JP6032085B2 - Method for producing 3,3,3-trifluoropropyne - Google Patents
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Description
本発明は、3,3,3−トリフルオロプロピン(以下、「TFPy」と表すことがある。)の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing 3,3,3-trifluoropropyne (hereinafter sometimes referred to as “TFPy”).
TFPyはトリフルオロメチル基と三重結合を分子内に有し、特異な性質を有するため、単体の用途およびその誘導体について数多く研究されてきた。TFPyの製造方法として、例えば、非特許文献1−3では、2,3−ジブロモ−1,1,1−トリフルオロプロペンから得る方法、非特許文献4では、1,1,2−トリクロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンから誘導する方法が開示されている。 Since TFPy has a trifluoromethyl group and a triple bond in the molecule and has unique properties, many studies have been conducted on single use and derivatives thereof. As a method for producing TFPy, for example, in Non-Patent Document 1-3, a method obtained from 2,3-dibromo-1,1,1-trifluoropropene, and in Non-Patent Document 4, 1,1,2-trichloro-3 is used. A method of deriving from 1,3,3-trifluoropropene is disclosed.
また、非特許文献5では1−ヨード−3,3,3−トリフルオロプロペンをフッ化カリウム(KF)と反応させる方法や、非特許文献6ではアセチレンカルボン酸(HC≡CCOOH)と四フッ化イオウ(SF4)を反応させる方法が報告されている。 In Non-Patent Document 5, 1-iodo-3,3,3-trifluoropropene is reacted with potassium fluoride (KF). In Non-Patent Document 6, acetylene carboxylic acid (HC≡CCOOH) and tetrafluoride are reacted. A method for reacting sulfur (SF 4 ) has been reported.
特許文献1では、1−ハロゲノ−3,3,3−トリフルオロプロペンを溶媒存在下、水酸化カリウムなどの塩基と反応させる方法が開示されている。 Patent Document 1 discloses a method of reacting 1-halogeno-3,3,3-trifluoropropene with a base such as potassium hydroxide in the presence of a solvent.
非特許文献1−3に記載の方法は、以下の反応式に示すとおり、3,3,3−トリフルオロプロペンを出発原料として、TFPyを製造する方法である。
しかしながら、この方法は一般に多段階の工程を要するため、煩雑となる。さらに、腐食性の激しい臭素を使用するために、腐食に耐えうる反応容器が必要となり、工業的に採用するのは難しい。 However, this method is complicated because it generally requires multiple steps. Furthermore, since the highly corrosive bromine is used, a reaction vessel that can withstand corrosion is required, and it is difficult to employ industrially.
また、非特許文献4の方法では、1,1,2−トリクロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンに対し、亜鉛化合物を用いている為、亜鉛廃液の処理が問題となる。 In the method of Non-Patent Document 4, since a zinc compound is used for 1,1,2-trichloro-3,3,3-trifluoropropene, the treatment of zinc waste liquid becomes a problem.
また、非特許文献5の方法では、原料が高価であることや、目的物と共に副生物が多く生成すること、そして目的物が極めて低収率(20%)であることから、工業的な方法としては採用することは難しい。 Further, in the method of Non-Patent Document 5, since the raw material is expensive, a large amount of by-products are produced together with the target product, and the target product has an extremely low yield (20%), an industrial method is used. As it is difficult to adopt.
非特許文献6の方法では、原料であるアセチレンカルボン酸が高価であり、さらに、取り扱いが難しい四フッ化硫黄を用いることから、必ずしも工業的な方法とは言えなかった。 The method of Non-Patent Document 6 is not necessarily an industrial method because acetylene carboxylic acid as a raw material is expensive and sulfur tetrafluoride that is difficult to handle is used.
特許文献1の方法は、穏和な条件下でTFPyを効率よく製造することができるが、工業的規模の製造に際し、溶媒の再利用が可能である一方、反応系内に残存する塩の分離操作や溶媒の蒸留操作などが必要となる為、別途設備コストがかかり、必ずしも経済的な製造法とは言えなかった。また、当該文献では、溶媒を用いない製造法についても開示されているが、溶媒を用いた場合と比較して収率が低くなることもあった。 Although the method of Patent Document 1 can efficiently produce TFPy under mild conditions, the solvent can be reused on the industrial scale, while the salt remaining in the reaction system can be separated. And a distillation operation of the solvent are required, which requires additional equipment costs and is not necessarily an economical production method. Moreover, although the said literature also discloses the manufacturing method which does not use a solvent, the yield may become low compared with the case where a solvent is used.
そのため、TFPyの大量生産に採用される工業的製造法としては必ずしも満足できる方法ではなく、工業的規模で、かつ経済的に実施容易であるTFPyの製造方法の確立が望まれていた。 Therefore, the industrial production method employed for mass production of TFPy is not necessarily a satisfactory method, and it has been desired to establish a production method of TFPy that is industrially simple and economically feasible.
工業的規模で、かつ経済的に実施容易であるTFPyの製造方法を提供する。 Provided is a method for producing TFPy on an industrial scale and economically easy to implement.
本発明者らは、上記課題を解決すべく、鋭意検討を重ねた。その結果、(Z)−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(以下、「1233Z」と表すことがある。)を、水の存在下で、アルカリ金属の水酸化物と、連続的または半連続的に反応させてTFPyを製造する際に、生成したTFPyを反応系から連続的に抜き出すことで、TFPyを従来技術よりも効率よく得られることを見出し、本発明を完成させた。 The inventors of the present invention have made extensive studies to solve the above problems. As a result, (Z) -1-chloro-3,3,3-trifluoropropene (hereinafter sometimes referred to as “1233Z”) is continuously formed with an alkali metal hydroxide in the presence of water. When TFPy was produced by reacting continuously or semi-continuously, it was found that TFPy can be obtained more efficiently than the prior art by continuously extracting the generated TFPy from the reaction system, and the present invention has been completed. .
すなわち、本発明は次の通りである。 That is, the present invention is as follows.
[発明1]
(Z)−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンを、水の存在下で、アルカリ金属の水酸化物と、連続的または半連続的に接触させて、生成した3,3,3−トリフルオロプロピンを反応系から連続的に抜き出すことを特徴とする、3,3,3−トリフルオロプロピンの製造方法。
[Invention 1]
(Z) -1-Chloro-3,3,3-trifluoropropene formed in contact with an alkali metal hydroxide in the presence of water, formed continuously or semi-continuously. A method for producing 3,3,3-trifluoropropyne, wherein 3-trifluoropropyne is continuously extracted from the reaction system.
[発明2]
(Z)−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンを、水の存在下で、アルカリ金属の水酸化物と、連続的または半連続的に接触させて、生成した3,3,3−トリフルオロプロピンを反応系から連続的に抜き出す、3,3,3−トリフルオロプロピンの製造方法であって、
前記反応は、1モルの(Z)−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンに対して、1.0〜2.5モルのアルカリ金属の水酸化物が用いられ、0.1〜0.5MPaG、40〜60℃で行われることを特徴とする、3,3,3−トリフルオロプロピンの製造方法。
[Invention 2]
(Z) -1-Chloro-3,3,3-trifluoropropene formed in contact with an alkali metal hydroxide in the presence of water, formed continuously or semi-continuously. A method for producing 3,3,3-trifluoropropyne, wherein 3-trifluoropropyne is continuously extracted from the reaction system,
In the reaction, 1.0 to 2.5 mol of alkali metal hydroxide is used with respect to 1 mol of (Z) -1-chloro-3,3,3-trifluoropropene, and 0.1 A process for producing 3,3,3-trifluoropropyne, which is carried out at ~ 0.5 MPaG and 40-60 ° C.
[発明3]
反応器内に仕込んだ(Z)−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンに、アルカリ金属の水酸化物の水溶液を滴下して接触させることを特徴とする、発明1または発明2の3,3,3−トリフルオロプロピンの製造方法。
[Invention 3]
Invention 1 or Invention 2 characterized in that an aqueous solution of an alkali metal hydroxide is dropped into contact with (Z) -1-chloro-3,3,3-trifluoropropene charged in the reactor. Of 3,3,3-trifluoropropyne.
[発明4]
反応器内に仕込んだアルカリ金属の水酸化物および水に、(Z)−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンを滴下して接触させることを特徴とする、発明1または発明2の3,3,3−トリフルオロプロピンの製造方法。
[Invention 4]
Invention 1 or Invention 2, wherein (Z) -1-chloro-3,3,3-trifluoropropene is dropped and brought into contact with an alkali metal hydroxide and water charged in the reactor. Of 3,3,3-trifluoropropyne.
[発明5]
以下の第1工程〜第3工程を含む(Z)−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンの製造方法により製造された(Z)−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンを用いることを特徴とする、発明1乃至発明4のいずれかの3,3,3−トリフルオロプロピンの製造方法。
[Invention 5]
(Z) -1-chloro-3,3,3-trimethyl produced by a method for producing (Z) -1-chloro-3,3,3-trifluoropropene comprising the following first to third steps: The method for producing 3,3,3-trifluoropropyne according to any one of inventions 1 to 4, wherein fluoropropene is used.
第1工程:
1,1,1,3,3−ペンタクロロプロパンまたは1,3,3,3,−テトラクロロプロペンをフッ化水素と反応させて、(A)(E)−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンと、(B)3−クロロ−1,1,1,3−テトラフルオロプロパン、2−クロロ−1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン、及び、1−クロロ−1,1,4,4,4−ペンタフルオロ−2−ブテンから選ばれる少なくとも1種からなる化合物、を含む第1組成物を得る工程。
First step:
1,1,1,3,3-pentachloropropane or 1,3,3,3-tetrachloropropene is reacted with hydrogen fluoride to give (A) (E) -1-chloro-3,3,3 -Trifluoropropene and (B) 3-chloro-1,1,1,3-tetrafluoropropane, 2-chloro-1,1,1,3,3-pentafluoropropane, and 1-chloro-1 , 1,4,4,4-pentafluoro-2-butene, a step of obtaining a first composition comprising at least one compound selected from the group consisting of:
第2工程:
第1工程で得られた第1組成物から、3−クロロ−1,1,1,3−テトラフルオロプロパン、2−クロロ−1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン、及び、1−クロロ−1,1,4,4,4−ペンタフルオロ−2−ブテンから選ばれる少なくとも1種からなる化合物を蒸留により除去して、(E)−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンを含む第2組成物を得る工程。
Second step:
From the first composition obtained in the first step, 3-chloro-1,1,1,3-tetrafluoropropane, 2-chloro-1,1,1,3,3-pentafluoropropane, and 1 -A compound comprising at least one selected from chloro-1,1,4,4,4-pentafluoro-2-butene is removed by distillation to obtain (E) -1-chloro-3,3,3-tri Obtaining a second composition comprising fluoropropene.
(3)第3工程
第2工程で得られた第2組成物に含まれる(E)−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンを異性化させ、(Z)−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンを含む第3組成物を得る工程。
(3) Third Step (E) -1-Chloro-3,3,3-trifluoropropene contained in the second composition obtained in the second step is isomerized, and (Z) -1-chloro- Obtaining a third composition comprising 3,3,3-trifluoropropene.
[発明6]
気相中、触媒存在下において、1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを塩化水素と反応させることを特徴とする、(Z)−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンの製造方法により製造された(Z)−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンを用いることを特徴とする、発明1乃至発明4のいずれかの3,3,3−トリフルオロプロピンの製造方法。
[Invention 6]
(Z) -1-chloro-3,3,3-trifluoropropene, characterized by reacting 1,3,3,3-tetrafluoropropene with hydrogen chloride in the gas phase in the presence of a catalyst The 3,3,3-trifluoropropyne according to any one of Inventions 1 to 4, wherein (Z) -1-chloro-3,3,3-trifluoropropene produced by the production method is used. Production method.
[発明7]
少なくとも(E)−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンまたは(Z)−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンを含む原料を、ラジカル存在下で反応させ、前記原料中の(E)−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンと(Z)−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンの比率を変化させる異性化工程を含む、(Z)−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンの製造方法により製造された(Z)−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンを用いることを特徴とする、発明1乃至発明4のいずれかの3,3,3−トリフルオロプロピンの製造方法。
[Invention 7]
Reacting a raw material containing at least (E) -1-chloro-3,3,3-trifluoropropene or (Z) -1-chloro-3,3,3-trifluoropropene in the presence of a radical; An isomerization step in which the ratio of (E) -1-chloro-3,3,3-trifluoropropene to (Z) -1-chloro-3,3,3-trifluoropropene is changed (Z 1) to 1), characterized in that (Z) -1-chloro-3,3,3-trifluoropropene produced by the method for producing 1-chloro-3,3,3-trifluoropropene is used. The method for producing 3,3,3-trifluoropropyne according to any one of Inventions 4.
[発明8]
発明1乃至発明7のいずれかの製造方法により得られた3,3,3−トリフルオロプロピン。
[Invention 8]
3,3,3-trifluoropropyne obtained by the production method of any one of inventions 1 to 7.
本発明によれば、工業的規模で経済的なTFPyの製造方法により、高収率でTFPyを製造することができる。 According to the present invention, TFPy can be produced in a high yield by an industrial scale and economical method for producing TFPy.
以下、本明細書において、
(E)−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンを「1233E」と表すことがあり、
3−クロロ−1,1,1,3−テトラフルオロプロパンを「244fa」と表すことがあり、
1,1,1,3,3−ペンタクロロプロパンを「240fa」と表すことがあり、
1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを「245fa」と表すことがあり、
2−クロロ−1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを「235da」と表すことがあり、
2−クロロ−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを「1224」と表すことがあり、
1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテンを「1336」と表すことがある。
Hereinafter, in this specification,
(E) -1-chloro-3,3,3-trifluoropropene may be represented as “1233E”;
3-chloro-1,1,1,3-tetrafluoropropane may be represented as “244fa”,
1,1,1,3,3-pentachloropropane may be represented as “240fa”,
1,1,1,3,3-pentafluoropropane may be represented as “245fa”,
2-chloro-1,1,1,3,3-pentafluoropropane may be represented as “235da”,
2-chloro-1,3,3,3-tetrafluoropropene may be represented as “1224”,
1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-butene may be represented as “1336”.
1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンにはシス−トランス異性体である(Z)−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンと(E)−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンが存在し、シス体を上記の通り「1233Z」、トランス体を「1233E」、異性体を考慮しない場合や混合物を「1233」と表すことがある。 1-Chloro-3,3,3-trifluoropropene includes cis-trans isomers (Z) -1-chloro-3,3,3-trifluoropropene and (E) -1-chloro-3, 3,3-trifluoropropene exists, the cis isomer may be expressed as “1233Z”, the trans isomer as “1233E”, and the isomer may not be considered or the mixture may be expressed as “1233”.
1,3,3,3−テトラフルオロプロペンにはシス−トランス異性体が存在し、シス体を「1234Z」、トランス体を「1234E」、異性体を考慮しない場合や混合物を「1234」と表すことがある。 There is a cis-trans isomer in 1,3,3,3-tetrafluoropropene. The cis isomer is represented by “1234Z”, the trans isomer is represented by “1234E”, and the isomer is not considered or a mixture is represented by “1234”. Sometimes.
2−クロロ−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンにはシス−トランス異性体が存在し、シス体を「1224Z」、トランス体を「1224E」、異性体を考慮しない場合や混合物を「1224」と表すことがある。 There are cis-trans isomers in 2-chloro-1,3,3,3-tetrafluoropropene. The cis isomer is “1224Z”, the trans isomer is “1224E”, the isomer is not considered, and the mixture is “ 1224 ".
1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテンにはシス−トランス異性体が存在し、シス体を「1336Z」、トランス体を「1336E」、異性体を考慮しない場合や混合物を「1336」と表すことがある。 There are cis-trans isomers in 1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-butene. The cis isomer is “1336Z”, the trans isomer is “1336E”, and the isomer is not considered. The mixture may be represented as “1336”.
以下の実施形態における各構成およびそれらの組み合わせなどは一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。 Configurations and combinations thereof in the following embodiments are examples, and additions, omissions, substitutions, and other modifications of the configurations can be made without departing from the spirit of the present invention. Further, the present invention is not limited by the embodiments, and is limited only by the scope of the claims.
本発明は、1233Zを、水の存在下で、塩基であるアルカリ金属の水酸化物と、連続的または半連続的に接触させることによる、TFPyの製造方法であって、生成した前記TFPyは、反応系から連続的に抜き出されることを特徴とする、TFPyの製造方法である。以下に反応式を示す。
本発明において、「連続的に接触させる」とは、1233Zおよびアルカリ金属の水酸化物を連続的に導入して接触させることを意味する。 In the present invention, “continuously contacting” means that 1233Z and an alkali metal hydroxide are continuously introduced and contacted.
「半連続的に接触させる」とは、1233Zおよびアルカリ金属の水酸化物を一括で仕込んで接触させることを意味する。 “Semi-continuously contacting” means that 1233Z and an alkali metal hydroxide are charged together and contacted.
ここで、後述の比較例で示すように、バッチ式の反応では、目的物は得られる一方で、反応系内で生成したTFPyがさらに塩基(本発明においてはアルカリ金属の水酸化物)と反応し、副生成物を生じやすく、結果としてTFPyの収率の低下、およびアルカリ金属の水酸化物の使用量の増加を招くことがある。「バッチ式」とは、1233Z、水およびアルカリ金属の水酸化物を導入後、新たに1233Z、水またはアルカリ金属の水酸化物を追加導入することなく、かつ、反応途中に反応生成物の抜き出しをせずに反応を行う方式のことを示す。 Here, as shown in a comparative example to be described later, in the batch-type reaction, the target product is obtained, but TFPy produced in the reaction system further reacts with a base (an alkali metal hydroxide in the present invention). In addition, by-products are likely to be generated, resulting in a decrease in the yield of TFPy and an increase in the amount of alkali metal hydroxide used. “Batch type” means that after introduction of 1233Z, water and alkali metal hydroxide, 1233Z, water or alkali metal hydroxide is not newly introduced, and the reaction product is extracted during the reaction. It shows the method of performing the reaction without doing.
そこで、生成したTFPyを反応系から連続的に抜き出すことで、この副反応を抑制することができ、TFPyを効率的に製造できるだけでなく、塩基の使用量を低減することができる。さらには、副反応により生じる廃棄物量も低減することができる。 Therefore, by continuously extracting the generated TFPy from the reaction system, this side reaction can be suppressed, and not only can TFPy be produced efficiently, but also the amount of base used can be reduced. Furthermore, the amount of waste generated by the side reaction can also be reduced.
本発明に係るTFPyの製造方法を以下に示す。 A method for producing TFPy according to the present invention will be described below.
TFPyの製造には所定の反応器を用いる。前記反応器には、所定の凝縮器が備えられており、前記凝縮器と、所定の捕集器が、所定の抜き出し管を介して接続されており、前記抜き出し管には、反応器内の圧力を調節するための抜き出し弁が備えられている。 A predetermined reactor is used for the production of TFPy. The reactor is provided with a predetermined condenser, and the condenser and a predetermined collector are connected via a predetermined extraction pipe, and the extraction pipe is connected to the inside of the reactor. An extraction valve for adjusting the pressure is provided.
前記反応器には、所定の攪拌翼が備えられており、さらに圧力計が備えられていてもよい。 The reactor is provided with a predetermined stirring blade, and may further be provided with a pressure gauge.
本発明において、「連続的に接触させる」場合には、前記反応器に1233Zを加え、前記攪拌翼で攪拌しながら、所定の内温、所定の圧力下で、アルカリ金属の水酸化物の水溶液と反応させる。アルカリ金属の水酸化物の水溶液は、所定の滴下装置を用いて、所定の時間をかけて反応系に滴下する。反応で生成するTFPy(沸点:−47℃)は、常温・常圧で気体として存在する。前記抜き出し弁で反応圧力を所定の圧力に調節して、反応開始から所定の温度に冷却した前記凝縮器に、反応で生成するTFPyの蒸気を流通させて、所定の温度に冷却された前記捕集器にて反応生成物を液化して捕集する。これにより、特別な後処理をすることなく、高純度のTFPyを得ることができる。さらに、捕集したTFPyを蒸留することで、より高純度のTFPyを得ることができる。 In the present invention, in the case of “continuously contacting”, 1233Z is added to the reactor, and an aqueous solution of an alkali metal hydroxide is added at a predetermined internal temperature and a predetermined pressure while stirring with the stirring blade. React with. The aqueous solution of the alkali metal hydroxide is dropped into the reaction system over a predetermined time using a predetermined dropping device. TFPy (boiling point: −47 ° C.) produced by the reaction exists as a gas at normal temperature and normal pressure. The reaction pressure is adjusted to a predetermined pressure by the extraction valve, and TFPy vapor generated in the reaction is circulated through the condenser cooled to a predetermined temperature from the start of the reaction, and the trap cooled to the predetermined temperature is supplied. The reaction product is liquefied and collected by a collector. Thereby, highly purified TFPy can be obtained, without performing a special post-process. Furthermore, higher purity TFPy can be obtained by distilling the collected TFPy.
