JP7487195B2 - ハイドロクロロフルオロオレフィンを含む粗製ストリームからｈｆを中和及び除去する方法 - Google Patents
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Description
本発明は、出発物質がＨＦと反応するプロセスから製造されるヒドロクロロフルオロオレフィン又はヒドロクロロフルオロアルカン冷媒の精製プロセスのステップに関する。この方法でそのような化合物を製造する場合、有機物に富むプロセスストリームから少量のＨＦ及び／又はＨＣｌを除去する必要があり、このプロセスストリームは、所望の冷媒に加えて、合成反応中の副反応として生成される少量ではあるが望ましくない量の他の有機生成物を含み得る。本発明のプロセスは、アンモニア又はアルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩基性塩（例えば、ＮａＯＨ、ＫＯＨ）と、亜硫酸水素塩、亜硫酸塩又はそれらの混合物などの任意の還元剤を利用する低温反応システムを使用して、ＨＦ及びＨＣｌを除去する。所望のヒドロクロロフルオロオレフィン又はヒドロクロロフルオロアルカン生成物の損失が減少し、同時に他の望ましくない生成物、特にトリフルオロプロピン（ＴＦＰ）の増加が最小限に抑えられる。本発明のプロセスはまた、冷媒及び副反応として生成される他の有機物で飽和された結果として生じる水性プロセスストリームから冷媒が除去される任意のステップを含む。
オゾン層破壊係数が低いだけでなく、地球温暖化にも影響しない、より環境に優しい形態の冷媒、伝熱流体、発泡剤、溶剤などを製造するという継続的な要求がある。これらの用途に広く使用されているクロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）とヒドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）はオゾン層破壊物質であり、モントリオール議定書のガイドラインに従って段階的に廃止されている。ヒドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）は、多くの用途でＣＦＣ及びＨＣＦＣの主要な代替品である。これはオゾン層に対して安全であるが、それでも一般的に高い地球温暖化ポテンシャルを持っており、そのため、それらの使用も最小限に抑える必要性が高まっている。
オゾン層破壊物質や地球温暖化の激しい物質に取って代わることが確認されている化合物の１つのクラスは、ヒドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）やヒドロクロロフルオロオレフィン（ＨＣＦＯ）などのハロゲン化オレフィンである。ＨＦＯとＨＣＦＯは、地球温暖化ポテンシャルが低く、要望に応じてゼロ又はほぼゼロのオゾン層破壊特性を提供する。例示的なそのようなＨＣＦＯは、Ｒ１２３３ｚｄ－Ｅ、トランス（Ｅ）１－クロロ－３，３，３，トリフルオロプロペンである。
Ｒ１２３３ｚｄ－Ｅを生成するための典型的なプロセスは、１，１，３，３テトラクロロプロペン（Ｒ１２３０ｚａ）又は１，１，１，３，３ペンタクロロプロパン（Ｒ２４０ｆａ）とＨＦとの反応である。そのようなプロセスの例は、米国特許第９，０６１，９５８号に記載されており、すべての目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、Ｒ１２３３ｚｄだけでなく、通常の沸点が０℃を超える、好ましくは１０℃を超える、最も好ましくは１５℃を超える任意のＨＣＦＯ又はヒドロクロロフルオロアルカンに関する。例えば、Ｒ１２３３ｚｄ－Ｅ、Ｒ１２３３ｚｄ－Ｚ及びＲ１２３３ｘｆなどのＲ１２３３のすべての異性体は、本明細書に開示されるプロセスに従って処理され得る。
フッ化水素化反応は、当技術分野で知られている任意の反応器、例えば、管状反応器、プラグフロー反応器、撹拌槽型反応器、又は非撹拌槽型反応器を使用して、気相又は液相で行うことができる。反応は、均一系又は不均一系の触媒で触媒することができ、又は反応を無触媒で実施することができる。反応の生成物は、蒸留塔、又は精留塔などの部分塔のいずれかで蒸留して、軽い生成物を除去し、より重い反応物及び中間体を回収して、反応器に再循環させることができる。反応器からの軽質生成物は、有機物、ＨＣｌ及びＨＦを含み、これらは、蒸留塔の通常の操作によって蒸留塔の塔頂に運ばれるか、又は有機ＨＦ共沸混合物の一部として塔頂に運ばれる。
一般的に、次のステップは蒸留によるＨＣｌの除去である。微量のＨＣｌがボトムストリームに残る場合がある。ＨＣｌストリームは、ＨＣｌが任意選択でさらに精製され、及び／又は販売のために水で希釈され得る生成物ストリームと考えられる。
次に、ボトムストリームはセパレーターに送られ、有機物からほとんどのＨＦが除去される。この分離工程は、蒸留、抽出、吸着、又は好ましくはデカンテーション（すなわち、セパレーターはデカンターであり得る）であり得る。デカンターを使用する場合、ＨＦが多い相には２０～４０重量％の有機物が含まれ得る。このストリームは、任意選択で蒸留塔に送り、有機物、又は有機ＨＦ共沸混合物を除去することができる。ＨＦは反応器に送り返され、有機物の多いストリームはデカンターに送り返される。
