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JP2018524369A - 2,3,3,3−テトラフルオロプロペン及び1,3,3,3−テトラフルオロプロペンのの共生産のためのプロセス - Google Patents

2,3,3,3−テトラフルオロプロペン及び1,3,3,3−テトラフルオロプロペンのの共生産のためのプロセス Download PDF

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JP2018524369A JP2018501335A JP2018501335A JP2018524369A JP 2018524369 A JP2018524369 A JP 2018524369A JP 2018501335 A JP2018501335 A JP 2018501335A JP 2018501335 A JP2018501335 A JP 2018501335A JP 2018524369 A JP2018524369 A JP 2018524369A
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クライブ・ロバート・ジディス
フィオナ・ルイーズ・スミス
ジョナサン・ジャンヘイ・マン
カーラ・ジョイ・クロンショウ
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メキシケム フロー エセ・ア・デ・セ・ヴェ
メキシケム フロー エセ・ア・デ・セ・ヴェ
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Abstract

本発明は、2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(HFO−1234yf)を生産する方法であって、該方法が、2つ以上の反応工程を含み、該反応工程のうちの少なくとも1つが、1つ以上のHFO−1234yf前駆体からの1,3,3,3−テトラフルオロプロペン(HFO−1234ze)及び/または1つ以上のHFO−1234ze前駆体の該生産を含み、該HFO−1234zeの少なくとも一部分が回収される、方法を提供する。

Description

本発明は、2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(HFO−1234yf)の生産のためのプロセス、ならびに特に、1,3,3,3−テトラフルオロプロペン(HFO−1234ze)及びHFO−1234yfの共生産のための方法に関する。
2,3,3,3−テトラフルオロプロペンは、別名HFO−1234yf、HFC−1234yfまたは単に1234yfである。これ以降、別途定めのない限り、2,3,3,3−テトラフルオロプロペンは、HFO−1234yfと称される。1234yfを調製するための既知のプロセスは典型的に、低収量、及び/または有害かつ/もしくは高価な試薬の取り扱い、及び/または極限条件の使用、及び/または有害な副生成物の生産といった欠点に悩まされる。1234yfを調製するための方法が、例えば、Journal Fluorine Chemistry(82),1997,171−174に記載されている。この文献では、1234yfは、テトラフルオロ硫黄の、トリフルオロアセチルアセトンとの反応によって調製される。しかしながら、この方法は、試薬の取り扱いに伴う危険及びそれらの費用のため、学究的関心事でしかない。1234yfを調製するための別の方法が、US−2931840に記載される。この場合では、テトラフルオロエチレンを伴うまたは伴わないC1クロロフルオロカーボンの熱分解が1234yfを産出するとされた。しかしながら、記載される収量は非常に低く、かつ再び、極限条件下での危険な化学物質の取り扱いが必要であった。また、かかるプロセスは、非常に有害な様々な副生成物を生産することも予想されよう。
1,3,3,3−テトラフルオロプロペン(またはHFO−1234ze)は、HFO−1234yfと同様、冷却剤または熱伝達剤ならびに膨張剤または噴射剤として、特に、それらの低いオゾン破壊係数にもかかわらず高い地球温暖化係数を有するハイドロフルオロカーボン(HFC)化合物の代替として、有用である。HFO−1234yf及びHFO−1234zeは各々、低いオゾン破壊係数及び低い地球温暖化係数の利点を有するため、かかる用途において特に魅力的なものとなっている。
したがって、HFO−1234yf及びHFO−1234zeの両方を生産可能であり、広く入手可能な供給原料の使用を伴い、商業的に許容される収量を生産し、かつ処分を必要とする大量の危険な化学物質を生産しない、プロセスが必要とされている。本発明は、この問題に対処する。
以前に公開された文書の本明細書での列挙または考察は、必ずしも、その文書が最新技術の一部であることまたは共通一般知識であることを認めるものとして解釈されるべきではない。
第1の態様において、本発明は、2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(HFO−1234yf)を生産する方法であって、該方法が、2つ以上の反応工程を含み、該反応工程のうちの少なくとも1つが、1つ以上のHFO−1234yf前駆体からの1,3,3,3−テトラフルオロプロペン(HFO−1234ze)及び/または1つ以上のHFO−1234ze前駆体の該生産を含み、該HFO−1234zeの少なくとも一部分が回収され、かつ該HFO−1234yfの少なくとも一部分が回収され、
該HFO−1234yf前駆体が、下記式に従った化合物を含み、
C−CXX−CH
(式中、各Xは独立して、Hもしくはハロゲンであり、かつ少なくとも2つのX基が、ハロゲンである)、または
C−CX=CH