前記製造方法において、反応原料は、逆の方法で反応させてもよい。すなわち、前記反応器にアルカリ金属の水酸化物と水溶液を加え、前記攪拌翼で攪拌しながら、所定の内温、所定の圧力下で、1233Zと反応させることも、本発明の好ましい態様の一つである。 In the production method, the reaction raw materials may be reacted in the reverse manner. That is, adding an alkali metal hydroxide and an aqueous solution to the reactor and reacting with 1233Z under a predetermined internal temperature and a predetermined pressure while stirring with the stirring blade is also one preferred embodiment of the present invention. One.
「半連続的に接触させる」場合には、「連続的に接触させる」場合において、前記反応器に1233Zとアルカリ金属の水酸化物と水を加えればよい。 In the case of “semi-continuous contact”, in the case of “continuous contact”, 1233Z, an alkali metal hydroxide and water may be added to the reactor.
蒸留を行う場合には、常圧でも良いが、目的生成物であるTFPyの沸点が−47℃と常温(特に加熱、または冷却しない雰囲気温度であり、通常5〜35℃である。明細書において、以下同じ。)より低いため、加圧条件にすることが好ましい。蒸留塔の材質には特に制限はなく、ガラス製のもの、ステンレス製のもの、四フッ化エチレン樹脂、クロロトリフルオロエチレン樹脂、フッ化ビニリデン樹脂、PFA樹脂、ガラスなどを内部にライニングしたものなどを用いることができる。蒸留塔中には、充填剤を詰めることもできる。 When distillation is performed, normal pressure may be used, but the boiling point of the target product TFPy is −47 ° C. and normal temperature (in particular, an atmospheric temperature that is not heated or cooled, and is usually 5 to 35 ° C.). , The same shall apply hereinafter). There are no particular restrictions on the material of the distillation tower, glass, stainless steel, tetrafluoroethylene resin, chlorotrifluoroethylene resin, vinylidene fluoride resin, PFA resin, glass lined inside, etc. Can be used. A filler can also be packed in the distillation column.
反応器は、加圧下で反応を行う際に圧力に耐えるものであれば材質に特に制限はない。例えば、一般的なステンレス鋼、ガラス、フッ素樹脂、または、ガラスもしくはフッ素樹脂によりライニングされた材料の反応容器などが挙げられる。 The reactor is not particularly limited as long as it can withstand the pressure when the reaction is performed under pressure. For example, general stainless steel, glass, fluororesin, or a reaction vessel made of a material lined with glass or fluororesin can be used.
凝縮器は、反応で生成したTFPyの蒸気は前記捕集器へと流通させるが、反応で生成し得る1233Zの蒸気(沸点:40℃)は流通させずに液化して反応系に戻すために用いられる。したがって、前記凝集器は、−47〜+40℃で冷却する必要があり、−47〜0℃に冷却することが好ましい。 The condenser allows the TFPy vapor generated by the reaction to flow to the collector, but the 1233Z vapor (boiling point: 40 ° C.) that can be generated by the reaction is liquefied without flowing and returned to the reaction system. Used. Therefore, it is necessary to cool the aggregator at −47 to + 40 ° C., and it is preferable to cool to −47 to 0 ° C.
また、凝集器は、管を隔てて、TFPyの蒸気と冷媒が間接的に接触する表面凝縮器が好ましい。前記凝縮器は、加圧下で反応を行う際、圧力に耐えるものであれば材質に特に制限はなく、例えば、一般的なステンレス鋼、ガラス、フッ素樹脂、または、ガラスもしくはフッ素樹脂によりライニングされた材料の管などを用いることができる。 Further, the aggregator is preferably a surface condenser in which the TFPy vapor and the refrigerant are in indirect contact with each other through a tube. The condenser is not particularly limited as long as it can withstand pressure when the reaction is performed under pressure. For example, the condenser is lined with general stainless steel, glass, fluororesin, or glass or fluororesin. A tube of material or the like can be used.
攪拌翼は、内容物を流動させるために用いられる。アンカー翼、パドル翼、傾斜パドル翼、ツインスター翼、3枚後退翼などの攪拌翼が挙げられるが、一般的に有機合成などで用いられている攪拌翼を用いることができる。 The stirring blade is used to flow the contents. Stirring blades such as anchor blades, paddle blades, inclined paddle blades, twin star blades, and three swept blades can be used, and stirring blades generally used in organic synthesis can be used.
抜き出し管は、加圧下で反応を行う際、圧力に耐えるものであれば材質に特に制限はない。例えば、一般的なステンレス鋼、ガラス、フッ素樹脂、または、ガラスもしくはフッ素樹脂によりライニングされた材料の管などが挙げられる。 The material of the extraction tube is not particularly limited as long as it can withstand the pressure when the reaction is performed under pressure. For example, general stainless steel, glass, fluororesin, or a tube of a material lined with glass or fluororesin may be used.
滴下装置は、加圧下で反応を行う際、圧力に耐えるものであれば材質に特に制限はない。例えば、一般的なステンレス鋼、ガラス、フッ素樹脂、または、ガラスもしくはフッ素樹脂によりライニングされた材料の管などが挙げられる。 There is no particular limitation on the material of the dropping device as long as it can withstand the pressure when the reaction is performed under pressure. For example, general stainless steel, glass, fluororesin, or a tube of a material lined with glass or fluororesin may be used.
本発明において、圧力調節が別途可能であれば、凝縮器と捕集器は直接接続されていてもよい。 In the present invention, the condenser and the collector may be directly connected as long as the pressure can be adjusted separately.
捕集器は、前記凝集器から流通してきたTFPyの蒸気を液化して捕集するのに用いられる。材質は、後述の冷却温度に耐えるものであれば特に制限はない。例えば、一般的なステンレス鋼、ガラス、フッ素樹脂、または、ガラスもしくはフッ素樹脂によりライニングされたものが挙げられる。TFPyを液化して捕集器で捕集するために、捕集器は、−47℃以下に冷却する。 The collector is used to liquefy and collect the TFPy vapor flowing from the aggregator. The material is not particularly limited as long as it can withstand the cooling temperature described later. For example, general stainless steel, glass, fluororesin, or glass or fluororesin lining is used. In order to liquefy TFPy and collect it with a collector, the collector is cooled to −47 ° C. or lower.
内温は、0〜100℃であればよいが、好ましくは40〜80℃であり、さらに好ましくは40〜60℃である。 Although internal temperature should just be 0-100 degreeC, Preferably it is 40-80 degreeC, More preferably, it is 40-60 degreeC.
圧力は、0.05〜2MPaG、好ましくは0.1〜0.5MPaで操作できる。反応圧力が2MPaGを超えると反応生成物であるTFPyと塩基(本発明においては、アルカリ金属の水酸化物)の接触を促すため、副反応が起こりやすく、収率が低下することがある。一方、反応圧力が0.05MPaGより低いと十分な反応温度が得られず、反応速度が低下することがある。 The pressure can be operated at 0.05 to 2 MPaG, preferably 0.1 to 0.5 MPa. When the reaction pressure exceeds 2 MPaG, the reaction product TFPy and the base (in the present invention, alkali metal hydroxide) are promoted to contact, so that side reactions are likely to occur and the yield may be reduced. On the other hand, if the reaction pressure is lower than 0.05 MPaG, a sufficient reaction temperature cannot be obtained, and the reaction rate may decrease.
アルカル金属の水酸化物の水溶液または1233Zの滴下時間は、反応スケールに依るが、滴下により反応系の急激な温度上昇が起きないよう、当業者は滴下速度を適宜調節する。 Although the dropping time of the aqueous solution of the alkali metal hydroxide or 1233Z depends on the reaction scale, those skilled in the art appropriately adjust the dropping rate so that the dripping does not cause a rapid temperature increase of the reaction system.
捕集器の冷却温度は、TFPyを液化するために−47℃以下に保持する。例えば、氷水、ドライアイス入りメタノール、ドライアイス入りアセトンなどの寒剤を用いて前記凝縮器を冷却することができる。冷却温度が−47℃よりも高いと、TFPyが気化するため捕集し難く、TFPyを連続的に反応系から抜き出し難くなることがある。 The cooling temperature of the collector is kept at −47 ° C. or lower in order to liquefy TFPy. For example, the condenser can be cooled using a cryogen such as ice water, methanol with dry ice, or acetone with dry ice. When the cooling temperature is higher than −47 ° C., TFPy is vaporized, so that it is difficult to collect and it may be difficult to continuously extract TFPy from the reaction system.
本発明に使用されるアルカリ金属の水酸化物は、本反応において塩基として反応に寄与する。アルカリ金属の水酸化物には、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウムが挙げられる。中でも、安価であり、入手が容易であることから、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムが好ましい。 The alkali metal hydroxide used in the present invention contributes to the reaction as a base in this reaction. Examples of the alkali metal hydroxide include lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, and rubidium hydroxide. Of these, sodium hydroxide and potassium hydroxide are preferred because they are inexpensive and easily available.
本発明に用いる水は、本反応における溶媒としての役割を果たす。市水、純水(イオン交換樹脂などによって脱塩処理を行った水)、超純水(無機イオンのみではなく、有機物、生菌、微粒子、溶存気体などを除去した水)などが挙げられる。 Water used in the present invention plays a role as a solvent in this reaction. City water, pure water (water that has been desalted with an ion exchange resin, etc.), ultrapure water (water from which not only inorganic ions but organic substances, viable bacteria, fine particles, dissolved gas, etc. have been removed) and the like.
本発明に用いるアルカリ金属の水酸化物は、反応性の良さ、作業性の容易さから、水溶液として用いることが好ましい。その水溶液の濃度は、アルカリ金属により異なるが、例えば、水酸化カリウム水溶液の場合、通常は5〜60質量%とし、10〜55質量%が好ましく、15〜48質量%の範囲がより好ましい。 The alkali metal hydroxide used in the present invention is preferably used as an aqueous solution because of its good reactivity and ease of workability. The concentration of the aqueous solution varies depending on the alkali metal, but for example, in the case of a potassium hydroxide aqueous solution, it is usually 5 to 60% by mass, preferably 10 to 55% by mass, and more preferably 15 to 48% by mass.
本発明に用いるアルカリ金属の水酸化物は、1種類または2種類以上を併用して用いることもできる。 The alkali metal hydroxide used in the present invention can be used alone or in combination of two or more.
本発明に用いるアルカリ金属の水酸化物は、1モルの1233Zに対して、化学量論量上、1モルを必要とする。通常1〜10モルの範囲を適宜選択できるが、好ましくは1〜4モルであり、1.0〜2.5モルがより好ましい。1モル未満を用いる場合には、反応の変換率が低下することがある。10モル超を用いることもできるが、大量に用いる利点は特にない。 The alkali metal hydroxide used in the present invention requires a stoichiometric amount of 1 mole per mole of 1233Z. Usually, the range of 1 to 10 mol can be appropriately selected, but it is preferably 1 to 4 mol, and more preferably 1.0 to 2.5 mol. When less than 1 mol is used, the conversion rate of the reaction may decrease. Although more than 10 moles can be used, there is no particular advantage of using them in large amounts.
本発明に用いる1233Zは、どのような経緯で得られたものであってもよい。例えば、下記の製造方法(A)〜(C)により得られる1233Zを用いることができる。 1233Z used in the present invention may be obtained by any process. For example, 1233Z obtained by the following production methods (A) to (C) can be used.
以下、1233Zの製造方法(A)〜(C)についてそれぞれ説明する。 Hereinafter, the production methods (A) to (C) of 1233Z will be described.
[(A)フッ素化工程、蒸留工程および異性化工程を含む1233Zの製造方法]
本発明に用いる1233Zは、以下の第1工程〜第3工程を含む製造方法(以下、この製造方法を「1233Z製造法(A)」と呼ぶことがある。)により製造されたものであってもよい。
[(A) Method for producing 1233Z including fluorination step, distillation step and isomerization step]
1233Z used in the present invention is manufactured by a manufacturing method including the following first to third steps (hereinafter, this manufacturing method may be referred to as “1233Z manufacturing method (A)”). Also good.
(1)第1工程
240faまたは1,3,3,3,−テトラクロロプロペン(以下、「1230」と表すことがある。)をフッ化水素と反応させて、(A)1233Eと、(B)244fa、235da、及び、1−クロロ−1,1,4,4,4−ペンタフルオロ−2−ブテン(1335)から選ばれる少なくとも1種からなる化合物、を含む第1組成物を得る工程。
(1) First Step 240fa or 1,3,3,3-tetrachloropropene (hereinafter sometimes referred to as “1230”) is reacted with hydrogen fluoride to give (A) 1233E and (B ) A step of obtaining a first composition comprising 244fa, 235da, and at least one compound selected from 1-chloro-1,1,4,4,4-pentafluoro-2-butene (1335).
(2)第2工程
第1工程で得られた第1組成物から、3−クロロ−1,1,1,3−テトラフルオロプロパン(244fa)、2−クロロ−1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン(235da)、及び、1−クロロ−1,1,4,4,4−ペンタフルオロ−2−ブテン(以下、「1335」と表すことがある。)から選ばれる少なくとも1種からなる化合物を蒸留により除去して、1233Eを含む第2組成物を得る工程。
(2) Second Step From the first composition obtained in the first step, 3-chloro-1,1,1,3-tetrafluoropropane (244fa), 2-chloro-1,1,1,3, At least one selected from 3-pentafluoropropane (235da) and 1-chloro-1,1,4,4,4-pentafluoro-2-butene (hereinafter sometimes referred to as “1335”). Removing the compound consisting of 1 by distillation to obtain a second composition containing 1233E.
(3)第3工程
第2工程で得られた第2組成物に含まれる1233Eを異性化させ、1233Zを含む第3組成物を得る工程。
(3) Third step A step of isomerizing 1233E contained in the second composition obtained in the second step to obtain a third composition containing 1233Z.
以下、第1工程、第2工程および第3工程について詳細を説明する。 Hereinafter, the details of the first step, the second step, and the third step will be described.
(1)第1工程
第1工程はフッ素化反応工程である。具体的には、240faまたは1230をフッ化水素と反応させて、1233を含む第1組成物を得る工程である。240faが分子内で脱HClすると1230に転化するので、240faと1230は等価体と見なすことができる。
(1) First Step The first step is a fluorination reaction step. Specifically, 240fa or 1230 is reacted with hydrogen fluoride to obtain a first composition containing 1233. Since 240fa is converted into 1230 when deHCl is intramolecularly, 240fa and 1230 can be regarded as equivalents.
第1組成物中には、反応条件によるが、通常、(A)1233Zと1233Eが所定の割合で含まれている。さらに、副生成物として、(B)244fa、235da、1335等の1233Zと沸点が近接した蒸留分離困難物質の何れかが含まれる場合がある。 Depending on the reaction conditions, (A) 1233Z and 1233E are usually contained in the first composition at a predetermined ratio. Furthermore, as a by-product, (B) any one of 244fa, 235da, 1335 and the like, which are difficult to separate by distillation, have a boiling point close to 1233Z.
1233を含む第1組成物は、240faとフッ化水素を反応させ、粗蒸留、水洗、乾燥等行う、公知の方法を用いることができる(特開平9−183740号公報、特許3031465号参照)。なお、240faは、塩化ビニルのクロロホルム付加により得ることができる。 For the first composition containing 1233, a known method can be used in which 240fa and hydrogen fluoride are reacted to perform rough distillation, washing with water, drying, or the like (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-183740 and Japanese Patent No. 3031465). 240fa can be obtained by adding vinyl chloride to chloroform.
(2)第2工程
第2工程は蒸留工程である。具体的には、第1工程で得られた第1組成物から、244fa、235da、1335から選ばれる少なくとも1種からなる化合物を蒸留により除去して、1233Eを主成分とする第2組成物を得る工程である。
(2) Second step The second step is a distillation step. Specifically, from the first composition obtained in the first step, a compound consisting of at least one selected from 244fa, 235da, and 1335 is removed by distillation to obtain a second composition containing 1233E as a main component. It is a process to obtain.
フッ素化反応で得られる第1組成物には、目的化合物である1233Z(沸点:39℃)と、いずれも沸点が40度近傍で1233Zと蒸留分離が困難な244fa、235da、1335等の不純物が含まれている場合がある。 The first composition obtained by the fluorination reaction contains 1233Z (boiling point: 39 ° C.), which is the target compound, and impurities such as 244fa, 235da, and 1335, both of which have a boiling point of about 40 ° C. and difficult to be separated by distillation. May be included.
1233E(沸点:19℃)は、目的化合物である1233Zより沸点が低く、244fa、235da、1335と容易に蒸留分離することができる。したがって、第2工程によれば、第3工程の異性化反応において、蒸留困難な不純物を含まない1233Eを原料とすることができるため、より高純度な1233Zを得ることが可能となる。 1233E (boiling point: 19 ° C.) has a lower boiling point than the target compound 1233Z and can be easily separated by distillation from 244fa, 235da, and 1335. Therefore, according to the second step, 1233E that does not contain impurities that are difficult to distill can be used as a raw material in the isomerization reaction of the third step, so that it is possible to obtain 1233Z with higher purity.
もちろん、当業者が製品中にこれらの不純物の混入を許容する場合は、蒸留操作を省略することができるが、通常、第3工程(異性化反応)の原料となる1233E中に244fa、235da、1335等の不純物は実質的に含まないことが好ましい。ここで、「実質的に含まない」とは、具体的にこれら各々の含有率が、2%未満、好ましくは1%未満、より好ましくは0.5%未満、さらに好ましくは0.1%未満である。最終的に1233Zの純度や蒸留効率は原料である1233E中のこれらの純度に依存する。 Of course, when a person skilled in the art allows these impurities to be mixed in the product, the distillation operation can be omitted, but usually 244fa, 235da, and 1243E are used as raw materials for the third step (isomerization reaction). It is preferable that impurities such as 1335 are not substantially contained. Here, “substantially free” specifically means that the content of each of these is less than 2%, preferably less than 1%, more preferably less than 0.5%, and even more preferably less than 0.1%. It is. Ultimately, the purity and distillation efficiency of 1233Z depend on their purity in the raw material 1233E.
これらの不純物を除去するための方法は、蒸留が最も簡便で効率的な第1組成物の精製方法であるが、吸着等の他の方法で精製することも可能である。蒸留は公知の方法を用いることができる。充填等、泡鐘塔など何れの形式でもよく、充填剤はヘリパック、ラシヒリング、ポーリングなど特に限定されない。蒸留圧力は特に限定されず、減圧、常圧、加圧下で行うことができるが、常圧蒸留もしくは加圧蒸留の操業が容易である。 The method for removing these impurities is the most convenient and efficient method for purifying the first composition by distillation, but it can also be purified by other methods such as adsorption. A known method can be used for distillation. Any form such as filling or bubble bell tower may be used, and the filler is not particularly limited, such as helipak, Raschig ring, and poling. The distillation pressure is not particularly limited and can be performed under reduced pressure, normal pressure, or increased pressure, but the operation of atmospheric distillation or pressure distillation is easy.
第3工程(異性化反応)の原料中に1233Zを含むことも許されるが、理論的に、熱力学的な平衡組成に収束されるので、もし、平衡組成以上の1233Zを含有する1233Eを用いた場合、1233Zを所望する場合は無意味である。 Although it is allowed to contain 1233Z in the raw material of the third step (isomerization reaction), theoretically it is converged to a thermodynamic equilibrium composition, so if 1233E containing 1233Z above the equilibrium composition is used. If 1233Z is desired, it is meaningless.
