JP2021118993A - インターナル、流動層反応装置、およびトリフルオロメチルピリジン系化合物の製造方法 - Google Patents

インターナル、流動層反応装置、およびトリフルオロメチルピリジン系化合物の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】取り扱いが容易であり、かつ十分な消泡効果が得られるインターナル等を実現する。【解決手段】インターナル（５０）は、第１原料と、当該第１原料とは異なる第２原料とを接触させ反応を行う流動層反応装置（１）に使用される。インターナル（５０）は、流動層反応装置（１）の天井部に取り付けられ、かつ、複数のチェーン（２１）を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、第１原料と、当該第１原料とは異なる第２原料とを接触させ反応を行う流動層反応装置に使用されるインターナルに関する。また、本発明は、当該インターナルを備えた流動層反応装置、および、当該流動層反応装置を用いてトリフルオロメチルピリジン系化合物を製造する方法に関する。
従来、流動層反応装置においてインターナルが使用されることが知られている。インターナルは、流動層の流動化状態を良好に維持するために、流動層反応装置の内部に取り付けられる、または充填される構造物である。特許文献１には、インターナルの一例が開示されている。
昭５９−１０４０７８号公報（１９８４年６月１５日公開）
インターナルの構造および材質は様々である。例えば、特許文献１の図２には、棒状の縦桟１２と同素材の横桟１３とが、適宜の間隔を介在させて設置された構造が開示されている。また、特許文献１の図３には、複数の棒材を格子状に組み合わせたインターナルが開示されている。
ところで、特許文献１に開示されたこれらのインターナルは、流動層反応装置の内部全体に展開される、比較的大型の構造物である。そのため、これらのインターナルの反応炉１への取り付け、および反応炉１からの取り外しは困難である。また、これらのインターナルにおける、気泡の成長抑制効果、および、消泡効果がどの程度であるか定かでない。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、取り扱いが容易であり、かつ十分な消泡効果が得られるインターナル、当該インターナルを備えた流動層反応装置、および、当該流動層反応装置を用いたトリフルオロメチルピリジン系化合物の製造方法を実現することにある。
上記の課題を解決するために、本発明に係るインターナルは、第１原料と、当該第１原料とは異なる第２原料とを接触させ反応を行う流動層反応装置に使用されるインターナルであって、上記流動層反応装置の天井部に取り付けられ、かつ、複数のチェーンを含む構成である。
上記の構成によれば、上記インターナルは複数のチェーンを含む。チェーンは取り扱いが容易であるため、インターナルの取り扱いが容易になる。また、上記インターナルは、上記流動層反応装置の天井部に取り付けられる。天井部は作業者にとって作業しやすい場所である。これにより、上記インターナルの取り扱い（特に、取り換え作業等）がさらに容易になる。また、インターナルの少なくとも一部としてチェーンを使用する場合、第１原料と第２原料との接触効率の改善、および、反応装置の内部での第２原料の循環促進に加えて、消泡効果も得ることができる。したがって、上記の構成によれば、取り扱いが容易であり、かつ十分な消泡効果が得られるインターナルを実現することができる。
上記の課題を解決するために、本発明に係る流動層反応装置は、第２原料が充填される本体と、上記第２原料と接触することで化学反応する第１原料を上記本体に導入する１または複数の導入管と、上記本体の内部に吊り下げられる、１または複数のチェーンを含むインターナルと、を備える構成である。
上記の構成によれば、上記インターナルと同様の効果を奏する。
本発明の一態様によれば、取り扱いが容易であり、かつ十分な消泡効果が得られるインターナル、当該インターナルを備えた流動層反応装置、および、当該流動層反応装置を用いたトリフルオロメチルピリジン系化合物の製造方法を実現することができる。
本実施形態に係る流動層反応装置の断面図である。 本実施形態に係る流動層反応装置の要部構成を示す図である。 本実施形態に係るインターナルの一例を示す図である。 蓋を上方から見たときの複数のチェーンの配置例を示す図である。 第２端部でチェーンが互いに連結されたインターナルを示す図である。 第１端部でチェーンが互いに連結されたインターナルを示す図である。 第１端部と第２端部との間でチェーンが互いに連結されたインターナルを示す図である。 チェーン２１と非チェーン部２３とで構成されているインターナルを示す図である。
〔流動反応装置〕
