【実施例】
【0055】
[0053]
実施例1
[0054]本実施例では、2−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(HCFO−1233xf)+HF→2−クロロ−1,1,1,2−テトラフルオロプロパン(HCFC−244bb)の連続液相フッ素化反応を示す。実験のフッ素化触媒はSbCl
5であった。
【0056】
[0055]約5618グラムのSbCl
5を2インチ(約5cm)ID(内径)充填カラムと凝縮器を備えたテフロン(登録商標)内張り液相反応器に装入した。反応器は2.75インチ(約7cm)ID×36インチ(約91cm)L(長さ)であった。まず、5:1を超えるモル比のHFを反応器に加えて触媒をフッ素化した。次に、3:1を超えるモル比のCl
2を反応器に加えて、触媒を確実に五価状態に戻した。反応器を約85℃〜87℃に加熱した。HFの供給を最初に開始した。追加の1.5ポンド(約680g)のHFが添加されたら、2−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンの供給を開始した。2−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン供給原料の純度は約97.3GC(ガスクロマトグラフ)面積%であった。実験は連続して約162時間実施した。この実験では塩素を実験全体を通して約4時間ごとにバッチ式に供給し、触媒活性を維持した。
【0057】
[0056]変換率は直ちに98%を超え、残りの実験の間中ずっとそのままであった。HF及びHCFO−1233xfの平均供給量は、それぞれ0.91ポンド(約413g)及び0.88ポンド(約399g)/時間であった。塩素の添加は平均有機物供給量の約3.0重量%に達した。約123ポンド(約55.8kg)の酸除去2−クロロ−1,1,1,2−テトラフルオロプロパン粗製物が回収された。
【0058】
[0057]実験の反応器温度範囲は78℃〜86℃、圧力範囲は70psig〜105psigであった。反応は、反応器の流出液ストリームを定期的にサンプリングすることによってモニターした。サンプルはガスクロマトグラフで分析した。2−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(HCFO−1233xf)の平均変換率は約98%で、以下のような平均生成物選択率であった。HCFC−244bb=90%、HCFO−1223xd=1%及びHFC−245cb=8%。
【0059】
[0058]
実施例2
[0059]本実施例では、従来のバッチ式蒸留カラムを用いて高純度244bbを得ることの困難さを示す。
【0060】
[0060]実施例1に記載されているのと同様の反応実験で製造された粗HCFC−244bbを苛性スクラバに連続供給して未反応HF及びHCl副産物(不純物形成時に形成された)を除去した。次に、生成物ストリームを乾燥剤を充填したカラムに通して残留水分を除去し、回収した。この材料100ポンド(約45.4kg)を、10ガロン(約37.9リットル)リボイラー、1/4”Propak充填剤を充填された内径2インチ(約5cm)×10フィート(約305cm)カラム、及び凝縮器用の管形熱交換器(shell and tube heat exchanger)からなる蒸留カラムに装入した。カラムは約30の理論段を有していた。蒸留カラムは、温度、圧力、及び差圧伝送器を備えていた。蒸留は27psigの圧力及び13〜15インチ(約33〜38cm)H
2Oの範囲のD/Pで実施した。蒸留カラムに装入された材料の組成は、3.85GC面積%のHFC−245cb、91.2GC面積%のHCFC−244bb、2.46GC面積%のHCFO−1233xf、1.1GC面積%のHCFO−1223xd、及び1.4GC面積%のその他(特に、HCFO−1232xf、HFO−1243zf、クロロテトラクロロプロペン異性体、HCFO−1223zd、HFO−1234ze、HFO−1225ye、HFC−254eb、HFC−254fb、及び3,3,3−トリフルオロプロピンなど)であった。蒸留からわずか40ポンド(約18kg)の99.25GC面積%のHCFC−244bbしか回収されなかった。不純物は、1233xf、クロロテトラフルオロプロペン、1233zd、1223xd、及び1243zfなどであった。さらに、46ポンド(約21kg)の94GC面積%のHCFC−244bbと5GC面積%のHCFO−1233xfの混合物が回収され、上記と同じ不純物のほかに245cb及び3,3,3−トリフルオロプロピンを含有していた。