また、1234E、1234Z、1234Eと1234Zの混合物、245fa等の低沸成分も240faのフッ素化反応で副生することがあるが、これらは、予め蒸留等により分離していてもよいし、第3工程(異性化反応)の原料となる1233Eに混入していてもよい。なぜならば、これらは目的化合物である1233Zと最終蒸留で容易に分離できることが判明したからである。また、本発明者らが鋭意検討した異性化反応条件においては、これらの低沸分は、有機物が分解する高温条件にも関わらず、蒸留困難物質へ、実質的に転化しないことが判明した。 In addition, low boiling components such as 1234E, 1234Z, a mixture of 1234E and 1234Z, and 245fa may be produced as a by-product in the fluorination reaction of 240fa, but these may be separated in advance by distillation or the like. You may mix in 1233E used as the raw material of a process (isomerization reaction). This is because it has been found that these can be easily separated from the target compound 1233Z by final distillation. Further, it has been found that, under the isomerization reaction conditions studied by the present inventors, these low-boiling components are not substantially converted into difficult-to-distillate substances in spite of high-temperature conditions under which organic substances decompose.
以上より、第2工程の操業は1233Eよりも高沸のフラクションを除去するだけで、蒸留分離困難な244fa、235da、1335を除去できるので、操業が容易である。また、酸分、水分は装置の腐食を引き起こすことがあるので、もし、これらを含む1233Eを使用する場合は、水洗、乾燥等の前処理を行うことが好ましい。 As described above, the operation in the second step can be easily performed because 244fa, 235da, and 1335, which are difficult to be separated by distillation, can be removed only by removing a fraction having a higher boiling point than 1233E. In addition, since acid content and moisture may cause corrosion of the apparatus, if 1233E containing these is used, it is preferable to perform pretreatment such as washing with water and drying.
(3)第3工程
第3工程は異性化反応工程である。具体的には、第2工程で得られた第2組成物に含まれる1233Eを異性化させ、1233Zを主成分とする第3組成物を得る工程である。
(3) Third Step The third step is an isomerization reaction step. Specifically, this is a step of isomerizing 1233E contained in the second composition obtained in the second step to obtain a third composition containing 1233Z as a main component.
異性化工程は、無触媒条件下の高温領域において行うことができる。 The isomerization step can be performed in a high temperature region under non-catalytic conditions.
通常、1233Eを1233Zに変換する異性化反応は、金属酸化物または金属化合物を担持した担持触媒等を用いて行われる。しかしながら、反応温度を高温領域(例えば、450℃以上)で行う場合、触媒表面上で原料がコーキングしたり、タール化することがある。また、1233は分子内に二重結合を有し反応性が高いため、反応温度が450℃以上の高温になると、不純物として好ましくない、タールやオイル成分又はトリフルオロプロピン類などが副生してしまうことがある。さらに、反応温度を高温にすると、消費電力等のランニングコストが高くなってしまう。 Usually, the isomerization reaction for converting 1233E to 1233Z is carried out using a supported catalyst carrying a metal oxide or a metal compound. However, when the reaction temperature is carried out in a high temperature region (for example, 450 ° C. or higher), the raw material may be caulked or tarred on the catalyst surface. In addition, since 1233 has a double bond in the molecule and has high reactivity, when the reaction temperature is higher than 450 ° C., it is not preferable as an impurity, and tar, oil components, trifluoropropynes, and the like are by-produced. May end up. Furthermore, when the reaction temperature is increased, running costs such as power consumption increase.
このように、接触反応において、反応温度を高温にすれば、1233Zの生成は有利になるが、反応温度を高温にした場合、触媒表面上でのコーキング、タール化など不純物の副生やランニングコストなどの生産性の観点から、1233Zの生成に有利な平衡条件に見合う、工業的規模で、高純度かつ効率的な1233Zの製造は難しいのが現状である。 Thus, in the catalytic reaction, if the reaction temperature is increased, the formation of 1233Z becomes advantageous. However, if the reaction temperature is increased, impurities such as coking and tarring on the catalyst surface and running costs are increased. From the viewpoint of productivity such as the above, it is difficult to produce 1233Z with high purity and efficiency on an industrial scale that meets equilibrium conditions advantageous for the production of 1233Z.
このような高温反応では、予期せぬ熱分解反応等が懸念されるが、本反応の選択率は非常に高く、生成物には蒸留分離困難な244fa、235da、1335等の不純物を実質的に含まないので、リサイクルした1233Eを用いて再反応しても、容易に高純度化可能な1233Zが得られることが特徴である。もちろん、未反応の1233Eを発泡剤等に活用したり、フッ素化して、245faや1234等の有用物質に誘導することも可能である。 In such a high temperature reaction, there is a concern about an unexpected pyrolysis reaction, but the selectivity of this reaction is very high, and impurities such as 244fa, 235da, and 1335 that are difficult to separate by distillation are substantially added to the product. Since it is not contained, 1233Z can be easily purified even if it is re-reacted using recycled 1233E. Of course, unreacted 1233E can be utilized as a foaming agent or the like, or fluorinated to be induced into useful substances such as 245fa and 1234.
異性化反応は、反応器を用いて、1233Eを主成分とする第2組成物を反応系へ導入する気相反応によって行われる。 The isomerization reaction is performed by a gas phase reaction in which a second composition containing 1233E as a main component is introduced into the reaction system using a reactor.
反応器の材質はカーボン、セラミックス、ステンレス、ニッケル、ハステロイ、モネル、インコネル等の耐蝕材が好ましく、ニッケル、モネル、ハステロイ、インコネルがより好ましい。 The material of the reactor is preferably a corrosion-resistant material such as carbon, ceramics, stainless steel, nickel, hastelloy, monel or inconel, and more preferably nickel, monel, hastelloy or inconel.
反応形式は、バッチ式でも流通式でも特に限定されないが、一般的な気相流通方式が好ましい。原料と一緒に窒素等のイナートガスを同伴させることも可能である。反応圧力は、加圧下でも減圧下でも特に制限が無いが、常圧近傍での操業が容易である。但し、1MPa以上の加圧反応は高価な耐圧性の装置が必要となるだけでなく、原料もしくは生成物の重合が懸念されるので好ましくない。 The reaction mode is not particularly limited, either batch type or flow type, but a general gas phase flow type is preferable. It is also possible to accompany an inert gas such as nitrogen with the raw material. The reaction pressure is not particularly limited, either under pressure or under reduced pressure, but operation near normal pressure is easy. However, a pressure reaction of 1 MPa or more is not preferable because not only an expensive pressure-resistant device is required, but also polymerization of raw materials or products is concerned.
空の管を加熱するだけでよいが、所望によりスタティックミキサーやラシヒリング等の充填材を入れるようにしてもよい。これらの材質も上記のような耐蝕材が好ましい。もし、アルミナ等を充填材として用いたい場合、触媒活性を無くすために、例えば1300℃以上で焼成してイナート化する処理が好ましい。さもなければ、充填材表面上で原料がアルミナ上でコーキングしたり、タール化することがある。また、予期せぬ蒸留難分離物質が副生することもありうる。この状態で反応を継続すると、触媒上にコーク分が堆積して閉塞する危険も有する。充填物の比表面積は5m2/g以下のものが好ましい。5m2/gよりも大きい場合は触媒活性を示す事があり、上記のようなタール化等が起こりうる。 It is only necessary to heat the empty tube, but a filler such as a static mixer or Raschig ring may be added if desired. These materials are also preferably corrosion resistant materials as described above. If it is desired to use alumina or the like as a filler, it is preferable to calcinate at, for example, 1300 ° C. or higher to inactivate it in order to eliminate the catalytic activity. Otherwise, the raw material may caulk on the surface of the filler or tar. In addition, an unexpectedly difficult-to-distill material can be produced as a by-product. If the reaction is continued in this state, there is a risk that the coke deposits on the catalyst and clogs. The specific surface area of the filler is preferably 5 m 2 / g or less. If it is greater than 5 m 2 / g, it may exhibit catalytic activity, and tarring as described above may occur.
なお、装置(反応器)の加熱方法は特に制限されないが、電気ヒーターやバーナーで直接加熱する方法か、または、溶融塩、砂を用いて間接的に加熱する方法が好ましい。 The method for heating the apparatus (reactor) is not particularly limited, but a method of directly heating with an electric heater or a burner or a method of indirectly heating with a molten salt or sand is preferable.
異性化反応を行う温度は、450〜750℃、好ましくは500〜700℃、さらに好ましくは550〜650℃である。所定温度に加熱した管を流通させることによって、効率的にその一部が1233Zに異性化される。1233Eから1233Zへの異性化反応は吸熱的であり、熱力学的に温度が高ければ高い程有利である。即ち、熱力学的平衡において不利な1233Zを所望する場合、平衡の制限があるので、上記のような実用的な温度領域において、概ね20%以上の収率を望むことはできない。その場合、反応生成物を蒸留分離することによって、目的化合物である1233Zと回収原料である1233Eに蒸留分離し、この1233Eをリサイクルすることができる。 The temperature at which the isomerization reaction is carried out is 450 to 750 ° C, preferably 500 to 700 ° C, more preferably 550 to 650 ° C. By circulating a tube heated to a predetermined temperature, a part thereof is efficiently isomerized to 1233Z. The isomerization reaction from 1233E to 1233Z is endothermic, and the higher the temperature thermodynamically, the more advantageous. That is, when 1233Z, which is disadvantageous in thermodynamic equilibrium, is desired, there is a limitation on the equilibrium. Therefore, a yield of approximately 20% or more cannot be desired in the practical temperature range as described above. In that case, the reaction product is separated by distillation into the target compound 1233Z and the recovered raw material 1233E, and this 1233E can be recycled.
また、アレニウス式によると反応温度が高ければ高い程、反応速度が大きくなることが示されているので、当然高温の方が平衡に達するのも速くなるが、特許文献(米国特許出願公開第2010/0152504号明細書)において有効と記載されているような触媒を用いた場合、400℃以上の高温下で反応させると、原料および生成物は多重結合を有する化合物であるので、重合してコークやタールに変質してしまうことが多い。特に長時間400℃以上で反応を行うと、コーキングによって触媒活性が低下したり、場合によれば閉塞することがある。本発明で見出した無触媒の異性化方法で実施すると、平衡が有利な450℃以上の反応温度でもタールやコークの発生を抑制できることが判明した。言い換えれば、無触媒の場合400℃未満においては、実質的に異性化が進行しにくいが、450℃から750℃の温度領域において、効率的に異性化が可能である。しかし、750℃よりも反応温度が高い場合、条件によって、予期せぬ蒸留分離困難物質が副生したり、不純物であるTFPyや1336の副生が顕著となり、オイルやタール分が増加することがある。 Further, according to the Arrhenius equation, it is shown that the higher the reaction temperature is, the higher the reaction rate is. Therefore, naturally, the higher temperature reaches the equilibrium, but the faster the equilibrium is reached, the patent document (US Patent Application Publication No. 2010). In the case of using a catalyst which is described as effective in the specification of No. / 0152504), if the reaction is carried out at a high temperature of 400 ° C. or higher, the raw material and product are compounds having multiple bonds. It is often transformed into tar. In particular, when the reaction is carried out at a temperature of 400 ° C. or higher for a long time, the catalytic activity may be reduced or clogged depending on circumstances. When the non-catalyzed isomerization method found in the present invention is carried out, it has been found that the generation of tar and coke can be suppressed even at a reaction temperature of 450 ° C. or higher where equilibrium is advantageous. In other words, in the case of no catalyst, the isomerization hardly proceeds substantially below 400 ° C., but the isomerization can be efficiently performed in a temperature range of 450 ° C. to 750 ° C. However, when the reaction temperature is higher than 750 ° C., an unexpectedly difficult-to-distillation substance may be produced as a by-product, or impurities such as TFPy and 1336 may be produced as a by-product, resulting in an increase in oil and tar content. is there.
異性化反応の滞留時間(触媒は存在しないが、接触時間と同等の概念)は、通常、0.01秒から50秒であり、好ましくは0.05秒から20秒である。一般に滞留時間が0.01秒より短いと転化率が低くなることがあり、50秒よりも長いと、TFPyが副生したり、コーキングしたりタール分が出ることがある。すなわち、最適な滞留時間は反応温度に依存する。例えば、450℃で滞留時間が極端に短いと実質的に反応が進行しない場合があり、750℃において滞留時間が極端に長いと、予期せぬ蒸留分離困難物質が副生したり、触媒存在下の反応と同様にタールやオイルが副生したり、それらによって管が閉塞することがある。 The residence time of the isomerization reaction (no catalyst is present, but the same concept as the contact time) is usually 0.01 to 50 seconds, preferably 0.05 to 20 seconds. In general, when the residence time is shorter than 0.01 seconds, the conversion rate may be lowered. When the residence time is longer than 50 seconds, TFPy may be by-produced, coked, or a tar content may be generated. That is, the optimum residence time depends on the reaction temperature. For example, if the residence time is extremely short at 450 ° C., the reaction may not proceed substantially. If the residence time is extremely long at 750 ° C., an unexpectedly difficult-to-distillation substance may be produced as a by-product or in the presence of a catalyst. As in the above reaction, tar and oil may be by-produced, and the tube may be blocked by them.
なお、本明細書において、滞留時間とは、反応器を用いた気相流通方式において、反応器の容積(ml)を原料供給速度(ml/秒)で除した値(秒)を表す。 In the present specification, the residence time represents a value (seconds) obtained by dividing the volume (ml) of the reactor by the raw material supply rate (ml / second) in the gas phase flow system using the reactor.
ベストモード(反応温度600℃、滞留時間:0.3秒)で、24時間連続運転で年間300日稼動の場合、僅か12リットルの容量の反応器で1800トン/年の1233Eが処理可能であり、理論上200トン/年の精製1233Zが見込めるので、150℃から350℃の触媒法(米国特許出願公開第2010/0152504号明細書)のベストモードと比較して、非常に効率的なプロセスである。 In the best mode (reaction temperature 600 ° C, residence time: 0.3 seconds), 24 hours continuous operation and 300 days a year, 1233 tons / year of 1233E can be processed in a reactor with a capacity of only 12 liters. In theory, 200 tons / year of refined 1233Z can be expected, which is a very efficient process compared to the best mode of the catalytic method (US Patent Application Publication No. 2010/0152504) at 150 ° C. to 350 ° C. is there.
1233Z製造法(A)は、上述の第1工程〜第3工程に加えて適宜、下記の第4工程又は第5工程を含むようにしてもよい。 The 1233Z production method (A) may include the following fourth step or fifth step as appropriate in addition to the first to third steps described above.
(4)第4工程
第4工程は、第3工程で得られた1233Zを主成分とする第3組成物を蒸留して、1233Zの純度を高める工程である。
(4) Fourth Step The fourth step is a step of increasing the purity of 1233Z by distilling the third composition mainly comprising 1233Z obtained in the third step.
異性化反応により異性化されて反応器より流出する1233Zを主成分とする第3組成物は、蒸留など公知の分離・精製方法を用いて、容易に1233Zの純度を高めることができる。 The third composition mainly composed of 1233Z that is isomerized by the isomerization reaction and flows out from the reactor can easily increase the purity of 1233Z using a known separation / purification method such as distillation.
具体的には、異性化で得られた1233Eと1233Zの混合物は水洗で酸分を除去し、ゼオライト等で乾燥後、通常の蒸留操作で容易に1233Zと1233Eをそれぞれ、高純度で分離することができる。勿論、1233Eの品質は原料の1233Eの品質と同等であるので、もう一度同じ異性化反応に供することも可能であるし、そのまま硬質ウレタンフォーム発泡剤などとして製品化することもできる。 Specifically, the mixture of 1233E and 1233Z obtained by isomerization should be washed with water to remove the acid content, dried with zeolite, etc., and then easily separate 1233Z and 1233E with high purity by ordinary distillation operation. Can do. Of course, since the quality of 1233E is equivalent to the quality of the raw material 1233E, it can be subjected to the same isomerization reaction once more, or can be commercialized as a rigid urethane foam blowing agent as it is.
蒸留操作における蒸留塔の段数は特に制限が無いが、10段から50段の蒸留塔が推奨される。好ましい高純度1233Zの純度は98%以上であり、さらに好ましくは99%以上である。1233Z製造法(A)の第4工程を用いれば、99.9%以上の超高純度1233Zも容易に製造可能である。 The number of distillation columns in the distillation operation is not particularly limited, but a 10 to 50 distillation column is recommended. The purity of preferable high purity 1233Z is 98% or more, more preferably 99% or more. If the 4th process of 1233Z manufacturing method (A) is used, ultra high purity 1233Z of 99.9% or more can also be manufactured easily.
(5)第5工程
第5工程は、第4工程で分離された1233Eを回収し、第1工程〜第3工程の何れかで再利用する工程である。分離された1233Eは再度異性化反応工程、フッ素化工程に戻すことができる。また、そのまま硬質ウレタンフォーム発泡剤などとして製品化することもできる。この工程によれば、回収した1233Eを有効に活用することができ生産性の向上が期待できる。
(5) Fifth Step The fifth step is a step of collecting 1233E separated in the fourth step and reusing it in any one of the first to third steps. The separated 1233E can be returned to the isomerization reaction step and the fluorination step again. Moreover, it can also be commercialized as a rigid urethane foam foaming agent as it is. According to this step, the recovered 1233E can be used effectively, and an improvement in productivity can be expected.
[(B)気相反応による1233Zの製造方法]
本発明に用いる1233Zは、気相中、触媒存在下において、1234を塩化水素と反応させる製造方法(以下、この製造方法を「1233Z製造法(B)」と呼ぶことがある。)で製造されたものであってもよい。
[(B) Production Method of 1233Z by Gas Phase Reaction]
1233Z used in the present invention is produced by a production method in which 1234 is reacted with hydrogen chloride in the gas phase in the presence of a catalyst (hereinafter, this production method may be referred to as “1233Z production method (B)”). It may be.
この1234は、240fa及び/又は1230をフッ素化することにより得られたものであってもよい。 This 1234 may be obtained by fluorinating 240fa and / or 1230.
1233Z製造法(B)の原料化合物である1234は、任意の方法で製造されたものが使用できるが、工業的に大量生産されている245faを公知の方法(例えば、特開2008−19243号公報参照)で脱HFして製造されたものが経済的である。245faの接触脱HF反応の生成物は蒸留後、1234E、1234Z、245faに分離することが好ましい。 1234 which is a raw material compound of 1233Z production method (B) can be produced by any method, but 245fa which is industrially mass-produced is a known method (for example, JP 2008-19243 A). It is economical to be produced by deHFing in the reference). The product of 245fa catalytic de-HF reaction is preferably separated into 1234E, 1234Z and 245fa after distillation.
ここで、特筆すべきことは、1233Z製造法(B)は、245faをも1233に変換する能力を有している。したがって、245fa等の、一般式
CF3CH2CHR1R2 (R1、R2は、それぞれ独立して、フッ素原子もしくは塩素原子)
で表される化合物を含有する1234Eもしくは1234Zを原料として、1233に変換することが可能である。
Here, it should be noted that the 1233Z production method (B) has the ability to convert 245fa into 1233 as well. Therefore, the general formula CF 3 CH 2 CHR 1 R 2 , such as 245fa (R 1 and R 2 are each independently a fluorine atom or a chlorine atom)
It can be converted to 1233 using 1234E or 1234Z containing a compound represented by
例えば、1234の使用済み混合冷媒を発泡剤用の1233に変換したい場合も、本方法が有効である。1233Z製造法(B)は、1234E、1234Z、 CF3CH2CHR1R2が任意の比率でも有用な1233に変換することを可能とする。なお、本発明の原料は水洗、乾燥したものが好ましい。勿論、少量のHFを含有する原料も使用可能であるが、装置の腐食等の留意が必要である。 For example, this method is also effective when it is desired to convert 1234 used mixed refrigerants to 1233 for the blowing agent. The 1233Z production method (B) enables 1234E, 1234Z, and CF 3 CH 2 CHR 1 R 2 to be converted into useful 1233 at any ratio. The raw material of the present invention is preferably washed and dried. Of course, raw materials containing a small amount of HF can also be used, but attention must be paid to corrosion of the apparatus.
1233Z製造法(B)に使用可能な塩化水素は、超高純度塩化水素でも工業用塩化水素でも副生塩化水素でもよい。副生塩化水素の場合は245faもしくは、245faの前駆体を合成するフッ素化工程で副生した塩化水素が好ましい。通常、副生塩化水素はHF分や有機物分を高度に分離しないと有価物にならない。そのために、高性能の蒸留塔等の精製設備が必要なので、中和処理して廃棄されることが多々ある。フッ素化反応の副生塩化水素を活用することは資源保護、廃棄物削減の点で好ましいといえる。 Hydrogen chloride that can be used in the 1233Z production method (B) may be ultra-high purity hydrogen chloride, industrial hydrogen chloride, or by-product hydrogen chloride. In the case of by-product hydrogen chloride, 245fa or hydrogen chloride by-produced in the fluorination step of synthesizing the precursor of 245fa is preferable. Normally, by-product hydrogen chloride does not become a valuable resource unless HF and organic matter are separated to a high degree. For this reason, a high-performance distillation tower or other purification equipment is required, and is often discarded after being neutralized. Utilizing by-product hydrogen chloride in the fluorination reaction is preferable in terms of resource protection and waste reduction.
