取出中间生成物,而是使其直接反应,可以足够高的收率制造作为新制冷剂有用的HFO-1234yf。因此,与目前公知的制造HFO-1234yf 的方法相比,可大幅减少原料和制造设备需要的成本。
    此外,由于抑制了CTFE这样的难以与HFO-1234yf蒸馏分离的副产物的生成,因而可得到高纯度的HFO-1234yf。进一步,可在制造HFO-1234yf的同时,制造作为聚偏氟乙烯的原料有用的1,1-二氟乙烯(VdF),从成本方面考虑优势大;所述聚偏氟乙烯可作为水处理过滤器或各种制造机械部件等的材料使用。此外进一步,作为副产物生成的TFE也能够循环利用,从经济上考虑效果更大。
    附图说明
    图1是表示本发明的制造方法中使用的反应装置的一例的图。
    图2是表示本发明的制造方法中使用的反应装置的另一例的图。
    具体实施方式
    以下,对本发明的实施方式进行说明。
    本发明提供一种使用氯二氟甲烷(R22)、氯甲烷(R40)和四氟乙烯(TFE)作为原料,通过伴随着热分解的合成反应制造HFO-1234yf和VdF的方法。并且,该制造方法具有以下工序:
    (a)将上述R22、上述R40和上述TFE预先混合后供至反应器或分别供至反应器的工序;
    (b)将热介质供至反应器的工序;
    (c)在上述反应器内使上述热介质与上述R22、上述R40和上述TFE接触,生成上述HFO-1234yf和上述VdF的工序。
    本发明的制造方法可以是连续式的制造方法,也可以是间歇式的制造方法。在连续式的制造方法中,向反应器供给作为原料的R22、R40和TFE,向反应器供给热介质,以及从上述反应器取出含HFO-1234yf和VdF的反应混合物的操作都连续进行。间歇式的制造中,(a)工序中原料的供给与(b)工序中热介质的供给,可以先进行其中任意一个,也可以同时进行。即,在供给原料和热介质的任一方时,即使在反应器内没有供给另一方的情况下,只要在先前供给的原料或热介质滞留时,对随后供给的成分进行供给, 使原料和热介质在反应器内接触规定的时间即可。
    本发明的制造方法从制造效率的观点出发优选连续式的方法。以下,对本发明的方法用于连续式的制造时的实施方式进行说明,但不限定于此。
    另外,以下将从上述反应器取出含HFO-1234yf和VdF的反应混合物的工序称为工序(d)。因此,在上述连续的制造方法中,上述工序(a)、工序(b)、工序(d)可全部同时进行。
    <HFO-1234yf的生成反应>
    本发明中,在反应器内发生以下式(1)所示的伴随着热分解和脱氯化氢的合成反应,生成HFO-1234yf和VdF。
    [化1]

    认为作为原料的R22、R40和TFE通过在反应器内进行热分解和脱氯化氢反应而生成含有二氟卡宾(F2C:)、TFE和R40的混合物,该混合物直接进行加成反应或经过1种以上的中间体,转化为四氟丙烯(尤其是HFO-1234yf)或VdF。本发明中,将从热分解反应到HFO-1234yf和VdF的生成反应为止称为伴随着热分解的合成反应。
    虽然在作为原料使用R22和R40、不使用TFE的二元系的情况下,通过与热介质的接触发生相同的热分解、脱氯化氢反应也会生成HFO-1234yf,但在使用R22、R40和TFE的三元系的原料的本发明中,与使用上述二元系的原料的情况相比,可缩短反应器内的原料与热介质的接触时间。此外,可抑制副产物的生成,得到纯度高的HFO-1234yf。关于这些效果,之后进 行进一步详细记载。
    进一步,通过使用R22、R40和TFE的三元系原料,可提高得到的反应混合物中HFO-1234yf的比例,尤其是和难以与HFO-1234yf蒸馏分离的CTFE的相对比例。具体而言,可将反应混合物中的HFO-1234yf和CTFE的含有比例(摩尔比),即,HFO-1234yf的摩尔量/CTFE的摩尔量(以下,以“HFO-1234yf/CTFE”表示)设为9.0以上。HFO-1234yf/CTFE优选10.0以上,进一步优选15.0以上。如果HFO-1234yf/CTFE的值在9.0以上,作为HFO-1234yf的制造方法,在经济上具有优越性。