本発明に係る流動層反応装置の一例を、図２に基づいて説明する。図２は、本実施形態に係る流動層反応装置１の要部構成を示す図である。説明の便宜のため、以降、流動層反応装置１の蓋２０側を「上方向」、流動層反応装置１の底部側を「下方向」と称する。
流動層反応装置１は、原料（第１原料）を触媒（第２原料）に接触させることで化学反応を起こさせる反応に用いられる。以下の説明では一例として、流動層反応装置１を、原料と、化学反応の成果物との両方が気体である気相反応に用いた場合について説明する。しかしながら、流動層反応装置１は、気相反応以外の化学反応を起こすためにも、好適に用いられる。
流動層反応装置１は、本体１０と、蓋２０とを備える。本体１０は、触媒を充填して触媒層（流動層）を形成するための空間を形成する。本体１０の形状、サイズ、および材質は、特に限定されない。本実施形態では一例として、本体１０が円柱状の槽であることとする。
本実施形態において、触媒は固体である。より詳しくは、触媒は、例えば金属の紛体等、粒径の小さい粒子状の触媒である。
本体１０は底部に１または複数の導入管１１を備えている。導入管１１は、原料であるガス（原料ガス）を導入するための配管であり、本体１０の底部に接続されている。原料ガスの流入速度が大きくなると、触媒は本体１０の内部で流動する。本実施形態では一例として、本体１０が複数の導入管１１を備えている場合について説明する。しかしながら、本体１０は、１つの導入管１１を備えていてもよい。また、導入管１１の形状、サイズ、位置、および材質は、特に限定されない。
導入管１１の少なくとも１つは、その先端部が本体１０の内部に突出し、かつ、その開口部が本体１０の底部を向いていてもよい。導入管１１の形状をこのような形状にすることによって、原料ガスの導入時に発生する気泡を小さく（細かく）することができる。また、本体１０が複数の導入管１１を備えている場合、該複数の導入管１１から本体１０へ、それぞれ異なる種類の原料ガスを導入してもよい。
本体１０は、内側または外側に、本体１０を加熱するためのヒータ１３を備えていてもよい。ヒータ１３は、例えばシーズヒータ等で実現できる。
蓋２０は、本体１０を密閉するための蓋である。蓋２０は本体１０の天井部に対応している。蓋２０を閉めると、蓋２０の内側（下方向の面）が本体１０の天井面になる。蓋２０は、本体１０に対して着脱可能である。蓋の内側には、インターナル（後述）が着脱可能に取り付けられる。蓋２０の形状、サイズ、または材質等は、特に限定されない。
蓋２０は、導出管１２を備えている。導出管１２は、気相反応により生成されるガスを回収するための配管である。本実施形態では一例として、蓋２０に導出管１２が１つ設けられている場合について説明する。しかしながら、蓋２０は、複数の導出管１２を備えていてもよい。また、導出管１２の形状、サイズ、位置、または材質は、特に限定されない。
〔インターナル〕
蓋２０の内側には、インターナルが取り付けられる。本実施形態に係るインターナルについて、図３（ａ）に基づいて説明する。図３（ａ）は、インターナル５０の一例を示す図である。図３（ａ）では、インターナル５０は蓋２０に取り付けられた状態である。
インターナル５０は、複数のチェーン２１を含む。１つのインターナル５０に含まれるチェーン２１の本数は、特に限定されない。また、１本のチェーン２１の長さ、太さ、および形状は、特に限定されない。また、チェーン２１を構成する部品１つ１つの形状、大きさ、および材質は特に限定されない。
インターナル５０の少なくとも一部としてチェーン２１を使用することで、下記（１）〜（３）の３点の効果を得ることができる。したがって、上記の構成によれば、取り扱いが容易であり、かつ十分な消泡効果が得られるインターナルを実現することができる。
（１）原料ガスと触媒との接触効率の改善
（２）反応装置の内部での触媒の循環促進
（３）気泡の成長抑制および消泡効果
ところで、流動層反応装置１が長大である場合、インターナル５０およびチェーン２１も、長大になり得る。しかしながら、チェーン２１は適宜束ねたり、畳んだりすることができる。したがって、インターナル５０が長大になった場合、チェーン２１を使用したインターナル５０は、他の材質を使用したインターナルに比べて、取り扱いが格段に容易であるという優位性を持つ。
また、蓋２０の内側、すなわち流動層反応装置１の天井部にインターナル５０を取り付けることにより、取り扱いが容易なインターナル５０を実現することができる。蓋２０にインターナル５０を取付けた場合、インターナル５０の交換が必要になった場合でも、流動層反応装置１の中身（触媒等）を取り除く必要が無いからである。
従来、インターナルとして、ラシヒリングまたはマクマホン等の小型の充填物を流動層反応装置内に充填させることがあった。このような充填物は、流動層反応装置内で腐食した場合など、所定のタイミングで交換する必要があった。そして、充填物を交換するときは、反応装置内の原料（例えば触媒）を、合わせて取り除く必要があった。