245faまたはフッ素化による前駆体製造工程で副生した塩化水素に含まれるCF3を有するC3化合物(炭素数が3の化合物)は、目的化合物に誘導可能もしくは分離可能な化合物が多いので好ましい。具体的には、CF3−CH=CHR3 (R3は、塩素原子またはフッ素原子)、CF3−CH2CHR1R2 (R1、R2は、それぞれ独立して塩素原子またはフッ素原子)は1233に変換されうる好ましい化合物である。勿論、全く関連の無い他のプロセスにおいて副生した塩化水素も使用可能であるが、含有する不純物が1233と分離可能であることと、触媒毒にならないことの確認が必要である。 A C3 compound (a compound having 3 carbon atoms) having CF 3 contained in hydrogen chloride by-produced in the precursor production process by 245fa or fluorination is preferable because there are many compounds that can be derived or separated into the target compound. Specifically, CF 3 —CH═CHR 3 (R 3 is a chlorine atom or a fluorine atom), CF 3 —CH 2 CHR 1 R 2 (R 1 and R 2 are each independently a chlorine atom or a fluorine atom) ) Is a preferred compound that can be converted to 1233. Of course, hydrogen chloride produced as a by-product in other processes that are completely unrelated can be used, but it is necessary to confirm that the contained impurities can be separated from 1233 and that they do not become catalyst poisons.
通常、245faもしくはフッ素化によるその前駆体合成工程における副生塩化水素は、HFを含有していることが多い。一般に、腐食性の毒性高圧ガスであるHFを少量でも含有している副生塩化水素は、商品価値が無い。しかし、特筆すべきは、そのHFを含有する副生塩化水素は、1233Z製造法(B)には非常に有効である。なぜならば、少量のHFを含有する塩化水素は触媒活性化する効果があるからである。後に詳細に述べるが、本発明におけるベストモードの触媒は、使用前にHFで処理したものである。 Usually, 245fa or by-product hydrogen chloride in the precursor synthesis step by fluorination often contains HF. In general, by-product hydrogen chloride containing even a small amount of HF, which is a corrosive toxic high-pressure gas, has no commercial value. However, it should be noted that the by-product hydrogen chloride containing HF is very effective for the 1233Z production method (B). This is because hydrogen chloride containing a small amount of HF has an effect of activating the catalyst. As will be described in detail later, the best mode catalyst in the present invention is treated with HF before use.
1233Z製造法(B)で使用可能な塩化水素は粗蒸留品でも良い。副生塩化水素は通常HClとHFとの混合ガスとして回収されるが、本反応に用いる場合は、粗蒸留で分離したクルードが使用可能である。好ましいHF濃度は、0.001〜10質量%、さらに好ましくは、0.1質量%〜5質量%である。 The hydrogen chloride usable in the 1233Z production method (B) may be a crudely distilled product. By-product hydrogen chloride is usually recovered as a mixed gas of HCl and HF, but when used in this reaction, crude separated by crude distillation can be used. A preferable HF concentration is 0.001 to 10% by mass, and more preferably 0.1% to 5% by mass.
高純度塩化水素でも実施可能であるので、HFを全く含まない塩化水素も可能であるが、上記の範囲のHFを含有する塩化水素は触媒のコンディションを保つ効果があるので好ましい。但し、この範囲よりもHFの含量が多くなると、1233や1234にHFが付加した化合物の比率が増えることがある。なお、塩化水素とHFの比率の調製は乾式の加圧蒸留が好ましい。 Since high purity hydrogen chloride can be used, hydrogen chloride containing no HF is also possible. However, hydrogen chloride containing HF in the above range is preferable because it has an effect of maintaining the condition of the catalyst. However, if the content of HF is larger than this range, the ratio of the compound in which HF is added to 1233 or 1234 may increase. The ratio of hydrogen chloride to HF is preferably dry pressure distillation.
次に、本反応におけるHCl(塩化水素)/有機物原料比について説明する。ここで記載する「有機物」とは、原料組成物のことである(1234E、1234Z、CF3CH2CHR1R2を主成分とする組成物)。「HCl/有機物比」はそれぞれのモル比である。HCl/有機物原料比は、0.1〜30が好ましい。さらに好ましくは0.5〜20が推奨される。比が、0.1よりも低い場合は、転化率が不十分であったり、有機物のコーキングが促進されたり、触媒が経時的に低下することがあるので、好ましくない。また、比が、30よりも大きい場合は、塩化水素回収の負荷が大きくなったり、生産量が低下することがある。 Next, the ratio of HCl (hydrogen chloride) / organic raw material in this reaction will be described. The “organic substance” described here is a raw material composition (a composition containing 1234E, 1234Z, CF 3 CH 2 CHR 1 R 2 as a main component). “HCI / organic ratio” is the respective molar ratio. The HCl / organic material ratio is preferably 0.1-30. More preferably, 0.5 to 20 is recommended. If the ratio is lower than 0.1, the conversion rate is insufficient, the coking of organic matter is promoted, and the catalyst may be lowered with time, which is not preferable. On the other hand, when the ratio is larger than 30, the load of hydrogen chloride recovery may increase or the production amount may decrease.
また、所望によりHFを添加することも可能であるが、その場合は、モル比でHCl/HF=2以上が好ましい。過剰にHFを添加すると温暖化物質である245faの副生が増加することがある。また、当業者の所望により、窒素、アルゴン等のイナートガスを添加することも可能である。 Further, HF can be added as desired, but in that case, HCl / HF = 2 or more is preferable in terms of molar ratio. When HF is added excessively, the by-product of 245fa which is a warming substance may increase. Moreover, it is also possible to add inert gas, such as nitrogen and argon, as desired by those skilled in the art.
次に、1233Z製造法(B)にかかる触媒について説明する。該触媒は、ハロゲン化された金属が好ましい。ハロゲン化された金属とは金属原子がハロゲンによって酸化された状態を指し、一般に、金属−ハロゲン結合(M−X結合、M:金属、X:ハロゲン原子)を有すると言うこともある。ここで言う金属とは0価の金属に限定されず、金属酸化物や金属塩も含む。例えば、燐酸アルミ、硫酸アルミ、アルミナ等の金属塩や金属酸化物をフッ素化もしくは塩素化して、表面の一部にM−X結合(例えば、Al−F結合)を有する活性種等が本発明の固体触媒として挙げられる。フッ化アルミの粉末を成型した触媒は、使用前にフッ素化することが好ましいが、予めAl−F結合を有しているので、そのまま触媒として使用することができる。M−F結合の有無の確認方法は、EZAFS、XAFS、XRF、XPS、IR、XRDによる機器分析が好ましい。 Next, the catalyst concerning 1233Z manufacturing method (B) is demonstrated. The catalyst is preferably a halogenated metal. The halogenated metal refers to a state in which a metal atom is oxidized by a halogen, and generally has a metal-halogen bond (MX bond, M: metal, X: halogen atom). The metal mentioned here is not limited to zero-valent metal, but also includes metal oxides and metal salts. For example, the present invention includes an active species having a MX bond (for example, Al-F bond) on a part of its surface by fluorinating or chlorinating a metal salt or metal oxide such as aluminum phosphate, aluminum sulfate, or alumina. As a solid catalyst. The catalyst obtained by molding the aluminum fluoride powder is preferably fluorinated before use, but has an Al-F bond in advance, so that it can be used as it is. As a method for confirming the presence or absence of the MF bond, instrumental analysis by EZAFS, XAFS, XRF, XPS, IR, or XRD is preferable.
簡便な方法としては、反応終了後の触媒を300℃で焼成して表面に物理吸着されたハロゲンを除去後、上記のいずれかの分析で金属原子とハロゲン原子が検出されれば、本発明に有効な触媒であると言える。物理吸着されたハロゲン原子を除去するのに必要な焼成時間は12時間から120時間が好ましい。また、窒素流通下や減圧下で焼成すると、より効率的に、物理吸着されたハロゲンが除去できる。特に、XAFSやXPSは金属−ハロゲン結合の状態を詳細に分析できるので好ましい。通常、物理吸着されたハロゲンはハロゲン化水素として吸着されていることが多い。 As a simple method, the catalyst after completion of the reaction is calcined at 300 ° C. to remove the halogen physically adsorbed on the surface, and if a metal atom and a halogen atom are detected by any of the above analysis, the present invention is applied. It can be said that it is an effective catalyst. The calcining time required to remove the physically adsorbed halogen atom is preferably 12 to 120 hours. Further, when the calcination is performed under a nitrogen flow or under reduced pressure, the physically adsorbed halogen can be more efficiently removed. In particular, XAFS and XPS are preferable because the state of the metal-halogen bond can be analyzed in detail. Usually, the physically adsorbed halogen is often adsorbed as hydrogen halide.
好ましいハロゲンは、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素であり、特にフッ素、塩素が好ましく、特にフッ素が好ましい。フッ化水素等で積極的に金属表面の一部もしくは大部分をフッ素化することも有効である。本反応のように原料にハロゲン元素を含む化合物等を用いる場合は、原料そのものを金属と接触させることにより金属−ハロゲン結合を形成することも可能である。よって、金属と前記のM−X結合を形成させうる化合物とを同時に用いることで、結果としてM−X結合を有する本発明の固体触媒となり、さらに原料を作用させて本反応を起こすことが可能である(この場合、反応後の触媒を分析するとM−X結合が確認されると推測される)。但し、フッ化水素等で積極的にフッ素化する工程を省略して、原料のオゾン層破壊物質を流通させることによってM−X結合を有する活性種を発生させる方法は、金属のハロゲン化工程において、オゾン層破壊物質が分解する欠点がある。 Preferred halogens are fluorine, chlorine, bromine and iodine, particularly fluorine and chlorine are preferred, and fluorine is particularly preferred. It is also effective to fluorinate part or most of the metal surface with hydrogen fluoride or the like. When a compound containing a halogen element is used as a raw material as in this reaction, a metal-halogen bond can be formed by bringing the raw material itself into contact with a metal. Therefore, by using the metal and the compound capable of forming the MX bond at the same time, it becomes a solid catalyst of the present invention having the MX bond as a result, and this reaction can be caused by the action of raw materials. (In this case, it is presumed that the MX bond is confirmed by analyzing the catalyst after the reaction). However, the method of generating active species having M—X bonds by distributing the raw material ozone depleting substance by omitting the step of positively fluorinating with hydrogen fluoride or the like is used in the metal halogenation step. The ozone depleting substance has the disadvantage of decomposing.
好ましい金属として、周期律表の4〜15族に属する金属が例示される。中でも、アルミ原子(原子番号13番)と原子番号22番〜78番の遷移金属が好ましい。具体的には、アルミニウム、チタン、クロム、マンガン、ニッケル、銅、コバルト、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、スズ、アンチモン、タンタルが例示される。これらを単独で用いても良いが、複数の金属を用いることも好ましい。また、助触媒として、マグネシウム、ナトリウム、カリウム等の当業者所望の元素を添加することが可能である。 As a preferable metal, the metal which belongs to 4-15 group of a periodic table is illustrated. Among these, aluminum atoms (atomic number 13) and transition metals having atomic numbers 22 to 78 are preferable. Specific examples include aluminum, titanium, chromium, manganese, nickel, copper, cobalt, zirconium, niobium, molybdenum, tin, antimony, and tantalum. These may be used alone, but it is also preferable to use a plurality of metals. Moreover, it is possible to add an element desired by those skilled in the art such as magnesium, sodium and potassium as a co-catalyst.
M−X結合を有する触媒において、電気陰性度の大きいハロゲン原子(X)はMの電子を吸引するので、通常Mは電子が不足している状態である。このような状態の金属はルイス酸性を示すことが多い。特に、電気陰性度の大きいフッ素原子や塩素原子がXである触媒や、M−F結合の多い触媒はより強いルイス酸性を示す傾向にある。よって、ルイス酸性を示す触媒も本反応に好適な触媒といえる。特に、XがFもしくはClであり、M−F結合が多いものは、本反応において好ましい触媒と言える。具体的にXPS測定において、X/M(原子比)が2以上のものは好適である。 In a catalyst having an M—X bond, a halogen atom (X) having a high electronegativity attracts M electrons, and therefore M is usually in a state where electrons are insufficient. A metal in such a state often exhibits Lewis acidity. In particular, a catalyst having a high electronegativity fluorine atom or chlorine atom as X, or a catalyst having a large number of MF bonds tends to exhibit stronger Lewis acidity. Therefore, a catalyst exhibiting Lewis acidity can also be said to be a suitable catalyst for this reaction. In particular, those in which X is F or Cl and there are many MF bonds can be said to be preferable catalysts in this reaction. Specifically, in the XPS measurement, those having an X / M (atomic ratio) of 2 or more are suitable.
触媒の大きさは、反応に用いる反応管の内径の1/30〜1/3が好ましく、1/20〜1/5がより好ましい。これらの範囲よりも大きいと、原料が触媒と接触せずにすり抜けてしまうことがあり、これらの範囲よりも小さいと、圧力損失が大きくなったり、閉塞したりすることがある。具体的には0.5mmから20mm程度、より好ましくは2mmから10mmの大きさの触媒が推奨される。 The size of the catalyst is preferably 1/30 to 1/3 of the inner diameter of the reaction tube used for the reaction, more preferably 1/20 to 1/5. If it is larger than these ranges, the raw material may slip through without contacting the catalyst, and if it is smaller than these ranges, the pressure loss may increase or may be blocked. Specifically, a catalyst having a size of about 0.5 mm to 20 mm, more preferably 2 mm to 10 mm is recommended.
このような大きさの触媒の調製方法として、原子番号が13番から78番の金属酸化物や金属塩等を球状やペレット状に成型する方法が挙げられる。当業者自身が圧縮成型機を用いて、金属酸化物や金属塩等を加圧成型することも可能であるが、アルミナ(γアルミナ、αアルミナ等)、チタニア、ジルコニアを主成分としたペレットやボール(球状物)が市販されている。また、活性炭(ヤシガラ炭、木炭、泥炭等)やこれらの金属酸化物を担体として、上記の有効な金属成分を含む溶液を含浸させる方法も有効である(この触媒は含浸触媒という)。また、担体は予めHF等でフッ素化処理することが望ましい。 As a method for preparing a catalyst having such a size, there is a method in which a metal oxide or metal salt having an atomic number of 13 to 78 is molded into a spherical shape or a pellet shape. It is possible for those skilled in the art to press-mold metal oxides and metal salts using a compression molding machine, but pellets mainly composed of alumina (γ alumina, α alumina, etc.), titania and zirconia Balls (spheres) are commercially available. Also effective is a method of impregnating a solution containing the above-mentioned effective metal component using activated carbon (coconut shell charcoal, charcoal, peat, etc.) or a metal oxide thereof as a carrier (this catalyst is referred to as an impregnation catalyst). Further, it is desirable that the carrier is fluorinated with HF or the like in advance.
含浸触媒の調製方法は特に限定されないが、硝酸塩、塩化物、オキシハロゲン化物等の可溶性化合物を溶解した溶液に担体に含浸させるか、スプレーし、次いで乾燥した後、金属塩の担持された担体を加熱下においてフッ化水素、塩化水素、塩化フッ化炭化水素等と接触させることで、担持させた金属または担体の一部または全部をハロゲン修飾させることで得られる。またアルミナ、チタニア、ステンレス鋼等をフッ素化したもの(例えば、フッ素化アルミナ)や活性炭も触媒として使用できる。フッ素化方法はどの様な方法でも良いが、例えば、フッ素化アルミナは乾燥用や触媒担体用として市販されているアルミナに加熱しながら気相でフッ化水素を流通させたり、または常温付近でフッ化水素水溶液をスプレーしたりその水溶液に浸漬し、次いで乾燥することで調製することができる。 The method for preparing the impregnation catalyst is not particularly limited, but the support in which the metal salt is supported is impregnated or sprayed on a solution in which a soluble compound such as nitrate, chloride or oxyhalide is dissolved, and then dried. By contacting with hydrogen fluoride, hydrogen chloride, chlorofluorohydrocarbon or the like under heating, it is obtained by halogen modification of a part or all of the supported metal or carrier. Further, fluorinated alumina, titania, stainless steel or the like (for example, fluorinated alumina) or activated carbon can also be used as a catalyst. Any method may be used for the fluorination method. For example, fluorinated alumina is heated to alumina that is commercially available for drying or as a catalyst carrier, and hydrogen fluoride is circulated in the gas phase, or near the room temperature. It can be prepared by spraying an aqueous hydrogen fluoride solution or immersing it in the aqueous solution and then drying.
常温付近で液体である化合物、例えば、五塩化アンチモン、四塩化スズまたは四塩化チタンなどの場合、そのまま活性炭やアルミナ等に含浸することもできる。 In the case of a compound that is liquid at around room temperature, such as antimony pentachloride, tin tetrachloride, or titanium tetrachloride, it can be impregnated directly into activated carbon, alumina, or the like.
何れの方法で調製した触媒も、使用の前に予めフッ化水素、フッ素化または含フッ素炭化水素などのフッ素化剤と接触させて活性化させるのは好ましい方法である。 It is a preferable method that the catalyst prepared by any method is activated by contacting with a fluorinating agent such as hydrogen fluoride, fluorinated or fluorinated hydrocarbon in advance before use.
特に好ましい触媒は、アルミナ、チタニア、ジルコニア、ニオビア、クロム/活性炭、ニッケル/活性炭、鉄/活性炭、アンチモン/活性炭、クロム/アルミナ、クロム/ジルコニアである。反応前にこれらの触媒をHFガスで処理することは本発明の好ましい形態の一つであり、該操作によって得られた触媒は本反応に用いる特に好ましいものである。 Particularly preferred catalysts are alumina, titania, zirconia, niobia, chromium / activated carbon, nickel / activated carbon, iron / activated carbon, antimony / activated carbon, chromium / alumina, chromium / zirconia. Treating these catalysts with HF gas before the reaction is one of the preferred embodiments of the present invention, and the catalyst obtained by the operation is particularly preferred for use in the present reaction.
次に、1233Z製造法(B)の反応条件について説明する。まず、1233Z製造法(B)の反応方式は、気相流通方式が好ましく、具体的には固定床流通方式、固定床循環方式、流動床流通方式等の反応方式が例示されるが、固定床気相流通方式が簡便である。反応は減圧でも加圧でも良いが、常圧近傍の操業が容易である。 Next, reaction conditions of the 1233Z production method (B) will be described. First, the reaction method of the 1233Z production method (B) is preferably a gas phase distribution method, and specifically, reaction methods such as a fixed bed circulation method, a fixed bed circulation method, and a fluidized bed circulation method are exemplified. The gas phase distribution method is simple. The reaction may be performed under reduced pressure or under pressure, but operation near normal pressure is easy.
1233Z製造法(B)の最適反応温度は、触媒の種類、状態、接触時間に依存するが、200℃〜500℃が好ましい。さらに好ましくは250℃〜400℃である。200℃よりも低い場合は転化率が低くなる。また、400℃以上の場合は、好ましくない副反応が増加したり、コーキングの原因となる。
また、接触時間は、原料組成に依存するが、通常0.1秒から200秒が好ましく、さらに好ましくは2秒から150秒である。0.1よりも短い場合は、転化率が低くなったり、圧損が大きくなることがある。
Although the optimal reaction temperature of 1233Z manufacturing method (B) depends on the kind of catalyst, a state, and contact time, 200 to 500 degreeC is preferable. More preferably, it is 250 to 400 degreeC. When the temperature is lower than 200 ° C., the conversion rate is low. Moreover, when it is 400 degreeC or more, an undesirable side reaction increases or it causes coking.
The contact time depends on the raw material composition, but is usually preferably 0.1 seconds to 200 seconds, and more preferably 2 seconds to 150 seconds. When shorter than 0.1, a conversion rate may become low or a pressure loss may become large.