(式中、Xはハロゲンである)、
該HFO−1234ze前駆体が、下記式に従った化合物を含み、
C−CH−CHX
(式中、各Xは独立して、ハロゲンである)、または
C−CH=CHX
(式中、Xはハロゲンである)、方法を提供する。
発明者らは、驚くべきことに、HFO−1234yfを効率的に生産するのに必要とされる工程のうちの1つ以上が、概して関連性のある生成物流の副次的割合として、HFO−1234ze及び/またはその前駆体のうちの1つ以上もまた生産することを発見した。生成されるこれらの生成物の量が少ない場合であっても、
種々の生成物流の注意深い処理及び本発明に従ったプロセスの配置構成によって、発明者らは、HFO−1234yfの生産と同時にかなりの量のHFO−1234zeを製造することが可能であることを発見した。これは、反応副生成物の効率的な使用を提供すること及び単一の製造プラントから1つよりも多くの生成物を生産する能力を提供することの両方の点から、製造者に重要な利点を提示する。
好ましくはハロゲンは、塩素またはフッ素である。
好ましくは、HFO−1234zeは、プロセスの終わりに副生成物として回収され、例えば、HFO−1234yf対HFO−1234zeの生産重量比は、99.5〜80:0.5〜20、例えば99.5〜90:0.5〜10、例えば95〜99:1〜5である。
好ましい実施形態において、HFO−1234yf前駆体は、1,1,1−トリフルオロ−2,3−ジクロロプロパン(HCFC−243db)、1,1,1,2,2−ペンタフルオロプロパン(HFC−245cb)、2−クロロ−1,1,1,2−テトラフルオロプロパン(HCFC−244bb)、3−クロロ−1,1,1,2−テトラフルオロプロパン(HCFC−244eb)、1,1,1,2,3−ペンタフルオロプロパン(HFC−245eb)、2−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(HCFO−1233xf)から選択される1つ以上の化合物を含む。
好ましい実施形態において、HFO−1234ze前駆体は、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン(HFC−245fa)、3−クロロ−1,1,1,3−テトラフルオロプロペン(HCFC−244fa)、3,3−ジクロロ−1,1,1−トリフルオロプロパン(HCFC−243fa)、1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(HCFO−1233zd)から選択される1つ以上の化合物を含む。
tHFO−1234ze1234zeは、少なくとも95:5、例えば少なくとも99:1のE:Z異性体比を有するか、または最も好ましくは、HFO−1234zeEからなることが好ましい。HFO−1234zeEが優先的に回収される場合(例えば回収されるE:Z異性体比が95:5である場合)、HFO−1234ze前駆体がHFO−1234zeZを含むこともまた好ましい。
いくつかの実施形態において、反応工程のうちの1つ以上の後のHFO−1234ze前駆体のうちの1つ以上の少なくとも一部分は、存在する場合、該後続のまたはある後続の反応工程に直接または間接的に通され、かつ/あるいは、存在する場合、先行の反応工程に再循環される。
好ましい実施形態において、反応工程「A」のうちの1つは、HFO−245cbを含む供給流「A」を脱フッ化水素化に好適な条件に曝露して、HFO−1234yfを含む生成物流「A」を生産することを含む。好ましくは、生成物流「A」は、HFO−1234ze(例えばHFO−1234zeE)及び/または1つ以上のHFO−1234ze前駆体を含み、かつ/または供給流「A」は、副次的割合としてHFO−1234ze、例えばHFO−1234zeEを含むが、好ましくは、HFO−1234ze前駆体を実質的に含まない。
好ましくは、生成物流「A」は、HFO−1234yf、及び存在する場合、HFO−1234ze(例えばHFO−1234zeE)、及び存在する場合、前記HFO−1234ze前駆体のうちの1つ以上を回収するために、分離トレインに直接または間接的に通される。生成物流「A」から回収されたHFO−1234ze前駆体の少なくとも一部分は、1つ以上の先の反応工程に再循環されることが好ましい。好ましくは、HFO−1234yf前駆体もまた、1つ以上の先の反応工程に再循環される。
いくつかの実施形態において、反応工程「A」における、HFC−245cbの脱フッ化水素化に好適な条件は、好ましくは蒸気相において、好ましくは0℃〜500℃、例えば250℃〜400℃の温度で、好ましくは0.1barg〜30barg、例えば約1barg〜約10barg、例えば約1barg〜約4bargの圧力での、触媒「A」への曝露を含む。
反応工程「A」で使用される触媒は、HFC−245cbをHFO−1234yfへと脱フッ化水素化するのに有効な任意の好適な触媒であってよい。好ましい触媒は、活性化炭素、0価の金属、金属酸化物、金属オキシハロゲン化物、金属ハロゲン化物、または触媒作用的脱ハロゲン化水素化工程のための触媒に関連して上述した前述のものの混合物を含む、バルク形態または担持触媒である。
HFC−245cbをHFO−1234yfへと触媒作用的に脱フッ化水素化するのに好ましい触媒は、単独のクロミア、あるいはZn、Mn、Zr、In、Ni、Al及び/もしくはMgならびに/またはこれらの金属のうちの1つ以上の化合物の付加によって修飾されたまたはクロミアを含むものである。反応工程「A」において使用するための好ましいクロミア系触媒は、亜鉛/クロミア触媒である。同じ触媒(例えばクロミア系触媒)が、触媒作用的脱塩化水素化及びフッ化水素化工程に使用されてもよい。
好ましくは、生成物流「A」におけるHFO−1234ze前駆体は、HFC−245fa及び/またはHFO−1234zeZを含む。
