特許第6971226号(P6971226)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6971226
(24)【登録日】2021年11月4日
(45)【発行日】2021年11月24日
(54)【発明の名称】脱ハロゲン化水素化反応器及び方法
(51)【国際特許分類】
   C07C 17/25 20060101AFI20211111BHJP
   C07C 21/18 20060101ALI20211111BHJP
   C07B 61/00 20060101ALN20211111BHJP
   B01J 8/06 20060101ALN20211111BHJP
   B01J 19/24 20060101ALN20211111BHJP
【FI】
   C07C17/25
   C07C21/18
   !C07B61/00 300
   !B01J8/06
   !B01J19/24 A
【請求項の数】10
【全頁数】19
(21)【出願番号】特願2018-518952(P2018-518952)
(86)(22)【出願日】2016年10月14日
(65)【公表番号】特表2018-537269(P2018-537269A)
(43)【公表日】2018年12月20日
(86)【国際出願番号】US2016057089
(87)【国際公開番号】WO2017066603
(87)【国際公開日】20170420
【審査請求日】2019年10月7日
(31)【優先権主張番号】62/241,992
(32)【優先日】2015年10月15日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】500575824
【氏名又は名称】ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド
【氏名又は名称原語表記】Honeywell International Inc.
(74)【代理人】
【識別番号】100140109
【弁理士】
【氏名又は名称】小野 新次郎
(74)【代理人】
【識別番号】100118902
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 修
(74)【代理人】
【識別番号】100106208
【弁理士】
【氏名又は名称】宮前 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100120112
【弁理士】
【氏名又は名称】中西 基晴
(74)【代理人】
【識別番号】100120754
【弁理士】
【氏名又は名称】松田 豊治
(72)【発明者】
【氏名】コプカリ,ハルク
(72)【発明者】
【氏名】ルーフ,ロン・ジョセフ
(72)【発明者】
【氏名】チウ,ユーオン
(72)【発明者】
【氏名】トゥン,シュー・スン
(72)【発明者】
【氏名】スミス,ロバート・エイ.
【審査官】 佐々木 典子
(56)【参考文献】
【文献】 英国特許出願公開第02210286(GB,A)
【文献】 特開平02−227135(JP,A)
【文献】 特開平09−234361(JP,A)
【文献】 実開昭60−179335(JP,U)
【文献】 特表2015−501300(JP,A)
【文献】 特表2010−532762(JP,A)
【文献】 特表2015−509932(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B01J 10/00−12/02、
14/00−19/32、
8/00− 8/46
C07C 1/00−409/44
C07B 31/00−61/00、
63/00−63/04
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
(a)2−クロロ−1,1,1,2−テトラフルオロプロパン(HCFC−244bb)を含む組成物を、組成物と接触する触媒表面を有し、電源に接続されている反応チャンバーに供給し;
(b)HCFC−244bbの少なくとも一部をHFO−1234yfに接触脱塩化水素化するのに356.7℃〜650℃の温度に触媒表面を加熱するのに有効な電流を、電源から触媒表面を通して流す;
ことを含む、2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(HFO−1234yf)の製造方法であって、前記電源が交流電流又は直流電流を与える、方法。
【請求項2】
前記温度が400℃〜500℃である、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
組成物と接触する触媒表面が、無電解ニッケル、ニッケル、ステンレススチール、モネル合金、インコネル合金、インコロイ合金、ハステロイ合金、及びこれらの組合せから選択される、請求項1に記載の方法。
【請求項4】