長期間の操業によって、触媒活性が低下した場合は、250〜800℃で空気や塩素を用いて酸化処理すると触媒表面についたコーキング物質を除去できる。この時、100%の空気や塩素を用いて処理を行うと、急激な発熱が起こることがあるので、安全上、窒素等で希釈して行うことが望ましい。窒素の希釈率はヒートスポットの温度を確認しながら制御することが好ましい。また、酸化処理後、HFやHClによる処理を行うことが推奨される。 If the catalytic activity is reduced by long-term operation, the coking substance on the catalyst surface can be removed by oxidation treatment using air or chlorine at 250 to 800 ° C. At this time, if treatment is performed using 100% air or chlorine, rapid heat generation may occur. Therefore, it is desirable to dilute with nitrogen or the like for safety. It is preferable to control the dilution rate of nitrogen while confirming the temperature of the heat spot. Further, it is recommended to perform a treatment with HF or HCl after the oxidation treatment.
気相流通方式の場合、冷却することによって、容易に生成物を回収することができる。冷却温度は−80℃から+5℃が好ましい。この温度領域が低い場合は、特殊な冷凍機が必要となるだけでなく、場合によっては凝固することがある。また、この温度よりも高い場合は、捕集効率が低くなることがある。捕集された生成物は、水または塩基性水溶液でフッ素イオンや塩素イオンを洗浄することが好ましい。洗浄方法はバッチ式でも連続式でも良い。アルカリ性水溶液を用いて洗浄する場合、中和熱が発生する可能性があるので、先ず、水で大部分の塩素イオンやフッ素イオンを除去した後、アルカリ性水溶液で洗浄し、アルカリ分の除去のために水洗浄する方法が好ましい。洗浄後のサンプルはゼオライト等の固体脱水剤で乾燥することが好ましい。 In the case of a gas phase distribution method, the product can be easily recovered by cooling. The cooling temperature is preferably from -80 ° C to + 5 ° C. When this temperature range is low, not only a special refrigerator is required but also solidification may occur in some cases. Moreover, when it is higher than this temperature, the collection efficiency may be lowered. The collected product is preferably washed with fluorine ions or chlorine ions with water or a basic aqueous solution. The cleaning method may be batch or continuous. When washing with an alkaline aqueous solution, neutralization heat may be generated. First, after removing most of the chlorine ions and fluorine ions with water, the alkaline aqueous solution is used to remove the alkali content. A method of washing with water is preferred. The sample after washing is preferably dried with a solid dehydrating agent such as zeolite.
一般的に、有機物は200℃から300℃で分解すると言われているので、本発明のような高温反応は原料や生成物の分解や予期せぬ反応によって、蒸留精製が困難な不純物の副生が懸念される。安全および品質安定の観点で、特に、作動流体、洗浄剤、溶剤、発泡剤の用途では高純度品が要求されるので、どんなに高収率の反応でも分離困難物質を副生するとそのプロセス成立しない。しかし、1233Z製造法(B)の反応条件では、実質的に蒸留困難物質は認められず、容易に高純度化が可能である。 In general, organic substances are said to decompose at 200 ° C. to 300 ° C. Therefore, the high temperature reaction as in the present invention is a by-product of impurities that are difficult to purify by distillation due to decomposition of raw materials and products and unexpected reactions. Is concerned. From the viewpoint of safety and quality stability, especially high-purity products are required for working fluids, cleaning agents, solvents, and foaming agents, so the process cannot be established if by-product of difficult-to-separate substances is produced as a by-product in any high-yield reaction. . However, under the reaction conditions of the 1233Z production method (B), substantially difficult-to-distill substances are not recognized, and high purity can be easily achieved.
蒸留設備は特に制限されないが、理論段数が10段から30段のものが好ましい。10段よりも段数が少ないと蒸留収率が低下することがあり、30段よりも段数が多い場合は、精製の観点では特に問題が無いが、設備費やランニングコストが高くなることがある。1233Eの沸点は19℃であるので、蒸留塔の冷媒は−50℃から+5℃が好ましく、−20℃から0℃が特に好ましい。冷媒温度が−50℃よりも低い場合は、特殊な冷凍設備が必要であり、ランニングコストが高くなる。冷媒温度が+5℃よりも高いと加圧条件で蒸留する必要があり、ロスが増える。 The distillation equipment is not particularly limited, but preferably has 10 to 30 theoretical plates. If the number of stages is less than 10 stages, the distillation yield may be reduced. If the number of stages is more than 30 stages, there is no particular problem from the viewpoint of purification, but the equipment cost and running cost may increase. Since the boiling point of 1233E is 19 ° C., the refrigerant in the distillation column is preferably −50 ° C. to + 5 ° C., particularly preferably −20 ° C. to 0 ° C. When the refrigerant temperature is lower than −50 ° C., special refrigeration equipment is necessary, and the running cost becomes high. When the refrigerant temperature is higher than + 5 ° C., it is necessary to distill under a pressurized condition, and the loss increases.
作動流体、洗浄剤、溶剤、発泡剤等の用途の場合、先に述べた有機純度だけでなく、ハロゲンイオン濃度、水分管理が必要となる。フッ素イオン、塩素イオン等のハロゲンイオンや水分は、作動流体の場合は装置の腐食、金属部品用の洗浄剤の場合は部品の腐食、発泡剤の場合はアミン触媒の被毒の原因となる。言い換えれば、有機純度、ハロゲンイオン濃度、水分が好ましい領域ならば作動流体、洗浄剤、溶剤、発泡剤等の用途に使用可能な品質であると言える。通常、有機純度は99%以上が好ましく、99.5%以上がより好ましい。水分は100ppm以下が好ましく、さらに好ましくは30ppm以下である。酸分は5ppm以下が好ましく、さらに好ましくは0.5ppm以下が推奨される。 In the case of applications such as working fluids, cleaning agents, solvents, and foaming agents, not only the organic purity described above but also the halogen ion concentration and water management are required. Halogen ions such as fluorine ions and chlorine ions and moisture cause corrosion of the apparatus in the case of working fluids, corrosion of parts in the case of cleaning agents for metal parts, and poisoning of amine catalysts in the case of foaming agents. In other words, if the organic purity, halogen ion concentration, and moisture are preferable, it can be said that the quality can be used for working fluids, cleaning agents, solvents, foaming agents and the like. Usually, the organic purity is preferably 99% or more, more preferably 99.5% or more. The moisture is preferably 100 ppm or less, more preferably 30 ppm or less. The acid content is preferably 5 ppm or less, more preferably 0.5 ppm or less.
1233Z製造法(B)は、下記の工程[1]〜[4]を含むようにしてもよい。なお、蒸留等の工程は公知の方法を適用できる。 The 1233Z production method (B) may include the following steps [1] to [4]. A known method can be applied to the process such as distillation.
1230及び/又は240faから1233を製造するための方法であって、1230及び/又は240faをフッ化水素でフッ素化して、245faと塩化水素を含む第1組成物を得る工程[1]と、第1組成物から蒸留により、240faと塩化水素を分離する工程[2]と、工程[2]にて分離された245faを脱フッ化水素反応させて、1234を含む第2組成物を得る工程[3]と、第2組成物と工程[2]にて分離された塩化水素を反応させて、1233を得る工程[4]と、を含む、1233の製造方法。 A process [1] for producing 1233 from 1230 and / or 240fa, comprising fluorinating 1230 and / or 240fa with hydrogen fluoride to obtain a first composition comprising 245fa and hydrogen chloride; Step [2] for separating 240fa and hydrogen chloride by distillation from one composition, and step for obtaining a second composition containing 1234 by dehydrofluorinating 245fa separated in step [2] [ 3], and the step [4] of obtaining 1233 by reacting the second composition with the hydrogen chloride separated in step [2].
[(C)ラジカル異性化による1233Zの製造方法]
本発明に用いる1233Zは、
少なくとも1233Eまたは1233Zを含む原料を、ラジカル存在下で反応させ、前記原料中の1233Eと1233Zの比率を変化させるラジカル異性化工程を含む、1233Zの製造方法(以下、この製造方法を「1233Z製造法(C)」と表すことがある。)
によって製造されたものであってもよい。
[(C) Production method of 1233Z by radical isomerization]
1233Z used in the present invention is
A method for producing 1233Z comprising a radical isomerization step in which a raw material containing at least 1233E or 1233Z is reacted in the presence of a radical and the ratio of 1233E and 1233Z in the raw material is changed (hereinafter, this production method is referred to as “1233Z production method”). (C) ".
It may be manufactured by.
「ラジカル異性化」とは、反応管系内に触媒量のラジカルが存在している状態で、1233のトランス体(1233E)またはシス体(1233Z)を相互変換する(すなわち、1233Eを1233Zに、1233Zを1233Eに異性化する。)ことを指す。低温域において、ラジカルが存在しない状態では、実質的に1233の異性化反応が進行しないが、ラジカル発生剤をごく少量添加すると、驚くべき速度で異性化反応が進行する。したがって、1233Z製造法(C)においては、ラジカルが触媒として効率的に働くので、固体触媒は特に必要でない。 “Radical isomerization” refers to the interconversion of 1233 trans isomer (1233E) or cis isomer (1233Z) in the presence of a catalytic amount of radicals in the reaction tube system (ie, 1233E to 1233Z, Isomerize 1233Z to 1233E). In the state where no radical exists in the low temperature region, the isomerization reaction 1233 substantially does not proceed. However, when a very small amount of the radical generator is added, the isomerization reaction proceeds at a surprising rate. Accordingly, in the 1233Z production method (C), since the radicals work efficiently as a catalyst, a solid catalyst is not particularly necessary.
本発明の原料となる1233は、1233Eもしくは1233Zまたはこれらの混合物であってもよい。1233は、公知の方法で製造されたものが使用可能であり、例えば、気相中で240faをフッ化水素と反応させ得られる1233Eと1233Zの混合物、また、この混合物を公知の精製処理に付して得られた組成物であってもよい。 1233 used as the raw material of the present invention may be 1233E or 1233Z or a mixture thereof. 1233 manufactured by a known method can be used. For example, a mixture of 1233E and 1233Z obtained by reacting 240fa with hydrogen fluoride in a gas phase, and this mixture is subjected to a known purification treatment. Thus obtained composition may be used.
上述の240faをフッ化水素と反応させ得られる1233Eと1233Zの混合物は、通常、1233Zと蒸留分離が困難な244faや235daを含有することがあるが、1233Z製造法(C)においては、1233Zから244faや235daを分離しなくても実施できることは利点の一つであり、使用する原料の製造に由来する副生成物が含まれていても問題ない。 The mixture of 1233E and 1233Z obtained by reacting the above 240fa with hydrogen fluoride usually may contain 1244Z and 244fa and 235da which are difficult to be separated by distillation, but in 1233Z production method (C), from 1233Z It is one of the advantages that it can be carried out without separating 244fa and 235da, and there is no problem even if a by-product derived from the production of the raw material used is included.
通常、公知の製造方法によって得られた1233は、1233Eと1233Zの混合物であり、1233Eと1233Zの比率は熱力学的な平衡に支配される。この平衡比は、温度条件に依存し、また、反応容器の種類や形状、触媒の存在などの反応条件によっても変化する。 Usually, 1233 obtained by a known production method is a mixture of 1233E and 1233Z, and the ratio of 1233E and 1233Z is governed by thermodynamic equilibrium. This equilibrium ratio depends on the temperature conditions, and also changes depending on the reaction conditions such as the type and shape of the reaction vessel and the presence of the catalyst.
1233Z製造法(C)における異性化反応は、ラジカル反応によって1233E対1233Zの平衡比を熱力学平衡点に到達させるものであり、1233Z対1233Eの異性体比(1233Z/1233E)が平衡比よりも大きい場合、1233Zの少なくとも一部は1233Eに変換される。一方、1233Z対1233Eの異性体比(1233Z/1233E)が平衡比よりも小さい場合、1233Eの少なくとも一部は1233Zに変換される。なお、1233E/1233Zの比率は熱力学的な平衡に支配されているため、1233Eの含有率が高い原料を用いると、1233Zから1233Eへの見かけ上の転化率は小さくなる。同様に、1233Zの含有率が高い原料を用いると、1233Eから1233Zへの見かけ上の転化率は小さくなる。 The isomerization reaction in the 1233Z production method (C) is to achieve the equilibrium ratio of 1233E to 1233Z by the radical reaction to the thermodynamic equilibrium point, and the isomer ratio of 1233Z to 1233E (1233Z / 1233E) is more than the equilibrium ratio. If so, at least a portion of 1233Z is converted to 1233E. On the other hand, if the isomer ratio of 1233Z to 1233E (1233Z / 1233E) is smaller than the equilibrium ratio, at least a portion of 1233E is converted to 1233Z. Since the ratio of 1233E / 1233Z is governed by thermodynamic equilibrium, the apparent conversion rate from 1233Z to 1233E becomes small when a raw material having a high content of 1233E is used. Similarly, when a raw material having a high content of 1233Z is used, the apparent conversion rate from 1233E to 1233Z becomes small.
目的化合物として1233Zを得たい場合、つまり、1233Eから1233Zに変換する場合、原料中に存在する1233Eの割合は、少なくとも50質量%、好ましくは70質量%、より好ましくは90質量%含まれていることが好適である。また、原料中の1233Z/1233Eの異性体比は、0から2が好ましく、この異性体比が0に近いほど好ましい。 When 1233Z is desired as the target compound, that is, when 1233E is converted to 1233Z, the ratio of 1233E present in the raw material is at least 50% by mass, preferably 70% by mass, more preferably 90% by mass. Is preferred. Further, the isomer ratio of 1233Z / 1233E in the raw material is preferably 0 to 2, and the isomer ratio closer to 0 is more preferable.
目的化合物として1233Eを得たい場合、つまり、1233Zから1233Eに変換する場合、原料中に存在する1233Zの割合は、少なくとも30質量%、好ましくは50質量%、より好ましくは90質量%含まれていることが好適である。また、原料中の1233E/1233Zの異性体比は、0から3が好ましく、さらに好ましくは、0から1であり、異性体比が0に近いほど好ましい。 When 1233E is to be obtained as the target compound, that is, when converting from 1233Z to 1233E, the ratio of 1233Z present in the raw material is at least 30% by mass, preferably 50% by mass, more preferably 90% by mass. Is preferred. Further, the isomer ratio of 1233E / 1233Z in the raw material is preferably from 0 to 3, more preferably from 0 to 1, and the isomer ratio is preferably closer to 0.
1233Eと1233Zは、沸点の違いから容易に蒸留分離できるので、1233Zと1233Eの混合物を原料として使用する場合、予め蒸留分離を行うことが好ましい。1233Zを目的化合物とする場合、1233Zと1233Eの混合物を蒸留分離し、1233Zは製品として、1233Eを原料として使用することが好ましい。一方、1233Eを目的化合物とする場合、1233Zと1233Eの混合物を蒸留分離し、1233Eは製品として、1233Eを原料として使用することが好ましい。 Since 1233E and 1233Z can be easily separated by distillation due to the difference in boiling points, when a mixture of 1233Z and 1233E is used as a raw material, it is preferable to perform distillation separation in advance. When 1233Z is the target compound, it is preferable to distill and separate a mixture of 1233Z and 1233E, using 1233Z as a product and 1233E as a raw material. On the other hand, when 1233E is the target compound, it is preferable to distill and separate a mixture of 1233Z and 1233E, using 1233E as a product and 1233E as a raw material.
また、1233Z製造法(C)の異性化反応により得られた生成物を捕集し、目的化合物である1233Eまたは1233Zを蒸留等によって単離後、未反応の1233Zまたは1233Eを再び原料として使用することは原料を効率的に使用する観点から合理的で好ましい。 Further, the product obtained by the isomerization reaction of 1233Z production method (C) is collected, and 1233E or 1233Z which is the target compound is isolated by distillation or the like, and then unreacted 1233Z or 1233E is used again as a raw material. This is reasonable and preferable from the viewpoint of efficiently using the raw materials.
1233Z製造法(C)は、反応系内にラジカルを発生させることができれば、1233の異性体(トランス体である1233Eとシス体である1233Z)を相互変換する異性化反応を進行させることができる。系内にラジカルを発生させる方法は、特に制限されないが、例えば、光、熱、触媒によってラジカルを発生させる方法が挙げられる。なお、光によってラジカルを発生させる場合は、増感剤等を併用することも可能である。操作性や簡便さの観点から、外部からのエネルギー付与により、ラジカルを容易に発生する添加剤(以下、便宜上、本明細書において、「ラジカル発生剤」と呼ぶことがある。)を添加する方法は、本発明において好ましい態様の一つである。 In the 1233Z production method (C), if a radical can be generated in the reaction system, an isomerization reaction for interconverting the 1233 isomers (1233E which is a trans isomer and 1233Z which is a cis isomer) can proceed. . The method for generating radicals in the system is not particularly limited, and examples thereof include a method for generating radicals with light, heat, and a catalyst. In addition, when generating a radical by light, it is also possible to use a sensitizer etc. together. From the viewpoint of operability and simplicity, a method of adding an additive that easily generates radicals by applying external energy (hereinafter sometimes referred to as “radical generator” in the present specification for convenience). Is one of the preferred embodiments in the present invention.
ラジカルと1233を含む原料を接触させる方法としては、例えば、気相反応で行う場合、ラジカル発生剤に光や熱を加えて、ラジカル発生剤を予め活性化してから反応管に導入する方法、ラジカル発生剤と1233を含む原料の混合物を反応管に導入して、光や熱で活性化させる方法などが挙げられ、ラジカルを効率的に接触させるためには、ラジカル発生剤と1233を含む原料の混合物を同時に反応管に供給する方法が好ましい。なお、1233を含む原料を供給する際には、過剰に添加して生産性が低下しない範囲で、原料と一緒に窒素等の不活性ガスを同伴させることも勿論可能である。 As a method for bringing a radical and a raw material containing 1233 into contact, for example, in the case of a gas phase reaction, a method in which light or heat is applied to the radical generator to activate the radical generator in advance and then introduced into the reaction tube, radical For example, a method of introducing a mixture of a generating agent and a raw material containing 1233 into a reaction tube and activating it with light or heat can be used. A method in which the mixture is simultaneously fed to the reaction tube is preferred. In addition, when supplying the raw material containing 1233, of course, it is also possible to entrain inert gas, such as nitrogen, with a raw material in the range which does not reduce productivity by adding excessively.
工業的には、加熱した反応管にラジカル発生剤と1233を含む原料の混合物を同時に供給し、反応管内で該混合物に熱エネルギーを付与し熱ラジカルを発生させる方法が簡便で好ましい。 Industrially, a method in which a mixture of a radical generator and a raw material containing 1233 is simultaneously supplied to a heated reaction tube, and thermal energy is generated by applying thermal energy to the mixture in the reaction tube is simple and preferable.
具体的には、目的化合物として1233Zを得たい場合には、トランス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンと、塩素、酸素、臭素、空気、過酸化水素、オゾン、窒素酸化物、ハロゲン化炭素からなる群より選ばれる少なくとも一種の添加剤と、を含む混合物を加熱し、ラジカル反応により、1233Eを1233Zに異性化する方法が好ましい。ラジカル反応により、1233Eの少なくとも一部を1233Zに変換し、1233Eに対する1233Zの比率を増加させることができる。 Specifically, when 1233Z is desired as the target compound, trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene, chlorine, oxygen, bromine, air, hydrogen peroxide, ozone, nitrogen oxides A method comprising heating a mixture containing at least one additive selected from the group consisting of carbon halides and isomerizing 1233E to 1233Z by a radical reaction is preferred. By radical reaction, at least part of 1233E can be converted to 1233Z, and the ratio of 1233Z to 1233E can be increased.
目的化合物として、1233Eを得たい場合には、
1233Zと、
塩素、酸素、臭素、空気、過酸化水素、オゾン、窒素酸化物、ハロゲン化炭素からなる群より選ばれる少なくとも一種の添加剤と、
を含む混合物を加熱し、ラジカル反応により、1233Zを1233Eに異性化する方法が好ましい。ラジカル反応により、1233Zの少なくとも一部を1233Eに変換し、1233Zに対する1233Eの比率を増加させることができる。
If you want to obtain 1233E as the target compound,
1233Z,
At least one additive selected from the group consisting of chlorine, oxygen, bromine, air, hydrogen peroxide, ozone, nitrogen oxide, and halogenated carbon;
A method in which 1233Z is isomerized to 1233E by a radical reaction by heating a mixture containing is preferable. By radical reaction, at least part of 1233Z can be converted to 1233E, and the ratio of 1233E to 1233Z can be increased.