【0061】
[0061]
実施例3
[0062]実施例2から回収された99.25GC面積%のHCFC−244bbを、脱塩化水素触媒を含有する反応器への供給材料として使用した。反応は、HFO−1234yfに対して高選択性であり、未変換HCFC−244bb以外は<1.0GC面積%の不純物しか含有しない粗HFO−1234yf生成物が製造された。脱塩化水素反応への供給材料として比較的純粋なHCFC−244bbを使用することは、脱塩化水素触媒の安定性も改良した。触媒安定性は、非精製244bb供給材料を使用した場合の<500時間と比べて、1000時間を超える連続実験時間の間不変であった。
【0062】
[0063]
実施例4
[0064]3.85GC面積%のHFC−245cb、91.2GC面積%のHCFC−244bb、2.46GC面積%のHCFO−1233xf、1.1GC面積%のHCFO−1223xd、及び1.4GC面積%のその他(特に、HCFO−1232xf、HFO−1243zf、クロロテトラクロロプロペン異性体、HCFO−1223zd、HFO−1234ze、HFO−1225ye、HFC−254eb、HFC−254fb、及び3,3,3−トリフルオロプロピンなど)で構成される粗HCFC−244bbストリームをジャケット付き光塩素化反応器(450ワットの紫外線源があり、点灯している)に装入する。Cl
2ストリームを光塩素化反応器内に散布すると、不飽和不純物、特に3,3,3−トリフルオロプロピン、HCFO−1233xf、HFO−1243zf及びHCFO−1223xdの二重結合に付加し、従来の蒸留で容易に分離される高沸点生成物が製造される。Cl
2は、粗材料中の全不飽和化合物を変換するのに必要な化学量論量に対して20%過剰に添加される。反応器は大気圧付近(0〜10psig)で運転され、内容物は、反応器ジャケットを循環する冷却塩水を用いて冷却される。反応時間は約2〜約4時間である。反応器内容物の定期的サンプリングとその後のGC分析で、塩素化反応がいつ完了したか確認する。反応器内の未反応塩素を中和するのに必要な量の亜硫酸水素塩を含有する微苛性溶液を混合タンクに加える。溶液に使用された亜硫酸水素塩の量は約0.015重量パーセントで、溶液に使用された水酸化ナトリウムの量は約0.2%である。反応混合物ストリームは光塩素化反応器を出て、混合タンク中の微苛性亜硫酸水素塩溶液の上に添加される。混合タンクの内容物を撹拌機によってよく混合し、何らかの過剰Cl
2又は塩酸(飽和化合物へのCl
2添加の副産物)を、それぞれ亜硫酸水素塩及び苛性アルカリによって中和する。
【0063】
[0065]混合後、撹拌機を止め、混合タンクの内容物を上部の水性相と下部の粗HCFC−244bb相に相分離させる。次に、粗HCFC−244bb相を混合タンクの底から取り出す。粗HCFC−244bb相を取り出した後、水性相を処理のために取り出す。その後、酸及びCl
2が除去された粗HCFC−244bbストリームは乾燥カラムに投入され、何らかの残留又は溶存水があれば乾燥剤で除去される。
【0064】
[0066]乾燥カラムを出た乾燥粗HCFC−244bbは、不純物から2−クロロ−1,1,1,2−テトラフルオロプロパンを分離するために従来の蒸留カラムに投入される。HFC−245cbのような低沸点不純物がまず除去された後、500ppm未満の不飽和ハロゲン化炭化水素しか含有しない99.8重量パーセントを超える2−クロロ−1,1,1,2−テトラフルオロプロパンストリームが取り出される。
【0065】
[0067]
実施例5
[0068]本実施例では、不飽和不純物を、蒸留などの当該技術分野で公知の任意の手段によってHCFC−244bbから容易に分離される飽和ハロカーボンに変換するための粗HCFC−244bbの連続気相水素化反応を示す。水素化は、蒸発器及び予熱器(内径1インチ(約2.5cm)、長さ32インチ(約81cm)、熱伝達を増強するためにニッケルメッシュが充填されている)を備えたモネル反応器(内径0.5インチ(約1.3cm)、長さ32インチ(約81cm))を用いて実施される。反応器には、50ミリリットルの1wt%Pd/Al
2O