これに対し、本実施形態に係るインターナル５０は、上述のように、交換の際に流動層反応装置１の中身を取り除く必要が無い。したがって、本実施形態に係るインターナル５０は、従来のラシヒリングまたはマクマホン等をインターナルとして用いる場合に比べて、交換時の交換者の手間および所要時間等を各段に減少させることができるという優位な効果を奏する。
上述したチェーン２１の本数、長さ、および太さは、流動層反応装置１の各部の大きさおよび形状、触媒の材質および粒径（触媒が固体の場合）、ならびに、原料ガスの種類に応じて、適宜定められてよい。
ただし、より高い気泡の成長抑制効果および消泡効果を得るという観点から考えると、インターナル５０のチェーン２１は次のような構造であることが好ましい。例えば、１本のチェーン２１の長さは、本体１０の底部の近傍まで達する長さであることが好ましい。また例えば、チェーン２１を構成する部品１つ１つは、細かい方が好ましい。また例えば、チェーン２１を構成する部品に突起があることが好ましい。これら少なくとも１つの構成を採用したチェーン２１を用いることによって、気泡の成長抑制効果および消泡効果をより高めることができる。
一方、チェーン２１の絡まり防止という観点から考えると、チェーン２１は次のような構造であることが好ましい。例えば、１本のチェーン２１は太い方が好ましい。チェーン２１が太い場合、チェーン２１は横揺れが抑制される。その結果、チェーン２１はお互いに絡まり合いにくくなる。また例えば、チェーン２１を構成する部品は、チェーン２１の絡まりの要因となるような突起等を有していないことが望ましい。
なお、チェーン２１の材質は、ニッケル合金、ステンレス、鋼材、鉄、またはセラミックス等であってよい。より好ましくは、チェーン２１は耐腐食性の材質から成ることが好ましい。耐腐食性のチェーン２１を使用することにより、チェーン２１の交換頻度を抑制できる。
インターナル５０の２つの端部のうち、蓋２０に取り付けられる側の上側端部を第１端部、第１端部と反対側の下側端部を第２端部とする。第１端部は、蓋２０に着脱自在に取り付けられる。蓋２０への第１端部の取り付け方は任意である。例えば、複数のチェーン２１（好ましくは、全てのチェーン２１）を、まとめて蓋２０に着脱することが可能であると、作業者にとって便利である。
第２端部は、流動層反応装置１の内部で自由に揺動可能に構成されていることが好ましい。第２端部が流動層反応装置１の内部で揺動することにより、気泡の成長抑制効果、および消泡効果が高くなるからである。
次に、チェーン２１の好ましい設置密度を図３（ｂ）に基づいて説明する。図３（ｂ）は、蓋２０を上方から見たときのチェーン２１の配置例を示す図である。図中の丸印は、１本のチェーン２１を示す。なお、図中の点線は、チェーン２１の配置を理解しやくするための線であって、実際に存在するものではない。
チェーン２１は、単位面積あたりの本数が多いほど好ましい。また、チェーン２１は、本体１０の断面全体をカバーできるほど密に配置されていることが好ましい。具体的には、チェーン２１の単位面積あたりの本数は、本体１０の断面において、５０本／ｍ２以上存在することが好ましい。さらに言えば、チェーン２１の単位面積あたりの本数は、本体１０の断面において、６０本／ｍ２以上であることがより好ましい。チェーン２１の単位面積あたりの本数の上限は、チェーンの太さに応じて適宜定められるものであるが、例えば、１００本／ｍ２程度とすることができる。
また、インターナルを備えた流動層反応装置１において、該流動層反応装置１の断面積に対するチェーン２１の占有面積の割合は、チェーン２１の本数および太さに応じて適宜定められてよい。もしくは、該占有面積の割合を予め定めておき、該占有面積を満たすように、チェーン２１の本数および太さを選択してもよい。
例えば、チェーン２１は、流動層反応装置１の断面積の１０〜９０％程度（さらに好ましくは、４０〜８０％程度）の面積を占めるように、本数および太さが適宜選択されて設置されてよい。
気泡はチェーン２１に接触したときに細かくなったり、破壊されたりする。一方、チェーン２１の間の隙間部分では、気泡がチェーン２１に接触しないため、気泡の成長抑制効果および消泡効果は低下する。したがって、チェーン２１の単位面積あたりの本数を増加させて上述の隙間部分を減少させることで、気泡の成長抑制効果、および消泡効果を向上させることができる。また、本体１０にチェーン２１が配置されていない空間を極力作らないようにすることで、気泡の成長抑制効果、および消泡効果を向上させることができる。
さらに、チェーン２１は、本体１０の内部空間に略均等に配置されるように、略一定の間隔で蓋２０に取り付けられていることが好ましい。インターナルとしてのチェーン２１は、第１原料と第２原料との接触効率を改善する役割、および、本体１０の内部での第２原料の循環を促進する役割も担うためである。
