JP2813750B2 - 1,1,1,2‐テトラフルオロエタンの製造方法 - Google Patents

1,1,1,2‐テトラフルオロエタンの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は,気相において1,1,1−トリフルオロ−2−
クロロエタンをフッ化水素と反応させることにより1,1,
1,2−テトラフルオロエタンを製造する方法に関する。
1,1,1,2−テトラフルオロエタン(以下テトラフルオ
ロエタンとも称する)は,冷凍および空調技術において
シフルオロジクロロメタン(R12)の塩素を含まない代
替物として使用することができる。
〔従来の技術および発明が解決しようとする問題点〕
テトラフルオロエタンは,気相中のみならず液相中に
おいても適当な触媒上で1,1,1−トリフルオロ−2−ク
ロロエタン(以下トリフルオロクロロエタンとも称す
る)をフッ化水素と反応させることによって得られるこ
とはすでに知られている。気相反応用に記載された触媒
は,完全にクロム(III)化合物よりなるかまたはアル
ミナのような担体物質上に担持されたクロム(III)塩
を主に含有する固体である。ドイツ特許出願公開第2,80
6,865号(=米国特許第4,129,603号)には,好ましくは
水酸化クロムペーストを水蒸気で処理しその次にフッ化
水素でオキシフッ化クロムに変換することによって得ら
れる酸化クロム触媒を使用することが記載されている。
ドイツ特許第2,932,934号には,種々のクロム(III)化
合物,例えば,フッ化クロム(III)またはフッ化水素
処理によりオキシフッ化クロムまたはフッ化クロム(II
I)に変換されるその他の塩を触媒として使用すること
が記載されている。
上記の各方法は,なお種々の欠点を有し,それらはテ
トラフルオロエタンの工業的製造には特に不適当であ
る。その理由は,テトラフルオロエタンのほかに,蒸留
によって所望の生成物から分離することの困難な1,1−
ジフルオロ−2−クロロエタンを含むその他の化合物が
更に形成されるということである。
ドイツ特許出願公開第2,806,865号の方法によれば,
粗生成物中に含まれた1,1−ジフルオロ−2−クロロエ
タンをより低い温度において再び反応させるためには第
2の反応器を必要とするかあるいは過マンガン酸塩溶液
を使用する湿式化学薬剤法によって分離されなければな
らず,これらの両方の方法において実質的な付加的な費
用を要する。1,1−ジフルオロ−2−クロロエタンを分
離する前にオキシフッ化クロム触媒を用いて得られる選
択率は,91〜95%である。
ドイツ特許第2,932,934号に記載された触媒は,短期
間基準で400℃付近の温度においてテトラフルオロエタ
ンへのより高い選択率(98%まで)を達成するが,1,1−
ジフルオロ−2−クロロエタンの残留含量は示されてい
ない。しかしながら,使用されたクロム(III)触媒は,
44時間という短時間後にそれらの活性の実質的な量が失
われるが,それは一定の量の酸素を連続的に計量送入す
ることにより補償されうる。しかしながら,反応器内に
酸素を追加的に計量送入することは,技術上の経費を増
大させることは別に,更に生成物の精製中にそれ以上の
問題をもたらす。酸素は,生成物の圧縮または凝縮をよ
り困難にし,そして冷凍および空調技術においてテトラ
フルオロエタンを利用する場合に溶解された形で極めて
有害な影響を与える。更に,反応器内にあまり多量の酸
素が送入された場合には,テトラフルオロエタンへの選
択率は再び減少する。
マランゴーニ(Marangoni)らに記載され(Chim.Ind.