電源が直流電流を与える、請求項1に記載の方法。
【請求項5】
反応チャンバーがシェル/チューブ構造の1以上のチューブで構成されており、組成物と接触する触媒表面が1以上のチューブの内壁又は外壁で構成されている、請求項1に記載の方法。
【請求項6】
HCFC−244bbを含む組成物を、触媒表面を有する反応チャンバーに供給する前に400℃〜500℃に過熱する、請求項1に記載の方法。
【請求項7】
(a)脱ハロゲン化水素化反応物質と接触する表面を含み、かかる表面は脱ハロゲン化水素化反応を触媒する材料を含む反応チャンバーに、少なくとも1種類の脱ハロゲン化水素化反応物質を供給し;
(b)表面を通して電流を流して、脱ハロゲン化水素化反応物質の脱ハロゲン化水素化を達成するのに356.7℃〜650℃の温度に表面を加熱する;
ことを含む、脱ハロゲン化水素化反応を行う方法であって、前記反応チャンバーが電源に接続されている、方法。
【請求項8】
脱ハロゲン化水素化反応が、反応A、B、C、又はこれらの組合せ:
(A)CHX’X”−CY’Y”−CF
(i)CH=CY−CF、又は
(ii)CHX=CH−CF、又は
(iii)(i)と(ii)の組合せ;
ここで、
X及びY=H、Cl、又はFの1つであり;
X’及びX”=H、Cl、又はFの1つ又は2つであり;
Y’及びY”=H、Cl、又はFの1つである;或いは
(B)CH=CY−CF→CH≡C−CF
ここで、X及びY=Cl又はFの1つであり;或いは
(C)CHX=CH−CF→CH≡C−CF
ここで、X及びY=Cl又はFの1つである;
から選択される、請求項7に記載の方法。
【請求項9】
脱ハロゲン化水素化反応が、次の反応:
CHClCHCF→CH=CH−CF+HCl(253fb→1243zf+HCl);
CHCHClCF→CH=CH−CF+HCl(253db→1243zf+HCl);
CHFCHCF→CH=CH−CF+HF(254fb→1243zf+HF);
CHCHFCF→CH=CH−CF+HF(254eb→1243zf+HF);
CHClCHCF→CHCl=CH−CF+HCl(243fa→1233zd+HCl);
CHCClCF→CH=CCl−CF+HCl(243ab→1233xf+HCl);
CHClCHClCF→CH=CCl−CF/CHCl=CH−CF+HCl(243db→1233xf/1233zd+HCl);
CHClCHFCF→CH=CF−CF/CHCl=CH−CF+HCl/HF(244eb→1234yf/1233zd+HCl/HF);
CHFCHClCF→CH=CCl−CF/CHF=CH−CF+HF/HCl(244db→1233xf/1234ze+HF/HCl);
CHFClCHCF→CHF=CH−CF/CHCl=CH−CF+HCl/HF(244fa→1234ze/1233zd+HCl/HF);
CHCFCF→CH=CF−CF+HF(245cb→1234yf+HF);
CHFCHFCF→CH=CF−CF/CHF=CH−CF+HF(245eb→1234yf/1234ze+HF);
CHFCHCF→CHF=CH−CF+HF(245fa→1234ze+HF);
CH=CCl−CF→CH≡C−CF+HCl(1233xf→トリフルオロプロピン+HCl);
CH=CF−CF→CH≡C−CF+HCl(1234yf→トリフルオロプロピン+HF);
CHCl=CH−CF→CH≡C−CF+HCl(1233zd→トリフルオロプロピン+HCl);又は
CHF=CH−CF→CH≡C−CF+HF(1234ze→トリフルオロプロピン+HF);
の1以上から選択される、請求項8に記載の方法。
【請求項10】
電源が直流電流を与える、請求項7〜9のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
[001]本発明は電気加熱反応器に関する。限定なしに、この反応器は脱ハロゲン化水素化反応において用いることができ、チューブ状デザインなどの多様な構造のものであってよい。
【背景技術】
【0002】
[002]フルオロカーボン、特にフッ素化オレフィンは、1つの種類として化学中間体及びモノマーなどとしての多くの種々の用途を有する。特に、これらの生成物は、冷媒(特に低い地球温暖化係数を有すると確認されているもの)、冷媒を製造するためのモノマー又は中間体として有用である。
【0003】
[003]地球温暖化に対する懸念のために、ヒドロフルオロオレフィン(HFO)は、冷媒、熱伝達剤、発泡剤、モノマー、及び噴射剤として用いるためのクロロフルオロカーボン(CFC)、ヒドロクロロフルオロカーボン(HCFC)、及びヒドロフルオロカーボン(HFC)に対する置換物として商業化されている。これは、HFOはオゾン層を破壊せず、低い地球温暖化係数を有するからである。幾つかのHFOは、塩素化有機化合物をフッ素化触媒の存在下でフッ化水素のようなフッ素化剤でフッ素化することを含む複数の工程によって製造される。これらの反応は、液相又は気相のいずれか、或いはこれらの組み合わせの中で行うことができる。