セパレーターからの有機物の多いストリーム、すなわちデカンターからのボトムストリームは、いくらかのＨＦ、典型的には０．１～６重量％のＨＦを含む。このストリームからＨＦを除去する必要がある。これは、目的の冷媒と、不要な異性体、不十分フッ素化及び過フッ素化副生成物、及び反応の結果として生成される微量のＨＣｌなどの少量の不純物との粗製混合物である。
目的の冷媒を回収して精製し、残りのＨＦを除去する方法はいくつかある。
この粗製冷媒ストリームからＨＦを除去するために、現在のプロセスの多くは、気化したストリームを、吸収塔内の水性又は水性－塩基性ストリームに通す。通常、この処理は非常に揮発性の高い製品を使用して行われ、不要な副反応が発生しないように温度を十分に低く保つ。最初のステップは、ＨＦの大部分を除去するために、粗製ストリームを水性吸収剤に通すことである。次に、ストリームは、塩基性ストリーム又は塩基性／還元剤ストリームを含む吸収剤を通過する。水性ストリーム中の塩基はＨＦと反応して塩を形成し、それが水性ストリームとともに流れて塔のテールから出る。塔のヘッドにはＨＦを含まない冷媒が含まれており、これは、さらに精製するために１つ又は複数の蒸留塔に送られる。ただし、粗製Ｒ１２３３ｚｄ－Ｅを処理する場合、Ｒ１２３３ｚｄ－Ｅ及びＲ１２３３ｚｄ－Ｚは、高温又は真空を使用しない限り、気相に維持できないほど揮発性が低いため、このタイプのプロセスは使用できない。さらに、Ｒ１２３３ｚｄ－Ｚを含む粗製Ｒ１２３３ｚｄ－Ｅが高温で塩基性ストリームに接触すると、望ましくない反応が発生する。高温は真空で下げることができるが、真空はコストがかかる。
米国特許第９，２２１，７３２号は、ＨＦ及びＨＣｌを含む粗製Ｒ１２３３ｚｄ－Ｅを分離する方法を開示している。この方法は、混合相が分離するようにＨＣｌレベルを下げることを含む。上層にはほとんどのＨＦが含まれ、下層には主にＲ１２３３ｚｄ－Ｅが含まれ、ＨＦとＨＣｌのレベルは低くなっている。ＨＦ及びＨＣｌは、ストリームを水溶液又はアルカリ性水溶液で洗浄することによって除去される。湿ったＲ１２３３ｚｄ－Ｅのさらなる精製についても、溶液を塩基で洗浄した結果としての望ましくない生成物を最小限に抑えるための努力についても、開示がない。
米国特許第９，２７２，９６８号は、Ｒ１２３３ｚｄと塩基性溶液との反応により形成される可能性のある有毒な可燃性物質である３，３，３－トリフルオロプロピン（ＴＦＰ）の形成を抑制する方法を開示している。開示されたプロセスは、ＨＦが２つの別々の洗浄ステップで水で除去され、次いで、得られた溶液がＨ2ＳＯ4吸収システムによって乾燥される方法を含む。第２の実施形態では、第２の水洗浄ステップは、弱い苛性溶液（ｐＨ７～ｐＨ１０）を用いた洗浄ステップに置き換えられている。次に、得られたストリームをＨ2ＳＯ4で乾燥させることができる。別の実施形態では、Ｈ2ＳＯ4ではなく、水及び微量ＨＦが固体乾燥剤で除去される。
米国特許第９，５４０，２９６号は、Ｒ１２３３ｚｄの粗製ストリームが低レベルのＨＦに加えてＨＣｌを含むプロセスを開示している。このストリームを水溶液又は塩基性溶液で洗浄すると、湿った蒸気が凝縮する。得られた液体混合物は、ＨＣＦＯ－１２３３ｚｄ、その他の有機物、及び水を含み、これを沈降させ、その後、より軽い水層を混合物の上部からデカントして取り除く。次に、より重いＨＣＦＯ－１２３３ｚｄ層が、デカンターの底部から引き出されて乾燥剤（例えば、モレキュラーシーブ、活性アルミナ、シリカゲルなど）に供され、ＨＣＦＯ－１２３３ｚｄから残留可溶性水分を約８０ｐｐｍ以下のレベルにさらに除去する。この開示は、望ましくない有機物又はＴＦＰのレベルを、洗浄工程を実施する方法によって制御することができる方法を記載していない。
米国特許出願公開第２０１３／０１５８３０５号は、フッ素含有化合物から水分を除去する方法を開示している。この方法は、水分で汚染されたフッ素含有化合物を金属塩を含む水溶液と接触させることを含む。開示された方法は、ヒドロフルオロオレフィンなどの様々なフッ素含有化合物から水分を連続的かつ効率的に除去することができる。この開示は、粗製冷媒ストリームから低レベルのＨＦを除去するための特定の方法について論じていない。
米国特許出願公開第２０１７／００８１２６５号は、１－クロロ－３，３，３－トリフルオロプロペン（ＨＣＦＯ－１２３３ｚｄ）の共沸又は共沸類似組成物を使用する分離プロセスを開示している。この分離プロセスは、組成物の共沸又は共沸類似の特性を、分離技術（例えば、蒸留及びデカンテーション）の様々な組み合わせで利用して、１－クロロ－３，３，３－トリフルオロプロペンを精製する。
したがって、所望のＲ１２３３ｚｄ－Ｅの量を減らしたり、３，３，３－トリフルオロプロピン（ＴＦＰ）及び他の望ましくないものを生成したりすることなく、望ましくない有機物を含む粗製Ｒ１２３３ｚｄ－Ｅを含むプロセスストリームからＨＦを除去できるプロセスが必要である。さらに、排水から微量の冷媒を経済的及び生態学的に除去する必要性が残っている。