    进一步,本发明中,有可安全地进行原料处理的优点。
    <原料>
    本发明的HFO-1234yf的制造方法将R22、R40和TFE作为原料使用。原料除上述3种成分以外可含有通过在反应器内与热介质接触而发生分解产生二氟卡宾(F2C:)的化合物,例如六氟丙烯(以下称为HFP)、CTFE、三氟乙烯、八氟环丁烷(以下称为RC318)、六氟环氧丙烷等。
    以下,将R22和TFE以外的可在反应器内进行热分解生成F2C:的含氟化合物称为“HFP等”。
    作为原料成分之一的TFE的供给量和R22的供给量的摩尔比(以下以TFE/R22表示。)优选设为0.01~100的范围。更优选0.1~10的范围,特别优选0.1~3的范围。另外,在使原料和热介质在反应器内连续流通进行反应的本实施方式中,各个原料成分和热介质的供给量以每单位时间的供给量表示。通过将摩尔比TFE/R22设为0.1以上,不但可以缩短与热介质的接触时间,还可以抑制副产物的生成而得到纯度高的HFO-1234yf。此外,通过将摩尔比TFE/R22设为10以下,可以更高的收率得到HFO-1234yf。摩尔比TFE/R22特别优选0.1~3的范围。
    此外,R40的供给量与上述R22的供给量和上述TFE的供给量的总量的摩尔比(以下以R40/(R22+TFE)表示。)优选设为0.01~100的范围,但更优选0.1~10的范围,特别优选0.33~3的范围。通过将摩尔比R40/(R22+TFE)设为0.01~100,可提高R40的转化率,以高收率制造HFO-1234yf。
    供至反应器的R22的温度和供至反应器的HFP等的温度,从设为反应性为一定程度地高但难以碳化的温度的观点来看,优选设为0~600℃。
    从进一步提高反应性的观点来看,优选在导入反应器前将R22和HFP等加热到常温(25℃)以上600℃以下,更优选加热到100~500℃。
    此外,供至反应器的R40的温度,从反应性观点来看优选设为0~1200℃。从进一步提高反应性的观点来看,优选在导入反应器前将R40加热到常温(25℃)以上1200℃以下,更优选加热到100~800℃。
    供至反应器的TFE的温度,从反应性观点来看优选设为0~1200℃。从进一步提高反应性的观点来看,优选在导入反应器前将TFE加热到常温(25℃)以上1200℃以下,更优选加热到100~800℃。
    将R22、R40和TFE、还有根据需要使用的HFP等各个原料成分向反应器的供给可以分别进行,也可以将各个成分混合后进行供给。在将各个成分混合后进行供给的情况下,可以对原料进行分组,例如将可产生F2C:的含氟化合物等除此以外的其他原料分开,在各组中将各个成分混合后以每一组分别供至反应器,也可以将全部成分混合后进行供给。如果考虑到上述供给温度的不同,优选将R22和TFE与根据需要使用的HFP等混合,调整至上述优选的温度并供至反应器,另行将R40调整至上述优选的温度后供至反应器。
    另外,在将R22、R40和TFE、还有根据需要使用的HFP等各个原料成分预先混合后供至反应器的情况下,从防止在进入反应器之前已经进行分解、反应的观点出发,优选将供至反应器时的温度设为低于600℃,特别优选设为低于500℃。
    <热介质>
    本发明中的热介质被供至反应器,与上述原料在反应器内接触一定的时间。热介质为在反应器内的温度下不发生热分解的介质,具体而言优选在100~1200℃的温度下不热分解的介质。作为热介质,可例举选自水蒸气、氮和二氧化碳的1种以上的气体,优选使用含有50体积%以上的水蒸气,剩余部分为氮和/或二氧化碳的气体。为了将上式(1)的热分解反应中生成的HCl制成盐酸并除去,热介质中水蒸气的含有比例优选在50体积%以 上,特别优选实质上仅由水蒸气(100体积%)构成的气体。
    热介质的供给量优选占热介质和原料的供给量的总量的20~98体积%,更优选占50~95体积%。通过将热介质的供给量的比例设为相对于热介质和原料的供给量的总量的20体积%以上,可在抑制高沸物的生成或原料的碳化的同时进行上式(1)的热分解反应,以足够高的收率制造HFO-1234yf和VdF。此外,如果上述比例超过98体积%,则由于生产性显著下降而在工业上不现实。