さらなる実施形態において、本方法は、HCFO−1233xfを含む供給流「B」を、HCFO−1233xfをフッ化水素化するに十分な条件下でHFと接触させて、例えば供給流「A」に直接または間接的に提供するための、HFC−245cbを含む生成物流「B」を形成することを含む、反応工程「B」を含む。
生成物流「B」は、HFO−1234ze及び/または1つ以上のHFO−1234ze前駆体を含むことが好ましい。いくつかの実施形態において、生成物流「B」は、例えば主要構成成分または副構成成分として、HFO−1234yfを含む。供給流「B」は、HFO−1234ze及び/またはHFO−1234ze前駆体のうちの1つ以上を含んでもよい。好ましい実施形態において、供給流「B」中のHFO−1234ze前駆体の少なくとも一部分は、生成物流「A」及び/または生成物流「B」のうちの1つ以上から、例えば分離トレインを介して、再循環される。
好ましい実施形態において、生成物流「B」は、HFO−1234yf、及び存在する場合、HFO−1234ze(例えばHFO−1234zeE)、及び存在する場合、HFO−1234ze前駆体のうちの1つ以上を回収するために、分離トレインに直接または間接的に通される。好ましくは、生成物流「B」は、例えば該供給流「A」に直接または間接的に提供するための、HFC−245cbを分離するために、分離トレインに直接または間接的に通される。
好ましい実施形態において、反応工程Bの条件は、HFO−1234ze前駆体のうちの1つ以上の少なくとも一部分をHFO−1234zeに(例えば、脱フッ化水素化及び/または脱塩化水素化などの脱ハロゲン化水素化によって)変換する、かつ/またはHFO−1234ze前駆体のうちの1つ以上の少なくとも一部分を異なるHFO−1234ze前駆体に(例えば、フッ化水素化によって)変換するのに十分である。
好ましくは、生成物流「B」中のHFO−1234ze前駆体は、HFC−245fa、HCFC−244fa、HCFC−243fa、HCFO−1233zd及び/またはHFO−1234zeZのうちの1つ以上を含む。好ましくは、供給流「B」中のHFO−1234ze前駆体は、HFC−245fa、HCFC−244fa、HCFO−1233zd及び/またはHFO−1234zeZのうちの1つ以上を含む。
好ましい実施形態において、反応工程「B」における条件は、供給流「B」を、好ましくは触媒「B」の存在下で、好ましくは約0〜約450℃の温度及び約0.1〜約30baraの圧力で、より好ましくは約200〜約400℃の温度及びより好ましくは1〜約20baraの圧力で、最も好ましくは約300〜約380℃の温度及び5〜約20baraの圧力で、HFと接触させることを含む。触媒「B」は、工程「A」に関連して記載された触媒などの触媒を含んでもよい。触媒「B」は、亜鉛/クロミア触媒を含むことが好ましい。
好ましい実施形態において、本方法は、HCFC−243dbを含む供給流「C」を、脱塩化水素化に好適な条件に曝露して、例えば供給流「B」に直接または間接的に提供するための、HCFO−1233xfを含む生成物流「C」を形成することを含む、反応工程「C」を含む。
好ましくは、生成物流「C」は、HFO−1234ze及び/または1つ以上のHFO−1234ze前駆体を含む。好ましくは、生成物流「C」は、好ましくは副構成成分として、HFO−1234yfを含む。
好ましい実施形態において、生成物流「C」は、HFO−1234yf、及び存在する場合、HFO−1234ze(例えばHFO−1234zeE)、及び存在する場合、HFO−1234ze前駆体のうちの1つ以上を回収するために、分離トレインに直接または間接的に通される。
好ましくは、供給流「C」は、HFO−1234ze及び/またはHFO−1234ze前駆体のうちの1つ以上を含む。いくつかの実施形態において、供給流「C」中のHFO−1234ze前駆体の少なくとも一部分は、生成物流「A」及び/または生成物流「B」及び/または生成物流「C」のうちの1つ以上から、例えば分離トレインを介して、再循環される。
好ましい実施形態において、反応工程「C」の条件は、HFO−1234ze前駆体のうちの1つ以上の少なくとも一部分をHFO−1234zeに(例えば、脱フッ化水素化及び/または脱塩化水素化などの脱ハロゲン化水素化によって)変換する、かつ/またはHFO−1234ze前駆体のうちの1つ以上の少なくとも一部分を異なるHFO−1234ze前駆体に(例えば、フッ化水素化によって)変換するのに十分である。
好ましくは、生成物流「C」中のHFO−1234ze前駆体は、HFC−245fa、HCFC−244fa、HCFC−243fa、HCFO−1233zd及び/またはHFO−1234zeZのうちの1つ以上を含む。好ましくは、供給流「C」中のHFO−1234ze前駆体は、HFC−245fa、HCFC−244fa、HCFO−1233zd及び/またはHFO−1234zeZのうちの1つ以上を含む。
好ましい実施形態において、反応工程「C」における条件は、供給流「C」を、触媒「C」の存在下で、好ましくは約0〜約450℃の温度かつ好ましくは約0.1〜約30baraの圧力で、より好ましくは約200〜約400℃の温度及びより好ましくは1〜約20baraの圧力で、最も好ましくは約300〜約380℃の温度及び5〜約20baraの圧力で、接触させることを含む。触媒「C」は、工程「A」に関連して記載された触媒などの触媒を含んでもよい。触媒「C」は、亜鉛/クロミア触媒を含むことが好ましい。
いくつかの実施形態において、工程「B」及び「C」は、同じ反応器中で同時に実施される。
好ましい実施形態において、本方法は、3,3,3−トリフルオロプロペン(HFO−1243zf)を含む供給流「D」を、フッ素化に好適な条件下でCl2流に曝露して、例えば、供給流「C」に直接または間接的に提供するための、HCFC−243dbを含む生成物流「D」を形成することを含む、反応工程「D」を含む。