第64巻135頁(1982年)参照),そして沈殿水酸化クロ
ムより構成された触媒は,350℃において60時間の期間に
わたって僅かに79%のテトラフルオロエタンへの選択率
に達するにすぎない。
本発明者らは,この度,ヨーロッパ特許第130,532号
(=米国特許第4,547,483号)に記載されそしてフッ化
マグネシウムおよびフッ素含有クロム(III)化合物よ
りなる触媒が,驚くべき程高い選択性および長期間持続
する活性をもってトリフルオロクロロエタンのテトラフ
ルオロエタンへの変換を可能にすることを見出した。こ
の触媒は,ドイツ特許出願P3,923,256.5において出発物
質1,1,1−トリフルオロ−2−クロロエタンの製造に使
用される。
本発明は,気相において1,1,1−トリフルオロ−2−
クロロエタンとフッ化水素とから1,1,1,2−テトラフル
オロエタンを製造する方法において,水溶性のクロム
(III)塩1モルを水酸化マグネシウムまたは酸化マグ
ネシウム少なくとも1.5モルと水の存在下に反応せし
め,この反応混合物を水酸化クロムおよびマグネシウム
塩を含有するペーストとなし,そして次いでこのペース
トを乾燥しそしてそれを20ないし500℃の温度において
フッ化水素で処理することにより水酸化クロム(III)
を沈殿せしめることによって得られる,クロムおよびマ
グネシウムを含有する触媒を使用することを特徴とする
上記1,1,1,2−テトラフルオロエタンの製造方法に関す
る。
本発明による気相反応用の触媒は,大気圧以上の圧力
の下で特に有用である。何となればそれは生成物混合物
中のオレフィン系副生成物,特に1,1−ジフルオロ−2
−クロロエタンの含量を実質的に減少せしめるからであ
る。この方法で,粗生成物中のオレフィン含量は,ドイ
ツ特許出願公開第2,806,865号に記載されたような,よ
り低い温度における第2の反応器の使用または化学薬品
による洗滌を使用することなく,100ppm以下の値まで低
下されうる。この反応中,反応器内の圧力は,制御弁に
よって1〜26バール,好ましくは5〜15バールに設定さ
れる。
本発明による気相反応においては,触媒は,ドイツ特
許第2,932,934号に記載された触媒に比較してより長い
期間にわたって活性の低下を示さないので,酸素の計量
添加を必要とせず,そして従って前記の技術的な不利益
が避けられる。
本発明による方法は,例えば,出発物質トリフルオロ
クロロエタンおよびフッ化水素がステンレス鋼またはニ
ッケルで製造された蒸発器内に連続的に供給されるよう
に実施することができる。蒸発器の温度は,臨界的なも
のではなく,選択された圧力において両成分が完全に気
相に変換されるのに十分でなければならない。ガス状の
出発物質は,所望ならば予熱部および混合機を経て,ヨ
ーロッパ特許出願公開第130,532号に記載された触媒よ
りなる床を有する反応器内に送られる。この反応器もま
たステンレス鋼またはニッケルで造られており,そして
例えば軸状,管状または環状間隙型反応器として,各種
の技術的設計の下に使用されうる。
触媒床の温度は,反応器を加熱することにより250〜4
50℃,好ましくは320〜380℃に維持される。
与えられた反応温度においてトリフルオロクロロエタ
ンの可能な最高の変換率およびテトラフルオロエタンへ
の極めて高い選択性を得るために,フッ化水素は,好ま
しくは過剰に使用される。フッ化水素/トリフルオロク
ロロエタンのモル比は,一般に少なくとも1:1であり,
このモル比の上限は,経済的考慮によってのみ決定され
る。好ましくは,それは2:1ないし10:1,特に4:1ないし
8:1である。
未変換のトリフルオロクロロエタンは,反応器に再循
環されうる。
〔実施例〕
本発明による方法を以下の例によって更に詳細に説明
する。
実験報告 A(ヨーロッパ特許第130,532号による触媒の調製) Cr(NO3・9H2O200gを水1中に溶解した。この
溶液を酸化マグネシウム500gおよびグラフアイト240gの
混合物に添加し,そして得られたペースト状の物質を十
分に捏和した。
次に上記のペースト状の反応生成物を粒状化して立方
体(接線の長さ0.5cm)を得,そして100℃において16時
間乾燥した。
上記の乾燥した触媒体の1(かさ容積)(=600g)
を開放幅5cm長さ100cmのニッケルまたはステンレス鋼の
管の中で200℃においてフッ化水素15molを用いて処理し
た。このフッ化水素処理の時間は,約6時間であった。
この処理の間フッ化水素は,N2で希釈された。得られた
フッ素化用触媒は,2.3重量%のクロム含量を有した。
B(ヨーロッパ特許第130,532号による触媒の調製) Cr(NO3・9H2O200gを水278mlに溶解した。この溶
液を酸化マグネシウム138gおよびグラフアイト136gの混
合物に添加した。その後の加工およびフッ化水素処理は
実験報告Aと類似方法で実施した。このでき上りフッ素
化触媒は,クロム4.3重量%を含有していた。
例1 電熱コイルによって360℃の温度に維持された管状反
応器において,実験報告Aに従って調製された触媒1
の上に,毎時トリフルオロクロロエタン120gおよびフッ
化水素120g(モル比1:5.9)をガス状で通過せしめた。
管状反応器は,触媒の製造中にフッ化水素処理にすで
に使用されたものと同じであった。
反応器を出るガス状反応生成物は,水または水酸化カ
リウム溶液を充填された洗滌タンク内に供給され,その
中で形成された塩化水素および過剰のフッ化水素は回収
された。
ガス状の水不溶性反応生成物は,ガスクロマトグラフ
ィーによって分析された。
大気圧において6時間後,変換率は,使用されたトリ
フルオロクロロエタンに関して27.4%であった、テトラ
フルオロエタンへの選択率は,変換されたトリフルオロ
クロロエタンに関して96.4%であった。
反応生成物は,CF3−CH2F26.4重量%,CF2=CHCl0.23重
量%および未変換のCF3−CH2Clに加えて他の成分0.77重
量%を含有していた。
例2 実験報告Aに従って調製された触媒を,例1と同じ実