    此外,供至反应器的热介质的温度,从其热分解和原料成分的反应性的观点来看,优选设为100~1200℃。从进一步提高原料成分的反应性的观点来看,优选将导入反应器的热介质的温度设为600~900℃,特别优选设为700~900℃。
    优选将如上供给的热介质与上述原料在反应器内的接触时间设为0.01~10秒,更优选设为0.2~3.0秒。通过将接触时间设为0.01~10秒,可使HFO-1234yf等的生成反应充分进行,并抑制副产物的生成。另外,热介质和原料的接触时间相当于原料在反应器内的滞留时间,可通过调节原料向反应器的供给量(流量)进行控制。
    <反应器>
    作为反应器,只要能够耐受后述的反应器内温度和压力即可,对形状没有特别限定,例如可例举圆筒状的立式反应器。作为反应器的材质,可例举玻璃、铁、镍或将铁、镍作为主要成分的合金等。
    工序(c)中反应器内的温度优选为供至反应器的原料R22、R40和TFE的温度以上的温度,且为400~1200℃。进一步优选600~900℃的范围,特别优选710~900℃的范围。通过将反应器内的温度设为400~1200℃,可提高上式(1)所示的伴随着热分解的生成反应的反应率,能以足够高的收率得到HFO-1234yf等。
    反应器内的温度可通过调整供至反应器的上述热介质的温度和压力进行控制。此外,可通过电加热器等对反应器内进行辅助加热,使上述反应器内的温度处于特别优选的温度范围(710~900℃)。
    反应器内的压力以表压计优选设为0~2MPa,进一步优选0~0.5MPa的 范围。
    <反应装置>
    本发明中,图1和图2示出了HFO-1234yf等的制造中所使用的反应装置的一例。
    反应装置20具有具备电加热器等加热装置的反应器1。反应器1中,第1原料成分R40的供给线路2、第2原料成分R22的供给线路3、第3原料成分TFE的供给线路4、和水蒸气的供给线路5如下所示进行连接。另外,反应器1中加热装置的设置不是必需的。
    R40的供给线路2、R22的供给线路3和TFE的供给线路4中,分别设置了具备电加热器等的预热器2a、3a、4a,将供给的各个原料成分预热至规定的温度后供至反应器1。此外,在水蒸气的供给线路5中设置过热水蒸气发生器5a,对供给的水蒸气的温度和压力进行调整。另外,预热器2a、3a、4a的设置不是必需的。
    这些原料供给线路2、3、4,可以分别各自接入反应器1,也可以如图2所示,将连接了原料供给线路3和原料供给线路4后的R22和TFE原料供给线路6接入反应器1。此外,也可以例如图1所示,分别经过预热器3a、4a后在连接R22的供给线路3和TFE的供给线路4的同时,在该连接了R22和TFE原料供给的线路6上,进一步连接经过预热器2a后的R40的供给线路2。即,可以如下构成:首先将预热后的R22和TFE混合后,在该R22和TFE的原料混合物中,进一步混合预热了的R40,将这样混合了全部原料成分的混合物从原料混合供给线路7供至反应器1。
    另一方面,水蒸气可以与原料的一部分或全部原料混合后供至反应器1,但优选与原料分开供至反应器。即,如图1和图2所示,优选将水蒸气从水蒸气供给线路5与原料混合物分开供至反应器1的构成。
    在反应器1的出口连接设置了热交换器这样的冷却装置8的出口线路9。在出口线路9还依次设置了水蒸气和酸性液体回收槽10,碱清洗装置11和脱水塔12。接着,在通过脱水塔12进行脱水后,将得到的气体的各个成分用气相色谱法(GC)这样的分析装置进行分析、定量。
    另外,以下将含有HFO-1234yf和TFE的反应混合物从反应器1取出, 通过如上所述的出口线路9之后的处理去除了氯化氢等酸性物质、水蒸气、水等而得的气体称为出口气体。
    <出口气体成分>
    本发明的制造方法中,作为上述出口气体的成分,可得到HFO-1234yf和VdF。作为出口气体所含有的HFO-1234yf和VdF以外的化合物,可例举甲烷、乙烯、VdF、TFE、HFP、CTFE、三氟乙烯、RC318、3,3,3-三氟丙烯(CF3CH=CH2:HFO-1243zf)等。这些成分中,具有亚甲基(=CH2)或甲基(-CH3)的甲烷和乙烯为来源于原料成分R40的化合物,具有氟原子的TFE、HFP、CTFE、三氟乙烯、RC318、HFO-1234zf均为来源于原料成分中R22和/或TFE的化合物。HFO-1234yf和VdF是来源于R22和/或TFE的化合物的同时,也是来源于R40的化合物。