本発明におけるラジカルとは、不対電子を有する原子、分子、あるいはイオンなどの化学種を意味し、化学種の電荷がプラスのラジカルカチオン、化学種の電荷がマイナスのラジカルアニオン、化学種の電荷が中性のラジカル、ビラジカル、カルベンなどを含む。具体的には、フッ素ラジカル、塩素ラジカル、臭素ラジカル、ヨウ素ラジカル、酸素ラジカル、水素ラジカル、ヒドロキシラジカル、ニトロキシドラジカル、窒素ラジカル、アルキルラジカル、ジフルオロカルベン、炭素ラジカル等が例示される。 In the present invention, the radical means a chemical species such as an atom, molecule, or ion having an unpaired electron, a radical cation having a positive charge of the chemical species, a radical anion having a negative charge of the chemical species, and a charge of the chemical species. Includes neutral radicals, biradicals, carbenes and the like. Specific examples include fluorine radicals, chlorine radicals, bromine radicals, iodine radicals, oxygen radicals, hydrogen radicals, hydroxy radicals, nitroxide radicals, nitrogen radicals, alkyl radicals, difluorocarbenes, and carbon radicals.
1233Z製造法(C)におけるラジカル発生剤とは、光や熱などの外部エネルギーの付与によってラジカルを発生するものであればよく特に限定されない。ラジカル発生剤の具体例としては、反応系内に容易にラジカルを発生させるものが好ましく、例えば、塩素、臭素等のハロゲンガス、空気、酸素、オゾン、過酸化水素、窒素酸化物等の酸素含有ガス、または、ハロゲン化炭素などが挙げられる。ハロゲン化炭素としては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン等のアルカン類や、エテン、プロペン、ブテン、ペンテン、ヘキセン等のアルケン類や、エチン、プロピン、ブチン、ペンチン、ヘキシン等のアルキン類中の一部または全部の水素原子をフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子で置換されたハロゲン化炭素を挙げることができる。なお、ハロゲン化炭素は、少なくとも一以上の塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子を含むものが好ましい。また、フッ素原子の数が4以上の化合物はラジカル解裂が起こりにくい場合があるが、その場合は、温度等のラジカル発生条件の最適化を適宜行うことが好ましい。 The radical generator in the 1233Z production method (C) is not particularly limited as long as it generates radicals by applying external energy such as light and heat. As a specific example of the radical generator, those that easily generate radicals in the reaction system are preferable. For example, halogen gas such as chlorine and bromine, air, oxygen, ozone, hydrogen peroxide, nitrogen oxide and the like Gas or halogenated carbon can be used. Halogenated carbons include alkanes such as methane, ethane, propane, butane, pentane and hexane, alkenes such as ethene, propene, butene, pentene and hexene, and alkynes such as ethyne, propyne, butyne, pentyne and hexyne. Mention may be made of halogenated carbons in which some or all of the hydrogen atoms in the class are substituted with fluorine, chlorine, bromine or iodine atoms. The halogenated carbon preferably contains at least one chlorine atom, bromine atom, or iodine atom. A compound having 4 or more fluorine atoms may hardly undergo radical cleavage, but in such a case, it is preferable to appropriately optimize the conditions for generating radicals such as temperature.
ハロゲン化炭素の具体例としては、CH3Cl、CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、CH3CH2Cl、CH3CCl3、CH2ClCH2Cl、CH2=CCl2、CHCl=CCl2、CCl2=CCl2、CHCl2CHCl2、CCl3CH2Cl、CH3CH2CH2Cl、CH3CHClCH3、CH3CHClCH2Cl、CH3Br、CH2Br2、CHBr3、CBr4、CH3CH2Br、CH3CBr3、CH2BrCH2Br、CH2=CBr2、CHBr=CBr2、CBr2=CBr2、CHBr2CHBr2、CBr3CH2Br、CH3CH2CH2Br、CH3CHBrCH3、CH3CHBrCH2Br、CH3I、CH2I2、CHI3、CI4、CH3CH2I、CH3CI3、CH2ICH2I、CH2=CI2、CHI=CI2、CI2=CI2、CHI2CHI2、CI3CH2BI、CH3CH2CH2I、CH3CHICH3、CH3CHICH2I、CF2HCl、CF3I、CF2I2、CF3Br、CF2Br2が例示される。 Specific examples of the carbon halide include CH 3 Cl, CH 3 Cl, CH 2 Cl 2 , CHCl 3 , CCl 4 , CH 3 CH 2 Cl, CH 3 CCl 3 , CH 2 ClCH 2 Cl, and CH 2 = CCl 2. , CHCl = CCl 2 , CCl 2 = CCl 2 , CHCl 2 CHCl 2 , CCl 3 CH 2 Cl, CH 3 CH 2 CH 2 Cl, CH 3 CHClCH 3 , CH 3 CHClCH 2 Cl, CH 3 Br, CH 2 Br 2 , CHBr 3, CBr 4, CH 3 CH 2 Br, CH 3 CBr 3, CH 2 BrCH 2 Br, CH 2 = CBr 2, CHBr = CBr 2, CBr 2 = CBr 2, CHBr 2 CHBr 2, CBr 3 CH 2 Br, CH 3 CH 2 CH 2 Br, CH 3 CHBrCH 3, CH 3 CHBrCH 2 B , CH 3 I, CH 2 I 2, CHI 3, CI 4, CH 3 CH 2 I, CH 3 CI 3, CH 2 ICH 2 I, CH 2 = CI 2, CHI = CI 2, CI 2 = CI 2, CHI 2 CHI 2 , CI 3 CH 2 BI, CH 3 CH 2 CH 2 I, CH 3 CHICH 3 , CH 3 CHICH 2 I, CF 2 HCl, CF 3 I, CF 2 I 2 , CF 3 Br, CF 2 Br 2 is exemplified.
上記のラジカル発生剤の中で、安価で入手のし易さから、酸素、空気または塩素が好ましいラジカル発生剤である。塩素はラジカル発生剤として好適であるが、塩素は非常に腐食性が高く、1233Zまたは1233Eへの溶解度も高いので、異性化反応終了後に、還元剤を添加した塩基性水溶液等で洗浄除去する必要がある。一方、空気または酸素は、生成物との分離が容易であるので、特に好ましいラジカル発生剤である。 Among the above radical generators, oxygen, air, or chlorine is a preferred radical generator because it is inexpensive and easily available. Chlorine is suitable as a radical generator, but chlorine is very corrosive and has high solubility in 1233Z or 1233E. Therefore, after the isomerization reaction is completed, it must be washed away with a basic aqueous solution to which a reducing agent is added. There is. On the other hand, air or oxygen is a particularly preferred radical generator because it can be easily separated from the product.
1233Z製造法(C)の好ましい形態は、ラジカル発生剤を添加することである。ラジカルの生成は連鎖することが知られているので、ラジカル発生剤は微量添加することが好ましい。なぜならば、過剰のラジカル発生剤の添加は副資材の無駄となるだけでなく、反応後にラジカル発生剤と1233の分離工程に負荷がかかる。比較的、分離が容易な空気の場合でも、空気添加量が多くなると、凝縮工程や蒸留工程の能力が低下する。また、塩素を過剰に添加すると、二重結合に塩素が付加した化合物が副生する。特に、1233に塩素がした化合物は、地球温暖化、オゾン層破壊物質であるHCFCであるので、塩素付加体の副生は少ない方が好ましい。 A preferred form of 1233Z production method (C) is to add a radical generator. Since the generation of radicals is known to be chained, it is preferable to add a small amount of radical generator. This is because the addition of an excessive radical generator not only wastes secondary materials but also places a burden on the separation process of the radical generator and 1233 after the reaction. Even in the case of air that is relatively easy to separate, as the amount of air added increases, the ability of the condensation process or distillation process decreases. Moreover, when chlorine is added excessively, a compound in which chlorine is added to the double bond is by-produced. In particular, since the compound having chlorine in 1233 is HCFC which is a global warming and ozone depleting substance, it is preferable that the amount of by-product of the chlorine adduct is small.
ラジカル発生剤の添加比を変化させた実験を行った結果、実験に塩素流量計の計量下限まで添加量を絞っても、実質的に変換率に影響が認められなかったので、ラジカル発生剤の添加量は極微量でもよいことが判明した(実施例3参照)。但し、ラジカル発生剤の最適添加量は、ラジカル発生剤の種類や反応管の構造に依存する。例えば、空気、酸素、塩素を比較した場合、活性の高さは 塩素>酸素>空気の序列となる。また、ラジカル発生剤より発生したラジカルと1233の衝突は非常に重要である。管の径や長さ、スタティックミキサー等の充填物の有無によって、1233とラジカルとの衝突確率は変化するので、ミキシングに優れた反応管の場合は、微量のラジカル発生剤の添加でも、所望する転化率を達成できるが、そうで無い場合は、ラジカル発生剤の添加量を増やして、ラジカル濃度を上げることによって、転化率を向上させることができる。 As a result of conducting an experiment in which the addition ratio of the radical generator was changed, even if the addition amount was reduced to the lower limit of measurement of the chlorine flow meter in the experiment, there was substantially no effect on the conversion rate. It was found that the addition amount could be very small (see Example 3). However, the optimal amount of radical generator added depends on the type of radical generator and the structure of the reaction tube. For example, when comparing air, oxygen, and chlorine, the level of activity is in the order of chlorine> oxygen> air. Further, the collision between the radical generated from the radical generator and 1233 is very important. The probability of collision between 1233 and radicals varies depending on the diameter and length of the tube and the presence or absence of a filler such as a static mixer. Therefore, in the case of a reaction tube excellent in mixing, it is desirable to add a small amount of radical generator. The conversion can be achieved, but if not, the conversion can be improved by increasing the radical concentration by increasing the amount of radical generator added.
具体的に、ラジカル発生剤の添加量は、ラジカル発生剤の種類や反応管の形状に依存するが、原料となる1233Zまたは1233Eに対して通常は0.0001モル%〜10モル%、さらには、0.0001モル%から0.005モル%がより好ましい。ラジカルと1233の接触に優れた反応管では、1233とラジカルが十分衝突できるので、ラジカル発生剤の添加量は、0.0001モル%から0.005モル%が好ましい。 Specifically, the amount of radical generator added depends on the type of radical generator and the shape of the reaction tube, but is usually 0.0001 mol% to 10 mol% with respect to 1233Z or 1233E as the raw material, 0.0001 mol% to 0.005 mol% is more preferable. In a reaction tube excellent in contact between radicals and 1233, since 1233 and radicals can sufficiently collide, the amount of radical generator added is preferably 0.0001 mol% to 0.005 mol%.
ラジカルと1233の接触に優れた反応管の一例として、反応に不活性なスタティックミキサーやラシヒリング、ポールリング、金網等の充填物を備えたものが例示される。本発明において、反応管に充填物を配置することはもちろん可能であるが、長さ/内径の比の大きい反応管は、上記のような充填物が無い空塔でも効率的にラジカルと1233Eの接触が可能であるだけでなく、伝熱にも優れているので特に好ましい。具体的には、長さ/内径の比が10〜1000、好ましくは20から500である。長さ/内径の比が10より小さい場合は、ラジカルと1233の接触が十分でないことがあり、長さ/内径の比が、1000よりも大きいと、装置コストが増大したり、操業条件によっては圧力損失が大きくなることがある。通常、反応管の内径は、8mm〜150mm、長さは、1mから200mの範囲で実施され、内径が10mm〜60mmで、長さが2mから50mの空塔の反応管が特に好ましい範囲である。なお、反応管の形状は、特に制限されるものではなく、直管でもコイル状でもよく、継ぎ手等を用いて折り返してもよい。 As an example of a reaction tube excellent in contact between radicals and 1233, a reactor equipped with a static mixer, a Raschig ring, a pole ring, a wire mesh or the like that is inert to the reaction is exemplified. In the present invention, it is of course possible to place a packing in the reaction tube. However, a reaction tube having a large length / inner diameter ratio can efficiently bind radicals and 1233E even in an empty column having no packing as described above. It is particularly preferable because it not only enables contact but also excels in heat transfer. Specifically, the length / inner diameter ratio is 10 to 1000, preferably 20 to 500. When the ratio of length / inner diameter is smaller than 10, the contact between the radical and 1233 may not be sufficient, and when the ratio of length / inner diameter is larger than 1000, the apparatus cost increases or depending on the operating conditions. Pressure loss may increase. Usually, the reaction tube has an inner diameter of 8 mm to 150 mm and a length of 1 to 200 m, and an empty reaction tube having an inner diameter of 10 to 60 mm and a length of 2 to 50 m is a particularly preferable range. . The shape of the reaction tube is not particularly limited, and may be a straight tube or a coil shape, and may be folded using a joint or the like.
上述したとおり、1233Z製造法(C)において、ラジカルの生成は連鎖的に進行する。したがって、ラジカル発生剤がラジカルを発生しうる反応温度にすると、ラジカル開始剤が再結合したとしても容易に再開裂するので、結果的にごく僅かな触媒量でも本異性化反応は促進される。すなわち、本異性化反応は、わずかな触媒量の添加でよいことは利点の一つである。 As described above, in the 1233Z production method (C), radical generation proceeds in a chain. Therefore, when the reaction temperature at which the radical generator can generate radicals is reached, even if the radical initiator is recombined, it is easily cleaved again, so that this isomerization reaction is promoted even with a very small amount of catalyst. That is, one of the advantages of this isomerization reaction is that only a small amount of catalyst may be added.
反応装置の材質は、カーボン、セラミックス、ステンレス、ニッケル、ハステロイ、インコネル、モネル等が好ましい。また、小型設備ならば石英管等も使用できる。何も充填されていない反応管を用いてもよいが、所望によりスタティックミキサーを使用してもよい。また、ラシヒリング、ポールリング等の充填材を入れることもできる。これらの材質も上記のような耐蝕材が好ましい。なお、反応装置を加熱する場合、加熱方法は特に制限されないが、電気ヒーターやバーナーで直接加熱する方法か溶融塩、砂を用いて間接的に加熱するとよい。 The material of the reactor is preferably carbon, ceramics, stainless steel, nickel, hastelloy, inconel, monel or the like. In addition, a quartz tube or the like can be used for a small facility. An unfilled reaction tube may be used, but a static mixer may be used if desired. In addition, fillers such as Raschig rings and pole rings can be added. These materials are also preferably corrosion resistant materials as described above. When the reaction apparatus is heated, the heating method is not particularly limited, but it may be heated directly with an electric heater or a burner, or indirectly with a molten salt or sand.
1233Z製造法(C)において、固体の異性化触媒は必須ではないが、勿論、当業者の所望により使用することも可能である。具体例として、金属、金属酸化物、金属ハロゲン化物、活性炭などの固体触媒が例示され、これらの複合物(例えば、金属担持活性炭)も使用可能である。例えば、350℃以上の反応温度の高い領域にて、固体触媒を用いる場合、1233Eや1233Zが触媒表面上でコーキングが起こる、またはオイルを生成することがあるため、窒素雰囲気下、1300℃以上で焼成して不活性化した固体触媒を用いることが好ましい。 In the 1233Z production method (C), a solid isomerization catalyst is not essential, but, of course, it can be used as desired by those skilled in the art. Specific examples include solid catalysts such as metals, metal oxides, metal halides, and activated carbon, and composites (for example, metal-supported activated carbon) can also be used. For example, when a solid catalyst is used in a region having a high reaction temperature of 350 ° C. or higher, 1233E or 1233Z may cause coking on the catalyst surface or produce oil. It is preferable to use a solid catalyst which has been deactivated by calcination.
1233Z製造法(C)において、固体の異性化触媒を使用してもよいが、ラジカル反応の効率を低下させないために、触媒や充填物などを使用しない空塔の反応器を用いて異性化反応を行うことが好ましい。本明細書において、「空塔」とは反応器または反応塔の内部空間に触媒や充填物などの物体が存在しないことを意味する。異性化の反応領域に触媒や充填物などの物体が存在する場合、発生したラジカルが消滅してラジカルの連鎖反応が停止してしまい異性化の効率が低下する場合がある。そのため、1233Z製造法(C)は、気相流通方式の空塔で行うことが特に好ましい(実施例3参照)。 In the 1233Z production method (C), a solid isomerization catalyst may be used. However, in order not to reduce the efficiency of the radical reaction, the isomerization reaction is performed using an empty reactor that does not use a catalyst or packing. It is preferable to carry out. In the present specification, “empty tower” means that no object such as a catalyst or packing is present in the reactor or the internal space of the reaction tower. When an object such as a catalyst or a packing is present in the isomerization reaction region, the generated radical may disappear and the radical chain reaction may be stopped, resulting in a decrease in isomerization efficiency. For this reason, the 1233Z production method (C) is particularly preferably carried out in a vapor-phase circulation type empty column (see Example 3).
また、固体の異性化触媒を入れると、異性化反応ではなく、ラジカル発生剤と1233(1233Eや1233Z)とが予期せぬ反応を起こしてしまう場合がある。この場合、反応原料の1233が好ましくない副生物に変換されるだけで、ラジカル発生剤が1233との反応に消費されてしまうので、好ましくないことがある。 In addition, when a solid isomerization catalyst is inserted, not the isomerization reaction but a radical generator and 1233 (1233E or 1233Z) may cause an unexpected reaction. In this case, since the reaction raw material 1233 is only converted into an undesirable by-product, the radical generator is consumed in the reaction with 1233, which may be undesirable.
反応温度は、通常、150〜800℃の範囲であり、好ましくは、150〜450℃、より好ましくは、200〜350℃である。好ましい反応温度は、ラジカル発生剤からラジカルが効率的に発生する温度と言い換えることができる。150℃よりも反応温度が低いとラジカルが十分に発生しないので、非常に反応速度が遅くなることがある。一方、800℃よりも高い場合は、原料または精製生物が、オイル状の高沸物になったり、コーキングしたりすることがある。 The reaction temperature is usually in the range of 150 to 800 ° C, preferably 150 to 450 ° C, more preferably 200 to 350 ° C. The preferable reaction temperature can be rephrased as a temperature at which radicals are efficiently generated from the radical generator. When the reaction temperature is lower than 150 ° C., radicals are not sufficiently generated, and the reaction rate may be very slow. On the other hand, when the temperature is higher than 800 ° C., the raw material or the purified organism may become an oily high-boiling product or may be caulked.
高温側では、目的化合物を1233Eとする場合は、熱力学的平衡が不利になる。1233Eを目的化合物とする場合、反応温度は、通常150〜800℃の範囲であり、好ましくは、150〜450℃、より好ましくは、200〜350℃である。一方、1233Zを目的化合物とする場合は、150〜800℃の範囲が好ましく、さらに、300〜700℃、より好ましくは、350〜600℃である。 On the high temperature side, when the target compound is 1233E, thermodynamic equilibrium is disadvantageous. When 1233E is used as the target compound, the reaction temperature is usually in the range of 150 to 800 ° C, preferably 150 to 450 ° C, more preferably 200 to 350 ° C. On the other hand, when 1233Z is used as the target compound, the temperature is preferably in the range of 150 to 800 ° C, more preferably 300 to 700 ° C, more preferably 350 to 600 ° C.
反応はバッチ式または流通式を適用することができるが、工業的に生産性の高い気相流通方式が好ましい。反応圧力は特に制限が無いが、常圧近傍での操業が容易である。但し、1MPa以上の加圧反応は高価な耐圧性の装置が必要となるだけでなく、原料または生成物の重合が懸念されるため好ましくない。 The reaction may be a batch type or a distribution type, but a gas phase distribution system with high industrial productivity is preferred. The reaction pressure is not particularly limited, but operation near normal pressure is easy. However, a pressure reaction of 1 MPa or more is not preferable because not only an expensive pressure-resistant apparatus is required but also polymerization of raw materials or products is concerned.
通常、気相流通方式の場合、反応系の容積を原料供給速度で除した値で、生産性を議論することが多い。もし、反応系に触媒を充填した場合は、接触時間と呼ばれている。1233Z製造法(C)の場合、固体触媒を用いていないが、便宜上、同様に接触時間と呼ぶ。 In general, in the case of a gas phase circulation system, productivity is often discussed by a value obtained by dividing the volume of a reaction system by a raw material supply rate. If the reaction system is filled with a catalyst, it is called the contact time. In the case of the 1233Z production method (C), a solid catalyst is not used, but it is also referred to as contact time for convenience.
1233Z製造法(C)における接触時間は、十分に異性化が進行すれば特に制限はないが、通常、0.01秒から50秒であり、好ましくは0.05秒から20秒である。一般に、これらよりも接触時間が短いと熱力学的平衡組成から大きく乖離した転化率しか示さないことがある。逆に、これらよりも大きい場合は、平衡組成に近い転化率を示しても、生産性が悪くなる、または、タール化することがある。 The contact time in the 1233Z production method (C) is not particularly limited as long as isomerization proceeds sufficiently, but is usually from 0.01 seconds to 50 seconds, preferably from 0.05 seconds to 20 seconds. In general, if the contact time is shorter than these, only the conversion rate greatly deviating from the thermodynamic equilibrium composition may be exhibited. On the contrary, when larger than these, even if the conversion rate close | similar to an equilibrium composition is shown, productivity may worsen or it may tartarize.