3水素化触媒が充填されている。触媒を支持するためにニッケルメッシュが反応器の頂部及び底部に配置されている。多点熱電対(multi-point thermocouple)を反応器の中央に挿入する。3.85GC面積%のHFC−245cb、91.2GC面積%のHCFC−244bb、2.46GC面積%のHCFO−1233xf、1.1GC面積%の1223xd、及び1.4GC面積%のその他(特に、HCFO−1232xf、HFO−1243zf、クロロテトラクロロプロペン異性体、HCFO−1223zd、HFO−1234ze、HFO−1225ye、HFC−254eb、HFC−254fb、及び3,3,3−トリフルオロプロピンなど)で構成される粗HCFC−244bbストリームを気化し、1ポンド(約450g)/時間の速度で供給する。水素も、粗HCFC−244bb供給材料中に存在する不飽和不純物を完全に水素化するのに必要な化学量論量に対して20〜80モル%過剰になる速度で同時供給する。水素は、不飽和不純物、特に3,3,3−トリフルオロプロピン、HCFO−1232xf、HCFO−1233xf、HFO−1243zf、HCFO−1223xd、クロロテトラクロロプロペン異性体、HCFO−1223zd、HFO−1234ze及びHFO−1225yeの二重結合に付加し、従来の蒸留でHCFC−244bbから容易に分離される低及び高沸点生成物が製造される。反応器を電気炉で200℃に加熱する。反応は約45psiaの圧力で実施される。
【0066】
[0069]水素化された粗HCFC−244bbを、不純物から2−クロロ−1,1,1,2−テトラフルオロプロパンを分離するために従来のバッチ式蒸留カラムに装入する。HFC−245cb(−18℃)及び263fb(沸点−13℃)のような低沸点不純物がまず除去された後、500ppm未満の不飽和ハロゲン化炭化水素しか含有しない99.8重量パーセントを超える2−クロロ−1,1,1,2−テトラフルオロプロパン蒸留物ストリームが取り出される。
【0067】
[0070]
実施例6
[0071]本実施例では、244bb供給材料中の不純物がMgF
2系脱ハロゲン化水素触媒の安定性に及ぼす悪影響を示す。
【0068】
[0072]3ゾーン電気炉に浸漬された直径3/4インチ(約1.9cm)の円筒形モネル反応器を使用した。プロセス温度は、反応器内部及び触媒床内に配置された多点熱電対を用いて記録した。二つの隣接プローブ点間の距離は4インチ(約10cm)であった。触媒は、その床が二つの隣接プローブ点内に入るように装填された。244bbは、垂直に据え付けられた反応器の底から供給され、触媒床に到達する前に気化した。流出ガスをガスサンプリング管に通し、反応の進行をガスサンプリング管の内容のGC分析によって定期的にモニターした。20mlの触媒を装入し、有機物の流量は典型的な実験で6g/hであった。89.7%244bb/7.3%1233xf/3%その他の供給材料を用いた
図1に示されているように、244bbの変換率は、初期の50%超から、わずか24時間の操業後に40%未満に減少した。供給材料中の不純物が脱塩化水素触媒の早期失活を引き起こした。
【0069】
[0073]
比較例6
[0074]本比較例では、比較的純粋な244bb供給材料の使用がMgF
2系脱ハロゲン化水素触媒の安定性に好影響を及ぼすことを示す。実施例6で使用したのと同じセットアップ及び反応条件を使用した。244bb供給材料は99.0%純粋で、主な不純物は0.8%の1233xfであった。触媒の
図2は、脱塩化水素触媒が450時間を超える操業時間にわたって安定であることを示している。
【0070】
[0075]
実施例7
[0076]本実施例では、インコネル625反応器で1234yfを製造するための高度に選択的な244bb脱塩化水素反応を示す。
【0071】
[0077]3ゾーン電気炉に浸漬された直径3/4インチ(約1.9cm)の円筒形インコネル625反応器を使用した。プロセス温度は、反応器内部に配置された多点熱電対を用いて記録した。244bb供給材料は、99.37GC面積%の純度で、多少の不飽和不純物を含有していた。主な不純物は約0.5GC面積%のHCFO−1233xf及び約0.13%のその他の不飽和化合物であった。材料は蒸留のみで精製され、一定の不飽和化合物は除去できなかった。244bbは、垂直に据え付けられた反応器の底から供給され、反応ゾーンに到達する前に気化した。流出ガスをガスサンプリング管に通し、反応の進行をガスサンプリング管の内容のGC分析によって定期的にモニターした。
図3に示されているように、480℃及び25psigにおける244bbの変換率は、一般的に50〜55%であり(平均52.5%)、約1000時間続いた試験時間中に失活は認められなかった。1234yfに対する選択率は反応中およそ99.8%の高さを維持していた。
【0072】