〔消泡のメカニズム〕
次に、流動層反応装置１でインターナル５０を使用することによって、気泡の成長抑制効果、および消泡効果が得られるメカニズムを、図１に基づいて説明する。図１は、流動層反応装置１の断面図である。なお、図２、図３（ａ）、および図３（ｂ）で説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
図示のように、蓋２０にはインターナル５０が取り付けられている。インターナル５０は、複数のチェーン２１を有する。チェーン２１は、チェーン２１とチェーン２１との間に大きな隙間ができないように、密に配置されている。また、本体１０には触媒３０（第２原料）が充填されている。触媒３０は、例えば金属の紛体である。
流動層反応装置１が稼働を開始すると、複数の導入管１１を介して本体１０に第１原料（ガス）が導入される。導入されたガスはそれぞれ、触媒３０の層（触媒層、すなわち流動層）を通過する。触媒層を通過する際に、導入されたガスはそれぞれ、触媒、および他の種類のガスと接触して、反応を起こす。そして、触媒層を通過したガス（新たに生成されたガスを含む）は、導出管１２を介して回収される。
ここで、導入されたガスが触媒層を通過する際、大小複数の気泡が発生し得る。流動層反応装置１にインターナル５０が取り付けられていない場合、発生した気泡は、他の気泡と結合してより大きくなりつつ、界面に向かって上昇し得る。したがって、ガスと触媒３０との接触効率が低下し、気相反応の収率が低下してしまう虞がある。
一方、流動層反応装置１にインターナル５０が取り付けられている場合、発生した気泡は界面に向かって上昇する途中で、チェーン２１に接触する。チェーン２１に接触すると、気泡は細かく砕かれる。また、気泡がチェーン２１に接触すると、チェーン２１が揺動する。これにより、触媒層の流れが変化し、その結果、チェーン２１に直接は接触していない気泡も細かく砕かれ得る。
また、気泡は、チェーン２１の設置間隔以上の大きさには成長できない。したがって、インターナル５０にチェーン２１を密に配置することにより、本体１０の内部における気泡の成長を抑制できる。
このように、流動層反応装置１は本実施形態において説明した種々のインターナル５０を備えることにより、気泡の成長抑制効果と、消泡効果とを十分に奏する。したがって、原料ガスと触媒３０との接触効率が向上して、その結果、化学反応により得られる成果物の収率が上昇する。また、原料ガスと触媒３０との接触効率が向上するため、未反応物、または不完全な反応により出来る不純物（タール等）を減らすことができる。さらには、該未反応物および不純物の減少により、これらの物質をリサイクルする手間も軽減することができる。したがって、流動層反応装置１を用いた化学反応の前工程および後工程の手間も省くことができる。
また、流動層反応装置１は、本実施形態において説明した種々のインターナル５０を備えることにより、触媒層の流動を促進させることもできる。これにより、例えば触媒が固体である場合、触媒が微粉化されるため、原料ガスと触媒３０との接触効率が向上する。また、原料ガスと触媒３０との接触効率向上に伴い、未反応物、または不完全な反応により生成される不純物（タール等）を減らすことができる。したがって、該不純物の生成により発生し得る、導入管１１等、本体１０内部の管の詰まりを軽減することができる。
なお、図１に示すように、チェーン２１は、本体１０の底近傍（導入管１１の近傍）まで延在することが好ましい。気泡が、大きく成長する前に破壊されるためである。ただし、チェーン２１は、導入管１１および本体１０の底部と衝突しない程度の長さであることが好ましい。導入管１１または本体１０の底部にチェーン２１が接触すると、チェーン２１の揺動が抑制されてしまい、その結果、気泡の成長抑制効果および消泡効果が低下するためである。
〔インターナルの変形例〕
次に、インターナルの変形例を図４に基づいて説明する。説明の便宜上、インターナル５０の２つの端部のうち、蓋２０に取り付けられる側の端部を第１端部、第１端部と反対側の端部を第２端部と称する。図４（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、インターナル５０の他の一例を示す。
図４（ａ）は、第２端部でチェーン２１が互いに連結されたインターナル５０を示す図である。図示のように、チェーン２１のうち２つ以上（好ましくは、全てのチェーン２１）は、連結部２２を介して第２端部側の端部が互いに連結されていてもよい。これにより、チェーン２１の絡まりを抑制することができる。その結果、インターナル５０は、インターナルとしての機能を長期間にわたって保持することができる。例えば、インターナル５０は、
（１）気泡の成長を抑制する
（２）気泡を破壊する
