CN109438170A - 一种2,3,3,3-四氟丙烯的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种2,3,3,3‑四氟丙烯的制备方法,在催化剂的存在下,1,1‑二氟‑2‑氯乙烯与氟氯甲烷进行加成反应,以产生1,1,1‑三氟‑2,3‑二氯丙烷,1,1,1‑三氟‑2,3‑二氯丙烷通过三种路径催化制备2,3,3,3‑四氟丙烯。本发明使用对人体和环境有害的1,1‑二氟‑2‑氯乙烯为初始原材料,对环境起到保护作用。本发明方法采用连续管式反应器进行反应,反应条件容易控制,设备操作简单;且该制备方法各步骤转化率较好,目标产物的收率较高,有广泛的工业化应用前景。

Description

一种2,3,3,3-四氟丙烯的制备方法
技术领域
本发明属于化工合成领域,具体涉及一种2,3,3,3-四氟丙烯的制备方法。
背景技术
2,3,3,3-四氟丙烯作为新一代制冷剂,制冷效果好,温室效应小,大气寿命短,可燃性低,毒性低,可广泛用于汽车,空调,冰箱等制冷电器中,还可应用于灭火剂、发泡剂、起泡剂、研磨抛光机等领域。但是比起同类替代品, 2,3,3,3-四氟丙烯制造成本高,价格高昂。
美国专利US7560602B2公开了以CF3CF2CF2CHCl2为原材料,先加氢脱氯生成CF3CF2CH3,再脱HF得到2,3,3,3-四氟丙烯。该制备法优点是消耗了有毒物质CF3CF2CH3,缺点是2,3,3,3-四氟丙烯的产量较低。
美国专利US2996555公开了以CX3CF2CH3(其中X为F、Cl、Br)为原料,通过以下两个反应方程式:CCl3CF2CH3+3HF→CF3CF2CH3+3HCl;CF3CF2CH3→ CF3CF=CH2+HF,生成2,3,3,3-四氟丙烯。该制备方法转化率高,但是催化剂 CrOxFy的制备较困难。
因此,如何高效低廉地生产2,3,3,3-四氟丙烯是亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种2,3,3,3-四氟丙烯的制备方法,使用对人体和环境有害的2-氯-1,1-二氟乙烯为初始原材料,对环境起到保护作用,本发明方法采用连续管式反应器进行反应,反应条件容易控制,目标产物收率高。
为了解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
一种2,3,3,3-四氟丙烯的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)以2-氯-1,1-二氟乙烯(CF2=CHCl)与氟氯甲烷(CH2ClF)为原料,在催化剂条件下进行加成反应,以产生中间体1,1,1-三氟-2,3-二氯丙烷(HCFC-243db);
(2)所述中间体1,1,1-三氟-2,3-二氯丙烷(HCFC-243db)通过三个不同路径合成2,3,3,3-四氟丙烯,包括如下路径:
(a)所述1,1,1-三氟-2,3-二氯丙烷(HCFC-243db)与HF在催化剂作用下,直接进行气相反应制得2,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234yf)。
(b)所述1,1,1-三氟-2,3-二氯丙烷(HCFC-243db)气相脱氯化氢制备2- 氯-3,3,3-三氟丙烯(HFO-1233xf),2-氯-3,3,3-三氟丙烯(HFO-1233xf) 与HF在催化剂作用下气相氟化脱氯制得2,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234yf)。
(c)所述1,1,1-三氟-2,3-二氯丙烷(HCFC-243db)气相脱氯化氢制备2- 氯-3,3,3-三氟丙烯(HFO-1233xf),2-氯-3,3,3-三氟丙烯(HFO-1233xf) 气相氟化加成制得2-氯-1,1,1,2-四氟丙烷(HCFC-244bb),2-氯-1,1,1,2- 四氟丙烷(HCFC-244bb)气相脱氯化氢制备2,3,3,3-四氟丙烯 (HFO-1234yf)。
优选的,步骤(1)使用的催化剂为SbF3-SbF5-AlCl3/C,其中Sb3+、Sb5+、Al3+的摩尔比为1:1:1,所述加成反应的反应温度为50~350℃,优选100~300℃,更优选150~250℃,反应压力为2~4bar,接触时间为1~30s,优选3~15s,更优选5~10s。
优选的,步骤(1)和步骤(2)均在管式反应器中进行气相连续反应,可以选用单管分级反应器或多管串联反应器,所述管式反应器的材质为耐腐蚀性的不锈钢材、蒙乃尔合金、哈斯特洛依耐蚀镍基合金或铬镍铁合金。