異性化で得られた1233Eと1233Zの混合物は洗浄によって、ラジカル発生剤や酸分を除去し、ゼオライト等で乾燥後、通常の蒸留操作によって、1233Eと1233Zを単離することが出来る。また、得られた1233E、1233Zは反応の原料として利用することもできる。
The mixture of 1233E and 1233Z obtained by isomerization removes radical generators and acid content by washing, and after drying with zeolite or the like, 1233E and 1233Z can be isolated by ordinary distillation operation. The obtained 1233E and 1233Z can also be used as a raw material for the reaction.
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施態様に限られない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these embodiments.
有機物の組成は、別途注釈のない限り、FID検出器によるガスクロマトグラフィーにより測定し、記録された「面積%」を「GC%」と表示した。 Unless otherwise noted, the composition of the organic substance was measured by gas chromatography using an FID detector, and the recorded “area%” was displayed as “GC%”.
<1233Z製造法(A)>
[実施例1−1]
フード内に、それぞれ独立して温度制御可能な2本のシースヒーターを巻いた何も充填していない反応管(外径8mm、内径6mm、長さ600mm)を縦置きした。反応管上部には圧力ゲージ、窒素導入口、有機物導入口を設置し、出口にはガスサンプリング口を設置した。上部の加熱ゾーン(予備加熱部、250℃設定)の長さは200mmであり、下部の加熱ゾーン(反応部温度は表1記載)の長さは300mm(反応部の容積:8.48ml)である。反応管出口には、氷で冷却したガス洗浄瓶(内容物:10gの重曹を190gのイオン交換水にとかしたもの)を経由後、合成ゼオライト(MS−3A)を充填した乾燥塔、ドライアイス-アセトンで冷却したステンレススチール製(SUS製)トラップ(出口はピンホールを開けたゴム風船)を設置した(図1参照)。
<1233Z Production Method (A)>
[Example 1-1]
In the hood, a reaction tube (outer diameter 8 mm, inner diameter 6 mm, length 600 mm), in which nothing was filled, wrapped with two sheathed heaters each capable of temperature control independently, was placed vertically. A pressure gauge, nitrogen inlet, and organic substance inlet were installed at the top of the reaction tube, and a gas sampling port was installed at the outlet. The length of the upper heating zone (preheating part, 250 ° C. setting) is 200 mm, and the length of the lower heating zone (reaction part temperature is listed in Table 1) is 300 mm (reaction part volume: 8.48 ml). is there. At the outlet of the reaction tube, after passing through a gas washing bottle cooled with ice (content: 10 g of baking soda dissolved in 190 g of ion-exchanged water), a drying tower filled with synthetic zeolite (MS-3A), dry ice -A stainless steel (SUS) trap cooled with acetone (a rubber balloon with a pinhole at the outlet) was installed (see FIG. 1).
窒素(300ml/分)を流通させながら、上部の予備加熱部を250℃、下部の反応部を500℃に加熱後、純度99.19%の1233Eを0.6g/分の速度で供給し、1分後に窒素の供給を停止した。4時間後にガスサンプリング口から、ガスタイトシリンジで採取したガスを分析した結果を表1に示す。また、目視観察した結果、オイル分の生成は認められなかった。 While circulating nitrogen (300 ml / min), after heating the upper preheating part to 250 ° C. and the lower reaction part to 500 ° C., 1233E having a purity of 99.19% was supplied at a rate of 0.6 g / min. The nitrogen supply was stopped after 1 minute. Table 1 shows the results of analyzing the gas collected by the gas tight syringe from the gas sampling port after 4 hours. Further, as a result of visual observation, generation of oil was not recognized.
[実施例1−2〜1−13]
反応温度、有機物供給速度(滞留時間)を変更した以外、実施例1−1と同様の実験を行った。その結果を表1に示す。また、目視観察の結果、オイル分の生成は認められなかった。
[Examples 1-2 to 1-13]
An experiment similar to Example 1-1 was performed except that the reaction temperature and the organic substance supply rate (residence time) were changed. The results are shown in Table 1. Further, as a result of visual observation, generation of oil was not recognized.
[実施例1−14]
窒素100ml/分を同伴する以外、実施例1−13と同様の実験を行った。その結果を表1に示す。窒素同伴により、TFPy等の低沸分の副生が抑制された。
[Example 1-14]
The same experiment as in Example 1-13 was performed except that 100 ml / min of nitrogen was accompanied. The results are shown in Table 1. By nitrogen entrainment, by-product of low boiling point such as TFPy was suppressed.
[比較例1−1〜1−3]
反応温度、有機物供給速度(滞留時間)を変更した以外、実施例1−1と同様の実験を行った。その結果を表1に示す。なお、比較例1−1、1−2においては、オイルの生成は認められなかったが、転化率は実用的なレベルに至らなかった。比較例1−3においては大量のオイル分の生成が認められた(ガスサンプリング口がオイルで汚れてガスクロ分析できなかった)。
[Comparative Examples 1-1 to 1-3]
An experiment similar to Example 1-1 was performed except that the reaction temperature and the organic substance supply rate (residence time) were changed. The results are shown in Table 1. In Comparative Examples 1-1 and 1-2, no oil was produced, but the conversion rate did not reach a practical level. In Comparative Example 1-3, a large amount of oil was generated (the gas sampling port was contaminated with oil and could not be analyzed by gas chromatography).
[比較例1−4]
γアルミナビーズを粉砕して、約0.5mmから1.5mmの粒8.5mlを上記の反応管に充填後、表1に記載の条件で実施例1−1と同様の実験を行った。オイルの生成が認められた後、反応管が閉塞したので、実験を中止した。
[Comparative Example 1-4]
After crushing the γ-alumina beads and filling 8.5 ml of particles of about 0.5 mm to 1.5 mm into the reaction tube, the same experiment as in Example 1-1 was performed under the conditions shown in Table 1. After the formation of oil was observed, the reaction tube was blocked and the experiment was stopped.
[比較例1−5]
AlF3ペレットを用いる以外は比較例1−4と同じ実験を行った。同様にオイルの生成が認められた後、反応管が閉塞したので、実験を中止した。
[Comparative Example 1-5]
The same experiment as Comparative Example 1-4 was performed except that AlF 3 pellets were used. Similarly, after the production of oil was observed, the reaction tube was blocked and the experiment was stopped.
[実施例1−15]
物質収支を求めるために実施例1−10のサンプリング後、ガス洗浄瓶(内容物:イオン交換水(200ml))とSUS製トラップを交換し同条件で反応を継続した。124.59gフィード後(約85分後)、ガス洗浄瓶およびSUS製トラップ内の液体の両方を予め冷蔵庫で冷却した分液ロートに入れて分液した。その結果、有機物が124.33g回収された(有機物回収率は99.8%、組成はTFPy:0.04%、1234E:0.43%、1336:0.00%、245fa:0.09%、1234Z:0.17%、1233E:82.81%、1233Z:15.82%、その他:0.64%)。また、上層の水相を水酸化ナトリウムによる中和滴定及び硝酸銀滴定したところ、有機物中の塩酸含有量は0.002wt%、フッ化水素含有量は0.05wt%であった。以上より、本条件において、オイル生成やコーキングが実質的に起こっていないことが示された。
[Example 1-15]
In order to determine the mass balance, after sampling in Example 1-10, the gas washing bottle (contents: ion-exchanged water (200 ml)) and the SUS trap were exchanged and the reaction was continued under the same conditions. After feeding 124.59 g (after about 85 minutes), both of the liquid in the gas washing bottle and the SUS trap were put into a separatory funnel previously cooled in a refrigerator and separated. As a result, 124.33 g of organic matter was recovered (the organic matter recovery rate was 99.8%, the composition was TFPy: 0.04%, 1234E: 0.43%, 1336: 0.00%, 245fa: 0.09% 1234Z: 0.17%, 1233E: 82.81%, 1233Z: 15.82%, others: 0.64%). Further, when the upper aqueous phase was subjected to neutralization titration with sodium hydroxide and silver nitrate titration, the hydrochloric acid content in the organic matter was 0.002 wt%, and the hydrogen fluoride content was 0.05 wt%. From the above, it was shown that substantially no oil generation or coking occurred under these conditions.
[実施例1−16]
5質量%の重曹水(500ml)を入れたSUS製ガス洗浄瓶(3000ml)を用いる以外、実施例1−8と同様の実験を12時間行った。ガス洗浄瓶とトラップの液体を合わせて、分液することによって、2092.5gの有機物を得た。これに102gの5質量%の重曹水を加えて洗浄、分液すると、2047.7gの有機物が得られた。これに101gのイオン交換水を加えて洗浄、分液することによって、2012.1gの有機物が得られた(この時の水相のpHは8であった)。この有機相に105gのイオン交換水を加えて、同様に洗浄、分液した結果、1979.1gの有機物が得られた(この時の水相のpHは7であった)。この有機物に合成ゼオライト(MS−3A)を50g加えて、一晩冷蔵庫で保管後、濾過することによって水分8ppmのサンプルが1910.1g得られた。このサンプルを理論段数35段の蒸留塔で分留した結果を表2に示す。有機物は−5℃に冷却したマイクロシリンジを用いて液体のサンプルをガスクロマトグラフィーで分析した。フラクション8において、99.94GC%の高純度1233Zが得られ、このフラクションにおいて244fa、235daは検出されなかった。
[Example 1-16]
An experiment similar to Example 1-8 was conducted for 12 hours, except that a SUS gas washing bottle (3000 ml) containing 5% by mass of sodium bicarbonate water (500 ml) was used. The gas cleaning bottle and the liquid in the trap were combined and separated to obtain 2092.5 g of organic matter. To this, 102 g of 5% by mass of sodium bicarbonate water was added for washing and liquid separation to obtain 2047.7 g of organic matter. To this, 101 g of ion-exchanged water was added and washed and separated to obtain 2012. 1 g of organic matter (the pH of the aqueous phase at this time was 8). As a result of adding 105 g of ion-exchanged water to this organic phase and washing and separating in the same manner, 1979.1 g of an organic substance was obtained (the pH of the aqueous phase at this time was 7). To this organic matter, 50 g of synthetic zeolite (MS-3A) was added, stored in a refrigerator overnight, and then filtered to obtain 1910.1 g of a sample having a water content of 8 ppm. Table 2 shows the results of fractional distillation of this sample in a distillation column having 35 theoretical plates. The organic substance was analyzed by gas chromatography using a microsyringe cooled to −5 ° C. In fraction 8, high purity 1233Z of 99.94 GC% was obtained, and 244fa and 235da were not detected in this fraction.
[実施例1−17]
実施例1−16の蒸留で得られたフラクション2から6をブレンドしたリサイクル原料(1233E:純度99.61%)として、実施例1−8と同様の実験を行った結果を表1に示す。リサイクル原料でも同じ結果が得られた。
Table 1 shows the results of experiments similar to those in Example 1-8 as a recycled material (1233E: purity 99.61%) obtained by blending fractions 2 to 6 obtained by distillation in Example 1-16. The same result was obtained with recycled materials.
<1233Z製造法(B)>
実施例2において、表示桁数以下は四捨五入した。例えば、表中の0.00GC%は0.005GC%未満であることを示している。
<1233Z Production Method (B)>
In Example 2, the number of display digits or less was rounded off. For example, 0.00GC% in the table indicates that it is less than 0.005 GC%.
[調製例2−1]
長さ240mm×内径3/4インチのステンレス鋼(SUS316製)反応管にγ−アルミナビーズ(住友化学製、KHS−46)を36g充填した。ジャケット温度を50℃に制御し、窒素(50cc/分)を流通させながら、気化器経由でHFを0.4g/分で流通させた。アルミナへのHFの吸着熱および反応熱によって、特に入り口部に発熱が観測され、その発熱帯は徐々に出口方向に移動した。この時、温度が最も高いヒートスポットが400℃を超えた場合、HF供給速度を0.1g/分に下げて、局所発熱を抑制した。発熱帯が出口に達した後、ジャケット設定温度を50℃ずつ350℃まで上げて、上記と同じ作業を繰り返した。
[Preparation Example 2-1]
A stainless steel (SUS316) reaction tube having a length of 240 mm and an inner diameter of 3/4 inch was charged with 36 g of γ-alumina beads (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., KHS-46). The jacket temperature was controlled at 50 ° C., and HF was circulated at 0.4 g / min via a vaporizer while nitrogen (50 cc / min) was circulated. Due to the heat of adsorption of HF and the heat of reaction on alumina, heat generation was observed particularly at the entrance, and the tropics moved gradually toward the exit. At this time, when the heat spot having the highest temperature exceeded 400 ° C., the HF supply rate was lowered to 0.1 g / min to suppress local heat generation. After the tropics reached the exit, the jacket set temperature was raised to 350 ° C. by 50 ° C., and the same operation was repeated.
この後、ジャケット設定温度を350℃に設定し、HF流量をゆっくりと0.7g/分まで上げた。この時のヒートスポットの温度が400℃を超えた場合は、同様にHF流量を0.1g/分に下げた。ジャケット温度350℃、HF流量0.4g/分の条件で、実質的にヒートスポットが観測されなくなった時点から、さらに同じ条件で2時間処理を継続し、その後、窒素だけを流通させながら、ヒーターの電源を切り、冷却し、HF処理したアルミナ触媒を得た。 Thereafter, the jacket set temperature was set to 350 ° C., and the HF flow rate was slowly increased to 0.7 g / min. When the temperature of the heat spot at this time exceeded 400 ° C., the HF flow rate was similarly lowered to 0.1 g / min. From the point of time when the heat spot is virtually no longer observed under the conditions of jacket temperature 350 ° C. and HF flow rate 0.4 g / min, the treatment is continued for 2 hours under the same conditions. Was turned off, cooled, and an HF-treated alumina catalyst was obtained.
[実施例2−1](原料:1234E)
窒素を15ml/分で流しながら電気炉を加熱した。触媒の温度が350℃に達した時に、HFを2.3質量%含む塩化水素(HCl)166ml/分で気化器を通して導入した。HClを流通させたまま、1000mlのシリンダーに充填した1234E(99.9GC%、表3に詳細な原料組成を記載)を0.14g/分(27.5ml/分)で気化器を通して導入した直後に、窒素の流通を停止した。反応温度が360℃で定常状態を確認した後、分析を行った。サンプリング方法は、下記の通りである。水(10g)を入れた容量100ccのポリエチレン製バッグにサンプルを採取し、振って酸分を水で吸収した後、オーブンで50℃に加熱し、気相部分をFID検出器のガスクロマトグラフで分析した結果を表3に示す。
[Example 2-1] (Raw material: 1234E)
The electric furnace was heated while flowing nitrogen at 15 ml / min. When the temperature of the catalyst reached 350 ° C., hydrogen chloride (HCl) containing 2.3% by mass of HF was introduced through a vaporizer at 166 ml / min. Immediately after introducing 1234E (99.9 GC%, detailed raw material composition described in Table 3) filled in a 1000 ml cylinder through a vaporizer at 0.14 g / min (27.5 ml / min) with HCl flowing. The nitrogen flow was stopped. After confirming a steady state at a reaction temperature of 360 ° C., analysis was performed. The sampling method is as follows. A sample is taken in a 100 cc polyethylene bag containing water (10 g), shaken to absorb the acid content with water, then heated to 50 ° C. in an oven, and the gas phase is analyzed by a gas chromatograph of an FID detector. The results are shown in Table 3.
[実施例2−2〜2−4]
実施例2−1と同様な手順で、表3に示す条件で実験を行った。なお、使用する塩化水素は、純度99.99GC%の高純度塩化水素を使用した。
[Examples 2-2 to 2-4]
The experiment was performed under the conditions shown in Table 3 in the same procedure as in Example 2-1. The hydrogen chloride used was high-purity hydrogen chloride having a purity of 99.99 GC%.
実施例2−1〜2−4より、本発明の方法によれば、原料として1234Eを使用した場合、1233を高い収率で得られることが分かる。 From Example 2-1 to 2-4, according to the method of this invention, when 1234E is used as a raw material, it turns out that 1233 is obtained with a high yield.
[実施例2−5〜2−9](原料:1234Z)
使用する原料を1234Zとし、実施例2−1と同様な手順で、表3に示す条件で実験を行
った。実施例2−5、2−7、2−8、2−9では99.99GC%の高純度塩化水素を使用した。実施例2−6では、実施例2−1と同様にHFを含有する塩化水素を用いた。
[Examples 2-5 to 2-9] (Raw material: 1234Z)
The experiment was performed under the conditions shown in Table 3 in the same procedure as in Example 2-1, with the raw material used being 1234Z. In Examples 2-5, 2-7, 2-8, and 2-9, 99.99GC% high-purity hydrogen chloride was used. In Example 2-6, hydrogen chloride containing HF was used as in Example 2-1.
実施例2−5〜2−9より、本発明の方法によれば、原料として1234Zを使用した場合でも、実施例2−1〜2−4と同様に、1233を高い収率で得られることが分かる。 From Examples 2-5 to 2-9, according to the method of the present invention, even when 1234Z is used as a raw material, 1233 can be obtained in a high yield as in Examples 2-1 to 2-4. I understand.
[実施例2−10]
実施例2−5の反応条件で、反応を約100時間継続した。ドライアイスで冷却したステンレスシリンダーで生成物を捕集し、氷水で洗浄後、ゼオライトで乾燥して、790gの粗体を得た。これを理論段数20段の硝子製蒸留塔で蒸留した。99.9GC%のフラクションを実施例2−11に提供し、38℃から41℃の1233Zを主成分とする留分を実施例2−12に提供した。
[Example 2-10]
The reaction was continued for about 100 hours under the reaction conditions of Example 2-5. The product was collected with a stainless steel cylinder cooled with dry ice, washed with ice water, and then dried with zeolite to obtain 790 g of a crude product. This was distilled in a glass distillation column having 20 theoretical plates. A 99.9 GC% fraction was provided in Example 2-11 and a fraction based on 1233Z from 38 ° C. to 41 ° C. was provided in Example 2-12.
[実施例2−11](用途:洗浄剤)
実施例2−10の蒸留で得られた純度99.9GC%の1233E(310g)のフラクションを温度10℃の冷蔵庫で保管した。このサンプル100gを超音波洗浄機に入れて、指紋が付いたガラスレンズを100秒間洗浄した。洗浄後、ドライヤーで60秒間乾燥し、目視にて観察したところ、指紋は消失し、シミも認められなかった。
[Example 2-11] (Use: Cleaning agent)
A fraction of 1233E (310 g) having a purity of 99.9 GC% obtained by distillation in Example 2-10 was stored in a refrigerator at a temperature of 10 ° C. 100 g of this sample was put in an ultrasonic cleaning machine, and the glass lens with the fingerprint was cleaned for 100 seconds. After washing, the film was dried with a dryer for 60 seconds and visually observed. As a result, the fingerprint disappeared and no spots were observed.
[実施例2−12](用途:洗浄剤)
実施例2−10の蒸留における38℃から41℃の留分(36g、主成分:1233Z)を用いて実施例2−11と同様の実験を行った。その結果、実施例2−11と同様に、指紋は消失し、シミも認められなかった。
The same experiment as in Example 2-11 was performed using a fraction (36 g, main component: 1233Z) at 38 ° C. to 41 ° C. in the distillation of Example 2-10. As a result, as in Example 2-11, the fingerprint disappeared and no stain was observed.