（３）ガスと粒子との接触効率を改善する
（４）反応装置の内部での粒子の循環を促進する
という役割を効率的に果たすことができる。
連結部２２の材質は、ニッケル合金、ステンレス、鋼材、鉄、またはセラミックス等であってよい。耐腐食性の連結部２２を使用することにより、連結部２２の耐久性が向上し、その結果、インターナル５０を長期間にわたって使用することができる。連結部２２は、チェーン２１と任意の方法で連結されてよい。これは、以降の図４（ｂ）〜（ｃ）にて説明する連結部２２でも同様である。
図４（ｂ）は、第１端部でチェーン２１が互いに連結されたインターナル５０を示す図である。図示のように、チェーン２１のうち２つ以上（好ましくは、全てのチェーン２１）は、連結部２２を介して第１端部側の端部が互いに連結されていてもよい。
これにより、第１端部側でのチェーン２１の絡まりを抑制できるため、蓋２０にインターナル５０を取り付けやすくなる。その結果、インターナル５０の取り扱いがより容易になる。さらに、蓋２０が第１アダプタ（不図示）を備え、連結部２２が第２アダプタ（不図示）を備え、第１アダプタと第２アダプタとがワンタッチで連結する構造であってもよい。この場合、蓋２０と連結部２２との連結がさらに容易になるため、インターナル５０の取り扱いがさらに容易になる。なお、第１アダプタと第２アダプタの構造は、特に限定されない。
図４（ｃ）は、第１端部と第２端部との間でチェーン２１が互いに連結されたインターナル５０を示す図である。図示のように、チェーン２１のうち２つ以上（好ましくは、全てのチェーン２１）は、連結部２２を介して、第１端部と第２端部との間で互いに連結されていてもよい。これにより、チェーン２１の絡まりを抑制することができる。さらに、図４（ｃ）に示すインターナル５０では、チェーン２１の第２端部側の端部は、互いに連結されていない自由端である。そのため、同図のチェーン２１の第２端部側の端部は、揺動し易い。したがって、図４（ｃ）に示すインターナル５０では、チェーン２１の絡まりを抑制しつつも、十分な気泡の成長抑制効果および消泡効果を期待できる。なお、連結部２２は、図４（ｃ）に示すように、チェーン２１の第１端部側の端部と、第２端部側の端部との中間付近に設けられることが好ましい。これにより、チェーン２１の絡まり抑制の効果と、気泡の成長抑制効果および消泡効果とをバランス良く両立することができる。
図４（ｄ）は、チェーン２１と非チェーン部２３とで構成されているインターナルを示す図である。一般的に、チェーンは軽く、折り畳みが可能である等、同材質および同サイズの棒等に比べて、取り扱いが容易である。そのため、図４（ｄ）に示す、チェーン２１を含むインターナル５０は、使用者にとって取り扱いが容易である。
また、チェーン２１を使用したインターナル５０は、上述のように、ガスと触媒３０との接触効率の改善、および、流動層反応装置１の内部での粒子の循環促進に加えて、消泡効果が高いことが見出された。
一方、図４（ｄ）に示すインターナル５０は、非チェーン部２３も含んでいる。非チェーン部２３は、例えば、垂直パイプ、平板、コイル、パイプ、板、チューブ、または金属棒で構成される。これにより、消泡効果、使用性、コスト、デザイン、または材質等の観点で、バリエーションに富むインターナル５０を実現することができる。また、非チェーン部２３は上述したような例の形状を有している場合、互いに絡まりにくいという利点を持つ。したがって、チェーン２１と非チェーン部２３とで構成されるインターナル５０は、絡まりにくいという利点を有する。
〔適用例〕
流動層反応装置１は、ピリジン環の一部がハロゲンで置換されたトリフルオロメチルピリジン類（ハロゲン置換トリフルオロメチルピリジン類）の製造に好適に用いることができる。以下では、本実施形態に係る流動層反応装置１を、ハロゲン置換トリフルオロメチルピリジン類の製造に適用した例について説明する。
ハロゲン置換トリフルオロメチルピリジン類の分子構造における、ハロゲンでのピリジン環の置換位置および置換箇所の数は、特に限定されない。例えば、本実施形態に係る流動層反応装置１は、ピリジン環のある１つの位置の原子または分子をハロゲンで置換した、トリフルオロメチルピリジン類（例えば、当該ハロゲンが塩素原子であるクロロトリフルオロメチルピリジン類：ＣＴＦ）の製造に好適に適用できる。また、本実施形態に係る流動層反応装置１は、ピリジン環の２つ以上の位置の原子または分子をそれぞれハロゲンで置換したトリフルオロメチルピリジン類（例えば、当該２つのハロゲンが塩素原子であるジクロロトリフルオロメチルピリジン類：ＤＣＴＦ）の製造に好適に利用できる。
以下、本実施形態に係る流動層反応装置１をＣＴＦおよびＤＣＴＦの製造に適用した例について、それぞれ説明する。
〔ＣＴＦの製造〕