驚くべきことに、通常０．１～６．０重量％のＨＦを含むＲ１２３３ｚｄＥ粗製ストリームを、５０℃未満、好ましくは４０℃未満、最も好ましくは２０℃未満の温度で１０を超えるｐＨの苛性ストリームと混合すると、ＨＦとＨＣｌが塩に変換されるが、粗製Ｒ１２３３ｚｄ－Ｅ有機成分の組成は大きく変わらないことが分かった。次に、ストリームは、粗製Ｒ１２３３ｚｄ－Ｅを含む有機相と、ＨＦ及び未反応の塩基性種の塩を含む水相に分離される。粗製Ｒ１２３３ｚｄ－Ｅは、従来の手段、例えばモレキュラーシーブによって乾燥し、次いで蒸留することで、精製Ｒ１２３３ｚｄ－Ｅを生成するために軽質及び重質の副産物を除去することができる。
水性ストリームは、必要に応じてストリッパーに送って、微量の粗製Ｒ１２３３ｚｄ－Ｅを除去することができる。ストリッピング剤は、スチーム、空気、窒素などであり得る。好ましくは、それはスチームである。ストリッピング塔相からの塔頂物は、２つの液相（粗製Ｒ１２３３ｚｄ－Ｅ相と水相）に分離される。粗製Ｒ１２３３ｚｄ－Ｅストリームは精製に送られ、精製Ｒ１２３３ｚｄ－Ｅが生成される。水相はストリッピング塔に戻されるか、廃棄物処理に送られる。このように、水性ストリームには微量の有機物しか含まれていないため、簡単に廃棄できる。
本明細書において、実施形態は、明確で簡潔な明細書を書くことを可能にする方法で説明されるが、実施形態は、本発明から離れることなく、様々な組み合わせ又は分離が意図され、理解される。例えば、本明細書に記載のすべての好ましい特徴は、本明細書に記載の本発明のすべての態様に適用可能であることが理解されよう。
いくつかの実施形態では、本明細書の本発明は、方法の基本的かつ新規の特性に実質的に影響を及ぼさない任意の要素又はプロセスステップを除外すると解釈することができる。さらに、いくつかの実施形態では、本発明は、本明細書で指定されていない任意の要素又はプロセスステップを除外すると解釈することができる。
本発明は、特定の実施形態を参照して本明細書に例示及び説明されているが、本発明は、示されている詳細に限定されることを意図するものではない。むしろ、本発明から逸脱することなく、特許請求の範囲の同等物の範囲及び範囲内で詳細に様々な修正を行うことができる。
本発明の様々な非限定的な態様は、以下のように要約することができる。
態様１：粗製ＨＣＦＯストリームから酸を除去する方法であって、前記酸は、ＨＦ又はＨＣｌのうちの少なくとも１つを含み、前記方法は、ステップｂ）：前記粗製ＨＦＣＯストリームを水性塩基性ストリームと接触させることを含み、ステップｂ）は、反応温度で行われ、
それにより、前記塩基は、前記ＨＦ又はＨＣｌの少なくとも１つと反応して塩を形成し、それにより、前記ＨＦ又はＨＣｌの少なくとも１つの除去は前記塩の除去によって達成され、
ステップｂ）は、３０００μｍｏｌ／ｍｏｌ未満のトリフルオロプロピンを含む還元された酸性粗製ＨＦＣＯストリームと、前記塩を含む塩基性水性微量粗製ＨＦＣＯストリームを生成し、
前記反応温度が５０℃未満である、方法。
態様２：さらに、ステップｂ）の前に行われるステップａ）を含み、ステップａ）は、前記粗製ＨＦＣＯストリームを水ストリームと接触させるステップを含み、
それにより、前記水ストリームは、前記ＨＦ又はＨＣｌの少なくとも１つの少なくとも一部を溶解し、それにより、前記粗製ＨＦＣＯストリームからのＨＦ又はＨＣｌの少なくとも１つの部分的な除去が達成され、
ステップａ）は、水性ＨＦ／ＨＣｌ／微量粗製ＨＦＣＯストリーム及び部分的に還元された酸性粗製ＨＦＣＯストリームを生成し、
前記部分的に還元された酸性粗製ＨＦＣＯストリームは、粗製ＨＣＦＯストリームとしてステップｂ）に供給され、
ステップａ）は、洗浄温度で行われる、請求項１に記載の方法。
態様３：さらに、ステップｂ）の後に行われるステップｃ）を含み、前記ステップｃ）は、ステップｂ）から出現する塩基性水性微量粗製ＨＦＣＯストリームから微量粗製ＨＦＣＯを除去するステップを含む、請求項１又は２に記載の方法。
態様４：前記ステップｃ）は、ストリッピング剤を使用するストリッピングを含み、前記ストリッピング剤が、空気、窒素、及びスチームからなる群から選択される、請求項３に記載の方法。
態様５：前記ストリッピング剤がスチームを含む、請求項４に記載の方法。
態様６：さらに、ステップｂ）の後に行われるステップｄ）を含み、ステップｄ）は、
ｉ）ステップｂ）から生じる前記塩基性水性微量粗製ＨＦＣＯストリームをステップａ）から生じる水性ＨＦ／ＨＣｌ／微量粗製ＨＦＣＯストリームと組み合わせて、組み合わされた水性微量粗製ＨＦＣＯストリームを生成すること、及び
ｉｉ）前記組み合わされた水性微量粗製ＨＦＣＯストリームから微量粗製ＨＦＣＯを除去することを含む、請求項２に記載の方法。
態様７：ｉｉ）が、ストリッピング剤を使用するストリッピングを含み、前記ストリッピング剤が、空気、窒素、及びスチームからなる群から選択される、請求項６に記載の方法。
態様８：前記ストリッピング剤がスチームを含む、請求項７に記載の方法。
態様９：前記ＨＣＦＯがモノクロロトリフルオロプロピレンである、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。
態様１０：前記ＨＣＦＯが、１，１，１－トリフルオロ－３－クロロプロペン及び１，１，１－トリフルオロ－２－クロロプロペンからなる群から選択される、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。