好ましくは、生成物流「D」は、1つ以上のHFO−1234ze前駆体を含む。好ましくは、生成物流「D」中のHFO−1234ze前駆体は、HCFC−243faを含む。
反応工程「D」は、供給流「D」を触媒「D」の存在下でClに曝露することを含むことが好ましく、触媒は好ましくは、1つ以上の遷移金属を含み、Clは好ましくは、1243zfに対してモル過剰で存在する。最も好ましい実施形態において、触媒は、好ましくは1つ以上の金属酸化物、例えばアルミナに担持された、1つ以上の元素遷移金属及びまたは遷移金属の化合物(例えば塩化物及び/または酸化物)を含む。
反応工程「D」は、好ましくは、約100℃〜約400℃の温度でかつ好ましくは約0barg〜約30bargの圧力で、より好ましくは150℃〜300℃の温度でかつ約5bargから10bargの圧力で、行われる。
さらなる態様において、本発明は、1,1,1,2,2−ペンタフルオロプロパン(HFC−245cb)を含む供給流を、HFC−245cbを脱フッ化水素化するのに好適な条件下で触媒と接触させて、主要な割合でHFO−1234yf及び副次的割合でHFO−1234ze(例えばHFO1234zeE)を含む生成物流を形成することを含む、2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(HFO−1234yf)を生産する方法を提供する。
好ましくは、生成物流は、下記式に従った1つ以上のHFO−1234ze前駆体をさらに含む。
C−CH−CHX
(式中、各Xはハロゲンである)、または
C−CH=CHX
(式中、Xはハロゲンである)。
発明者らは、驚くべきことに、HFC−245cbの脱フッ化水素化が、予想されるHFO−1234yfに加えて、かなりの量のHFO−1234ze及びその前駆体を生産し得ることを発見した。
好ましくはハロゲンは、塩素またはフッ素である。
好ましい実施形態において、HFO−1234ze前駆体は、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン(HFC−245fa)、3−クロロ−1,1,1,3−テトラフルオロプロペン(HCFC−244fa)、3,3−ジクロロ−1,1,1−トリフルオロプロパン(HCFC−243fa)、1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(HCFO−1233zd)から選択される1つ以上の化合物を含む。
好ましい実施形態において、HFO−1234ze前駆体は、HFO−1234zeZを含む。
触媒は好ましくは、HFC−245cbをHFO−1234yfへと脱フッ化水素化するのに有効な任意の好適な触媒を含む。好ましい触媒は、活性化炭素、0価の金属、金属酸化物、金属オキシハロゲン化物、金属ハロゲン化物、または触媒作用的脱塩化水素化工程のための触媒に関連して上述した前述のものの混合物を含む、バルク形態または担持触媒である。
HFC−245cbをHFO−1234yfへと触媒作用的に脱フッ化水素化するのに好ましい触媒は、単独のクロミア、あるいはZn、Mn、Zr、In、Ni、Al及び/もしくはMgならびに/またはこれらの金属のうちの1つ以上の化合物の付加によって修飾されたまたはクロミアを含むものである。反応において使用するための好ましいクロミア系触媒は、亜鉛/クロミア触媒である。同じ触媒(例えばクロミア系触媒)が、触媒作用的脱塩化水素化及びフッ化水素化工程に使用されてもよい。
供給流は、蒸気相において、好ましくは0℃〜500℃、例えば250℃〜400℃の温度で、好ましくは0.1barg〜30barg、例えば約1barg〜約10barg、例えば約1barg〜約4bargの圧力で、触媒「A」と接触させられることが好ましい。
いくつかの実施形態において、供給流は、例えば供給流の5重量%未満、例えば供給流の約2重量%未満または供給流の約1重量%未満の割合で、HFO−1234ze(例えばHFO−1234zeE)を含む。好ましくは、生成物流は、供給流が含むよりもより大きな割合のHFO−1234ze(例えばHFO−1234zeE)を含む。
好ましくは、生成物流は、少なくとも0.1重量%のHFO−1234ze(例えばHFO−1234zeE)、例えば少なくとも0.5重量%のHFO−1234ze(例えばHFO−1234zeE)または少なくとも1重量%のHFO−1234ze(例えばHFO−1234zeE)を含む。
好ましくは、生成物流は、少なくとも約40重量%のHFO−1234yf、例えば少なくとも約50重量%のHFO−1234yfまたは少なくとも約60重量%のHFO−1234yfを含む。
本発明の実施形態は、次の図面及び実施例を参照して説明される。
本発明による統合プロセスの概略図を示す。
統合プロセス10が図1に概略的に示される。本プロセスは、HFO−1234yf及びHFO−1234zeEの共生産のためのものである。本プロセスは、一連の反応器D 20、反応器C24、反応器B26及び反応器A30を利用し、このうち第1及び第2の分離トレイン22、28が、それぞれ反応器D20と反応器C24との間、及び反応器B 26と反応器A30との間に位置付けられている。Cl供給物21が反応器D21の中へと提供され、HF供給ライン32が反応器C24の中へと提供される。第1の分離トレイン22は、構成成分を反応器D20に再循環するための第1の再循環ライン23を有し、第2の分離トレイン28は、廃棄物出口29、構成成分を反応器C24に及び蒸留塔25を介して反応器B26に再循環するための第2の再循環ライン27、ならびにHFO−1234yf収集タンク40及びHFO−1234zeE収集タンク50へのラインを有する。プロセスは、その産出物の主要構成成分としてHFO−1234yfを生産するように配置構成され、ここでHFO−1234zeEの生産は、副構成成分である。
