CN104692998A

CN104692998A - 1,1-二氟-2-氯乙烷的制备方法

Info

Publication number: CN104692998A
Application number: CN201510072012.XA
Authority: CN
Inventors: 王树华; 舍罗宾; 周强; 特鲁克什; 杨仲苗; 吕杨
Original assignee: Juhua Group Technology Centre
Current assignee: Juhua Group Technology Centre
Priority date: 2015-02-11
Filing date: 2015-02-11
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2035-02-11
Also published as: CN104692998B

Abstract

本发明公开了1,1-二氟-2-氯乙烷的制备方法，包括如下步骤：将1,1,2-三氯乙烷或顺1,2-二氯乙烯、反1,2-二氯乙烯与1,1,2-三氯乙烷的混合物，在温度为150～350℃，压力(绝对压力)0.1～1.1MPa，接触时间15～150秒，HF与含氯原料摩尔比＝2～40:1条件下，加入铬镁氟化物催化剂，经固定床反应器气相催化氟化反应，收集产物经冷凝、液相分层、中和、干燥和精馏制得高纯度1,1-二氟-2-氯乙烷。本发明制备工艺简单、成本低、收率高，具有很好的工业应用前景，特别适合大规模工业化生产。

Description

1,1-二氟-2-氯乙烷的制备方法

技术领域

本发明涉及1,1-二氟-2-氯乙烷的制备方法，属于有机合成领域。

背景技术

1.1-二氟-2-氯乙烷(氟氯烷142)是制备2,2-二氟乙醇的中间产物，当前各国正在考虑使用氟氯烷142替代氟氯烷113、141b、140a等，用于固体表面清洁、干燥、脱脂的气溶胶和发泡剂领域，R142具有良好的市场前景。该产品制备方法专利在国外已有报道，但资料不多，国内无类似专利报导。生产1.1-二氟-2-氯乙烷的方法均为气相催化氟化，其合成路线按照起始原料的不同可分为以下两种，反应式如下：

第一条合成路线：

第二条合成路线：

催化剂是合成1.1-二氟-2-氯乙烷过程中最核心的影响因素，不同合成方法之间最主要的区别在于所选择的催化剂种类的不同。

如已知专利(EP 1008575,C07C 17/20,14.06.2000)中氟氯烷142制备方法是三氯乙烷与氟化氢在催化剂条件下气相反应，然后从反应物中分离氟氯烷142。催化剂选用的是经过氟化处理的Cr₂O₃。除了Cr₂O₃外，催化剂可以含或不含一种或几种金属氟化盐载体:如铬，铁，铌，镍，锑，锡，钽，钛等。反应条件如下：温度100℃～380℃、压力0.1MPa(0psig)～2.86MPa(400psig)，HF与140比2～20，接触时间1～100秒。

副产物氯化氢(HCl)可通过蒸馏或在水或碱液中吸收分离。未反应的HF通过蒸馏或在水或碱液中吸收分离，采用相分离或半透膜分离。其他有机副产物可以通过蒸馏分离。不饱和有机副产物在蒸馏分离前可以通过产物与氯或溴反应进行处理。

在其实施例中，催化剂铬氧化物(Cr₂O₃)(20см³,27g)活化温度380℃，在HF(6.6g/h)和空气(100cm³/分)混合气条件下吹扫18小时。氟氯烷142合成时在反应器通入三氯乙烷与氟化氢气相混合气，温度220℃，氟化氢与三氯乙烷的摩尔比＝7.8:1(10.1g/h HF和0.1см³/分三氯乙烷)，压力1.13MPa(150psig)，接触时间34秒，生成氟氯烷142的选择性为70.2％。