    出口气体中所含的HFO-1234yf和VdF以外的上述成分可通过蒸馏等已知方法去除至所需程度。于是,分离了的TFE作为原料的一部分可进行循环利用。此外,HFP、CTFE、三氟乙烯和RC318也是可产生二氟卡宾自由基(CF2:)的化合物,作为原料的一部分可进行循环利用。另外,出口气体中所含的作为副产物的CTFE由于沸点接近而很难与HFO-1234yf蒸馏分离,但由于相对于HFO-1234yf生成量的CTFE副产量的比例低,因此通过蒸馏纯化可得到纯度高的HFO-1234yf。
    如果采用本发明的制造方法,采用R22、R40和TFE作为原料,可通过1次反应以足够高的收率地制造温室效应系数(GWP)低至4的、可作为新制冷剂使用的HFO-1234yf。例如,本发明的制造方法与目前公知的制造HFO-1234yf的方法相比,不仅可减少原料和制造设备所需的成本,还可压倒性地降低制造中必需的能源。此外,在制造HFO-1234yf的同时,可制造例如工业上作为水处理过滤器可使用的聚偏氟乙烯的原料VdF,并且能够以低能耗、低成本制造在维持地球环境的意义方面非常重要的物质。
    虽然在作为原料使用R22和R40、不使用TFE的二元系的情况下,通过与热介质的接触发生相同的热分解、脱氯化氢反应也会生成HFO-1234yf和VdF,但在使用R22、R40和TFE的三元系的原料的本发明中,与使用上述二元系的原料的情况相比,可缩短反应器内的原料与热介质的接触时间。
    此外,本发明中,在来源于R22和TFE的副产物中,可抑制由于沸点接近而非常难以分离的副产物的生成,得到纯度高的HFO-1234yf。即,在来源于R22和TFE的副产物中,由于CTFE的-28℃的沸点极其接近HFO-1234yf的沸点(-29℃),以通常的分离纯化技术(蒸馏等)难以分离、纯化,但在本发明中通过使用R22、R40和TFE三元系的原料,可大幅降低相对于HFO-1234yf的生成量的CTFE的生成量的比例,得到更高纯度的HFO-1234yf。
    实施例
    下面,利用实施例对本发明进行具体说明,但本发明不局限于这些实施例。
    [实施例1]
    使用图1所示的反应装置,由R22、R40和TFE构成的原料气体如下所示得到粗HFO-1234yf和粗VdF。
    在将炉内温度设定为300℃的电气炉内的不锈钢制管中连续导入R40,将R40加热(预热)至300℃。此外,在将炉内温度设定为300℃的电气炉内的不锈钢制管中连续导入R22,将R22预热至300℃。进一步,在将炉内温度设定为300℃的电气炉内的不锈钢制管中连续导入TFE,将TFE预热至300℃。
    将预热后的这些原料气体成分(R40、R22和TFE)和通过炉内温度设定为750℃的电气炉加热了的蒸气(水蒸气)以下述条件供至控制为内压(表压)0.04MPa、内温800℃的反应器,即,原料成分的供给量的摩尔比为TFE/R22=50/50(=1.0)(即,TFE/(TFE+R22)=50/100),R40/(R22+TFE)=42.8/57.1=0.75,且水蒸气和原料气体的总供给量的体积比为水蒸气/(R40+R22+TFE)=90/10(即,R40/R22/TFE/水蒸气=4.3/2.8/2.8/90)。以下,压力均为表压。
    另外,水蒸气的供给量与供至反应器的气体的总供给量的体积比(以下称为水蒸气的流量体积比)为90/(10+90)=0.9(90%)。此外,R40与R22和TFE的总量的摩尔比如上所述为0.75(R40/(R22+TFE)=42.8/57.1),但在构成原料的成分中,从作为含氟原子的化合物发挥作用的观 点来看,由于TFE的1摩尔相当于R22的2摩尔,能够计为2当量,因而R40与R22和TFE的当量比,由以下的计算得出0.5。
    R40/(R22+TFE)=42.8/(28.55+28.55×2)=0.5