【0004】
[004]HFO−1234yf(2,3,3,3−テトラフルオロ−1−プロペン)を製造する1つのプロセスにおいては、次の反応シーケンスが知られている。
工程(1):1230xa+3HF→1233xf+3HCl;
(ここで、1230xaはCCl=CClCHClであり、1233xfはCH=CClCFである);
工程(2):1233xf+HF→244bb;
(ここで、244bbはCHCClFCFである);
工程(3):244bb→1234yf+HCl;
(ここで、1234yfはCH=CFCFである)。
【0005】
[005]好ましい実施においては、工程(1)はフッ素化触媒の存在下において気相中で行われ;工程(2)はフッ素化触媒の存在下において液相中で行われ;工程(3)は脱塩化水素化触媒の存在下又は不存在下において気相中で行われる。
【0006】
[006]工程(3)の反応は吸熱性であり、1モルのHCFC−244bbあたり約15kcal又は1ポンドのHCFC−244bbあたり約180BTUの反応熱を有する。反応は、通常は約450℃〜約480℃で行われる。反応は、反応器内の金属(反応器壁、金属ペレット、メッシュの形態の触媒等)によって触媒される。この方法は、代表的には米国特許出願公開2009/0043136(その全ての内容を参照として本明細書中に包含する)において開示されている。
【0007】
[007]吸熱性であることに加えて、工程(3)は開始するのに高い温度が必要である。しかしながら、プロセス材料又は熱交換表面を過熱するとコーク又は炭素の形成の高い速度がもたらされて、反応器システムを清浄にするために頻繁な運転停止が必要になる場合がある。工程(3)のために有用な反応システムの設計に対する従来のアプローチは、通常は次のもの:
(1)反応物質を加熱するための過熱器;
(2)シェル上に熱交換媒体を有する等温シェル/チューブ反応器;
(3)反応器内のパスあたりの限定された転化率;
(4)過熱のための設備、及び反応器シェルへの熱投入を可能にする設備;並びに
(5)触媒表面(適用される場合)を再生するための手段;
を含む。
【0008】
[008]これらのアプローチは、固有の複雑さを有する多くの構成部品を有するシステムが必要である。一例は、反応器を加熱するために溶融塩システムを用いることである。かかるシステムは、最小でも反応器、過熱器、加熱炉、溶融塩タンク、及び溶融塩ポンプを含む。かかるシステムのために必要な塩は高い温度(240℃の範囲)で凝固するので、反応器の低温の表面との最初の接触中に塩を溶融状態に保持しながらシステムを始動させるために更なる複雑な手段を導入しなければならず;かかる手段には、始動中に塩を希釈するシステム、又は被覆及び/又は熱トレースを広く用いることが含まれる場合がある。
【0009】
[009]溶融塩システムに関連する他の問題は、より低い局所温度によって反応効率の損失がもたらされる一方で、より高い局所温度によって熱伝達表面のコーク付着がもたらされる(これも効率の損失をもたらす)ので、加熱を反応器全体にわたって均一に加える必要性があることである。これらの困難性を克服するには、溶融塩の非常に多い流量が必要であり、これは必要な大きなポンプ及び配管に関係する高い資本及び運転コストをもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
[0010]而して、より少ない装置を有する簡略化されたシステムが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【0011】
[0011]一形態においては、本発明は、チャンバー内の反応物質と接触する触媒表面を有する反応チャンバー;及び、触媒表面を通して電流を流すための電源;を含む反応器に関する。1つの実施においては、この電流は反応を起こすのに必要な熱を与える。1つの実施においては、電流によって反応物質を加熱し、電流が通る金属表面が反応を触媒する。かかる反応の例は、限定なしにHCFC−244bbのHFO−1234yfへの脱塩化水素化などの脱ハロゲン化水素化反応であるが、他の反応、例えば0価の金属によって触媒されるもの、並びに熱分解反応などが意図される。電流は交流電流又は直流電流であってよい。反応器は、シェル/チューブ構造において見られるようなチューブ又はパイプで構成することができる。一態様においては、チューブ又はパイプの1以上はフィン付きであってよく、一方で他の態様においては、チューブ又はパイプのいずれもフィン付きでない。而して一態様においては、全てのチューブ又はパイプは平らであり、一方で他の態様においては、チューブ又はパイプの少なくとも1つは平らである。電流は、反応器の加熱を与えるために、パイプの表面を通して、及び/又はパイプの内側若しくは外側或いは反応器内の他の箇所に配置されている充填材を通して流すことができる。反応器は、触媒反応を行う反応器に導入する前に反応物質を反応温度にする過熱器を更に含めるか、又は場合によってはこれに流体連絡させることができる。