態様１１：前記ＨＣＦＯがトランス－１，１，１－トリフルオロ－３－クロロプロペンである、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。
態様１２：前記水性塩基が、水酸化カリウム水溶液及び水酸化ナトリウム水溶液からなる群から選択される、請求項１～１１のいずれか１項に記載の方法。
態様１３：前記水性塩基が、１～２５重量％の水酸化カリウムからなる水溶液である、請求項１～１２のいずれか１項に記載の方法。
態様１４：前記水性塩基のｐＨが少なくとも１３．５である、請求項１～１３のいずれか１項に記載の方法。
態様１５：前記反応温度は３０℃未満である、請求項１～１４のいずれか１項に記載の方法。
態様１：粗製ＨＣＦＯストリームから酸を除去する方法であって、前記酸は、ＨＦ又はＨＣｌのうちの少なくとも１つを含み、前記方法は、ステップｂ）：前記粗製ＨＦＣＯストリームを水性塩基性ストリームと接触させることを含み、ステップｂ）は、反応温度で行われ、
それにより、前記塩基は、前記ＨＦ又はＨＣｌの少なくとも１つと反応して塩を形成し、それにより、前記ＨＦ又はＨＣｌの少なくとも１つの除去は前記塩の除去によって達成され、
ステップｂ）は、３０００μｍｏｌ／ｍｏｌ未満のトリフルオロプロピンを含む還元された酸性粗製ＨＦＣＯストリームと、前記塩を含む塩基性水性微量粗製ＨＦＣＯストリームを生成し、
前記反応温度が５０℃未満である、方法。
態様２：さらに、ステップｂ）の前に行われるステップａ）を含み、ステップａ）は、前記粗製ＨＦＣＯストリームを水ストリームと接触させるステップを含み、
それにより、前記水ストリームは、前記ＨＦ又はＨＣｌの少なくとも１つの少なくとも一部を溶解し、それにより、前記粗製ＨＦＣＯストリームからのＨＦ又はＨＣｌの少なくとも１つの部分的な除去が達成され、
ステップａ）は、水性ＨＦ／ＨＣｌ／微量粗製ＨＦＣＯストリーム及び部分的に還元された酸性粗製ＨＦＣＯストリームを生成し、
前記部分的に還元された酸性粗製ＨＦＣＯストリームは、粗製ＨＣＦＯストリームとしてステップｂ）に供給され、
ステップａ）は、洗浄温度で行われる、請求項１に記載の方法。
態様３：さらに、ステップｂ）の後に行われるステップｃ）を含み、前記ステップｃ）は、ステップｂ）から出現する塩基性水性微量粗製ＨＦＣＯストリームから微量粗製ＨＦＣＯを除去するステップを含む、請求項１又は２に記載の方法。
態様４：前記ステップｃ）は、ストリッピング剤を使用するストリッピングを含み、前記ストリッピング剤が、空気、窒素、及びスチームからなる群から選択される、請求項３に記載の方法。
態様５：前記ストリッピング剤がスチームを含む、請求項４に記載の方法。
態様６：さらに、ステップｂ）の後に行われるステップｄ）を含み、ステップｄ）は、
ｉ）ステップｂ）から生じる前記塩基性水性微量粗製ＨＦＣＯストリームをステップａ）から生じる水性ＨＦ／ＨＣｌ／微量粗製ＨＦＣＯストリームと組み合わせて、組み合わされた水性微量粗製ＨＦＣＯストリームを生成すること、及び
ｉｉ）前記組み合わされた水性微量粗製ＨＦＣＯストリームから微量粗製ＨＦＣＯを除去することを含む、請求項２に記載の方法。
態様７：ｉｉ）が、ストリッピング剤を使用するストリッピングを含み、前記ストリッピング剤が、空気、窒素、及びスチームからなる群から選択される、請求項６に記載の方法。
態様８：前記ストリッピング剤がスチームを含む、請求項７に記載の方法。
態様９：前記ＨＣＦＯがモノクロロトリフルオロプロピレンである、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。
態様１０：前記ＨＣＦＯが、１，１，１－トリフルオロ－３－クロロプロペン及び１，１，１－トリフルオロ－２－クロロプロペンからなる群から選択される、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。
態様１１：前記ＨＣＦＯがトランス－１，１，１－トリフルオロ－３－クロロプロペンである、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。
態様１２：前記水性塩基が、水酸化カリウム水溶液及び水酸化ナトリウム水溶液からなる群から選択される、請求項１～１１のいずれか１項に記載の方法。
態様１３：前記水性塩基が、１～２５重量％の水酸化カリウムからなる水溶液である、請求項１～１２のいずれか１項に記載の方法。
態様１４：前記水性塩基のｐＨが少なくとも１３．５である、請求項１～１３のいずれか１項に記載の方法。
態様１５：前記反応温度は３０℃未満である、請求項１～１４のいずれか１項に記載の方法。
本明細書で説明するさまざまなストリーム又は化合物（冷媒を含む）を指すために使用される命名法は次のとおりである。
「Ｒ１２３３ｚｄ－Ｅ粗製ストリーム」とは、主にＲ１２３３ｚｄ－Ｅを含むストリームを意味するが、完全に精製されていない名前付きや名前なしの汚染物質を含む、純粋な製品の仕様を満たしていないストリームをも意味する。「Ｒ１２３３ｚｄ－Ｅ粗製ストリーム」は、「Ｒ１２３３ｚｄ」又は「１２３３ｚｄ」と呼ばれることもある。これらの用語はすべて、主に目的のＥ異性体を含むが、不要なＺ異性体や他の可能な副産物で汚染されている混合物を指す。