    这样,按照使反应器内的原料气体的滞留时间为0.5秒的条件控制原料气体的流量(单位时间的供给量),从反应器的出口取出反应混合物的气体。反应器内温度的实测值为800℃,反应器内压力的实测值为0.042MPa。另外,从反应器的出口取出的反应混合物的气体中,除通过反应生成或作为副产物生成的气体之外,还含有未反应的原料气体。
    接着,将从反应器的出口取出的反应混合物的气体冷却至100℃以下,在按照回收蒸气和酸性液体、碱清洗的顺序进行脱水处理后,对得到的出口气体用气相色谱法进行分析,计算出口气体中所含的气体成分的摩尔组成。这些结果与反应的条件一起示于表1。
    另外,R40、R22和TFE的预热温度为预热用的各个电气炉中的设定温度,水蒸气温度为水蒸气加热用的电气炉中的设定温度。此外,水蒸气压力为设定压力。
    此外,基于用气体色谱法进行分析而得的出口气体的摩尔组成,分别求出R40的转化率(反应率)、来源于R40的各个成分的选择率、R22和TFE的转化率(反应率)、来源于R22和/或TFE的各个成分的选择率、以及HFO-1234yf和CTFE的比(HFO-1234yf/CTFE)。这些结果示于表1的下栏中。
    另外,上述值分别指以下含义。
    (R40转化率(反应率))
    在出口气体中的来源于R40的成分(具有亚甲基或甲基成分)中,R40所占的比例(R40回收率)为X%时,将(100-X)%称为R40的转化率(反应率)。指反应了的R40的比例(摩尔%)。
    (来源于R40的各个成分的选择率)
    指反应了的R40中,分别有多少比例转化为R40以外的各个成分。各个成分的选择率用“来源于R40的各个成分的收率”/“R40的转化率(反应率)”求出。另外,来源于R40的各个成分的收率指出口气体中的来源于 R40的成分中的R40以外的各个成分所占的比例(摩尔%)。
    (R22和TFE的转化率(反应率))
    在出口气体中的来源于作为含氟原子的化合物的R22和/或TFE的成分(具有氟原子的成分)中,R22和/或TFE所占的比例(R22和/或TFE回收率)为X%时,将(100-X)%称为R22和/或TFE的转化率(反应率)。指反应了的R22和/或TFE的比例(摩尔%)。
    (来源于R22和/或TFE的各个成分的选择率)
    指反应了的R22和/或TFE中,作为R22以外的各个成分分别得到多少比例。各个成分的选择率用“来源于R22和/或TFE的各个成分的收率”/“R22和/或TFE的转化率(反应率)”求出。另外,来源于R22和/或TFE的各个成分的收率指出口气体中的来源于R22和/或TFE的成分中的R22以外的各个成分所占的比例(摩尔%)。
    另外,在含有作为原料气体的TFE的本发明的实施例中,虽然TFE进行反应(=转化),但也由R22生成,因此不可能求出单纯的TFE的转化率(反应率)。此外,不可能确定具有氟原子的生成物HFO-1234yf或VdF是由R22生成的还是由TFE生成的。因此,假定“原料的TFE全部为R22”,将该原料R22反应了的比例作为R22和/或TFE的转化率(反应率)。此外,求出由上述原料R22转化为各个成分的比例,作为来源于R22和/或TFE的各个成分的选择率。
    (HFO-1234yf/CTFE比)
    指出口气体中HFO-1234yf的存在比与CTFE的存在比的比例。以“来源于R22和/或TFE的HFO-1234yf的选择率”/“来源于R22和/或TFE的CTFE的选择率”求出。表示出口气体中相对于CTFE,HFO-1234yf以多少比例(摩尔比)存在。
    [实施例2~4]
    将TFE的供给量和TFE与R22的供给量的总量的摩尔比(TFE/(TFE+R22))在实施例2中设为0.1(10%),在实施例3中设为0.3(30%),在实施例4中设为0.7(70%)。此外,在使R40/(TFE+R22)的当量比为0.5的条件下,将R40/(TFE+R22)的摩尔比在实施例2中设为 0.55,在实施例3中设为0.65,在实施例4中设为0.85。除此以外以与实施例1相同的条件下进行反应。