<1233Z製造法(C)>
図1に示す気相反応装置を用いて、1233の異性化反応を行った。図1に示すように、気相反応装置は、それぞれ独立して温度制御可能な2本のシースヒーター(上部の予備加熱部、下部の反応加熱部)を巻いた反応管を備えており、反応管の上部には、圧力計、キャリアガス導入口、原料導入口を設け、反応管の下部にはガスサンプリング口を設置した。さらに、反応管の出口の後段には、順に、氷で冷却したガス洗浄瓶、乾燥塔、ドライアイス−アセトントラップで冷却したステンレススチールトラップを設置した。ガス洗浄瓶には、10gの重曹を190gのイオン交換水で溶かした溶液を充填した。乾燥塔には、合成ゼオライト(MS−3A)を充填した。また、トラップの出口には、ピンホールを空けたゴム風船を設置した。なお、反応管には、触媒等の充填物は使用せずに、空塔(空の状態)で異性化を行った。
<1233Z Production Method (C)>
1233 isomerization reaction was carried out using the gas phase reactor shown in FIG. As shown in FIG. 1, the gas phase reactor is equipped with a reaction tube wound with two sheath heaters (upper preheating unit and lower reaction heating unit), each of which can be controlled independently. A pressure gauge, a carrier gas inlet, and a raw material inlet were provided at the top of the tube, and a gas sampling port was installed at the bottom of the reaction tube. Furthermore, a gas washing bottle cooled with ice, a drying tower, and a stainless steel trap cooled with a dry ice-acetone trap were installed in order after the outlet of the reaction tube. The gas washing bottle was filled with a solution of 10 g of baking soda dissolved in 190 g of ion exchange water. The drying tower was packed with synthetic zeolite (MS-3A). In addition, a rubber balloon with a pinhole was installed at the exit of the trap. The reaction tube was isomerized in an empty column (empty state) without using a packing such as a catalyst.
異性化反応の手順として、窒素をキャリアガス導入口から流通させながら、反応管の上部と下部のシースヒーターを、PID式温度コントローラーを用いて所定温度に制御し、次いで、原料導入口から原料化合物を所定の供給速度で導入すると同時に窒素の流通を止めた。反応が定常状態を示したときに、生成ガスをガスサンプリング口で採取してガスクロマトグラフで分析した。実施例3−1〜3−4及び比較例3−1〜3−3の実験条件と得られたガス組成の結果について表4に示す。 As a procedure for the isomerization reaction, the upper and lower sheath heaters of the reaction tube are controlled to a predetermined temperature using a PID temperature controller while nitrogen is circulated from the carrier gas inlet, and then the raw material compound is supplied from the raw material inlet. Was introduced at a predetermined feed rate and at the same time the nitrogen flow was stopped. When the reaction showed a steady state, the product gas was collected at the gas sampling port and analyzed by a gas chromatograph. Table 4 shows the experimental conditions of Examples 3-1 to 3-4 and Comparative Examples 3-1 to 3-3 and the gas composition results obtained.
[1233Eから1233Zへの異性化反応]
[実施例3−1]
窒素(300ml/分)を流通させながら、上部の予備加熱部を250℃、下部の反応
加熱部を450℃に加熱後、原料導入口から純度99.23%の1233E(1233Z:0.09%含有)を1.27g/分、ラジカル発生剤として塩素(Cl2)を4.3ml/分の供給速度で供給し、1分後に窒素の供給を停止した。4時間後にガスサンプリング口から、ガスタイトシリンジで採取したガスを分析した。原料の供給方法としては、1233Eとラジカル発生剤となる塩素(Cl2)の混合物を同時に反応管に供給した。また、目視観察した結果、オイル分の生成は認められなかった。なお、実施例3−1においては、反応管の材質として石英を使用した。塩素/1233Eのモル比は0.020である。
[Isomerization reaction from 1233E to 1233Z]
[Example 3-1]
While circulating nitrogen (300 ml / min), the upper preheating part was heated to 250 ° C. and the lower reaction heating part was heated to 450 ° C., and then, 1233E (1233Z: 1233Z: 0.09%) having a purity of 99.23% from the raw material inlet. Content) was 1.27 g / min, and chlorine (Cl 2 ) as a radical generator was fed at a feeding rate of 4.3 ml / min, and after 1 minute, the nitrogen supply was stopped. After 4 hours, the gas collected from the gas sampling port with a gas tight syringe was analyzed. As a raw material supply method, a mixture of 1233E and chlorine (Cl 2 ) serving as a radical generator was simultaneously supplied to the reaction tube. Further, as a result of visual observation, generation of oil was not recognized. In Example 3-1, quartz was used as the material for the reaction tube. The molar ratio of chlorine / 1233E is 0.020.
[実施例3−2、3−3]
反応温度、原料供給速度を変更した以外は、実施例3−1と同様の実験を行った。また、目視観察の結果、オイル分の生成は認められなかった。なお、実施例3−2、3−3において、塩素/1233Eのモル比は、実施例3−1と同様に0.020である
[実施例3−4]
石英製反応管の代わりに同じ大きさのNi製反応管を用いる以外、実施例3−3と同じ実験を行った。その結果を表4に示す。また、目視観察の結果、オイル分の生成は認められなかった。特に、反応管の材質の違いの有意差は特に認められなかったことから、壁効果よりもラジカルの存在が大きいことが示唆された。
[Examples 3-2 and 3-3]
The same experiment as in Example 3-1 was performed except that the reaction temperature and the raw material supply rate were changed. Further, as a result of visual observation, generation of oil was not recognized. In Examples 3-2 and 3-3, the molar ratio of chlorine / 1233E is 0.020 as in Example 3-1. [Example 3-4]
The same experiment as in Example 3-3 was performed except that a Ni reaction tube having the same size was used instead of the quartz reaction tube. The results are shown in Table 4. Further, as a result of visual observation, generation of oil was not recognized. In particular, no significant difference in the difference in the material of the reaction tube was observed, suggesting that the presence of radicals was greater than the wall effect.
また、実施例3−1〜3−4では、ラジカル発生剤として塩素を加えた場合においても、1233Eに塩素が付加されたCF3−CHCl−CHCl2の副生は僅か0.1%程度であり、副反応は起こりくいことが分かった。 In Examples 3-1 to 3-4, even when chlorine was added as a radical generator, the by-product of CF 3 -CHCl-CHCl 2 in which chlorine was added to 1233E was only about 0.1%. There was no side reaction.
[比較例3−1〜3−3]
比較例3−1〜3−3として、塩素を添加しない以外は、実施例3−1〜3−3と同じ実験条件で反応を行った。その結果、塩素を添加しない場合、異性化反応は進行しなかった。
As Comparative Examples 3-1 to 3-3, the reaction was performed under the same experimental conditions as in Examples 3-1 to 3-3 except that chlorine was not added. As a result, when no chlorine was added, the isomerization reaction did not proceed.
[1233Zから1233Eへの異性化反応]
1233Zを主成分として含む原料を用いて異性化反応を行った。実施例3−5〜3−8及び比較例3−4〜3−6の結果を表5〜表7に示す。なお、1233Zから1233Eへの異性化反応は、図1に示す気相反応装置を用い、実施例3−1と同様な手順で反応を行った。
[Isomerization reaction from 1233Z to 1233E]
An isomerization reaction was performed using a raw material containing 1233Z as a main component. The results of Examples 3-5 to 3-8 and Comparative Examples 3-4 to 3-6 are shown in Tables 5 to 7. The isomerization reaction from 1233Z to 1233E was performed in the same procedure as in Example 3-1, using the gas phase reactor shown in FIG.
[実施例3−5]
ラジカル発生剤として、四塩化炭素(CCl4)を所定量含有させた1233Zを原料として、異性化反応を行った。
[Example 3-5]
An isomerization reaction was carried out using 1233Z containing a predetermined amount of carbon tetrachloride (CCl 4 ) as a radical generator.
[比較例3−4]
比較例として四塩化炭素(CCl4)を含まない1233Zを原料として、異性化反応を行った。
[Comparative Example 3-4]
As a comparative example, an isomerization reaction was performed using 1233Z containing no carbon tetrachloride (CCl 4 ) as a raw material.
表5に示すように、異性化反応後の組成物の組成は、1233E/1233Zの比が71.75/14.05=5.16であり、わずか0.3%の四塩化炭素(CCl4)でも異性化反応が進行していることが分かる。一方、比較例3−4の異性化反応後の組成物の組成は、1233E/1233Z比は9.05/78.68=0.115であり、実施例3−5と比較して、1233Zの異性化反応が十分に進行してないことが分かる。
[実施例3−6]
原料として純度99.67%の1233Zを0.41g/分の供給速度で、ラジカル発生剤として塩素ガスを2.4ml分の供給速度で(塩素/1233Zのモル比は0.034であり、塩素の添加量は3.4mol%)、200℃に加熱された反応管(ハステロイC276製)に導入する以外、実施例3−5と同じ実験を行った。
[Example 3-6]
At a feed rate of 0.41 g / min of 1233Z having a purity of 99.67% as a raw material and at a feed rate of 2.4 ml of chlorine gas as a radical generator (the molar ratio of chlorine / 1233Z is 0.034, chlorine Was added to a reaction tube (manufactured by Hastelloy C276) heated to 200 ° C., and the same experiment as in Example 3-5 was performed.
[比較例3−5]
塩素ガスを添加しない以外は、実施例3−6と同じ実験を行った。
[Comparative Example 3-5]
The same experiment as in Example 3-6 was performed except that chlorine gas was not added.
表6において、実施例3−6では、異性化反応後の組成物において、1233E/1233Z比は79.69/19.70=4.05であり、ラジカル発生剤を添加すると高い収率で1233Zを1233Eに変換できるのに対して、比較例3−5のラジカル発生剤が無い系では、1233E/1233Z比は1.05/98.6=0.011であり、実質的に異性化進行していなかった。
[実施例3−7、3−8]
塩素ガスの代わりに空気をラジカル発生剤として、実施例3−5と同様の実験を行った。なお、空気中の酸素がラジカル発生剤としての有効成分であり、空気の組成における酸素成分は、20.9%なので、実施例3−7、3−8における酸素/1233Zのモル比は、実質的にそれぞれ0.028、0.0028である。
An experiment similar to that in Example 3-5 was performed using air as a radical generator instead of chlorine gas. Since oxygen in the air is an active ingredient as a radical generator and the oxygen component in the composition of air is 20.9%, the molar ratio of oxygen / 1233Z in Examples 3-7 and 3-8 is substantially Therefore, they are 0.028 and 0.0028, respectively.
表7により、ラジカル発生剤として空気を添加することによって、高い収率で1233Zを1233Eに変換できることが分かる。なお、比較例3−6では、窒素のみをラジカル発生剤として添加したが、十分な異性化反応は進行しなかったため、空気中の酸素がラジカル発生剤としての有効な成分であることが示唆された。
Table 7 shows that 1233Z can be converted to 1233E with a high yield by adding air as a radical generator. In Comparative Example 3-6, only nitrogen was added as a radical generator, but sufficient isomerization reaction did not proceed, suggesting that oxygen in the air is an effective component as a radical generator. It was.
<TFPyの製造>
実施例1〜3において製造した1233Zを用いて、以下の比較例4−1、実施例4−1〜4−3を行った。
<Manufacturing of TFPy>
The following Comparative Examples 4-1 and Examples 4-1 to 4-3 were performed using 1233Z produced in Examples 1 to 3.
[比較例4−1]
まず、1L容量のステンレス鋼製反応器に、圧力計、二重管式凝縮器、攪拌翼をとりつけ、さらに二重管式凝縮器に、抜き出し弁を設けた抜き出し管を取り付けて、捕集器と接続させて、TFPy製造装置とした。
[Comparative Example 4-1]
First, a pressure gauge, a double-pipe condenser and a stirring blade are attached to a 1 L capacity stainless steel reactor, and an extraction pipe provided with an extraction valve is attached to the double-pipe condenser. To make a TFPy manufacturing apparatus.
次に、該反応器に、水酸化カリウム(89.60g、1.6モル)、水507.70gおよび1233Z(104.40g、0.8モル)を仕込み、密閉後、該攪拌翼で撹拌しつつ、60〜70℃で4時間加熱した。その時の最終圧力は1.0MPaGであった。反応終了後、該凝縮器に−20℃の冷媒を流通させ、該抜き出し弁を開き、メタノール+ドライアイスで冷却させた該捕集器にて有機物を液化して捕集した。 Next, potassium hydroxide (89.60 g, 1.6 mol), water 507.70 g and 1233Z (104.40 g, 0.8 mol) were charged into the reactor, and after sealing, the mixture was stirred with the stirring blade. While heating at 60-70 ° C. for 4 hours. The final pressure at that time was 1.0 MPaG. After completion of the reaction, a −20 ° C. refrigerant was passed through the condenser, the extraction valve was opened, and the organic matter was liquefied and collected by the collector cooled with methanol + dry ice.
回収した有機物は43.44gであった。TFPyの収率は58.3%であった。回収液をガスクロマトグラフで分析したところ、TFPyの純度は98.9%であった。 The recovered organic matter was 43.44 g. The yield of TFPy was 58.3%. When the recovered liquid was analyzed by gas chromatography, the purity of TFPy was 98.9%.
[実施例4−1]
比較例4−1と同様のTFPy製造装置において、該反応器に、水酸化カリウム(168.00g、3.0モル)、水504.00gおよび1233Z(195.75g、1.5モル)を仕込んだ。密閉後、該攪拌翼で撹拌しつつ、50℃で2時間加熱した。反応開始から該凝縮器に−20℃の冷媒を流通させ、反応圧力が0.2MPaGを超えないように該抜き出し弁を調節し、メタノール+ドライアイスで冷却させた該捕集器にて有機物を液化して捕集した。
[Example 4-1]
In the same TFPy production apparatus as in Comparative Example 4-1, the reactor was charged with potassium hydroxide (168.00 g, 3.0 mol), water 504.00 g and 1233Z (195.75 g, 1.5 mol). It is. After sealing, the mixture was heated at 50 ° C. for 2 hours while stirring with the stirring blade. A refrigerant at −20 ° C. was passed through the condenser from the start of the reaction, the extraction valve was adjusted so that the reaction pressure did not exceed 0.2 MPaG, and the organic matter was removed by the collector cooled with methanol + dry ice. Liquefied and collected.
回収した有機物は118.68gであった。TFPyの収率は83.5%であった。回収液をガスクロマトグラフで分析したところ、TFPyの純度は99.4%であった。 The recovered organic matter was 118.68 g. The yield of TFPy was 83.5%. When the recovered liquid was analyzed by gas chromatography, the purity of TFPy was 99.4%.
[実施例4−2]
比較例4−1と同様のTFPy製造装置において、該反応器に滴下ポンプを備えつけた。該反応器に、1233Z(104.40g、0.8モル)を仕込み、密閉後、該攪拌翼にて撹拌しつつ50℃に加熱し、水酸化カリウム水溶液[水酸化カリウム(89.60g、1.6モル)、水507.70g]を2時間かけてポンプ導入した。反応開始から該凝縮器に−20℃の冷媒を流通させ、反応圧力が0.2MPaGを超えないように該抜き出し弁を調節し、メタノール+ドライアイスで冷却させた該捕集器にて有機物を液化して捕集した。
[Example 4-2]
In the same TFPy production apparatus as in Comparative Example 4-1, the reactor was equipped with a dropping pump. The reactor was charged with 1233Z (104.40 g, 0.8 mol), sealed, and heated to 50 ° C. while stirring with the stirring blade, and an aqueous potassium hydroxide solution [potassium hydroxide (89.60 g, 1 0.6 mol) and 507.70 g of water] were pumped in over 2 hours. A refrigerant at −20 ° C. was passed through the condenser from the start of the reaction, the extraction valve was adjusted so that the reaction pressure did not exceed 0.2 MPaG, and the organic matter was removed by the collector cooled with methanol + dry ice. Liquefied and collected.
回収した有機物は64.58gであった。TFPyの収率は85.9%であった。回収液をガスクロマトグラフで分析したところ、TFPyの純度は97.5%であった。 The recovered organic matter was 64.58 g. The yield of TFPy was 85.9%. When the recovered liquid was analyzed by gas chromatography, the purity of TFPy was 97.5%.
[実施例4−3]
実施例4−2と同様の装置を用いて、該反応器に水酸化カリウム(89.60g、1.6モル)、水507.70gを仕込み、密閉後、該攪拌翼にて撹拌しつつ50℃に加熱し、1233Z(104.40g、0.8モル)を2時間かけてポンプ導入した。反応開始から該凝縮器に−20℃の冷媒を流通させ、反応圧力が0.2MPaGを超えないように該抜き出し弁を調節し、メタノール+ドライアイスで冷却させた該捕集器にて有機物を液化して捕集した。
[Example 4-3]
Using the same apparatus as in Example 4-2, the reactor was charged with potassium hydroxide (89.60 g, 1.6 mol) and 507.70 g of water. After sealing, the reactor was stirred with the stirring blade while stirring. Heated to ° C. and 1233Z (104.40 g, 0.8 mol) was pumped in over 2 hours. A refrigerant at −20 ° C. was passed through the condenser from the start of the reaction, the extraction valve was adjusted so that the reaction pressure did not exceed 0.2 MPaG, and the organic matter was removed by the collector cooled with methanol + dry ice. Liquefied and collected.
回収した有機物は54.43gであった。TFPyの収率は72.4%であった。回収液をガスクロマトグラフで分析したところ、TFPyの純度は98.5%であった。
The recovered organic matter was 54.43 g. The yield of TFPy was 72.4%. When the recovered liquid was analyzed by gas chromatography, the purity of TFPy was 98.5%.
本発明で製造される3,3,3−トリフルオロプロピンは、冷媒、作動流体、エッチング剤、エアゾール等の機能材料または生理活性物質、機能性材料の中間体、高分子化合物のモノマーとして利用できる。 The 3,3,3-trifluoropropyne produced in the present invention can be used as functional materials such as refrigerants, working fluids, etching agents, aerosols, physiologically active substances, intermediates of functional materials, and monomers of polymer compounds. .
Claims (2)
次いで、該(Z)−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンを、水の存在下で、アルカリ金属の水酸化物と連続的に接触させ、または、反応器内に仕込んだ該(Z)−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンにアルカリ金属の水酸化物の水溶液を滴下して接触させ、生成した3,3,3−トリフルオロプロピンを反応系から連続的に抜き出すことを特徴とする、3,3,3−トリフルオロプロピンの製造方法。The (Z) -1-chloro-3,3,3-trifluoropropene is then brought into continuous contact with an alkali metal hydroxide in the presence of water or charged into the reactor. (Z) -1-Chloro-3,3,3-trifluoropropene was dropped into contact with an aqueous solution of an alkali metal hydroxide, and the produced 3,3,3-trifluoropropyne was continuously removed from the reaction system. 3. A method for producing 3,3,3-trifluoropropyne, which is characterized by being extracted.
第1工程:First step:
1,1,1,3,3−ペンタクロロプロパンまたは1,3,3,3,−テトラクロロプロペンをフッ化水素と反応させて、(A)(E)−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンと、(B)3−クロロ−1,1,1,3−テトラフルオロプロパン、2−クロロ−1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン、及び、1−クロロ−1,1,4,4,4−ペンタフルオロ−2−ブテンから選ばれる少なくとも1種からなる化合物、を含む第1組成物を得る工程。1,1,1,3,3-pentachloropropane or 1,3,3,3-tetrachloropropene is reacted with hydrogen fluoride to give (A) (E) -1-chloro-3,3,3 -Trifluoropropene and (B) 3-chloro-1,1,1,3-tetrafluoropropane, 2-chloro-1,1,1,3,3-pentafluoropropane, and 1-chloro-1 , 1,4,4,4-pentafluoro-2-butene, a step of obtaining a first composition comprising at least one compound selected from the group consisting of:
第2工程:Second step:
第1工程で得られた第1組成物から、3−クロロ−1,1,1,3−テトラフルオロプロパン、2−クロロ−1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン、及び、1−クロロ−1,1,4,4,4−ペンタフルオロ−2−ブテンから選ばれる少なくとも1種の化合物を蒸留により除去して、(E)−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンを含む第2組成物を得る工程。From the first composition obtained in the first step, 3-chloro-1,1,1,3-tetrafluoropropane, 2-chloro-1,1,1,3,3-pentafluoropropane, and 1 At least one compound selected from -chloro-1,1,4,4,4-pentafluoro-2-butene is removed by distillation to obtain (E) -1-chloro-3,3,3-trifluoro Obtaining a second composition comprising propene.
第3工程:Third step:
第2工程で得られた第2組成物に含まれる(E)−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンを、無触媒下、450〜700℃で、異性化させ、(Z)−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンを含む第3組成物を得る工程。(E) -1-chloro-3,3,3-trifluoropropene contained in the second composition obtained in the second step is isomerized at 450 to 700 ° C. in the absence of a catalyst, and (Z) Obtaining a third composition comprising -1-chloro-3,3,3-trifluoropropene;
第4工程:Fourth step:
前記第3組成物を蒸留して、純度が98%以上の(Z)−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンを得る工程。The step of distilling the third composition to obtain (Z) -1-chloro-3,3,3-trifluoropropene having a purity of 98% or more.
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