【0012】
[0012]他の形態においては、本発明は、HFO−1234yf、HFO−1234ze、HCFO−1233zd、HFO−1243zf、トリフルオロプロピンなどのような不飽和ヒドロフルオロカーボンの製造方法に関する。1つのかかる実施においては、本発明は、2−クロロ−1,1,1,2−テトラフルオロプロパン(HCFC−244bb)を含む組成物を、組成物と接触する触媒表面を有し、電源に接続されている反応チャンバーに供給し;そしてHCFC−244bbの少なくとも一部をHFO−1234yfに接触脱塩化水素化するのに有効な温度に触媒表面を加熱するのに有効な電流を、電源から触媒表面を通して流す;ことを含む、2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(HFO−1234yf)の製造方法に関する。
【0013】
[0013]本発明は、高い温度及び更にはプロセス加熱が必要な反応器を加熱するのに有用な信頼性の高い装置のための簡略化された反応システムを提供する。
[0014]本発明の有利性としては、限定なしに、プロセスの単純化(これによって、より経済的で信頼できるプロセスがもたらされる);熱伝達表面にわたって均一な熱投入(これによって、同時にコーク形成を最小にしながら反応効率が最大になる);簡単で迅速な始動;及び改良されたプロセス安全性;が挙げられる。有利なことには、驚くべきことに、反応器を加熱するために直流を用いると、触媒反応速度が向上することが見出された。
【図面の簡単な説明】
【0014】
図1】[0015]図1は、本発明の反応器を具現化するプロセスフローの概要図である。この図は気化器及び分離工程を用いる実施を示しており、HCFC−244bbの脱塩化水素化によってHFO−1234yfを製造することの観点で示している。
図2】[0016]図2は、図1のスキームにおいて用いることができる本発明の反応器を図示する。この反応器はシェル/チューブ構造のものであり、反応物質と接触する触媒表面はチューブの壁を構成している。電源は電圧を調節するためのトランスを含む。
図3】[0017]図3は、反応器がバッフル付きのシェル/チューブ構造である本発明の一態様の概要を示す。
図4】[0018]図4は、本発明において反応器としてか又は反応器の一部として用いることができるフィン付きチューブを示す。チューブの外皮及び縦方向のフィンが触媒表面を構成し、これを示されている抵抗線で電気加熱する。
【発明を実施するための形態】
【0015】
[0019]米国特許8,058,486(その内容を参照として本明細書中に包含する)において記載されているように、HCFC−244bb供給材料は、フッ素化触媒の存在下における液相反応器内でのHCFO−1233xfのヒドロフッ素化から形成することができる。HCFO−1233xfの不完全な転化、及びHCFC−244bbと近接しているその沸点、並びに特定の条件下におけるHCFC−244bbとHCFO−1233xfの共沸混合物又は共沸混合物様の組成物の形成のために、これらの2つの化合物の分離は困難である。この理由のために、HCFC−244bb供給材料は、一般に若干量のHCFO−1233xfを含む。
【0016】
[0020]1つの実施においては、本反応器は、HCFC−244bbの脱塩化水素化によるHFO−1234yfの製造において用いる。図1は、かかる反応のための代表的なプロセスフロースキーム1を示す。示されているプロセスは反応器7内において1つの電気ヒーター9のみを使用しており、これは、この態様においては過熱器区域8を有するようにデザインされており、而して、反応器は、HCFC−244bbを含む反応物質を過熱することと、且つそれを接触反応させてHFO−1234yfを含む生成物を形成することの両方を行う。図1は単一段階反応器を示しているが、多段階電気加熱反応器も意図される。電源9は、反応のための熱を電気によって与え、交流又は直流を供給する(整流器及び/又はトランスが必要な場合があるが、示していない)。図1において、液体のHFC−244bbを含む新しい供給材料4、及び分離工程12からの再循環HCFC−244bbを、水蒸気2又は他の好適な媒体を用いて加熱している(例えば電気加熱している)気化器3に供給する。気化したHCFC−244bbが6において気化器から排出され、これを反応器7に供給する。反応器7(その代表的な概要図を図2に示す)は、種々のシェル/チューブ(例えば、固定チューブ、U字形チューブ等)、又は当該技術において公知の他の構造などの任意の好適な構造を有していてよい。電気加熱反応器7は、単一段階又は多段階で構成することができる。反応器中に導入する前に、反応物質及び再循環物質を含むプロセスガスを、適当なデザインの更なる電気ヒーターによって、反応温度、例えばHCFC−244bbをHFO−1234yfに転化させる場合には約450℃〜約480℃に予め加熱することができる。