又如已知专利(EP 1008574,C07C 17/10,07.12.1999)，以1,2-二氯乙烯为原料氟化制备氟氯烷142，是二氯乙烯与HF在催化剂条件下气相反应，然后再从反应物中分离氟氯烷142。该发明催化剂、合成和氟氯烷142分离条件类似于EP 1008575。在实施例中进行了二氯乙烯与HF在铬氧化物(Cr₂O₃)催化剂中反应，向反应器通入二氯乙烯与HF气相混合气，温度220℃，氟化氢与二氯乙烯的摩尔比＝6.5:1(10.1g/h HF和0.1см³/分二氯乙烯)，压力1.13MPa(150psig)，接触时间34秒，二氯乙烯转化率88.3％，生成氟氯烷142的选择性为84.2％。

尽管三氯乙烷(二氯乙烯)制备氟氯烷142的转化率和选择性较高，但不足的是催化剂为粉末状，而不是颗粒，对工业化催化反应器不是很适合。实施例中带载体的催化剂制备体系与实际制备结果差别较大。

氟氯烷142制备专利(WO 2013/053800,B01J 23/06,18.04.2013)说明的是HF与三氯乙烷和/或二氯乙烯在催化剂条件下进行气相反应，催化剂制备方法是使用铬铝基材的FeCl₃和MgCl₂共沉淀催化剂，或是活性炭基材的Cr(NO₃)₃和Ni(NO₃)₂共沉淀催化剂，或是氧化铝和ZnCl₂共沉淀催化剂。氟氯烷142制备流程温度200～350℃，常压或带压至2.5MPa(25巴)，氟化氢与三氯乙烷和/或二氯乙烯的摩尔比＝2～30:1，接触时间10～200秒，催化剂可使用上述方法制备的片状或颗粒等外观。

合成前准备好的催化剂用120～140℃氮气处理1～50小时，接触时间10～40秒。然后再用HF或HF与氮气或空气混合气在150～400℃条件下进行处理，最后在375℃用HF对催化剂进行活化20～30小时。

实施例中氟氯烷142合成在上述催化剂中进行，使用的催化剂为Cr₂O₃/Al₂O₃/FeCl₃/MgCl₂，合成温度220～240℃，压力0.5MPa(5巴)，HF与三氯乙烷摩尔比＝6.5:1，接触时间90秒，三氯乙烷的转化率90～98％，生成氟氯烷142的选择性22～34％，而生成二氯乙烯的选择性为45～54％。

使用Al₂O₃/ZnCl₂催化剂合成氟氯烷142的温度为220～240℃，压力0.5MPa(5巴)，HF与三氯乙烷摩尔比＝7.3～8.7:1，接触时间127～142秒，三氯乙烷的转化率92～97％，生成氟氯烷142的选择性26～35％，而生成二氯乙烯的选择性为48～61％。

在使用活性炭载Cr(NO₃)₃和Ni(NO₃)₂催化剂时，氟氯烷142合成温度230～240℃，压力0.5MPa(5巴)，HF与三氯乙烷摩尔比＝7.9～8.9:1，接触时间94～135秒，三氯乙烷的转化率94～99％，生成氟氯烷142的选择性65％，而生成二氯乙烯的选择性为28％。HF与二氯乙烯在这种催化剂条件下合成氟氯烷142的温度为240℃，压力0.5MPa，HF与三氯乙烷摩尔比＝1:5.6～7.2，接触时间130～139秒，二氯乙烯的转化率60.6～63.8％。

使用Cr₂O₃/Al₂O₃/FeCl₃/MgCl₂和Al₂O₃/ZnCl₂催化剂的不足点是与使用活性炭载Cr(NO₃)₃和Ni(NO₃)₂催化剂相比生成氟氯烷142的选择性更低，Cr₂O₃/Al₂O₃/FeCl₃/MgCl₂催化剂含有Cr₂O₃约40％，这样增加了催化剂的成本，同样也增加了氟氯烷142的制造成本。