    接着,将从反应器的出口取出后的反应混合物的气体冷却至100℃以下,在按照回收蒸气和酸性液体、碱清洗的顺序进行脱水处理后,对得到的出口气体用气相色谱法进行分析,计算出口气体中所含的气体成分的摩尔组成,基于得到的出口气体的摩尔组成,分别求出R40的转化率(反应率)、来源于R40的各个成分的选择率、R22和/或TFE的转化率(反应率)、来源于R22和/或TFE的各个成分的选择率、以及HFO-1234yf和CTFE的比(HFO-1234yf/CTFE)。将结果示于表1的下栏中。
    [比较例1]
    作为原料气体不使用TFE,使用仅由R22和R40构成的原料,如下所示得到粗HFO-1234yf和粗VdF。
    在将炉内温度设定为300℃的电气炉内的不锈钢制管中连续导入R40,将R40加热(预热)至300℃。此外,在将炉内温度设定为300℃的电气炉内的不锈钢制管中连续导入R22,将R22预热至300℃。
    将预热了的这些原料气体成分(R40和R22)和通过将炉内温度设定为750℃的电气炉加热了的水蒸气以下述条件供至控制为内压0.04MPa、内温800℃的反应器,即,R40和R22的供给量的摩尔比为R40/R22=33/67,且水蒸气的流量和原料气体的供给量的体积比为水蒸气/(R40+R22)=90/10(R40/R22/水蒸气=3.3/6.7/90)。另外,水蒸气的供给量与供至反应器的气体的总供给量的体积比(水蒸气的流量体积比)与实施例1相同为90体积%。于是,按照使反应器内的原料气体的滞留时间为0.5秒的条件控制原料气体的流量,从反应器的出口取出反应混合物的气体。反应器内温度的实测值为800℃,反应器内压力的实测值为0.42MPa。
    接着,将从反应器的出口取出后的反应混合物的气体冷却至100℃以下,在按照回收蒸气和酸性液体、碱清洗的顺序进行脱水处理后,对得到的出口气体用气相色谱法进行分析,计算出口气体中所含的气体成分的摩尔组成,基于得到的出口气体的摩尔组成,分别求出R40的转化率(反应率)、来源于R40的各个成分的选择率、R22和/或TFE的转化率(反应率)、来 源于R22和/或TFE的各个成分的选择率、以及HFO-1234yf和CTFE的比(HFO-1234yf/CTFE)。将结果示于表1的下栏中。
    [实施例5]
    不进行R40、R22和TFE的预热,将室温(10℃)下的各个原料成分直接供至反应器。除此以外以与实施例1相同的条件下进行反应。
    接着,将从反应器的出口取出后的反应混合物的气体冷却至100℃以下,在按照回收蒸气和酸性液体、碱清洗的顺序进行脱水处理后,对得到的出口气体用气相色谱法进行分析,计算出口气体中所含的气体成分的摩尔组成,基于得到的出口气体的摩尔组成,分别求出R40的转化率(反应率)、来源于R40的各个成分的选择率、R22和/或TFE的转化率(反应率)、来源于R22和/或TFE的各个成分的选择率、以及HFO-1234yf和CTFE的比(HFO-1234yf/CTFE)。将结果示于表1的下栏中。
    [比较例2]
    作为原料气体不使用TFE,使用仅由R22和R40构成的原料。而且,不进行R40和R22的预热,将室温(10℃)下的各个原料成分直接供至反应器。除此以外以与实施例1相同的条件下进行反应。
    接着,将从反应器的出口取出后的反应混合物的气体冷却至100℃以下,在按照回收蒸气和酸性液体、碱清洗的顺序进行脱水处理后,对得到的出口气体用气相色谱法进行分析,计算出口气体中所含的气体成分的摩尔组成,由得到的出口气体的摩尔组成,分别求出R40的转化率(反应率)、来源于R40的各个成分的选择率、R22和/或TFE的转化率(反应率)、来源于R22和/或TFE的各个成分的选择率、以及HFO-1234yf和CTFE的比(HFO-1234yf/CTFE)。将结果示于表1的下栏中。
    [表1]

    由表1可知,实施例1~5中,可在来源于R22和/或TFE的生成物中抑制由于与HFO-1234yf沸点接近而非常难以分离的CTFE的生成,得到纯度高的HFO-1234yf。