[0078]ガス袋サンプルを480℃及び25psigで採取し、GC−MSで分析した。比較のために供給材料も分析した。表1に示されているように、微量のC
1、C
2、及びC
4副産物(おそらくは244bb及び/又はその他の分子の切断によって製造された)以外、その他の副産物は反応中に形成されなかった。さらに、供給原料に含まれていた不飽和種(例えば1233及び1224)は、生成物ストリーム中にも存在したままで、インコネル625反応器での244bb脱塩化水素中、それらの不飽和種に対して何の反応も起きなかったことを示していた。
【0073】
【表1】
【0074】
[0079]
実施例8
[0080]本実施例では、連続式の従来型蒸留カラム及び>8%の不純物を含有する244bb供給原料から製造された1234yf粗材料を用いて、高純度1234yfを得ることの困難さを示す。前記不純物とは、3.85GC面積%のHFC−245cb、2.46GC面積%のHCFO−1233xf、1.1GC面積%の1223xd、及び1.4GC面積%のその他(特に、HCFO−1232xf、HFO−1243zf、クロロテトラクロロプロペン異性体、HCFO−1223zd、HFO−1234ze、HFO−1225ye、HFC−254eb、254fb、及び3,3,3−トリフルオロプロピンなど)である。製造された粗HFO−1234yfを苛性スクラバに連続供給してHCl副産物を除去した。次に、生成物ストリームを乾燥剤を充填したカラムに通して残留水分を除去した。オイルレス圧縮機を用いて粗生成物を蒸留カラム(30〜45psigの圧力に維持)に供給した。蒸留カラムは、10ガロン(約37.9リットル)リボイラー、1/4”Propak充填剤を充填された内径2インチ(約5cm)×10フィート(約305cm)カラム、及び凝縮器用の管形熱交換器からなるものであった。カラムは約30の理論段を有していた。蒸留カラムは、温度、圧力、及び差圧伝送器を備えていた。蒸留は連続モードで実施され、取出し速度は、反応器でのHFO−1234yfの製造速度と等しかった。蒸留されたHFO−1234yfの純度はわずか99.0GC面積%であった。蒸留物のGC分析から、3,3,3−トリフルオロプロピン、HFO−1243zf、クロロテトラクロロプロペン異性体、HCFO−1223zd、HFO−1234ze、HFC−245cb、HCFO−1233xf、及びHCFC−244bbを含む低沸点及び高沸点不純物の両方の存在が示された。HCFO−1223xd及びHCFO−1232xfは検出されなかった。蒸留カラムの底部は排出され。脱塩化水素反応器にリサイクルされた。
【0075】
[0081]
実施例9
[0082]実施例7の連続蒸留から回収された蒸留オーバーヘッド材料は、社内のハネウェル1234yf製品仕様書に適合させるためにバッチ蒸留によってさらに精製する必要があった。実施例7に記載されているのと同じ蒸留装置を使用したが、バッチモードで運転した。バッチ蒸留は50psigの圧力及び20〜35インチ(約51〜89cm)H
2Oの範囲のD/Pで実施された。つまり、分離に莫大な還流ストリームを必要としたことを意味していた。HFO−1234yfの出発純度は約99GC%であった。取出し速度は軽質留分の場合0.5ポンド(約227g)/時間、主留分の場合0.5〜1.0ポンド(約227〜454g)/時間であった。どちらの場合も、軽質留分はリボイラーに装入された材料の初期量の約7wt%であった。リボイラーには50ポンド(約22.7kg)の材料が装入された。軽質留分の重量は3.5ポンド(約1.6kg)であった(軽質留分はHFO−1234yfの純度が99.9%を超えるまで回収された)。主HFO−1234yf留分の重量は36.5ポンド(約16.6kg)であった。主留分中のHFO−1234yfの純度は99.96GC%より高かった。蒸留は、リボイラー中のレベルが低くなったために停止された。表2は、精製されたHFO−1234yfのGC分析である。
【0076】
【表2】
本発明は以下の態様を含む。
[1] 99.5重量パーセントを超える純度を有し、約500ppm未満の何らかのその他の飽和フルオロカーボンしか含有しない2,3,3,3−テトラフルオロプロペン生成物の製造法であって、
蒸留分離不能な2−クロロ−1,1,1,2−テトラフルオロプロパンと約500ppmより多い量の少なくとも一つの不純物の供給ストリームを準備し;
供給ストリームを少なくとも一つの不純物が実質的に除去されるまで処理し;そして
供給ストリームを脱ハロゲン化水素して2,3,3,3−テトラフルオロプロペンを製造する
ことを含む方法。