此外，活性炭载Cr(NO₃)₃和Ni(NO₃)₂催化剂在活性降低的条件下无法支持反应。已知的是，在连续流程中催化剂表面由于生成炭黑或脂类聚合物而降低了活性，这些物质都是原料分解产物或合成物。失活催化剂的再生就是让催化剂在高温空气或氧气中进行处理，保证催化剂表面的炭黑或脂类聚合物能燃烧尽。因此，对WO 2013/053800专利设计的活性炭载催化剂进行再生处理是不可能的，这将大大缩短使用寿命，这也是一个现实的不足点。

发明内容

本发明针对现有技术的不足之处，提供1,1-二氟-2-氯乙烷的制备方法，特别是将一种铬镁氟化物催化剂应用于制备1,1-二氟-2-氯乙烷，该方法工艺简单、成本低、收率高，具有很好的工业应用前景，特别适合大规模工业化生产。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

1,1-二氟-2-氯乙烷的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1)首先将含有10～15％氟化铬(三价)和85～90％氟化镁的铬镁氟化物催化剂加入反应器中进行反应，并用搅拌器进行搅拌，用吹气泵以6～10标升/小时的速度将氮气吹扫反应器2～5小时，然后通过蒸发器将温度控制在100～200℃进行预干燥，并由蒸发器供给氟化氢，氟化氢的供给速度为100～200g/h，活化持续4～8小时，接着将预干燥后的铬镁氟化物催化剂在200～350℃温度下用氟化氢进行活化处理，待活化处理结束时将蒸发器的温度设定在150～350℃；

2)将上述经氟化氢活化处理后的铬镁氟化物催化剂加入带有催化剂层的固定床反应器，然后将1,1,2-三氯乙烷或顺1,2-二氯乙烯、反1,2-二氯乙烯与1,1,2-三氯乙烷的混合物，在反应温度为150～350℃，反应压力(绝对压力)为0.1～1.1MPa，接触时间为15～150秒，HF与含氯原料摩尔比＝2～40:1的条件下，通入固定床反应器进行气相催化氟化反应，并在合成时听过蒸发器向固定床反应器中通入氟化氢和三氯乙烷或二氯乙烯，同时调节固定床反应器内的反应压力；

3)接着将经过上述气相催化氟化反应后的合成产品通入冷凝器进行冷凝，冷凝后的合成物再进行分层，使分离后上层为氟化氢，下层为含有氟氯烷142、顺二氯乙烯、反二氯乙烯和三氯乙烷的气态合成产物，气态合成产物经冷凝器出口放出，并继续通入氟化氢和三氯乙烷或二氯乙烯；

4)待氟化氢和三氯乙烷供给完成后，经分层法液相分离的液相合成产品从收集器底部放出，分离的氟化氢用于下批次使用，底部的液相合成产品为有机混合物，并用碱性溶液对有机混合物进行中和，再用沸石NaA干燥，最后通过精馏后制得1,1-二氟-2-氯乙烷，精馏分离后的顺二氯乙烯和反二氯乙烯用于下批次氟氯烷142的合成。

中和、干燥的目的是分离氟氯烷142和含有顺1,2-二氯乙烯、反1,2-二氯乙烯和1,1,2-三氯乙烷的混合物，该混合物可以作为氟氯烷142合成的原料，精馏方法可以分离出目的产品氟氯烷142，而顺二氯乙烯和反二氯乙烯可以用于下批次氟氯烷142的合成，同时在合成中重复使用氟化氢可以使氟化氢达到高转化率。