Ｒ１２３３ｚｄ－Ｅ：トランス－１，１，１－トリフルオロ－３－クロロプロペン
Ｒ１２３３ｚｄ－Ｚ：シス－１，１，１－トリフルオロ－３－クロロプロペン
ＴＦＰ：３，３，３－トリフルオロ－１－プロピン
Ｒ１２３４ｚｅ－Ｅ：トランス－１，３，３，３－テトラフルオロプロペン
Ｒ１２４３ｚｆ：３，３，３－トリフルオロプロペン
Ｒ２４５ｆａ：１，１，１，３，３－ペンタフルオロプロパン
Ｒ１２３４ｚｅ－Ｚ：トランス－１，３，３，３－テトラフルオロプロペン
Ｒ２４３：トリフルオロジクロロプロパンのすべての異性体
Ｒ１２２３：ジクロロトリフルオロプロピレンのすべての異性体
Ｒ１２３０ｚａ：１，１，３，３－テトラクロロプロペン
Ｒ２４０ｆａ：１，１，１，３，３－ペンタクロロプロパン
Ｒ１２３３ｚｄ－Ｅ：トランス－１，１，１－トリフルオロ－３－クロロプロペン
Ｒ１２３３ｚｄ－Ｚ：シス－１，１，１－トリフルオロ－３－クロロプロペン
ＴＦＰ：３，３，３－トリフルオロ－１－プロピン
Ｒ１２３４ｚｅ－Ｅ：トランス－１，３，３，３－テトラフルオロプロペン
Ｒ１２４３ｚｆ：３，３，３－トリフルオロプロペン
Ｒ２４５ｆａ：１，１，１，３，３－ペンタフルオロプロパン
Ｒ１２３４ｚｅ－Ｚ：トランス－１，３，３，３－テトラフルオロプロペン
Ｒ２４３：トリフルオロジクロロプロパンのすべての異性体
Ｒ１２２３：ジクロロトリフルオロプロピレンのすべての異性体
Ｒ１２３０ｚａ：１，１，３，３－テトラクロロプロペン
Ｒ２４０ｆａ：１，１，１，３，３－ペンタクロロプロパン
本明細書に開示される実施例は、粗製Ｒ１２３３ｚｄ－Ｅの例示的な精製を記載しているが、他のハロゲン化プロペン化合物又はヒドロクロロフルオロアルカンも同様に同じ方法で処理するのに適していることを理解されたい。本発明のプロセスを使用して精製することができる化合物の非限定的な例は、以下のものである：トランス－１，１，１－トリフルオロ－３－クロロプロペンなどのモノクロロ－トリフルオロプロペン；シス－１，１，１－トリフルオロ－３－クロロプロペン；１，１，１－トリフルオロ－クロロプロペン。
冷媒Ｒ１２３３ｚｄ－Ｅが生成される場合、考えられる１つの製造ルートは、ＨＦとの反応によってＲ２４０ｆａ又はＲ１２３０ｚａのいずれかをＲ１２３３ｚｄ－Ｅに変換することである。遊離したＨＣｌを除去し、得られたストリームをデカンターに送る。デカンター操作は、米国特許第８，７３５，６３６号に記載されており、その開示は、すべての目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる。デカンターからの上部のＨＦが多い相は、直接、又は任意選択で共沸混合物塔を介して送られ、過剰なＨＦをＲ１２３３ｚｄ－Ｅを生成する反応器に戻ってリサイクルする。デカンターからの下部の有機物が多い相は、主に粗製Ｒ１２３３ｚｄ－Ｅを含み、ＨＦが約０．１～６．０重量％であり、さらなる精製に供される。
上記のように、粗製Ｒ１２３３ｚｄ－Ｅを精製するには、ＨＦと残留ＨＣｌを除去する必要がある。これは、塩基と反応させることによって最良に行われ、米国特許第９，０６１，９５８号で議論されており、その開示は、すべての目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる。米国特許第９，０６１，９５８号は、「水、ＮａＯＨ水溶液、ＫＯＨ水溶液及びそれらの混合物」によるＲ１２３３ｚｄ溶液からのＨＦの除去に言及している。
１２３３ｚｄ－Ｅ（１．０１３２５ＭＰａで沸点１９℃）及び任意選択で１２３３ｚｄ－Ｚ（１．０１３２５ＭＰａで沸点３８℃）などの種が気相に留まることができる条件下で塩基を使用してこの中和反応を実行する場合、Ｒ１２３３ｚｄの一部が不要な種に変換される。不要な種は収量の損失であり、それらの除去にはより多くのコストが必要である。さらに、塩基との中和反応を５０℃で行うと、トリフルオロプロピン（ＴＦＰ）の濃度が検出可能なレベルまで上昇する。ＴＦＰの生成は、たとえ非常に低いレベルであっても、潜在的に高い毒性があり、可燃性の製品であるため、深刻な問題である。さらに、反応の他の望ましくないいくつかの副産物のレベルもこの温度で増加する。
逆に、中和反応は、５０℃未満、好ましくは４５℃未満又は４０℃未満又は３５℃又は３０℃の温度下で行うことができる。驚くべきことに、これらの低温で中和反応を行うと、ＴＦＰ副生成物の量は減少したが、ＨＦ及びＨＣｌの除去は依然として効果的であった。
以下の説明では、図１のブロック図を使用する。粗製Ｒ１２３３ｚｄ－Ｅストリームは、通常０．２～６重量％のＨＦと、場合によってはＨＣｌを含み、ストリーム１０１の精製トレインに入る。熱交換器３０１は、必要に応じて、蒸気から液体への、又はその逆への相変化を含む、ストリーム１０１の温度を制御するのに役立つ。この例では、ストリーム１０１は、熱交換器３０１を出るときに液体であると想定されているが、当業者は、ストリーム１０１が蒸気である可能性があることを理解できる。この代替の実施形態は、以下で扱われる。