【0017】
[0021]図2は、本発明の反応器のシェル/チューブの態様の概要図を示す。図2において、反応器7は、シェル20(これは漏出事故の際に閉じ込めを与えることができる)、及び一連のチューブ21(これは、トランス23及びバスバー25を介して高電圧源9に接続され、これにより低電圧ヒーター電力供給が与えられる)を含む。電気導線26が接続部22においてチューブの表面に接続されており、接地24が与えられている。ワット密度は、プロセスガスの均一な加熱を与え、コーク形成を制限するためにチューブ壁の温度を反応温度に近接して維持するのに十分に低い値である、約30〜約40ワット/平方フィート、好ましくは約35ワット/平方フィートに維持する。均一な加熱を与えるために、それぞれが独立して制御可能な電気加熱投入量を有する複数のチューブ流路を用いることができる。好ましくは、交流に関しては、電気加熱は、電流をヒーターチューブ壁に直接通し、低い電圧(約1〜約90ボルト、より好ましくは約30〜約80ボルト)及び上記に記載のワット密度を達成するのに十分なアンペア数の三相交流を用いるインピーダンス加熱(impedance heating)システムを含む。反応器出口10の温度は、好ましくは約±1℃に制御する。
【0018】
[0022]図2において、気化したHCFC−244bb供給ガス6を、ガス入口において、これも電気加熱している過熱器区域8へ導入する。次に、過熱されたガスをチューブ21に導入する。チューブは、反応を触媒する材料で構成するか、又は少なくともかかる材料の表面を有する。或いは又は更には、反応を触媒する材料で構成されている金属ペレット又はメッシュのような充填材をチューブに充填することができる。反応を触媒するのがこの充填材料である場合には、充填材は、本発明にしたがって電気加熱している触媒表面として機能する。
【0019】
[0023]一般に、チューブ又は充填材に関する触媒構造材料は、意図する反応によって定まる。例えば、HCFC−244bbのHFO−1234yfへの脱塩化水素化においては、チューブ又は充填材構造体の実用的な材料としては、限定なしに無電解ニッケル、ニッケル、ステンレススチール、モネル(登録商標)合金、インコネル(登録商標)合金、インコロイ(登録商標)合金、ハステロイ(登録商標)合金、及びこれらの組合せが挙げられる。本発明の一態様においては、チューブ状部材の1以上は、図4(ここではチューブ状部材は複数の縦方向のフィン42を含む)に示すようにフィン付きである。しかしながら他の態様においては、チューブ状部材はいずれもフィン付きでない。反応温度、即ち電気加熱反応器を運転する温度も、想起する特定の反応によって定まる。HCFC−244bbのHFO−1234yfへの脱塩化水素化に関しては、温度は約700℃以下の範囲、好ましくは約150℃〜650℃の間であってよく、約400℃〜約500℃、より通常的には約450℃〜約480℃がより好ましい。加熱は、電流及び/又は電圧を調節することによって調節することができる。同様に、反応器圧力は反応によって定まり;HCFC−244bbのHFO−1234yfへの転化に関しては、反応器圧力は通常は約0psig〜約200psigであり、約50〜約100psigが好ましい。
【0020】
[0024]図1において、HFO−1234yf、HCl、及び未反応のHCFC−244bbを含む生成物が反応器7から排出され(10)、これは通常は蒸留11によって分離にかけて、それから最終的に精製されたHFO−1234yf生成物が、分離されたHCl(これは中和するか又は回収する(13)ことができる)と共に回収される(12)。実質的に未反応のHCFC−244bbの流れは、気化器3に再循環して戻す(5)。1つの実施においては、分離工程は2つの蒸留カラムから構成され、第1のカラムにおいて未反応のHCFC−244bbをHFO−1234yf生成物及びHClから分離し、第2のカラムにおいてHFO−1234yf生成物をHClから分離する。他の実施においては、第1のカラムにおいてHClをHFO−1234yf及び再循環HCFC−244bbから分離し、第2のカラムにおいてHFO−1234yfを再循環HCFC−244bbから分離する。
【0021】
[0025]本発明の反応器の他の態様(図3)においては、反応器30は、反応物質ガス入口36及び生成物ガス出口35、並びに電気抵抗加熱34によって加熱されている列状のチューブ状部材31、並びにターミナルヒーターボックス33を有する装置から構成されている。チューブ状部材は、特定の反応を触媒する構成材料で構成されており;プロセスガスはシェル内のこれらの部材の間に通過させる。反応器30は、効率を増加させ、ホットスポットを最小にするためにバッフル32を有している。加熱部材は、場合によっては図4に示すデザインを用いることができ、ここではチューブ状部材40は加熱抵抗線43に接続されており、チューブ状部材は、熱伝達効率を向上させ、且つ例えば脱ハロゲン化水素化反応を触媒するのに利用できる表面積を増大させるために、チューブの外皮41上に縦方向のフィン42(又は他の形状の突起)を含んでいる。