ＣＴＦを製造する場合、原料（第１原料）はβ−ピコリン類等のピリジン系化合物と、ハロゲン（例えば、塩素および弗化水素）とである。一方、触媒（第２原料）は、アルミニウム、クロム、鉄、またはニッケルまたはこれらの金属のフッ化物から成る金属紛体、活性炭、または活性アルミナ等を用いることができる。流動層反応装置１は、β−ピコリン類と、塩素と、弗化水素とをそれぞれ導入管１１から導入し、触媒層において、触媒の存在下で気相反応させる。なお、塩素と弗化水素とは、予め混合されてから導入されてもよい。β−ピコリン類と、ハロゲンとの反応時は、ヒータ１３などにより本体１０の内部を３００℃〜６００℃に加熱する。原料ガスは３〜６０秒ほど本体１０に滞留し反応が起こる。結果、ＣＴＦを含むガスが成果物として導出管１２から回収できる。回収されたＣＴＦを含むガスは後工程で冷却され、液体としてのＣＴＦが分離回収される。
なお、以上説明した製造方法は、クロロβ‐トリフルオロメチルピリジンの製造方法である。しかしながら、トリフルオロメチルピリジン類のＣＦ３基は、ピリジン環のα,β,γのいずれの位置にあってもよい。また、ハロゲンによるトリフルオロメチルピリジン類のピリジン環の置換箇所の数は、１以上であればよく、置換位置はいずれの位置であってもよい。
〔ＤＣＴＦの製造〕
ＤＣＴＦを製造する場合、原料（第１原料）の一例はＣＴＦと、塩素である。一方、触媒（第２原料）は、亜鉛、鉄、コバルト、ニッケル、またはアンチモンまたはこれらの金属の塩化物から成る金属紛体、ならびに、活性炭を用いることができる。流動層反応装置１は、ＣＴＦと、塩素とを、それぞれ導入管１１から導入し、触媒層において、触媒の存在下で気相反応させる。なお、反応時はヒータ１３などにより、本体１０の内部を２００℃〜４００℃に加熱する。ＤＣＴＦが成果物として導出管１２から回収できる。
なお、ＣＴＦおよびＤＣＴＦを製造する場合、原料ガスまたは触媒は予め適切な温度に加熱されて活性化された状態で導入されることが好ましい。
また、ＣＴＦおよびＤＣＴＦを製造する場合、流動層反応装置１の複数の導入管１１（例えばβ−ピコリン導入用、弗化水素導入用、塩素導入用、および不活性ガス導入用のそれぞれの導入管１１）のうち、１つ以上の導入管１１のノズル開口部が、本体１０の底部に向けられていることが望ましい。これにより、これらの原料ガスを導入する際に発生する気泡を小さくすることができる。
また、ＣＴＦおよびＤＣＴＦを製造する場合、原料ガスおよび触媒に加え、不活性希釈剤（例えばアルゴンまたは窒素ヘリウム等）を添加してもよい。不活性希釈剤は導入管１１から導入されてもよいし、反応を起こす前に、予め本体１０に添加されていてもよい。
このように、ＣＴＦおよびＤＣＴＦの製造においても、本実施形態に係る流動層反応装置１を使用してよい。これにより、上述した効果、すなわち、化学反応の促進、反応の結果得られる成果物の収率の向上等の効果が期待できる。
〔まとめ〕
本発明の態様１に係るインターナルは、第１原料と、当該第１原料とは異なる第２原料とを接触させ反応を行う流動層反応装置に使用されるインターナルであって、上記流動層反応装置の天井部に取り付けられ、かつ、複数のチェーンを含む構成である。
上記の構成によれば、上記インターナルは複数のチェーンを含む。チェーンは取り扱いが容易であるため、インターナルの取り扱いが容易になる。また、上記インターナルは、上記流動層反応装置の天井部に取り付けられる。天井部は作業者にとって作業しやすい場所である。これにより、上記インターナルの取り扱い（特に、取り換え作業等）がさらに容易になる。
また、インターナルとしてチェーンが使用された場合、第１原料と第２原料との接触効率の改善、および、反応装置の内部での第２原料の循環促進に加えて、消泡効果も得ることができる。
したがって、上記の構成によれば、取り扱いが容易であり、かつ十分な消泡効果が得られるインターナルを実現することができる。
本発明の態様２に係るインターナルは、上記の態様１において、上記複数のチェーンのうち２つ以上のチェーンを連結する連結部を備える構成としてもよい。
上記の構成によれば、上記複数のチェーンは絡まりにくくなる。これにより、上記インターナルは、インターナルとしての役割を長期間にわたって保持することができる。
本発明の態様３に係るインターナルは、上記の態様２において、上記インターナルの２つの端部のうち、上記天井部に取り付けられる側の端部を第１端部、当該第１端部と反対側の端部を第２端部とした場合、上記連結部は、上記第２端部において、上記複数のチェーンのうち２つ以上のチェーンと連結する構成としてもよい。
上記の構成によれば、上記複数のチェーンは、さらに絡まりにくくなる。これにより、上記インターナルは、さらに、インターナルとしての役割を長期間にわたって保持することができる。同時に、上記複数のチェーンは上記流動層反応装置内で揺動するため、消泡効果も得られる。