[2] 不純物が、1,1,1,2,2−ペンタフルオロプロパン(HFC−245cb)、1,1,1,2−テトラフルオロプロパン(HFC−254eb)、1,1,1,3−テトラフルオロプロパン(HFC−254fb)、3,3,3−トリフルオロプロペン(HFO−1243zf)、2,3−ジクロロ−3,3−ジフルオロプロペン(HCFO−1232xf)、2−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(HCFO−1233xf)、1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(HCFO−1233zd)、1,2−ジクロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(HCFO−1223xd)、クロロテトラフルオロプロペン(HCFO−1224異性体)、1,2,3,3,3−ペンタフルオロプロペン(HFO−1225ye(シス及びトランス異性体))、1,3,3,3−テトラフルオロプロペン(HFO−1234ze(シス及びトランス異性体))、及び3,3,3−トリフルオロプロピンならびにそれらの組合せからなる群から選ばれる、[1]に記載の方法。
[3] 不純物が、供給ストリーム中に下記の量:すなわち、0〜約400ppmの3,3,3−トリフルオロプロペン(HFO−1243zf)、0〜約200ppmの2,3−ジクロロ−3,3−ジフルオロプロペン(HCFO−1232xf)、0〜約200ppmの2−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(HCFO−1233xf)、0〜約200ppmの1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(HCFO−1233zd)、0〜約200ppmの1,2−ジクロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(HCFO−1223xd)、0〜約200ppmのクロロテトラフルオロプロペン(HCFO−1224異性体)、0〜約200ppmの1,2,3,3,3−ペンタフルオロプロペン(HFO−1225ye(シス及びトランス異性体))、0〜約200ppmの1,3,3,3−テトラフルオロプロペン(HFO−1234ze(シス及びトランス異性体))、0〜約200ppmの1,1,1,2,2−ペンタフルオロプロパン(HFC−245cb)、0〜約200ppmの1,1,1,2−テトラフルオロプロパン(HFC−254eb)、0〜約200ppmの1,1,1,3−テトラフルオロプロパン(HFC−254fb)、及び0〜約200ppmの3,3,3−トリフルオロプロピンで供給される、[2]に記載の方法。
[4] 処理工程が、供給ストリームを光塩素化反応に付することを含む、[1]に記載の方法。
[5] 処理工程が、供給ストリームを水素化反応に付することを含む、[1]に記載の方法。
[6] 2−クロロ−1,1,1,2−テトラフルオロプロパン供給材料から一つ又は複数の不純物を除去するための方法であって、
前記2−クロロ−1,1,1,2−テトラフルオロプロパン供給材料を光塩素化法に付し;そして
2−クロロ−1,1,1,2−テトラフルオロプロパンを精製して実質的に純粋な2−クロロ−1,1,1,2−テトラフルオロプロパンを製造する
ことを含む方法。
[7] 前記光塩素化反応が、電磁放射線の存在下で、不純物を塩素(Cl
2)と反応させることを含む、[6]に記載の方法。
[8] 電磁放射線が紫外線スペクトルの中にある、[7]に記載の方法。
[9] 2−クロロ−1,1,1,2−テトラフルオロプロパン供給材料から一つ又は複数の不純物を除去するための方法であって、
前記2−クロロ−1,1,1,2−テトラフルオロプロパン供給材料を水素化法に付し;そして
2−クロロ−1,1,1,2−テトラフルオロプロパンを精製して実質的に純粋な2−クロロ−1,1,1,2−テトラフルオロプロパン供給材料を製造する
ことを含む方法。
[10] 水素化法が、一つ又は複数の触媒の存在下で不純物を水素(H
2)と反応させることを含む、[9]に記載の方法。
[11] 触媒が、Pt、Pd、Ni、及びそれらの混合物からなる群から選ばれ、不活性担体上に担持されていないか又は担持されているのいずれかである、[10]に記載の方法。
[12] 担体が、活性炭、アルミナ、様々な金属酸化物、ゼオライト、アルミノケイ酸塩、及びモレキュラーシーブからなる群から選ばれる、[11]に記載の方法。