【0022】
[0026]上記に記載した反応はHCFC−244bbのHFO−1234yf及びHClへの反応であるが、本発明において記載する装置はこの化学反応に限定されず、触媒反応のために0価の金属を用いるか又は触媒が必要ない(例えば熱分解)他の吸熱反応のために用いることができる。他のかかる反応の例としては、限定なしに次のもの:
・CHX’X”−CY’Y”−CF→CH=CY−CF及び/又はCHX=CH−CF
ここで、
X及びY=H、Cl、Fの1つであり;
X’及びX”=H、Cl、又はFの1つ又は2つであり;
Y’及びY”=H、Cl、又はFの1つである;
・CH=CY−CF及び/又はCHX=CH−CF→CH≡C−CF
ここで、X及びY=Cl、Fの1つである;
が挙げられる。
【0023】
かかる反応の例としては、
CHClCHCF→CH=CH−CF+HCl(253fb→1243zf+HCl);
CHCHClCF→CH=CH−CF+HCl(253db→1243zf+HCl);
CHFCHCF→CH=CH−CF+HF(254fb→1243zf+HF);
CHCHFCF→CH=CH−CF+HF(254eb→1243zf+HF);
CHClCHCF→CHCl=CH−CF+HCl(243fa→1233zd+HCl);
CHCClCF→CH=CCl−CF+HCl(243ab→1233xf+HCl);
CHClCHClCF→CH=CCl−CF/CHCl=CH−CF+HCl(243db→1233xf/1233zd+HCl);
CHClCHFCF→CH=CF−CF/CHCl=CH−CF+HCl/HF(244eb→1234yf/1233zd+HCl/HF);
CHFCHClCF→CH=CCl−CF/CHF=CH−CF+HF/HCl(244db→1233xf/1234ze+HF/HCl);
CHFClCHCF→CHF=CH−CF/CHCl=CH−CF+HCl/HF(244fa→1234ze/1233zd+HCl/HF);
CHCFCF→CH=CF−CF+HF(245cb→1234yf+HF);
CHFCHFCF→CH=CF−CF/CHF=CH−CF+HF(245eb→1234yf/1234ze+HF);
CHFCHCF→CHF=CH−CF+HF(245fa→1234ze+HF);
CH=CCl−CF→CH≡C−CF+HCl(1233xf→トリフルオロプロピン+HCl);
CH=CF−CF→CH≡C−CF+HCl(1234yf→トリフルオロプロピン+HF);
CHCl=CH−CF→CH≡C−CF+HCl(1233zd→トリフルオロプロピン+HCl);
CHF=CH−CF→CH≡C−CF+HF(1234ze→トリフルオロプロピン+HF);
が挙げられる。
【実施例】
【0024】
実施例1:
[0027]本実施例においては、チューブの内部にOD=1/8インチの7点式熱電対を挿入した断熱1インチ×0.065インチインコネル625チューブ反応器を用いた。2つの隣接する温度プローブポイントの間の距離は4インチである。反応器は、圧力格納容器、加熱部材、及び熱伝達表面として機能させた。5V及び140Aの最大出力を有するFlex Kraft整流器を用いて、DC(直流)電力をインコネル625反応器に供給した。反応器のホットスポット温度がその設定点に達したら、244bb供給材料の流入を開始した。反応中は、反応器流出流を、その組成を調べるために周期的にサンプリングした。
【0025】
[0028]表1は、種々の条件下におけるその平均反応性を示す。このインピーダンスヒーター反応器においては、従来の(外部加熱)反応器におけるものよりも高い活性が観察された。例えば、450℃より低い温度において30%に近い244bb転化率が達成された。更に、表1に示すように、1234yfへの選択率は≧98.5%であった。
【0026】
【表1】
【0027】
実施例2:
[0029]実施例2においては、実施例1において記載したものと同じ反応器及び構成を用いた。供給速度を倍にすることによって高速運転を行った。1つの実験においては、供給速度は倍にしたが、DC入力電力供給量は同じ(2.57V/118.2A)に維持した。表2に示すように、供給速度を倍にすることによって、ホットスポット温度(約468℃から約453℃)及び244bb転化率(約39%から約11%)の両方の大きな低下が起こった。しかしながら、投入電力を増加させると、ホットスポット温度及び244bb転化率は両方とも上昇した。表2に示すように、2.76V/126.2Aにおいては、ホットスポット温度及び244bb転化率は、それぞれ約483℃及び約40%に上昇した。要約すると、倍の供給速度に関しては、電力投入量を約15%増加させることによって、匹敵する244bb転化率が達成された。
【0028】