优选的,步骤(2)中路径(a)中,催化剂为Cr2O3、Cr2O3-Al2O3、 Cr2O3-Al2O3-FeCl3-MgCl2、Al2O3-ZnCl2、Cr2O3-Ni/C、Cr2O3-Ni/Al2O3中的一种或多种混合物,优选Cr2O3-Al2O3-FeCl3-MgCl2、Al2O3-ZnCl2、Cr2O3-Ni/C、Cr2O3-Ni/Al2O3中的一种或多种混合物,更优选Cr2O3-Ni/C、Cr2O3-Ni/Al2O3中的一种或两种混合物,所述催化剂是通过将共沉积、掺杂的一种或者二者共同作用的方法制备的, Cr2O3-Ni/C催化剂中Cr、Ni的质量比为20:1~20,优选20:5~10,Cr2O3-Ni/Al2O3催化剂中Cr、Ni的质量比为20:1~10,优选20:4~6。
优选的,步骤(2)的路径(a)中,HCFC-243db气相氟化的反应的反应压力为1~10bar,优选4~6bar,HF与HCFC-243db的摩尔比为10~50:1,优选15~25:1,反应温度为150~340℃,优选220~280℃,反应接触时间10~200s,优选80~140s。
优选的,步骤(2)的路径(b)中,HCFC-243db气相脱氯化氢过程所用催化剂为CrF3或CrOxFy中的一种或两种混合物;HFO-1233xf与HF氟化过程中所用的催化剂为采用共沉淀法制备系列La-Cr2O3、Y-Cr2O3、Co-Cr2O3、Ga-Cr2O3、Mg-Cr2O3、 Fe-Cr2O3、Zn-Cr2O3、Cr2O3-Ni/C催化剂中的一种或几种混合物。
优选的,步骤(2)的路径(b)中,HCFC-243db气相脱氯化氢过程的反应温度为200~350℃,反应压力为1~5bar,反应接触时间为30~60s;HF氟化过程中的反应温度为280~350℃,反应压力为6~8bar,反应接触时间为100~ 150s,HF进料流速与含HFO-1233xf的物料进料流速之比为10~20:1。
优选的,步骤(2)的路径(c)中,HCFC-243db气相脱氯化氢过程所用催化剂为CrF3或CrOxFy中的一种或两种混合物;气相氟化加成过程所用催化剂为 Zn-Cr2O3、Mg-Cr2O3、Cr2O3-Ni/C中的一种或几种混合物;HCFC-244bb气相脱氯化氢过程所用催化剂为CsCl/MgF2、SbF5/C、Cr2O3-Ni/C中的一种或两种混合物。
优选的,步骤(2)的路径(c)中,HCFC-243db脱氯化氢过程的反应温度为200~350℃,反应压力为1~5bar,反应接触时间为30~60s;HF氟化加成过程中的反应温度为200~320℃,反应压力为6~10bar,反应接触时间为90~ 120s,HF进料流速与含HFO-1233xf的物料进料流速之比为10~20:1;HFC-244bb 气相脱氯化氢过程中的反应温度为320~380℃,反应压力为2~10bar,反应接触时间为100~180s。
由于采用上述技术方案,具有以下有益效果:
本发明使用对人体和环境有害的1,1-二氟-2-氯乙烯为初始原材料,对环境起到保护作用。本发明方法采用连续管式反应器进行反应,反应条件容易控制,设备操作简单;且该制备方法各步骤转化率较好,目标产物的收率较高,有广泛的工业化应用前景。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明:
图1为本发明制备2,3,3,3-四氟丙烯的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
向长度为1.5m,内径为100mm的蒙乃尔合金管反应器Ⅰ中,装入催化剂 SbF3-SbF5-AlCl3/C,反应器Ⅰ的温度设为220℃,压力设为4bar;将CH2ClF与 CF2=CHCl按摩尔比为10:1混合后通入反应器Ⅰ中,控制停留时间为10s,反应产物经20℃循环水冷却回收液体产物,气体产物循环至反应器Ⅰ中。
将HCFC-243db经计量泵输送至预热器,后进入汽化混合器,再进入装有CrF3催化剂的长1m,内径为60mm的哈斯特洛依耐蚀镍基合金管的反应器Ⅱ中。控制反应温度为320℃,反应压力为5bar,停留时间为60s。反应产物经40℃碱洗、水洗,干燥后,气体产物HCFC-1233xf进入长1.5m,内径100mm的蒙乃尔合金管反应器Ⅲ中;反应器Ⅲ中装填的催化剂为Cr2O3-Ni/C。向反应器Ⅲ中通入无水 HF气体,控制无水HF和HCFC-1233xf的进料流速之比为10:1;反应器Ⅲ的温度为340℃,压力为3bar,反应停留时间为30s。反应产物经过碱洗、水洗,精馏后可得到HFO-1234yf。
反应的总转化率为48.2%,HFO-1234yf的收率为75.7%(以CF2=CHCl计)。
实施例1-5
向长度为1.5m,内径为100mm的蒙乃尔合金管反应器Ⅰ中加入催化剂 SbF3-SbF5-AlCl3/C,其中Sb3+、Sb5+、Al3+的摩尔比为1:1:1,通入2-氯-1,1-二氟乙烯(CF2=CHCl)与氟氯甲烷(CH2ClF),应产物经过碱洗、水洗、精馏后制成 HCFC-243db,反应条件和反应结果如表1所示。