図１は、０．２～６重量％のＨＦ及び／又はＨＣｌを含む粗製Ｒ１２３３ｚｄ－Ｅストリーム１０１を示している。ストリーム１０１の温度及びストリーム１０１内のＨＦの量は、前のステップに依存する。上記のように、ストリーム１０１の温度は－６０℃～５０℃の範囲であり得、ストリーム１０１は液体である。ストリーム１０１は、任意選択の水吸収塔２０１に運ばれ、そこで、ストリーム１０１からＨＦ及びＨＣｌの＞９０％を除去するために、水であるストリーム１０４が使用される。したがって、塔２０１は、ＨＦ及び／又はＨＣｌの多くを除去するための液－液吸収塔として操作される。除去されたＨＦ及び／又はＨＣｌを含む水は、ストリーム１０７として塔２０１を出る。粗製Ｒ１２３３ｚｄ－Ｅを洗浄した有機ストリームは、ストリーム１０５として塔２０１からこの水吸収ステップを出る。この時点で、ストリーム１０５は、依然として、少量ではあるが許容できない量のＨＦ及び／又はＨＣｌを含む。
次に、ストリーム１０５は、熱交換器３０２内で５０℃未満、好ましくは４５℃未満又は４０℃未満又は３５℃未満又は３０℃未満の温度に冷却される。次に、熱交換器３０２を出て、ストリーム１０５は、第２の塔、反応－吸収塔２０２に運ばれ、そこで、水性塩基性ストリームであるストリーム１０６が、冷却された有機ストリーム１０５と接触される。苛性（塩基）ストリーム１０６の非限定的な例は、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、又はアンモニアなどの塩基の５～１０重量％の水溶液を含む。塩基性ストリーム１０６は、例えば、亜硫酸水素塩、亜硫酸塩、及びそれらの混合物などの還元剤をさらに含み得るが、還元剤はこれらに限定されない。ストリーム１０６のｐＨは、好ましくは、少なくとも１０以上、例えば、少なくとも１１又は少なくとも１２又は少なくとも１３又は少なくとも１３．５又は少なくとも１４である。ストリーム１０６は、有利には、５０℃未満又は４５℃未満又は４０℃未満又は３５℃未満又は３０℃未満である。ストリーム１０９は、反応－分離塔２０２から出てくる。これは、塩基性ストリーム１０６を利用して、ストリーム１０５からＨＦ及び任意のＨＣｌを除去する。したがって、ストリーム１０９は、酸ＨＦ及びＨＣｌを本質的に含まないＨＣＦＯ Ｒ１２３３ｚｄ－Ｅであり、一方、反応－分離塔２０２から出てくるストリーム１０８は、ストリーム１０５から除去されたＨＦ及びＨＣｌの塩を含む水性塩基性ストリームである。
第２の代替の実施形態では、水－吸収塔２０１は、図３に示されるように気－液吸収器として運転することができる。この実施形態では、熱交換器３０１を出るストリーム１０１は蒸気であり、したがって、塔２０１は気－液吸収器として動作する。熱交換器（ＨＸ）３０１から出るストリーム１０１は塔２０１の下部に供給され、水ストリーム１０４は塔２０１の上部に供給される。次に、ストリーム１０５は、塔２０１を出るときに蒸気になり、熱交換器３０２は、ストリーム１０５を５０℃未満、好ましくは４５℃未満又は４０℃未満又は３５℃未満又は３０℃未満の温度に冷却する。この時点でのストリーム１０５には、減少してはいるが依然として許容できないレベルのＨＦとおそらくＨＣｌが含まれている。図１に示される第１の実施形態と同様、この第２の実施形態における反応－分離塔２０２の動作は、塔１０５から残りのＨＦ及びＨＣｌを除去するのに役立つ。
第１の実施形態と同様に、この第２の実施形態の水性塩基性ストリーム１０６は、図３に示されるように、塔２０２内のストリーム１０５と接触させられる。したがって、塩基性ストリーム１０６は、ストリーム１０５からＨＦ及び任意のＨＣｌを除去する。したがって、塔２０２から出てくるストリーム１０９は、酸ＨＦ及びＨＣｌを本質的に含まないＨＣＦＯ Ｒ１２３３ｚｄ－Ｅであり、一方、反応－分離塔２０２から出てくるストリーム１０８は、ストリーム１０５から除去されたＨＦ及びＨＣｌの塩を含む水性塩基性ストリームである。
さらに、このステップは任意であるため、水吸収塔２０１がない場合もあれば、１つ又は２つ以上の水吸収塔２０１が存在する場合もある。ストリーム１０５からＨＦ又はＨＣｌを除去するために、ＮａＯＨ、ＫＯＨなどの水性塩基のストリーム、又はアンモニアなどの他の塩基のストリームを、単独で、又は亜硫酸水素塩、亜硫酸塩又はそれらの混合物などの還元剤と組み合わせて利用する反応－分離塔２０２が少なくとも１つあり、複数あり得る。任意選択の水－吸収塔２０１が使用されない場合、ストリーム１０１は、上記のように塔２０２に直接供給される。ストリーム１０１が液体である場合、塔２０２の動作は図１に示され、ストリーム１０１が蒸気である場合、塔２０２の動作は図３に示される。
ＴＦＰが形成されず、Ｒ１２３３ｚｄ－Ｅが損失されないため、有機Ｒ１２３３ｚｄ粗製ストリームを低温に維持され、すなわち、温度上昇が１０℃以下になるように、常に熱交換器が採用されている。
反応－分離塔２０２は、ランダム又は構造化されたパッキングのいずれかでトレー又は充填することができる。有機物の多い相であるストリーム１０９は、モレキュラーシーブ、例えばゼオライト３Ａによって除去され得る少量の水を含む。モレキュラーシーブによる吸着は、液相又は気相で達成することができる。次に、この乾燥ステップ後の有機ストリーム１０９は、下流の処理に送られ、軽いものと重いもの（すなわち、不要な有機物）を取り除き、すべての仕様を満たす精製されたＲ１２３３ｚｄ－Ｅを生成する。