験設備においてトリフルオロクロロエタンとフッ化水素
との反応に使用した。360℃において10バールの圧力下
にトリフルオロクロロエタン毎時120gおよびフッ化水素
毎時120gをガス状で触媒上を通過せしめた。
20時間後,変換率は,使用されたトリフルオロクロロ
エタンに関して26.6%であった。テトラフルオロエタン
への選択率は,変換されたトリフルオロクロロエタンに
関して97.5%であった。
反応生成物は,CF3−CH2F25.9重量%,CF2=CHCl0.009
重量%および未変換のCF3−CH2Clに加えて他の成分0.69
重量%を含有していた。
例3 実験報告Aに従って調製された触媒を,例1と同じ実
験設備においてトリフルオロクロロエタンとフッ化水素
との反応に使用した。360℃において10バールの圧力下
にトリフルオロクロロエタン毎時120gおよびフッ化水素
毎時160g(モル比1:7.9)を,ガス状で触媒上を通過せ
しめた。
6時間後,変換率は,使用されたトリフルオロクロロ
エタンに関して28.3%であった。テトラフルオロエタン
への選択率は,変換されたトリフルオロクロロエタンに
関して97.9%であった。
反応生成物は,CF3−CH2F27.7重量%,CF2=CHCl0.006
重量%および未変換のCF3−CH2Clに加えて他の成分0.6
重量%を含有していた。
例4 実験報告Aに従って調製された触媒を,例1と同じ実
験設備においてトリフルオロクロロエタンとフッ化水素
との反応に使用した。360℃において10バールの圧力下
にトリフルオロクロロエタン毎時120gおよびフッ化水素
毎時120gをガス状で触媒上を通過せしめた。第1表は,
トリフルオロクロロエタンの変換率およびテトラフルオ
ロエタンへの選択率を反応時間の関数として示す。
第1表 反応時間(h) 変換率(%) 選択率(%) 5 27.1 97.2 22 26.5 96.7 32 26.1 97.1 55 26.4 97.5 81 26.6 97.2 90 26.5 97.3 例5 実験報告Bに従って調製された触媒を,例1と同じ実
験設備においてトリフルオロクロロエタンとフッ化水素
との反応に使用した。360℃においてトリフルオロエタ
ン毎時120gおよびフッ化水素毎時120gをガス状で触媒上
を通過せしめた。
5時間後,変換率は使用されたトリフルオロクロロエ
タンに関して29.2%であった。テトラフルオロエタンへ
の選択率は,変換されたトリフルオロクロロエタンに関
して95.7%であった。
反応生成物は,CF3−CH2F27.9重量%,CF2=CHCl0.28重
量%および未変換のCF3−CH2Clに加えて他の成分1.02重
量%を含有していた。
例6 実験報告Aに従って調製された触媒を,例1と同じ実
験設備においてトリフルオロクロロエタンとフッ化水素
との反応に使用した。420℃においてトリフルオロクロ
ロエタン毎時120gおよびフッ化水素毎時120gをガス状で
触媒上を通過せしめた。
5時間後,変換率は,使用されたトリフルオロクロロ
エタンに関して36.3%であった。テトラフルオロエタン
への選択率は,変換されたトリフルオロクロロエタンに
関して81.5%であった。
反応生成物は,CF3−CH2F29.6重量%,CF2=CHCl2.2重
量%および未変換のCF3−CH2Clに加えて他の成分4.5重
量%を含有していた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウイルフリート・シユミーデル ドイツ連邦共和国、ホ―フハイム・ア ム・タウヌス、ツアイルスハイメル・ス トラーセ、43 (56)参考文献 特開 平3−48632(JP,A) 特開 平2−196735(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C07C 19/08 C07C 17/20

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】気相において1,1,1−トリフルオロ−2−
    クロロエタンとフッ化水素とから1,1,1,2−テトラフル
    オロエタンを製造する方法において,水溶性のクロム
    (III)塩1モルを水酸化マグネシウムまたは酸化マグ
    ネシウム少なくとも1.5モルと水の存在下に反応せし
    め,この反応混合物を水酸化クロムおよびマグネシウム
    塩を含有するペーストとなし,そして次いでこのペース
    トを乾燥しそしてそれを20ないし500℃の温度において
    フッ化水素で処理することにより水酸化クロム(III)
    を沈殿せしめることによって得られる,クロムおよびマ
    グネシウムを含有する触媒を使用することを特徴とする
    上記1,1,1,2−テトラフルオロエタンの製造方法。
  2. 【請求項2】1,1,1−トリフルオロ−2−クロロエタン
    とフッ化水素との反応を250〜450℃の温度範囲において
    実施する請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】1,1,1−トリフルオロ−2−クロロエタン
    とフッ化水素との反応を320〜380℃の温度範囲において
    実施する請求項1に記載の方法。
  4. 【請求項4】1,1,1−トリフルオロ−2−クロロエタン
    とフッ化水素との反応を1〜26バールの圧力下に実施す
    る請求項1ないし3のいずれかに記載の方法。
  5. 【請求項5】1,1,1−トリフルオロ−2−クロロエタン
    とフッ化水素との反応を5〜15バールの圧力下に実施す
    る請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
  6. 【請求項6】フッ化水素および1,1,1−トリフルオロ−
    2−クロロエタンを4:1ないし8:1のモル比で使用する請
    求項1〜5のいずれかに記載の方法。
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