进一步，步骤1)中的铬镁氟化物催化剂为颗粒状，活性组分为Cr³⁺，其中活性组分在铬镁氟化物催化剂中所占的重量百分比为10％～15％。

优选的，铬镁氟化物催化剂的载体为MgF₂。

优选的，步骤2)中的反应温度为220～280℃，反应压力为0.6～0.9MPa，接触时间为20～50秒，HF与含氯原料摩尔比＝4～10:1。

优选的，步骤3)中的冷凝器为返回式冷凝器，可以提高经气相催化氟化反应后的合成产品的冷凝速率，节省制备时间。

进一步，冷凝器上安装有冷媒夹套，降低冷凝器内的温度。

进一步，蒸发器和反应器上均安装有电加热器，便于控制蒸发器和反应器内的温度，使得蒸发器和反应器在制备过程中各阶段的温度满足反应过程的需要。

进一步，反应器上安装有压力表和调节阀，压力表和调节阀用于保持反应体系必要的压力，确保反应顺利进行。

本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

本发明解决了氟化氢冷凝和含氟氯烷142、顺二氯乙烯、反二氯乙烯的合成产物冷凝，并在0～-50℃(优选-20～-30℃)、压力0.1～1.1MPa(优选0.6～0.9MPa)条件下分离气相的氯化氢和低沸卤代烃。液相分两层：上层为剩余的HF，可用于下批次氟氯烷142合成，下层是氟氯烷142、顺二氯乙烯和反二氯乙烯混合物。精馏方法可分离出目的产品氟氯烷142，而顺二氯乙烯和反二氯乙烯可用于下批次氟氯烷142合成。铬镁氟化物催化剂依据俄专利RU 2005539环保工艺制备，制成疏松多孔、活性组分氟化镁载氟化铬均匀分布的结构。这种结构可以保证卤代烃系列产品气相氟化时催化剂的高活性，尽管活性组分氟化铬含量很低，但它与氟化镁比较是稀缺和昂贵的化合物。催化剂通过挤压呈颗粒状在反应器内使用，在合成前催化剂在100～200℃条件下干燥，在200～350℃下用氟化氢活化(处理)。此外，催化剂活性降低时要进行再生，此后催化剂的活性可以恢复。

具体实施方式

本发明1,1-二氟-2-氯乙烷的制备方法，包括如下步骤：

1)首先将含有10～15％氟化铬(三价)和85～90％氟化镁的铬镁氟化物催化剂加入反应器进行反应，并通过搅拌器进行搅拌，铬镁氟化物催化剂为颗粒状，活性组分为Cr³⁺，其中活性组分在铬镁氟化物催化剂中所占的重量百分比为10％～15％，优选的，铬镁氟化物催化剂的载体为MgF₂，用吹气泵以6～10标升/小时的速度将氮气吹扫反应器2～5小时，然后通过蒸发器将温度控制在100～200℃进行预干燥，并由蒸发器供给氟化氢，氟化氢的供给速度为100～200g/h，活化持续4～8小时，接着将预干燥后的铬镁氟化物催化剂在200～350℃温度下用氟化氢进行活化处理，待活化处理结束时将蒸发器的温度设定在150～350℃，蒸发器和反应器上均安装有电加热器，便于控制蒸发器和反应器内的温度，使得蒸发器和反应器在制备过程中各阶段的温度满足反应过程的需要，反应器上安装有压力表和调节阀，压力表和调节阀用于保持反应体系必要的压力，确保反应顺利进行；

2)将上述经氟化氢活化处理后的铬镁氟化物催化剂加入带有催化剂层的固定床反应器，然后将1,1,2-三氯乙烷(其物理性质如表1所示)或顺1,2-二氯乙烯、反1,2-二氯乙烯与1,1,2-三氯乙烷的混合物，在反应温度为150～350℃，反应压力(绝对压力)为0.1～1.1MPa，接触时间为15～150秒，HF与含氯原料摩尔比＝2～40:1的条件下，通入固定床反应器进行气相催化氟化反应，并在合成时通过蒸发器向固定床反应器中通入氟化氢和三氯乙烷或二氯乙烯，同时调节固定床反应器内的反应压力，优选的，反应温度为220～280℃，反应压力为0.6～0.9MPa，接触时间为20～50秒，HF与含氯原料摩尔比＝4～10:1；