塔２０１及び２０２からの水性ストリームであるストリーム１０７及び１０８は、通常、それぞれ約４５０～５００ｐｐｍの有機物を含む。これらの有機物はＨＦＣＯを含む。これらのストリーム１０７及び１０８は、プラントの廃水浄化セクションに送ることができ、又は再循環（所望のＨＦＣＯの収量が増加することになる）のため、及びプラントの環境負荷を低減させるために除去された有機物を有することができる。
水性ストリーム１０７及び１０８から有機物を除去するための好ましい方法は、図２に示されるストリッピング塔２０３を使用することである。ストリッピング剤であるストリーム１１４は、スチーム、空気、窒素などであり得、スチームが好ましい。得られる水性ストリームであるストリーム１１３は、本質的に有機物を含まず、通常な方法で処分することができる。有機物を含む塔２０３からの塔頂物であるストリーム１１２は、ストリーム１１２がほとんど液体であるように約１０℃に冷却され、これにより、このストリームは、粗製１２３３ｚｄＥに存在する可能性のあるＨＦ及び任意のＨＣｌを含まない有機物リッチストリーム１１０と、水性リッチストリーム１１１とに相分離される。水性ストリーム１１１は、ストリーム１１３として塔２０３の底部を出る水が本質的に有機物を含まないように、ストリッピング塔２０３に送り返され、還流され得る。
以下のすべての例は、大気圧で０．５Ｌの温度制御されたガラス反応器の底にガスとして粗製Ｒ１２３３ｚｄを供給することによって実行された。苛性溶液は、反応器の底部からガラス充填物で満たされた塔の上部に再循環された。粗製Ｒ１２３３ｚｄの蒸気は、反応器内の苛性溶液を泡立たせ、次に逆流して塔を通過した。Ｒ１２３３ｚｄを含む流出ガスを塩化カルシウムで乾燥させ、スクラビングの前後にガスクロマトグラフィーで分析した。溶液中のさまざまなタイプの苛性アルカリ（すなわち、ＫＯＨ又はＮａＯＨ）をさまざまな濃度で使用し、さまざまな温度を使用して、粗製Ｒ１２３３ｚｄを苛性アルカリ溶液と接触させるステップ中に生成されるＴＦＰの量に対する温度の影響を判定した。
例１ａ：（比較）
この例では、５０℃でｐＨ＝１３．９５の５重量％（０．９Ｍ）ＫＯＨ溶液。Ｒ１２３３ｚｄを７．５ｇ／ｈｒで反応器に供給し、ＫＯＨ溶液を１８５ｍＬ／ｍｉｎで再循環させた。
この例では、５０℃でｐＨ＝１３．９５の５重量％（０．９Ｍ）ＫＯＨ溶液。Ｒ１２３３ｚｄを７．５ｇ／ｈｒで反応器に供給し、ＫＯＨ溶液を１８５ｍＬ／ｍｉｎで再循環させた。
粗製Ｒ１２３３ｚｄを５０℃で５％ＫＯＨ溶液に吸収すると、表１の実験結果に示すように、かなりの量のＴＦＰが生成され得る。Ｒ１２３３ｚｄ－Ｚ濃度は２．４ｍｏｌ％から１．５ｍｏｌ％に減少し、ＴＦＰ濃度は０から８２７６μｍｏｌ／ｍｏｌに増加した。１２３３ｚｄ－Ｅ異性体の量は本質的に変化しない。
例１ｂ：（発明）
実施例１ｂは、反応器を３０℃に制御したことを除いて、実施例１ａ（上記）と同じである。粗製Ｒ１２３３ｚｄの供給速度は６．２ｇ／ｈｒであり、５重量％のＫＯＨ溶液を１８５ｍＬ／分で再循環させた。結果を以下の表２に示す。これらの結果は、表２に示すように、３０℃の低温で運転すると、反応器が５０℃のときに形成された量と比較して、形成されたＴＦＰの量が大幅に減少することを示している。
実施例１ｂは、反応器を３０℃に制御したことを除いて、実施例１ａ（上記）と同じである。粗製Ｒ１２３３ｚｄの供給速度は６．２ｇ／ｈｒであり、５重量％のＫＯＨ溶液を１８５ｍＬ／分で再循環させた。結果を以下の表２に示す。これらの結果は、表２に示すように、３０℃の低温で運転すると、反応器が５０℃のときに形成された量と比較して、形成されたＴＦＰの量が大幅に減少することを示している。
スクラビングを３０℃で実行すると、ＴＦＰの濃度は８２７６μｍｏｌ／ｍｏｌから約２７０９μｍｏｌ／ｍｏｌに大幅に減少する。
例２ａ：（比較）
この例では、５重量％のＮａＯＨ、５０℃でｐＨ＝１４が使用されている。粗製Ｒ１２３３ｚｄの供給速度は６．２ｇ／ｈｒであり、ＮａＯＨ溶液は１８５ｍＬ／分で再循環させた。１２３３ｚｄ－Ｚ濃度は２．５ｍｏｌ％から１．６ｍｏｌ％に減少し、ＴＦＰは０から７１９４ｐｐｍｍｏｌに増加した。
この例では、５重量％のＮａＯＨ、５０℃でｐＨ＝１４が使用されている。粗製Ｒ１２３３ｚｄの供給速度は６．２ｇ／ｈｒであり、ＮａＯＨ溶液は１８５ｍＬ／分で再循環させた。１２３３ｚｄ－Ｚ濃度は２．５ｍｏｌ％から１．６ｍｏｌ％に減少し、ＴＦＰは０から７１９４ｐｐｍｍｏｌに増加した。
したがって、粗製Ｒ１２３３ｚｄを５０℃で５重量％ＮａＯＨ溶液で処理すると、表３に示す実験結果に示すように、望ましくない量のＴＦＰが生成されたことは明らかである。１２３３ｚｄ－Ｅ異性体の量は本質的に変化しない。
例２ｂ（発明）：
実施例２ｂは、反応器を３０℃に制御したことを除いて、実施例２ａ（上記）と同じである。粗製Ｒ１２３３ｚｄの供給速度は４．８ｇ／ｈｒであり、ＮａＯＨ溶液は１８５ｍＬ／分で再循環させた。表４に示すように、この３０℃の低温では、５０℃のスクラビング温度で形成された量と比較して、形成されたＴＦＰの量が大幅に減少した。