【表2】
【0029】
実施例3:
[0030]実施例3においては、実施例1において記載したものと同じ反応器及び構成を用いた。HCl/HF処理の効果を調べた。高い温度(条件に関しては表3を参照)に保持した反応器を通してHCl(又はHF)/N混合流を流すことによって、HCl/HF処理を行った。表3に示すように、HCl/HF処理の後には僅かにより高い244bb転化率が観察され、一方で1234yf選択率はほぼ変化しないで維持された。従来の反応器内で同様のHF処理を行った後は、1234yfから1233xfへの選択率の逆転が起こったことに留意されたい。
【0030】
【表3】
【0031】
実施例4:
[0031]244bbの液体を、水蒸気加熱気化器内で70psigの圧力及び74℃において気化させた。それを、電気過熱器を用いて480℃に過熱し、反応器中に導入した。反応器は、30ボルトの三相電源を用いてインピーダンス加熱することによって直接加熱している直径2インチ(51mm)のAlloy 625チューブで構成した。ワット密度は、チューブ表面積1平方フィートあたり35ワットであった。反応器を480℃に保持した。この反応器によって、100g/時のHFO−1234yfを生成させた。反応器の出口ガスを冷却し、2カラム分離システム内で蒸留した。未反応の244bbから構成される第1のカラムからの塔底流は、気化器に戻した。第1のカラムからの塔頂流は第2のカラムに送って、そこで塔頂流によってHClを排出し、塔底流によってHFO−1234yf生成物を排出した。
【0032】
[0032]本発明は、これらの化合物の製造に必要な反応を実施するための改良されたプロセス及び反応器デザイン、或いはより特にはかかるプロセス及び反応器のための新規な加熱システムに関する。この反応器はまた、注意深く制御された条件下で高い温度に加熱することが必要な他の化学処理のために用いることもできる。この反応器は、ヒドロフルオロオレフィン(HFO)の製造において特に用途が見出される。本発明の反応器は、特別に設計された電気加熱システムによって加熱される反応器を含む。
【0033】
[0033]上記の記載は例のみの目的であり、発明の範囲を限定しない。
本発明は以下の態様を含む。
[1]
(a)チャンバー内の反応物質と接触する触媒表面を有する反応チャンバー;及び
(b)触媒表面を通して電流を流すための電源;
を含む反応器。
[2]
両方とも反応チャンバーと流体連絡している入口及び出口を更に含む、[1]に記載の反応器。
[3]
反応チャンバーが1以上のチューブを含む、[1]に記載の反応器。
[4]
1以上のチューブがシェル/チューブ構造である、[3]に記載の反応器。
[5]
反応物質と接触する触媒表面が1以上のチューブの内壁又は外壁で構成されている、[3]に記載の反応器。
[6]
電源が交流電源又は直流電源である、[1]に記載の反応器。
[7]
反応物質と接触する触媒表面が充填材で構成されている、[1]に記載の反応器。
[8]
充填材が金属ペレット又は金属メッシュの形態である、[7]に記載の反応器。
[9]
反応物質と接触する触媒表面が、無電解ニッケル、ニッケル、ステンレススチール、モネル合金、インコネル合金、インコロイ合金、ハステロイ合金、及びこれらの組合せから選択される、[1]に記載の反応器。
[10]
電流を流すための電源が、触媒表面と接触する反応物質を約700℃以下まで加熱するのに有効なものである、[1]に記載の反応器。
[11]
1以上のチューブがフィン付きである、[5]に記載の反応器。
[12]
触媒表面が0価の金属で構成されている、[1]に記載の反応器。
[13]
電源が可変電流を与える、[1]に記載の反応器。
[14]
電源が可変電圧を与える、[1]に記載の反応器。
[15]
反応チャンバーと流体連絡している過熱器区域を更に含む、[1]に記載の反応器。
[16]
過熱器区域と流体連絡している気化器を更に含む、[15]に記載の反応器。
[17]
過熱器が電気加熱である、[15]に記載の反応器。
[18]
反応器が脱塩化水素化反応器である、[1]に記載の反応器。
[19]
反応物質が2−クロロ−1,1,1,2−テトラフルオロプロパン(HCFC−244bb)を含む、[18]に記載の反応器。
[20]
複数の反応器チューブと流体連絡している入口及び出口を含み、反応器チューブは脱ハロゲン化水素化反応物質と接触する表面を有し、かかる表面は脱ハロゲン化水素化反応を触媒する材料を含み、複数の反応器チューブは、反応器チューブを通して電流を流して、脱ハロゲン化水素化を達成するのに有効な温度に表面を加熱するための電源に接続されている、脱ハロゲン化水素化反応のための反応器。
[21]
表面が反応器チューブの内表面又は反応器チューブの外表面である、[20]に記載の反応器。
[22]
表面が反応器チューブ内の充填材上である、[20]に記載の反応器。
[23]
複数の反応器チューブがバッフル付きである、[20]に記載の反応器。
[24]