使用中、HFO−1243zfの供給物は、Cl 21の供給物とともに、少なくとも約1:2のHFO−1234zf:Clのモル比で反応器D20に装入される。反応器D20は好ましくは、10重量%Al上Cuなどの遷移金属含有触媒を含有し、好ましくは8bargで200℃前後まで加熱される。反応は、主要構成成分としてHCFC−243db、ならびに副構成成分としてHCFC−243fa及びHCFC−244faなどの1つ以上の1234ze前駆体を含む、生成物流を生産する。HCFO−1233xfなどのいくつかの他のHFO−1234yf前駆体もまた生産され得る。
生成物流は、第1の再循環ライン23を介して反応器D20に再循環される、未反応のCl、微量のHCl及びHFO−1243zfから生成物流を分離するために、反応器D20から第1の分離トレイン22の中へと通される。生成物流は次いで、供給流として反応器C24の中へと通される。
反応器C24は、その供給流中のHCFC−243dbを脱塩化水素化して、HCFO−1233xfを含む生成物流を形成するように主に適合されている。しかしながら、反応槽D20において形成されるHFO−1234ze前駆体に加えて、反応槽C24の供給流はまた、前回未反応のHCFC−243dbも含有し、それは、蒸留塔25で第2の再循環ライン27におけるHFO−1234ze前駆体から分離された後、第2の再循環ラインを介して再循環される。反応器Cは、亜鉛/クロミア触媒を含有してもよく、350℃前後の温度及び約15bargの圧力で操作され得る。HF供給物32が、触媒の汚染を低減するために、また、HFを反応器B26における後続のフッ化水素化反応に供給するために、反応器C24の中へ提供される。
生成物流は、主要構成成分としてHCFO−1233xfを含むが、生成物流はまた、副構成成分としてHFO−1234zeEも含み、さらに、HCFC−243fa、HCFC−244fa、HCFO−1233zd、HFC−245fa及びHFO−1234zeZなどの1つ以上のHFO−1234ze前駆体を含有し、これらのうちの一部は、反応器C24において形成される。HFO−1234zeE及びその前駆体は、両方とも生成物供給流中のHFC−243dbの副生成物として生成されるが、生成物供給流中のHFO−1234ze前駆体の反応にも由来することが理解される。HFO−1234yfもまた、反応器C24において形成され得る。
反応器C24の生成物流は、供給流中のHCFO−1233xfをフッ化水素化して、HFC−245cbを含む生成物流を形成するように主に適合されている、反応器B26への供給流として提供される。供給流の一部分はまた、第2の再循環ライン27を介して分離トレイン28からも提供され、その部分は概して、蒸留塔25での分離の後、HCFC243db以外にHFO−1234ze前駆体及びHFO−1234yf前駆体を含む。供給流は、HF供給物32によって反応器C24に提供されるHFの一部またはすべてを含有する。それは好ましくは、亜鉛/クロミア触媒などの触媒と接触させられる。反応は好ましくは、350℃前後の温度及び約15bargの圧力で行われる。生成物流は、主要構成成分としてHFC−245cbを含むが、生成物流はまた、副構成成分としてHFO−1234zeEも含み、さらに、HCFC−243fa、HCFC−244fa、HCFO−1233zd、HFC−245fa及びHFO−1234zeZなどの1つ以上のHFC−1234ze前駆体を含有し、これらのうちの一部は、反応器B26において形成される。HFO−1234zeE及びその前駆体は、両方とも生成物供給流中のHCFO−1233xfの副生成物として生成されるが、生成物供給流中のHFO−1234ze前駆体の反応にも由来することが理解される。HFO−1234yfもまた反応器Bにおいて形成される。
反応器B26の生成物流は次いで、種々の生成物の分離及び清浄化のために分離トレイン28に供給される。分離トレイン28は、軽有機物ならびにバルクHF及び/またはHClを生成物流から除去し、また、HFO−1234ze前駆体及びHFO−1234yf前駆体も生成物流から除去し、それらを再循環ライン27を介して反応器C24または反応器B26へと通す。残った材料は、HF及び/またはHClを除去するためにスクラビングされ、さらなる分離のために通される。HFO−1234yf及びHFO−1234zeEは、貯蔵のために別個に回収される一方で、HFC−245cb(それは一部の不純物、例えば、HFO−1234zeEを含有し得る)は、供給流として反応器A30へと通される。再循環することができないいずれの材料も、廃棄流29を介して廃棄するために通される。
反応器A30は、HFC−245cbを脱フッ化水素化して、HFO−1234yfを形成するように主に配置構成される。HFC−245cbを含有する供給流は好ましくは、反応器A30において亜鉛クロミア触媒と、約350℃の好ましい温度及び約2bargの好ましい圧力で接触させられる。生成物流は、主要構成成分としてHFO−1234yfを含有し、また、HFC−245fa及びHFO−1234zeZなどの1つ以上のHFO−1234ze前駆体と一緒に、副構成成分としてHFO−1234zeEも含有する。生成物流は、分離トレイン28へと通され、反応器B26の生成物流と同時にかつそれと同じ様態で分離される。
全体的なプロセス10は、HFO−1234yf及びHFO−1234zeEの両方を商業的量で生産し、HFO−1234yf:HFO−1234zeEの生産比は好ましくは、重量に基づきおよそ99.5〜95:0.5〜5である。
実施例1
100ml Inconel反応管に16g亜鉛クロミア触媒を装入し、フッ素化し、次いで実質的に純粋なHFC−245cb(およそ99.65重量%)を提供した。反応を様々な温度でかつ2bargの圧力で行った。反応器発生ガス(反応器out gas:ROG)を測定し、結果を下記の表1に提示する。