本発明の態様４に係るインターナルは、上記の態様２において、上記インターナルの２つの端部のうち、上記天井部に取り付けられる側の端部を第１端部、当該第１端部と反対側の端部を第２端部とした場合、上記連結部は、上記第１端部において上記複数のチェーンそれぞれと連結し、かつ、上記天井部に連結する構成としてもよい。
上記の構成によれば、第１端部側で上記複数のチェーンの絡まりを抑制できるため、上記天井部に上記インターナルを取り付けやすくなる。これにより、インターナルの取り扱いをさらに容易にすることができる。
本発明の態様５に係るインターナルは、上記の態様２において、上記インターナルの２つの端部のうち、上記天井部に取り付けられる側の端部を第１端部、当該第１端部と反対側の端部を第２端部とした場合、上記連結部は、上記第１端部と上記第２端部との間において、上記複数のチェーンのうち２つ以上のチェーンと連結する構成としてもよい。
上記の構成によれば、上記複数のチェーンは、絡まりにくくなる。同時に、上記複数のチェーンは上記流動層反応装置内で揺動するため、消泡効果も得られる。
本発明の態様６に係るインターナルは、上記の態様１〜５のいずれかにおいて、上記天井部に対して着脱可能である構成としてもよい。
上記の構成によれば、上記インターナルの交換、修理、または検査等が容易になる。これにより、上記インターナルの取り扱いがさらに容易になる。
本発明の態様７に係る流動層反応装置は、第２原料が充填される本体と、上記第２原料と接触することで化学反応する第１原料を上記本体に導入する１または複数の導入管と、上記本体の内部に吊り下げられる、１または複数のチェーンを含むインターナルと、を備える構成である。
上記の構成によれば、上記インターナルと同様の効果を奏する。
本発明の態様８に係る流動層反応装置は、上記の態様７において、上記インターナルに複数のチェーンが含まれている場合に、当該複数のチェーンは、互いに略一定の間隔で配置されている構成としてもよい。
上記の構成によれば、上記インターナルは、（１）気泡の成長を抑制する、（２）気泡を破壊する、（３）ガスと粒子との接触効率を改善する、（４）反応装置の内部での粒子の循環を促進する、という役割を効率的に果たすことができる。さらに、上記複数のチェーンが互いに略一定の間隔で配置されていることにより、当該複数のチェーンは互いに絡まり合いにくくなり、使用性が改善される。
それゆえ、上記流動層反応装置は、上記インターナルにより得られる効果を享受できる。
本発明の態様９に係る流動層反応装置は、上記の態様８において、上記本体の断面において、上記複数のチェーンは、５０本／ｍ２以上存在する構成としてもよい。
上記構成によれば、上記インターナルの消泡効果に優れた流動層反応装置を実現することができる。
本発明の態様１０に係る流動層反応装置は、上記の態様７〜９のいずれかにおいて、上記インターナルは、第１端部が上記流動層反応装置の天井部に取り付けられ、該第１端部と反対側の第２端部は上記本体の内部で揺動可能に構成されている構成としてもよい。
上記構成によれば、上記天井部に上記インターナルを取り付けやすくなる。これにより、上記インターナルの取り扱いがさらに容易になる。また、上記構成によれば、チェーンの第２端部側は揺動可能であるため、上記インターナルの消泡効果は担保される。したがって、上記の構成によれば、十分な消泡効果を有し、かつ、取り扱いが容易なインターナルを備えた流動層反応装置を実現することができる。
本発明の態様１１に係る流動層反応装置は、上記の態様７〜１０のいずれかにおいて、上記インターナルに複数のチェーンが含まれている場合に、上記複数のチェーンのうち２つ以上のチェーンと連結する連結部を備える構成としてもよい。
上記の構成によれば、上記インターナルと同様の効果を奏する。
本発明の態様１２に係る流動層反応装置は、上記の態様１１において、上記インターナルは、第１端部が上記流動層反応装置の天井部に取り付けられ、上記連結部は、該第１端部と反対側の第２端部の側で、上記複数のチェーンのうち２つ以上のチェーンと連結する構成としてもよい。
上記の構成によれば、上記インターナルと同様の効果を奏する。
本発明の態様１３に係る流動層反応装置は、上記の態様７〜１２のいずれかにおいて、上記１または複数の導入管は、上記本体の底部に接続されている構成としてもよい。
上記の構成によれば、上記第１原料は、上記本体の底部から上記本体に導入される。当該第１原料が気体である場合、当該第１原料は、上記本体の底部から当該本体の天井部へと向かって流れる。このとき、上記本体には上記第２原料が充填されている。
それゆえ、上記構成によれば、第１原料と、当該第１原料とは異なる第２原料とを効率的に接触させ反応を行うことができる。
本発明の態様１４に係る流動層反応装置は、上記の態様１３において、上記１または複数の導入管は、複数の導入管を含んでおり、上記１または複数の導入管の少なくとも１つは、その先端部が上記本体の内部に突出し、かつ、その開口部が上記本体の底部を向いている構成としてもよい。