反応器チューブがフィン付きである、[20]に記載の反応器。
[25]
電流が交流電流である、[20]に記載の反応器。
[26]
電流が直流電流である、[20]に記載の反応器。
[27]
電源が可変電流を与える、[20]に記載の反応器。
[28]
電源が可変電圧を与える、[20]に記載の反応器。
[29]
入口と流体連絡している過熱器区域を更に含む、[20]に記載の反応器。
[30]
(a)2−クロロ−1,1,1,2−テトラフルオロプロパン(HCFC−244bb)を含む組成物を、組成物と接触する触媒表面を有し、電源に接続されている反応チャンバーに供給し;
(b)HCFC−244bbの少なくとも一部をHFO−1234yfに接触脱塩化水素化するのに有効な温度に触媒表面を加熱するのに有効な電流を、電源から触媒表面を通して流す;
ことを含む、2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(HFO−1234yf)の製造方法。
[31]
温度が約400℃〜約500℃である、[30]に記載の方法。
[32]
組成物と接触する触媒表面が、無電解ニッケル、ニッケル、ステンレススチール、モネル合金、インコネル合金、インコロイ合金、ハステロイ合金、及びこれらの組合せから選択される、[30]に記載の方法。
[33]
電源が交流電流又は直流電流を与える、[30]に記載の方法。
[34]
反応チャンバーがシェル/チューブ構造の1以上のチューブで構成されており、組成物と接触する触媒表面が1以上のチューブの内壁又は外壁で構成されている、[30]に記載の方法。
[35]
HCFC−244bbを含む組成物を、触媒表面を有する反応チャンバーに供給する前に約400℃〜約500℃に過熱する、[30]に記載の方法。
[36]
(a)脱ハロゲン化水素化反応物質と接触する表面を含み、かかる表面は脱ハロゲン化水素化反応を触媒する材料を含む反応チャンバーに、少なくとも1種類の脱ハロゲン化水素化反応物質を供給し;
(b)表面を通して電流を流して、脱ハロゲン化水素化反応物質の脱ハロゲン化水素化を達成するのに有効な温度に表面を加熱する;
ことを含む、脱ハロゲン化水素化反応を行う方法。
[37]
脱ハロゲン化水素化反応が、反応A、B、C、又はこれらの組合せ:
(A)CHX’X”−CY’Y”−CF
(i)CH=CY−CF、又は
(ii)CHX=CH−CF、又は
(iii)(i)と(ii)の組合せ;
ここで、
X及びY=H、Cl、又はFの1つであり;
X’及びX’=H、Cl、又はFの1つ又は2つであり;
Y’及びY”=H、Cl、又はFの1つである;或いは
(B)CH=CY−CF→CH≡C−CF
ここで、X及びY=Cl又はFの1つであり;或いは
(C)CHX=CH−CF→CH≡C−CF
ここで、X及びY=Cl又はFの1つである;
から選択される、[36]に記載の方法。
[38]
脱ハロゲン化水素化反応が、次の反応:
CHClCHCF→CH=CH−CF+HCl(253fb→1243zf+HCl);
CHCHClCF→CH=CH−CF+HCl(253db→1243zf+HCl);
CHFCHCF→CH=CH−CF+HF(254fb→1243zf+HF);
CHCHFCF→CH=CH−CF+HF(254eb→1243zf+HF);
CHClCHCF→CHCl=CH−CF+HCl(243fa→1233zd+HCl);
CHCClCF→CH=CCl−CF+HCl(243ab→1233xf+HCl);
CHClCHClCF→CH=CCl−CF/CHCl=CH−CF+HCl(243db→1233xf/1233zd+HCl);
CHClCHFCF→CH=CF−CF/CHCl=CH−CF+HCl/HF(244eb→1234yf/1233zd+HCl/HF);
CHFCHClCF→CH=CCl−CF/CHF=CH−CF+HF/HCl(244db→1233xf/1234ze+HF/HCl);
CHFClCHCF→CHF=CH−CF/CHCl=CH−CF+HCl/HF(244fa→1234ze/1233zd+HCl/HF);
CHCFCF→CH=CF−CF+HF(245cb→1234yf+HF);
CHFCHFCF→CH=CF−CF/CHF=CH−CF+HF(245eb→1234yf/1234ze+HF);
CHFCHCF→CHF=CH−CF+HF(245fa→1234ze+HF);
CH=CCl−CF→CH≡C−CF+HCl(1233xf→トリフルオロプロピン+HCl);
CH=CF−CF→CH≡C−CF+HCl(1234yf→トリフルオロプロピン+HF);
CHCl=CH−CF→CH≡C−CF+HCl(1233zd→トリフルオロプロピン+HCl);又は
CHF=CH−CF→CH≡C−CF+HF(1234ze→トリフルオロプロピン+HF);
の1以上から選択される、[37]に記載の方法。
[39]
チューブがいずれもフィン付きでない、[5]に記載の反応器。
図1
図2
図3
図4