Figure 2018524369
上記の結果は、驚くべきことに、HFC−245cbを脱フッ化水素化条件に曝露することによって、かなりの量のHFO−1234zeE(例えば1重量%〜2重量%前後のROG)を生産可能であることを示す。その上、かなりの量(例えば0.5重量%〜1.5重量%前後のROG)HFO−1234zeEの前駆体、例えばHFO−1234zeZ及びHFC−245faが、同じ条件下で生産され得る。
実施例2
直列の2つの反応器(各々25mlのInconel反応器)を接続し、各々に6g/5.5mlの粒径2.0〜3.65mmの亜鉛/クロミア触媒を装入し、フッ素化する。反応器Cは、HCFC−243dbのHCFO−1233xfへの変換用であり、反応器Bは、HCFO−1233xfのHFC−245cbへの変換用である。
各反応器を350℃及び15bargに設定する。供給流及び反応器発生ガス組成を表2〜5に示す。
反応器供給流組成
Figure 2018524369
Figure 2018524369
反応器排出流組成
Figure 2018524369
Figure 2018524369
表4及び5における結果が示すように、HFO−1234zeE及びその前駆体化合物を含めて、かなりの不純物がこれらの反応において生産される。
実施例3
25mlガラス内張りステンレス鋼反応管に7mlまたは4gの10%Cu/Al触媒を装入し、HFO−1243zf及びCl流を4:1のモル比で、大気圧で供給する。生成物流中に見出された反応温度及び有機化合物を表6に提示する。
Figure 2018524369
上記の結果は、HCFC−243dbの生産に加えて、かなりの量のHFO−1234ze前駆体化合物が反応において生産されることを実証する。
本発明の所与の態様、特徴またはパラメータについての選好及び選択肢は、文脈上そうでないとする明確な指示がない限り、本発明のすべての他の態様、特徴及びパラメータについてのありとあらゆる選好及び選択肢と組み合わせて開示されたものとしてみなされるべきである。
分子、例えばHFO−1234zeが、E異性体及びZ異性体の形態をとり得る場合、その分子の一般的な開示は、E異性体及びZ異性体の両方を等しく指すことを意図する。
本発明は、次の特許請求の範囲により定義される。

Claims (48)

  1. 2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(HFO−1234yf)を生産する方法であって、前記方法が、2つ以上の反応工程を含み、前記反応工程のうちの少なくとも1つが、1つ以上のHFO−1234yf前駆体からの1,3,3,3−テトラフルオロプロペン(HFO−1234ze)及び/または1つ以上のHFO−1234ze前駆体の前記生産を含み、前記HFO−1234zeの少なくとも一部分が回収され、前記反応工程のうちの1つ以上の後の前記HFO−1234ze前駆体の少なくとも一部分が、存在する場合、前記後続のまたはある後続の反応工程に直接または間接的に通され、かつ/あるいは、存在する場合、先行の反応工程に再循環され、
    前記HFO−1234yf前駆体が、下記式に従った化合物を含み、
    C−CXX−CH
    (式中、各Xは独立して、Hもしくはハロゲンであり、かつ少なくとも2つのX基が、ハロゲンである)、または
    C−CX=CH
    (式中、Xはハロゲンである)、
    前記HFO−1234ze前駆体が、下記式に従った化合物を含み、
    C−CH−CHX
    (式中、各Xは独立して、ハロゲンである)、または
    C−CH=CHX
    (式中、Xはハロゲンである)、
    前記反応工程「A」のうちの1つが、HFO−245cbを含む供給流「A」を脱フッ化水素化に好適な条件に曝露して、HFO−1234yfを含む生成物流「A」を生産することを含み、前記方法が、HCFO−1233xfを含む供給流「B」を、HCFO−1233xfをフッ化水素化するに十分な条件下でHFと接触させて、HFC−245cbを含む生成物流「B」を形成することを含む、先行の反応工程「B」をさらに含む、方法。
  2. 前記HFO−1234zeが、副生成物として回収される、請求項1に記載の方法。
  3. HFO1234yf対HFO−1234zeの生産重量比が、99.5〜80:0.5〜20、例えば99.5〜90−0.5〜10、例えば95〜99:1〜5である、請求項1または請求項2に記載の方法。
  4. 前記HFO−1234yf前駆体が、1,1,1−トリフルオロ−2,3−ジクロロプロパン(HCFC−243db)、1,1,1,2,2−ペンタフルオロプロパン(HFC−245cb)、2−クロロ−1,1,1,2−テトラフルオロプロパン(HCFC−244bb)、3−クロロ−1,1,1,2−テトラフルオロプロパン(HCFC−244eb)、1,1,1,2,3−ペンタフルオロプロパン(HFC−245eb)、2−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(HCFO−1233xf)から選択される1つ以上の化合物を含む、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
  5. 前記HFO−1234ze前駆体が、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン(HFC−245fa)、3−クロロ−1,1,1,3−テトラフルオロプロペン(HCFC−244fa)、3,3−ジクロロ−1,1,1−トリフルオロプロパン(HCFC−243fa)、1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(HCFO−1233zd)から選択される1つ以上の化合物を含む、請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