表1:HCFC-243db的制备。
实施例6-10
将实施例1-5中制成的HCFC-243db经计量泵输送至预热器后,通入长度为 1.5m,内径为100mm的蒙乃尔合金管反应器Ⅱ,反应器Ⅱ装填催化剂Cr2O3-Ni/C,其中Cr和Ni的质量比为2:1。向反应器Ⅱ通入无水HF气体,反应产物经过碱洗、水洗、精馏后得到HFO-1234yf,反应条件和反应结果如表2所示。
表2:通过步骤2(a)制备HFO-1234yf。
结合实施例1和实施例6的反应总转化率为32.7%,结合实施例2和实施例7的反应总转化率为41.2%,结合实施例3和实施例8的反应总转化率为49.5%,结合实施例4和实施例9的反应总转化率为52.2%,结合实施例5和实施例10 的反应总转化率为53.9%。
实施例11-15
将实施例1-5中制成的HCFC-243db将HCFC-243db经计量泵输送至预热器,后进入汽化混合器,再进入装有CrF3催化剂的长1m,内径为60mm的哈斯特洛依耐蚀镍基合金管的反应器Ⅲ中,生成HFO-1233xf;反应产物经40℃碱洗、水洗,干燥后,气体产物HCFC-1233xf进入长1.5m,内径100mm的蒙乃尔合金管反应器Ⅳ中,反应器Ⅳ装有催化剂La-Cr2O3,反应产物经过碱洗、水洗,精馏后可得到HFO-1234yf,生成HFO-1233xf和HFO-1234yf的反应条件和反应结果如表3 所示。
表3:通过步骤2(b)制备HFO-1234yf。
结合实施例1和实施例11的反应总转化率为30.2%,结合实施例2和实施例12的反应总转化率为44.6%,结合实施例3和实施例13的反应总转化率为 48.2%,结合实施例4和实施例14的反应总转化率为49.7%,结合实施例5和实施例15的反应总转化率为45.9%。
实施例16-20
将使用实施例11-15方法制成的气体HFO-1233xf通入长1.5m,内径100mm 的蒙乃尔合金管反应器Ⅴ中,反应器Ⅴ中装填的催化剂为Zn-Cr2O3,向反应器Ⅴ中通入无水HF气体,反应产物经40℃碱洗、水洗,干燥后生成HFC-244bb;将上一步生成的HFC-244bb通入长1m,内径为60mm的哈斯特洛依耐蚀镍基合金管的反应器Ⅵ中,加入催化剂CsCl/MgF2,反应产物经过碱洗、水洗,精馏后生成 HFO-1234yf,生成HFC-244bb和HFO-1234yf的反应条件和反应结果如表4所示。
表4:通过步骤2(c)制备HFO-1234yf。
结合实施例1和实施例11的反应总转化率为25.8%,结合实施例2和实施例12的反应总转化率为39.8%,结合实施例3和实施例13的反应总转化率为 42.5%,结合实施例4和实施例14的反应总转化率为43.4%,结合实施例5和实施例15的反应总转化率为41.1%。
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,为解决基本相同的技术问题,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 (10)

1.一种2,3,3,3-四氟丙烯的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)以2-氯-1,1-二氟乙烯(CF2=CHCl)与氟氯甲烷(CH2ClF)为原料,在催化剂条件下进行加成反应,以产生中间体1,1,1-三氟-2,3-二氯丙烷(HCFC-243db)
(2)所述中间体1,1,1-三氟-2,3-二氯丙烷(HCFC-243db)通过三个不同路径合成2,3,3,3-四氟丙烯,包括如下路径:
(a)所述1,1,1-三氟-2,3-二氯丙烷(HCFC-243db)与HF在催化剂作用下,直接进行气相反应制得2,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234yf);
(b)所述1,1,1-三氟-2,3-二氯丙烷(HCFC-243db)气相脱氯化氢制备2-氯-3,3,3-三氟丙烯(HFO-1233xf),2-氯-3,3,3-三氟丙烯(HFO-1233xf)与HF在催化剂作用下气相氟化脱氯制得2,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234yf);
(c)所述1,1,1-三氟-2,3-二氯丙烷(HCFC-243db)气相脱氯化氢制备2-氯-3,3,3-三氟丙烯(HFO-1233xf),2-氯-3,3,3-三氟丙烯(HFO-1233xf)气相氟化加成制得2-氯-1,1,1,2-四氟丙烷(HCFC-244bb),2-氯-1,1,1,2-四氟丙烷(HCFC-244bb)气相脱氯化氢制备2,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234yf)。
