本发明涉及1,1,1-三氟-2,2,2-三氯乙烷(CFC-113a)的一 种改进制法,特别是由CF3CH2Cl(HCFC-133a)采用光氯化法制取 CFC-113a。
1,1,1-三氟-2,2,2-三氯乙烷通常称为CFC-113a,是一种 重要的有机中间体,主要用于制备CF3CH2F(HFC-134a)、 CHClFCF3(HCFC-124)和CHCl2CF3(HCFC-123)。这些化合物都是对 地球臭氧层有破坏作用的CFC的代用品。
到目前为止,有关CFC-113a的制法已有不少文献记载,例如 (1)EP404,297专利记载了由同分异构体1,1,2-三氟-2,2,1-三 氯乙烷(CFC-113)在Al2O3存在下催化异构化制备CFC-113a的方法; (2)EP407,990专利记载了由HCFC-133a液相催化氯化制备CFC- 133a的方法;(3)EP346,612专利记载了由HCFC-133a气相催 化氯化制取CFC-113a的方法;(4)US4,060,469专利也记载了一种 光氯化法,由HCFC-133a制取HCFC-123过程中同时生成CFC-113a。
在上述这些专利方法中,(1)法原料CFC-113不易获得;(2)法 和(3)法,产物中CFC-113含量不高,仅达17%左右;(4)法中CFC- 113a仅作为HCFC-123制备过程中的一副产物被限制在1%以下。
本发明针对已有技术的不足,研制出一种HCFC-133a的光氯化 法合成CFC-113a,反应转化率、选择性和产率均很高,方法又很 简便,易于实现工业化生产。
CF3CH2Cl与氯在光引发作用下会发生取代反应,生成我们所 需要的CFC-113a。
反应中除HCl副产物外,若条件控制不当,还会有CF3CHCl2(HCFC-123)副产物和未转化的原料存在。
本发明工艺流程如附图所示。
原料HCFC-133a和氯气分别从贮存钢瓶[1]和[2]按规定进料比 送入混合器[3]混合后,进入光氯化反应塔[4]进行反应,反应产 物经水洗塔[5]和碱洗塔[6]处理,除去副产物HCl,进入干燥塔[7] 脱水,干燥塔内加4A分子筛或沸石作为干燥剂。然后反应产物经 冷凝器[8]冷却,最后进精馏塔[9]精馏得精制成品。
本发明光氯化反应塔可采用透明玻璃塔,也可采用不锈钢或 搪玻璃塔。若采用透明玻璃塔时,光源安装于塔外;若采用不锈 钢塔或搪玻璃塔时,光源安装于塔内。
影响本发明反应结果的主要因素包括进料比、反应温度、反 应停留时间和光源。
根据本发明方法,氯化和HCFC-133a的进料摩尔比应控制 在2~2.1∶1,最好控制在2∶1,若低于2∶1,氯气供应量不足, 则会使反应转化率降低,或未完全氯化的HCFC-123副产物增加; 而氯气的进料摩尔比若高于:2.1∶1,氯气的利用率下降,并会给 后处理带来麻烦。
本发明的合适反应温度在100~200℃,反应中要否加热或冷 却,视反应管径大小和传热散热情况而定。本发明涉及反应是放 热反应,一般靠反应热即能维持在100~200℃,而无需另外的温 度调节。
反应物料在反应塔内的停留时间是影响反应结果的又一重要 因素,反应停留时间不足,氯化反应不充分,反应转化率和产率 都会下降,反应停留时间过长也无必要,合适的反应停留时间应 控制在30~50秒,而反应停留时间的控制可通过调整原料速度来 实现。
光源是实现本发明方法的关键之一,合适的光源是波长2800 ~4000A的白光,最好是3000~3500A白光。
按本发明方法,由HCFC-133a制取CFC-113a,不用催化剂,方 法简便,原料可采用含量95%以下的粗产品,反应转化率、选择性 和产率可达95%以上。
本发明产品采用气相色谱法分析,色谱固定相采用有机担体 407,柱长2米,柱温140℃,载气采用氢气。
以下举例,进一步具体阐述本发明。
例1
以长840mm、直径75mm的玻璃管作氯化反应塔[4],反应塔前 接有50×30mm的玻璃混合器[3],反应塔[4]外围安装有波长 3000~3500A功率400W长840mm的白光发射管8只,光源管外 再包有玻璃布。反应开始后,先接通光源,然后分别向混合器内 通原料HCFC-133a和氯气,HCFC-133a的纯度99%,通入速度: HCFC-133a 0.95mol/h,氯气1.0mol/h,原料经混合器[3]混 合后进入反应塔[4],反应进行5.5小时停止,反应产物经过水洗 塔[5]、碱洗塔[6]、干燥塔[7]处理后,冷却得粗产品950克,取 样分析,其中产品CFC-113a含量为99.0%(重量),副产物HCFC -123 1.0%(重量)。
例2
用例1同样的反应装置,除原料HCFC-133a改为含量91.74%的 粗品,进气速度改为HCFC-133a 0.87mol/h、氯气1.83mol/h外, 其它均按例1同样操作条件进行,反应5.5小时停止,收集到产品 890克,取样分析,CFC-113a含量91.7%(重量)。