  6. 前記回収されたHFO−1234zeが、少なくとも95:5、例えば少なくとも99:1のE:Z異性体比を有するか、または最も好ましくは、HFO−1234zeEからなる、請求項1〜5のいずれかに記載の方法。
  7. 前記HFO−1234ze前駆体がHFO−1234zeZを含む、請求項6に記載の方法。
  8. 前記生成物流「A」が、HFO−1234ze及び/または1つ以上のHFO−1234ze前駆体を含む、請求項1に記載の方法。
  9. 前記供給流「A」が、副次的割合としてHFO−1234ze、例えばHFO−1234zeEを含むが、好ましくは、HFO−1234ze前駆体を実質的に含まない、請求項1または請求項8に記載の方法。
  10. 前記生成物流「A」が、HFO−1234yf、及び存在する場合、HFO−1234ze(例えばHFO−1234zeE)、及び存在する場合、前記HFO−1234ze前駆体のうちの1つ以上を回収するために、分離トレインに直接または間接的に通される、請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
  11. 前記生成物流「A」から回収されたHFO前駆体の少なくとも一部分が、1つ以上の先の反応工程に再循環される、請求項10に記載の方法。
  12. 前記245cbの脱フッ化水素化に好適な条件が、好ましくは蒸気相において、好ましくは250℃〜400℃の温度で、好ましくは0.1barg〜30barg、例えば1barg〜4bargの圧力での、触媒「A」への曝露を含み、前記触媒「A」が好ましくは、亜鉛/クロミア触媒を含む、請求項1〜1のいずれかに記載の方法。
  13. 前記生成物流「A」中のHFO−1234ze前駆体が、HFC−245fa及び/またはHFO−1234zeZを含む、請求項10〜12のいずれかに記載の方法。
  14. 前記生成物流「B」が、HFO−1234ze及び/または1つ以上のHFO−1234ze前駆体を含む、請求項1に記載の方法。
  15. 前記生成物流「B」が、好ましくは副構成成分として、HFO−1234yfを含む、請求項1または請求項14に記載の方法。
  16. 前記生成物流「B」が、HFO−1234yf、及び存在する場合、HFO−1234ze(例えばHFO−1234zeE)、及び存在する場合、前記HFO−1234ze前駆体のうちの1つ以上を回収するために、分離トレインに直接または間接的に通される、請求項1〜15のいずれかに記載の方法。
  17. 前記生成物流「B」が、例えば前記供給流「A」に直接または間接的に提供するための、HFC−245cbを分離するために、分離トレインに直接または間接的に通される、請求項1〜16のいずれかに記載の方法。
  18. 前記供給流「B」が、HFO−1234ze及び/または前記HFO−1234ze前駆体のうちの1つ以上を含む、請求項1〜17のいずれかに記載の方法。
  19. 前記反応工程Bの条件が、前記HFO1234ze前駆体のうちの1つ以上の少なくとも一部分をHFO−1234zeに(例えば、脱フッ化水素化及び/または脱塩化水素化などの脱ハロゲン化水素化によって)変換する、かつ/または前記HFO−1234ze前駆体のうちの1つ以上の少なくとも一部分を異なるHFO−1234ze前駆体に(例えば、フッ化水素化によって)変換するのに十分である、請求項18に記載の方法。
  20. 前記生成物流「B」中のHFO−1234ze前駆体が、HFC−245fa、HCFC−244fa、HCFC−243fa、HCFO−1233zd及び/またはHFO−1234zeZのうちの1つ以上を含む、請求項14〜19のいずれかに記載の方法。
  21. 前記供給流「B」中のHFO−1234ze前駆体が、HFC−245fa、HCFC−244fa、HCFO−1233zd及び/またはHFO−1234zeZのうちの1つ以上を含む、請求項18〜20のいずれかに記載の方法。
  22. 前記供給流「B」中の前記HFO−1234ze前駆体の少なくとも一部分が、生成物流「A」及び/または生成物流「B」のうちの1つ以上から、例えば前記分離トレインまたはある分離トレインを介して、再循環される、請求項14〜21のいずれかに記載の方法。
  23. 前記反応工程「B」における条件が、前記供給流「B」を、好ましくは触媒「B」の存在下で、好ましくは約0〜約450℃の温度及び約0.1〜約30baraの圧力で、好ましくは約200〜約400℃の温度及び1〜約20baraの圧力で、より好ましくは約300〜約380℃の温度及び5〜約20baraの圧力で、HFと接触させることを含む、請求項1〜22のいずれかに記載の方法。
  24. HCFC−243dbを含む供給流「C」を、脱塩化水素化に好適な条件に曝露して、例えば前記供給流「B」に直接または間接的に提供するための、HCFO−1233xfを含む生成物流「C」を形成することを含む、反応工程「C」を含む、請求項1〜23のいずれかに記載の方法。
  25. 前記生成物流「C」が、HFO−1234ze及び/または1つ以上のHFO−1234ze前駆体を含む、請求項24に記載の方法。
  26. 前記生成物流「C」が、好ましくは副構成成分として、HFO−1234yfを含む、請求項24または請求項25に記載の方法。
  27. 前記生成物流「C」が、HFO−1234yf、及び存在する場合、HFO−1234ze(例えばHFO−1234zeE)、及び存在する場合、前記HFO−1234ze前駆体のうちの1つ以上を回収するために、分離トレインに直接または間接的に通される、請求項24〜26のいずれかに記載の方法。
  28. 前記供給流「C」が、HFO−1234ze及び/または前記HFO−1234ze前駆体のうちの1つ以上を含む、請求項24〜27のいずれかに記載の方法。