2.根据权利要求1所述的一种制备2,3,3,3-四氟丙烯的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)使用的催化剂为SbF3-SbF5-AlCl3/C,其中Sb3+、Sb5+、Al3+的摩尔比为1:1:1,所述加成反应的反应温度为50~350℃,反应压力为2~4bar,接触时间为1~30s。
3.根据权利要求2所述的一种制备2,3,3,3-四氟丙烯的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)和步骤(2)均在管式反应器中进行气相连续反应,可以选用单管分级反应器或多管串联反应器,所述管式反应器的材质为耐腐蚀性的不锈钢材、蒙乃尔合金、哈斯特洛依耐蚀镍基合金或铬镍铁合金。
4.根据权利要求1所述的一种制备2,3,3,3-四氟丙烯的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中路径(a)中,催化剂为Cr2O3、Cr2O3-Al2O3、Cr2O3-Al2O3-FeCl3-MgCl2、Al2O3-ZnCl2、Cr2O3-Ni/C、Cr2O3-Ni/Al2O3中的一种或多种混合物,所述催化剂是通过将共沉积、掺杂的一种或者二者共同作用的方法制备的,Cr2O3-Ni/C催化剂中Cr、Ni的质量比为20:1~20,Cr2O3-Ni/Al2O3催化剂中Cr、Ni的质量比为20:1~10。
5.根据权利要求4所述的一种制备2,3,3,3-四氟丙烯的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)的路径(a)中,HCFC-243db气相氟化的反应的反应压力为1~10bar,HF和HCFC-243db的摩尔比为10~50:1,反应温度为150~340℃,反应接触时间10~200s。
6.根据权利要求1所述的一种制备2,3,3,3-四氟丙烯的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)的路径(b)中,HCFC-243db气相脱氯化氢过程所用催化剂为CrF3或CrOxFy中的一种或两种混合物;HFO-1233xf与HF氟化过程中所用的催化剂为采用共沉淀法制备系列La-Cr2O3、Y-Cr2O3、Co-Cr2O3、Ga-Cr2O3、Mg-Cr2O3、Fe-Cr2O3、Zn-Cr2O3、Cr2O3-Ni/C催化剂中的一种或几种混合物。
7.根据权利要求6所述的一种制备2,3,3,3-四氟丙烯的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)的路径(b)中,HCFC-243db气相脱氯化氢过程的反应温度为200~350℃,反应压力为1~5bar,反应接触时间为30~60s;HF氟化过程中的反应温度为280~350℃,反应压力为6~8bar,反应接触时间为100~150s,HF进料流速与含HFO-1233xf的物料进料流速之比为10~20:1。
8.根据权利要求1所述的一种制备2,3,3,3-四氟丙烯的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)的路径(c)中,HCFC-243db气相脱氯化氢过程所用催化剂为CrF3或CrOxFy中的一种或两种混合物;气相氟化加成过程所用催化剂为Zn-Cr2O3、Mg-Cr2O3、Cr2O3-Ni/C中的一种或几种混合物;HCFC-244bb气相脱氯化氢过程所用催化剂为CsCl/MgF2、SbF5/C、Cr2O3-Ni/C中的一种或两种混合物。
9.根据权利要求8所述的一种制备2,3,3,3-四氟丙烯的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)的路径(c)中,HCFC-243db脱氯化氢过程的反应温度为200~350℃,反应压力为1~5bar,反应接触时间为30~60s;HF氟化加成过程中的反应温度为200~320℃,反应压力为6~10bar,反应接触时间为90~120s,HF进料流速与含HFO-1233xf的物料进料流速之比为10~20:1;HFC-244bb气相脱氯化氢过程中的反应温度为320~380℃,反应压力为2~10bar,反应接触时间为100~180s。
10.根据权利要求1所述的一种制备2,3,3,3-四氟丙烯的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)和步骤(2)均发生在管式反应器内,所述管式反应器的材质为耐腐蚀性的不锈钢材、蒙乃尔合金、哈斯特洛依耐蚀镍基合金或铬镍铁合金。
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