    即,在TFE与TFE+R22的摩尔比为50%的实施例1中,出口气体中的来源于R22和/或TFE的成分中的86.2%为目的生成物HFO-1234yf和VdF以及作为原料成分之一的TFE,各自的生成摩尔比为HFO-1234yf/VdF/TFE=10.6/34.0/55.3。而且,以R40为基准的HFO-1234yf和VdF的总选择率为95.7%(22.6%+73.1%),HFO-1234yf和CTFE的生成摩尔比 (HFO-1234yf/CTFE)高达19.14。
    与此相对,在使用不含有TFE的由R40和R22构成的原料成分的比较例1中,在出口气体中的来源于R22和/或TFE的成分中,目的生成物HFO-1234yf和VdF、和作为原料成分之一的TFE的总收率为少于实施例1的84.1%,且各自的生成摩尔比为HFO-1234yf/VdF/TFE=9.7/32.7/57.7,HFO-1234yf和VdF的生成摩尔比均少于实施例1。而且,以R40为基准的HFO-1234yf和VdF的总选择率为96.4%(22.0%+74.4%),虽然略大于实施例1,但HFO-1234yf和CTFE的生成摩尔比(HFO-1234yf/CTFE)为8.74,与实施例1相比大幅减少。
    由此可知,与比较例1相比,在实施例1中可抑制相对于HFO-1234yf的生成的CTFE的生成,得到更高纯度的HFO-1234yf。此外,与比较例1~2相比,在实施例2~5中可抑制相对于HFO-1234yf的生成的CTFE的生成,HFO-1234yf/CTFE变大,得到更高纯度的HFO-1234yf。
    进一步可知,即使原料气体中的TFE的摩尔比从0%(比较例1)增大至10%(实施例2)、30%(实施例3)、50%(实施例1),出口气体中的TFE的比例(摩尔比)也没有增大,反而有减少的倾向,且TFE对HFO-1234yf的比下降,与TFE相比,HFO-1234yf的生成增加。由此可知,作为原料成分的TFE的使用在HFO-1234yf的生成中起到有效地发挥作用。
    此外进一步,由表1可知以下内容。即,如果使用TFE作为原料的一部分,使TFE在TFE+R22中所占的摩尔比(TFE/(TFE+R22))在10%以上,则无论是否进行原料成分的预热,出口气体中的HFO-1234yf的收率都将增大,尤其是来源于R22和/或TFE的HFO-1234yf的选择率将大幅增大。因而可知,作为原料的一部分的TFE的使用是为了选择性地得到HFO-1234yf的有效方法。
    [实施例6~9]
    实施例6~8中,除了将反应器内温度如表2所示进行变更以外,以与实施例1相同的条件进行反应。此外,实施例9中,除了使用图2所示的反应装置,将R40的预热温度如表2所示进行变更以外,以与实施例1相同的条件进行反应。接着,将从反应器的出口取出的反应混合物的气体与 实施例1进行相同处理后,将得到的出口气体与实施例1进行相同分析。结果与反应条件一起示于表2。
    [表2]

    产业上利用的可能性
    如果采用本发明的制造方法,将供应容易的R22、R40和TFE作为原料, 通过1次反应,可以足够高的收率制造作为新制冷剂有用的HFO-1234yf,与目前公知的制造HFO-1234yf的方法相比,可减少原料和制造设备所需的成本。
    此外,可抑制CTFE这样的难以与HFO-1234yf蒸馏分离的副产物的生成,能够以足够高的收率得到HFO-1234yf。进一步,可在制造HFO-1234yf的同时,制造例如作为聚偏氟乙烯的原料有用的VdF,从成本方面考虑有优势。
    这里引用2012年3月14日提出申请的日本专利申请2012-057569号和2012年7月31日提出申请的日本专利申请2012-169498号的说明书、权利要求书、附图和摘要的全部内容作为本发明的说明书的揭示。
    符号说明
    1…反应器,2…R40的供给线路,3…R22的供给线路,4…TFE的供给线路,5…水蒸气的供给线路,2a,3a,4a…预热器,5a…过热水蒸气发生器,8…冷却手段,9…出口线路,10…蒸气和酸性液体回收槽,11…碱清洗装置,12…脱水塔,20…反应装置。

    关 键  词:
    丙烯 乙烯 制造 方法
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