実施例２ｂは、反応器を３０℃に制御したことを除いて、実施例２ａ（上記）と同じである。粗製Ｒ１２３３ｚｄの供給速度は４．８ｇ／ｈｒであり、ＮａＯＨ溶液は１８５ｍＬ／分で再循環させた。表４に示すように、この３０℃の低温では、５０℃のスクラビング温度で形成された量と比較して、形成されたＴＦＰの量が大幅に減少した。
スクラビングを３０℃で実行すると、生成されるＴＦＰの濃度は７１９４μｍｏｌ／ｍｏｌから約２４１１μｍｏｌ／ｍｏｌに大幅に減少する。
いくつかの実施形態では、本明細書の本発明は、方法の基本的かつ新規の特性に実質的に影響を及ぼさない任意の要素又はプロセスステップを除外すると解釈することができる。さらに、いくつかの実施形態では、本発明は、本明細書で指定されていない任意の要素又はプロセスステップを除外すると解釈することができる。
本発明は、特定の実施形態を参照して本明細書に例示及び説明されているが、本発明は、示されている詳細に限定されることを意図するものではない。むしろ、本発明から逸脱することなく、特許請求の範囲の同等物の範囲及び範囲内で詳細に様々な修正を行うことができる。
本明細書において、実施形態は、明確で簡潔な明細書を書くことを可能にする方法で説明されたが、実施形態は、本発明から離れることなく、様々な組み合わせ又は分離が意図され、理解される。例えば、本明細書に記載のすべての好ましい特徴は、本明細書に記載の本発明のすべての態様に適用可能であることが理解されよう。
Claims (15)
- 特定の条件下で塩基にさらされたときにトリフルオロプロピン副生成物を形成する可能性のある粗製ＨＦＣＯストリームから、ＨＦ、ＨＣｌ又はそれらの混合物を含む酸を除去する方法であって、前記方法は、ステップｂ）：前記粗製ＨＦＣＯストリームと、１０を超えるｐＨを有する水性塩基性ストリームとを４０℃未満の温度で接触させることを含み、
それにより、前記塩基は、前記酸と反応して塩を形成し、それにより、前記酸の除去を前記塩の除去によって達成して、３０００μｍｏｌ／ｍｏｌ未満のトリフルオロプロピンを含む還元された酸性粗製ＨＦＣＯストリームと、前記塩を含む塩基性水性微量粗製ＨＦＣＯストリームを生成する、方法。 - さらに、ステップｂ）の前に行われるステップａ）を含み、ステップａ）は、前記粗製ＨＦＣＯストリームを水ストリームと接触させ、それにより、前記水ストリームは、前記酸の少なくとも一部を溶解し、それにより、前記粗製ＨＦＣＯストリームからの前記酸の部分的な除去を達成して、水性酸／微量粗製ＨＦＣＯストリーム及び部分的に還元された酸性粗製ＨＦＣＯストリームを生成し、
前記部分的に還元された酸性粗製ＨＦＣＯストリームを粗製ＨＦＣＯストリームとしてステップｂ）に供給し、
ステップａ）を洗浄温度で行う、請求項１に記載の方法。 - さらに、ステップｂ）の後に行われるステップｃ）を含み、前記ステップｃ）は、ステップｂ）から出現する塩基性水性微量粗製ＨＦＣＯストリームから微量粗製ＨＦＣＯを除去するステップを含む、請求項１又は２に記載の方法。
- 前記ステップｃ）は、ストリッピング剤を使用するストリッピングを含み、前記ストリッピング剤が、空気、窒素、及びスチームからなる群から選択される、請求項３に記載の方法。
- 前記ストリッピング剤がスチームを含む、請求項４に記載の方法。
- さらに、ステップｂ）の後に行われるステップｄ）を含み、ステップｄ）は、
ｉ）ステップｂ）から生じる前記塩基性水性微量粗製ＨＦＣＯストリームをステップａ）から生じる水性酸／微量粗製ＨＦＣＯストリームと組み合わせて、組み合わされた水性微量粗製ＨＦＣＯストリームを生成すること、及び
ｉｉ）前記組み合わされた水性微量粗製ＨＦＣＯストリームから微量粗製ＨＦＣＯを除去することを含む、請求項２に記載の方法。 - ｉｉ）が、ストリッピング剤を使用するストリッピングを含み、前記ストリッピング剤が、空気、窒素、及びスチームからなる群から選択される、請求項６に記載の方法。
- 前記ストリッピング剤がスチームを含む、請求項７に記載の方法。
- 前記ＨＦＣＯがモノクロロトリフルオロプロピレンである、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。
- 前記ＨＦＣＯが、１，１，１－トリフルオロ－３－クロロプロペン及び１，１，１－トリフルオロ－２－クロロプロペンからなる群から選択される、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。
- 前記ＨＦＣＯがトランス－１，１，１－トリフルオロ－３－クロロプロペンである、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。
- 前記水性塩基が、水酸化カリウム水溶液及び水酸化ナトリウム水溶液からなる群から選択される、請求項１～１１のいずれか１項に記載の方法。
- 前記水性塩基が、１～２５重量％の水酸化カリウムからなる水溶液である、請求項１～１２のいずれか１項に記載の方法。
- 前記水性塩基のｐＨが少なくとも１３．５である、請求項１～１３のいずれか１項に記載の方法。
- 前記反応温度は３０℃未満である、請求項１～１４のいずれか１項に記載の方法。
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