  29. 前記供給流「C」中の前記HFO−1234ze前駆体の少なくとも一部分が、生成物流「A」及び/または生成物流「B」及び/または生成物流「C」のうちの1つ以上から再循環される、請求項28に記載の方法。
  30. 前記反応工程「C」の条件が、前記HFO1234ze前駆体のうちの1つ以上の少なくとも一部分をHFO−1234zeに(例えば、脱フッ化水素化及び/または脱塩化水素化などの脱ハロゲン化水素化によって)変換する、かつ/または前記HFO−1234ze前駆体のうちの1つ以上の少なくとも一部分を異なるHFO−1234ze前駆体に(例えば、フッ化水素化によって)変換するのに十分である、請求項28または請求項30に記載の方法。
  31. 前記生成物流「C」中のHFO−1234ze前駆体が、HFC−245fa、HCFC−244fa、HCFC−243fa、HCFO−1233zd及び/またはHFO−1234zeZのうちの1つ以上を含む、請求項25〜30のいずれかに記載の方法。
  32. 前記供給流「C」中のHFO−1234ze前駆体が、HFC−245fa、HCFC−244fa、HCFO−1233zd及び/またはHFO−1234zeZのうちの1つ以上を含む、請求項28〜31のいずれかに記載の方法。
  33. 前記反応工程「C」における条件が、前記供給流「C」を触媒「C」の存在下で、好ましくは約0〜約450℃の温度及び約0.1〜約30baraの圧力で、好ましくは約200〜約400℃の温度及び1〜約20baraの圧力で、より好ましくは約300〜約380℃の温度及び5〜約20baraの圧力で、接触させることを含む、請求項24〜32のいずれかに記載の方法。
  34. 3,3,3−トリフルオロプロペン(HFO−1243zf)を含む供給流「D」を、塩素化に好適な条件下でCl流に曝露して、例えば前記供給流「B」に直接または間接的に提供するための、HCFC−243dbを含む生成物流「D」を形成することを含む、反応工程「D」を含む、請求項1〜33のいずれかに記載の方法。
  35. 前記生成物流「D」が、1つ以上のHFO−1234ze前駆体を含む、請求項34に記載の方法。
  36. 前記生成物流「D」中のHFO−1234ze前駆体が、HCFC−243faを含む、請求項35に記載の方法。
  37. 前記反応工程「D」が、供給流「D」を触媒「D」の存在下で前記Clに曝露することを含み、前記触媒が好ましくは、1つ以上の遷移金属を含み、前記Clが好ましくは、前記1243zfに対してモル過剰で存在する、請求項34〜36のいずれかに記載の方法。
  38. 2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(HFO−1234yf)を生産する方法であって、1,1,1,2,2−ペンタフルオロプロパン(HFC−245cb)を含む供給流を、HFC−245cbを脱フッ化水素化するのに好適な条件下で触媒と接触させて、主要な割合でHFO−1234yf及び副次的割合でHFO−1234ze(例えばHFO1234zeE)を含む生成物流を形成することを含む、方法。
  39. 前記生成物流が、下記式に従った1つ以上のHFO−1234ze前駆体をさらに含む、請求項38に記載の方法。
    C−CH−CHX
    (式中、各Xは独立して、ハロゲンである)、または
    C−CH=CHX
    (式中、Xはハロゲンである)
  40. 前記HFO−1234ze前駆体が、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン(HFC−245fa)、3−クロロ−1,1,1,3−テトラフルオロプロペン(HCFC−244fa)、3,3−ジクロロ−1,1,1−トリフルオロプロパン(HCFC−243fa)、1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(HCFO−1233zd)から選択される1つ以上の化合物を含む、請求項39に記載の方法。
  41. 前記HFO−1234ze前駆体がHFO−1234zeZを含む、請求項39または請求項40に記載の方法。
  42. 前記触媒が亜鉛/クロミア触媒を含む、請求項38〜41のいずれかに記載の方法。
  43. 前記供給流が、0℃〜500℃、例えば200℃〜450℃、例えば300℃〜400℃の温度で、前記触媒と接触させられる、請求項38〜42のいずれかに記載の方法。
  44. 前記供給流が、約0.1〜約30baraの圧力で、好ましくは1〜約20baraの圧力で、より好ましくは約2〜5baraの圧力で、前記触媒と接触させられる、請求項38〜43のいずれかに記載の方法。
  45. 前記供給流が、例えば前記供給流の5重量%未満、例えば前記供給流の約2重量%未満または前記供給流の約1重量%未満の割合で、HFO−1234ze(例えばHFO−1234zeE)を含む、請求項38〜44のいずれかに記載の方法。
  46. 前記生成物流が、前記供給流が含むよりもより大きな割合のHFO−1234ze(例えば HFO−1234zeE)を含む、請求項45に記載の方法。
  47. 前記生成物流が、少なくとも0.1重量%のHFO−1234ze(例えばHFO−1234zeE)、例えば少なくとも0.5重量%のHFO−1234ze(例えばHFO−1234zeE)または少なくとも1重量%のHFO−1234ze(例えばHFO−1234zeE)を含む、請求項38〜46のいずれかに記載の方法。
  48. 前記生成物流が、少なくとも約40重量%のHFO−1234yf、例えば少なくとも約50重量%のHFO−1234yfまたは少なくとも約60重量%のHFO−1234yfを含む、請求項38〜47のいずれかに記載の方法。

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