3)接着将经过上述气相催化氟化反应后的合成产品通入冷凝器进行冷凝，优选的，冷凝器为返回式冷凝器，可以提高经气相催化氟化反应后的合成产品的冷凝速率，节省制备时间，冷凝器上安装有冷媒夹套，降低冷凝器内的温度，冷凝后的合成物再进行分层，使分离后上层为氟化氢，下层为含有氟氯烷142、顺二氯乙烯、反二氯乙烯和三氯乙烷的气态合成产物，气态合成产物经冷凝器出口放出，并继续通入氟化氢和三氯乙烷或二氯乙烯；

表1 1,1,2-三氯乙烷的物理性质

具体实施方式如下：

实施例1

氟氯烷142的试验室合成装置由蒸发器、镍反应器、冷凝器、收集器组成，蒸发器供给液相HF和三氯乙烷或二氯乙烯，反应器体积V＝1L带固定催化剂层，冷凝器为返回式冷凝器，收集器用于收集合成产物和HF。蒸发器和反应器安装有电加热器，冷凝器安装冷媒夹套，冷凝器出口放出气态合成产物(HCl、轻沸氟氯烃)，安装有压力表和调节阀用于保持反应体系必要的压力。

反应器加入860g按俄专利RU 2005539制备的铬镁催化剂，用6～10标升/小时的氮气吹扫反应器4小时对催化剂进行干燥除水，蒸发器温度设定在100℃，反应器内温度逐渐从100℃升至200℃。

反应器内常压下温度逐渐从200℃升至350℃进行催化剂活化，供给氟化氢速度100～200g/h，活化持续5小时。活化流程结束时将蒸发器温度设定在250℃，反应器内温度为240～250℃，***压力0.9MPa，反向冷凝器温度-30℃。

合成时氟化氢供给速度290～300g/h，三氯乙烷供给速度350～360g/h，反应器内压力0.75～0.9MPa。反应后合成产品通入反向冷凝器，在此分层：上层HF，下层主要含氟氯烷142、顺二氯乙烯、反二氯乙烯、三氯乙烷。冷凝器排气含有氯化氢和轻沸产品。

HF和三氯乙烷供给完成后液相合成产品从收集器底部放出。底层液相产品是有机混合物(氟氯烷142、二氯乙烯等)，用KOH水溶液(5％质量)中和，用沸石NaA干燥，然后进行气相色谱分析。上层液相产品是是氟化氢可重复使用合成氟氯烷142。HF：氟氯烷142摩尔比＝5.5:1，接触时间42～47秒，三氯乙烷转化率98％，生成氟氯烷142选择性49％。

实施例2

反应器内常压下温度逐渐从200℃升至350℃进行催化剂活化，供给氟化氢速度100～200g/h，活化持续5小时。活化流程结束时将蒸发器温度设定在150℃，反应器内温度为240～250℃，***压力0.87MPa，反向冷凝器温度-30℃。

合成时氟化氢供给速度610g/h，二氯乙烯供给速度420g/h，反应器内压力0.75～0.9MPa。反应后合成产品通入反向冷凝器，在此分层：上层HF，下层主要含氟氯烷142、顺二氯乙烯、反二氯乙烯、三氯乙烷。冷凝器排气含有氯化氢和轻沸产品。

使用HF和二氯乙烯合成氟氯烷142，二氯乙烯是一种从实施例1合成产物分离氟氯烷142后的混合物，组成为80％的顺二氯乙烯，3％的反二氯乙烯，6％的氟氯烷141，9％的三氯乙烷。HF和三氯乙烷供给完成后液相合成产品从收集器底部放出。底层液相产品是有机混合物(氟氯烷142、二氯乙烯等)，用KOH水溶液(5％质量)中和，用沸石NaA干燥，然后进行气相色谱分析。HF与二氯乙烯摩尔比＝7.1:1，接触时间21秒，反二氯乙烯转化率41.5％，生成氟氯烷142的选择性85％。