上記の構成によれば、導入管から第１原料を導入する際に、気泡等、第１原料が第２原料と均一に混ざらない状態で導入されることを防ぐことができる。
本発明の態様１５に係る流動層反応装置は、上記の態様７〜１４のいずれかにおいて、上記インターナルは、チェーンと非チェーン部とで構成されている構成としてもよい。
上記の構成によれば、上記インターナルにはチェーンが含まれる。チェーンは取り扱いが容易であるであるため、インターナルの取り扱いが容易になる。また、インターナルとしてチェーンが使用された場合、第１原料と第２原料との接触効率の改善、および、反応装置の内部での第２原料の循環促進に加えて、消泡効果も得ることができる。
また、上記の構成によれば、上記インターナルは、非チェーン部も含む。従って、消泡効果、使用性、コスト、デザイン、または材質等の観点で、バリエーションに富むインターナルを実現できる。
本発明の態様１６に係る製造方法は、上記の態様７〜１５のいずれかに記載の流動層反応装置を用いて、上記第１原料であるピリジン系化合物、およびハロゲンを、上記第２原料である触媒の存在下で気相反応させることにより、ピリジン環の一部がハロゲンで置換されたトリフルオロメチルピリジン類である、ハロゲン置換トリフルオロメチルピリジン類を製造する。
上記の方法によれば、ハロゲン置換トリフルオロメチルピリジン類の収率を向上させることができる。
本発明の態様１７に係る製造方法は、上記の態様７〜１５のいずれかに記載の流動層反応装置を用いて、上記第１原料であるハロゲン置換トリフルオロメチルピリジン類とハロゲンとを、上記第２原料である触媒の存在下で気相反応させることにより、ピリジン環の一部が少なくとも２つのハロゲンで置換されたトリフルオロメチルピリジン類を製造する。
上記の方法によれば、少なくとも２つのハロゲンで置換されたトリフルオロメチルピリジン類の収率を向上させることができる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
１ 流動層反応装置
１０ 本体
１１ 導入管
１２ 導出管
１３ ヒータ
２１ チェーン
２２ 連結部
２３ 非チェーン部
３０ 触媒
５０ インターナル

Claims (10)

  1. 第１原料と、当該第１原料とは異なる第２原料とを接触させ反応を行う流動層反応装置に使用されるインターナルであって、
    上記流動層反応装置の天井部に取り付けられ、かつ、複数のチェーンを含むことを特徴とするインターナル。
  2. 上記複数のチェーンのうち２つ以上のチェーンを連結する連結部を備えることを特徴とする、請求項１に記載のインターナル。
  3. 上記天井部に対して着脱可能であることを特徴とする、請求項１または２に記載のインターナル。
  4. 第２原料が充填される本体と、
    上記第２原料と接触することで化学反応する第１原料を上記本体に導入する１または複数の導入管と、
    上記本体の内部に吊り下げられる、１または複数のチェーンを含むインターナルと、を備えることを特徴とする流動層反応装置。
  5. 上記インターナルに複数のチェーンが含まれている場合に、当該複数のチェーンは、互いに略一定の間隔で配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の流動層反応装置。
  6. 上記本体の断面において、上記複数のチェーンは、５０本／ｍ２以上存在することを特徴とする、請求項５に記載の流動層反応装置。
  7. 上記インターナルは、第１端部が上記流動層反応装置の天井部に取り付けられ、該第１端部と反対側の第２端部は上記本体の内部で揺動可能に構成されていることを特徴とする、請求項４〜６のいずれか１項に記載の流動層反応装置。
  8. 上記１または複数の導入管は、上記本体の底部に接続されていることを特徴とする、請求項４〜７のいずれか１項に記載の流動層反応装置。
  9. 請求項４〜８のいずれか１項に記載の流動層反応装置を用いて、上記第１原料であるピリジン系化合物、およびハロゲンを、上記第２原料である触媒の存在下で気相反応させることにより、ピリジン環の一部がハロゲンで置換されたトリフルオロメチルピリジン類である、ハロゲン置換トリフルオロメチルピリジン類を製造するための、製造方法。
  10. 請求項４〜８のいずれか１項に記載の流動層反応装置を用いて、上記第１原料である、ハロゲン置換トリフルオロメチルピリジン類とハロゲンとを、上記第２原料である触媒の存在下で気相反応させることにより、ピリジン環の一部が少なくとも２つのハロゲンで置換されたトリフルオロメチルピリジン類を製造するための、製造方法。
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