实施例1和实施例2中各反应参数与氟氯烷142选择性的关系如表2所示

表2 各反应参数与氟氯烷142选择性的关系

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims

1.1,1-二氟-2-氯乙烷的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1)首先将含有10～15％氟化铬(三价)和85～90％氟化镁的铬镁氟化物催化剂加入反应器中进行反应，并通过搅拌器进行搅拌，用吹气泵以6～10标升/小时的速度将氮气吹扫所述反应器2～5小时，然后通过蒸发器将温度控制在100～200℃进行预干燥，并由所述蒸发器供给氟化氢，所述氟化氢的供给速度为100～200g/h，活化持续4～8小时，接着将预干燥后的所述铬镁氟化物催化剂在200～350℃温度下用所述氟化氢进行活化处理，待活化处理结束时将所述蒸发器的温度设定在150～350℃；

2)将上述经氟化氢活化处理后的所述铬镁氟化物催化剂加入带有催化剂层的固定床反应器，然后将1,1,2-三氯乙烷或顺1,2-二氯乙烯、反1,2-二氯乙烯与1,1,2-三氯乙烷的混合物，在反应温度为150～350℃，反应压力(绝对压力)为0.1～1.1MPa，接触时间为15～150秒，HF与含氯原料摩尔比＝2～40:1的条件下，通入所述固定床反应器进行气相催化氟化反应，并在合成时通过所述蒸发器向所述固定床反应器中通入所述氟化氢和三氯乙烷或二氯乙烯，同时调节所述固定床反应器内的反应压力；

3)接着将经过上述气相催化氟化反应后的合成产品通入冷凝器进行冷凝，冷凝后的合成物再进行分层，使分离后上层为氟化氢，下层为含有氟氯烷142、顺二氯乙烯、反二氯乙烯和三氯乙烷的气态合成产物，所述气态合成产物经所述冷凝器出口放出，并继续通入所述氟化氢和所述三氯乙烷或所述二氯乙烯；

4)待所述氟化氢和所述三氯乙烷供给完成后，经分层法液相分离的液相合成产品从收集器底部放出，分离的氟化氢用于下批次使用，底部的所述液相合成产品为有机混合物，并用碱性溶液对所述有机混合物进行中和，再用沸石NaA干燥，最后通过精馏制得1,1-二氟-2-氯乙烷，精馏分离后的所述顺二氯乙烯和所述反二氯乙烯用于下批次氟氯烷142的合成。

2.根据权利要求1所述的1,1-二氟-2-氯乙烷的制备方法，其特征在于：步骤1)中的所述铬镁氟化物催化剂为颗粒状，活性组分为Cr³⁺，其中所述活性组分在所述铬镁氟化物催化剂中所占的重量百分比为10％～15％。

3.根据权利要求2所述的1,1-二氟-2-氯乙烷的制备方法，其特征在于：所述铬镁氟化物催化剂的载体为MgF₂。

4.根据权利要求1所述的1,1-二氟-2-氯乙烷的制备方法，其特征在于：步骤2)中的所述反应温度为220～280℃，所述反应压力为0.6～0.9MPa，所述接触时间为20～50秒，所述HF与所述含氯原料摩尔比＝4～10:1。

5.根据权利要求1所述的1,1-二氟-2-氯乙烷的制备方法，其特征在于：步骤3)中的所述冷凝器为返回式冷凝器。

6.根据权利要求5所述的1,1-二氟-2-氯乙烷的制备方法，其特征在于：所述冷凝器上安装有冷媒夹套。

7.根据权利要求1所述的1,1-二氟-2-氯乙烷的制备方法，其特征在于：所述蒸发器和所述反应器上均安装有电加热器。

8.根据权利要求7所述的1,1-二氟-2-氯乙烷的制备方法，其特征在于：所述反应器上安装有压力表和调节阀。