JP2025502946A - 高沸点フッ素化成分の混合物から1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)を作製するための統合プロセス - Google Patents
高沸点フッ素化成分の混合物から1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)を作製するための統合プロセス Download PDFInfo
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Abstract
本開示は、1,1,3,3-テトラクロロ-1-フルオロプロパン(HCFC-241fa)、1,3,3-トリクロロ-1,1-ジフルオロプロパン(HCFC-242fa)、1,1,3-トリクロロ-1,3-ジフルオロプロパン(HCFC-242fb)、3,3-ジクロロ-1,1,1-トリフルオロプロパン(HCFC-243fa)、1,3-ジクロロ-1,1,3-トリフルオロプロパン(HCFC-243fb)、3-クロロ-1,1,1,3-テトラフルオロプロパン(HCFC-244fa)、それらの異性体、及びそれらの組み合わせを含む高沸点フッ素化成分の混合物を1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)に転化する方法を提供する。存在するオリゴマーなどの重質不純物及び他の高沸点不純物は、収率損失及び触媒効率の低下を防止するためにプロセス中でパージしてもよい。
Description
(関連出願の相互参照)
本出願は、2022年12月16日に出願された米国特許出願第18/083,238号の国際出願であり、2022年4月18日に出願された米国仮特許出願第63/331,966号及び2022年1月26日に出願された国際出願第CN/2022/073904号に対する優先権を主張するものであり、これらの全ては、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、2022年12月16日に出願された米国特許出願第18/083,238号の国際出願であり、2022年4月18日に出願された米国仮特許出願第63/331,966号及び2022年1月26日に出願された国際出願第CN/2022/073904号に対する優先権を主張するものであり、これらの全ては、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。
(発明の分野)
本開示は、高沸点フッ素化成分の混合物からE-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd(E))及びZ-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd(Z))を作製するための統合プロセスに関する。
本開示は、高沸点フッ素化成分の混合物からE-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd(E))及びZ-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd(Z))を作製するための統合プロセスに関する。
トリクロロフルオロメタン及びジクロロジフルオロメタンなどのクロロフルオロカーボン(chlorofluorocarbon、CFC)は、冷媒、発泡剤、及びガス滅菌用希釈剤として使用されてきた。近年、特定のクロロフルオロカーボンは、地球オゾン層に有害であり得ることが広く懸念されている。それゆえ、塩素置換基が少ない又は全く含有しないハロカーボンを使用する努力が世界的になされている。したがって、ハイドロフルオロカーボン、又は炭素、水素、及びフッ素のみを含有する化合物の生成は、溶媒、発泡剤、冷媒、洗浄剤、エアロゾル噴射剤、伝熱媒体、誘電体、消火組成物、及び動力サイクル作動流体として使用するための環境に望ましい生成物を提供するためにますます関心の対象となっている。
これに関して、E-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd(E))は、ゼロオゾン層破壊係数(Ozone Depletion Potential、ODP)及び低地球温暖化係数(Global Warming Potential、GWP)の冷媒、発泡剤、エアロゾル噴射剤、溶媒などとして、並びにフッ素化モノマーとして使用される可能性を有する化合物である。
本開示は、高沸点フッ素化成分の混合物を1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)に転化する方法を提供する。高沸点フッ素化成分の混合物は、1,1,3,3-テトラクロロ-1-フルオロプロパン(HCFC-241fa)、1,3,3-トリクロロ-1,1-ジフルオロプロパン(HCFC-242fa)、1,1,3-トリクロロ-1,3-ジフルオロプロパン(HCFC-242fb)、3,3-ジクロロ-1,1,1-トリフルオロプロパン(HCFC-243fa)、1,3-ジクロロ-1,1,3-トリフルオロプロパン(HCFC-243fb)、3-クロロ-1,1,1,3-テトラフルオロプロパン(HCFC-244fa)、それらの異性体、及びそれらの組み合わせを含み得る。存在するオリゴマーなどの重質不純物及びヘキサクロロエタンなどの他の高沸点不純物は、収率損失及び触媒効率の低下を防止するためにプロセス中でパージしてもよい。
添付の図面を考慮して、本開示の実施形態についての以下の記載を参照することによって、本開示の上述及び他の特性、並びにそれらを達成する様式がより明らかになり、本開示自体がより良好に理解されるであろう。
高沸点フッ素化成分の混合物から1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)を合成するためのプロセスの概略図を示す。
対応する参照文字は、いくつかの図にわたって対応する部分を示す。図面は、本開示に従った様々な特性及び構成要素の実施形態を表すが、図面は必ずしも縮尺どおりではなく、本開示をより良好に例示及び説明するために、ある特定の特性が誇張されている場合がある。本明細書に記載の例証は、本開示の実施形態を例示するものであり、かかる例証は、いかなる様式においても本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
本開示は、高沸点フッ素化成分の混合物から1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)を作製するためのプロセスを提供する。具体的には、本開示は、1,1,1,3,3-ペンタクロロプロペン(HCC-240fa)から1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)を生成するプロセスから副生成物として生成される高沸点フッ素化成分から1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)を製造する方法を提供する。合わせた副生成物流を、1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)に同時転化してもよい。
1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)は、以下の式1に示す反応によって工業的に生成することができる。
式1:HCC-240fa+3HF→HCFO-1233zd+4HCl
式1:HCC-240fa+3HF→HCFO-1233zd+4HCl
このプロセスでは、1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)を、触媒を必要とせずに液相反応で生成することができる。簡単に説明すると、無水フッ化水素(HF)を、高温高圧で1,1,1,3,3-ペンタクロロプロペン(HCC-240fa)と混合して、所望の1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)をE及びZ異性体の混合物として生成することができる。
反応の過程で、1,1,3,3-テトラクロロ-1-フルオロプロパン(HCFC-241fa)、1,3,3-トリクロロ-1,1-ジフルオロプロパン(HCFC-242fa)、3,3-ジクロロ-1,1,1-トリフルオロプロパン(HCFC-243fa)、及び3-クロロ-1,1,1,3-テトラフルオロプロパン(HCFC-244fa)などの部分フッ素化副生成物が、それらの他の異性体と共に、以下に示す式2~5に従って生成され得る。
式2:HCC-240fa+HF→HCFC-241異性体+HCl
式3:HCC-240fa+2HF→HCFC-242異性体+2HCl
式4:HCC-240fa+3HF→HCFC-243異性体+3HCl
式5:HCC-240fa+4HF→HCFC-244異性体+4HCl
式2:HCC-240fa+HF→HCFC-241異性体+HCl
式3:HCC-240fa+2HF→HCFC-242異性体+2HCl
式4:HCC-240fa+3HF→HCFC-243異性体+3HCl
式5:HCC-240fa+4HF→HCFC-244異性体+4HCl
高沸点フッ素化成分の混合物は、39℃より高い沸点、換言すれば、Z-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd(Z))の沸点よりも高い沸点を有するフッ素化成分の混合物として定義し得る。高沸点フッ素化成分は、本明細書に記載の方法を用いて1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)に転化することができる化合物を含み得る。好適なそのような成分としては、1,1,3,3-テトラクロロ-1-フルオロプロパン(HCFC-241fa)、1,3,3-トリクロロ-1,1-ジフルオロプロパン(HCFC-242fa)、3,3-ジクロロ-1,1,1-トリフルオロプロパン(HCFC-243fa)、及び3-クロロ-1,1,1,3-テトラフルオロプロパン(HCFC-244fa)を、それらの他の異性体と共に挙げることができる。例えば、HCFC-242の別の異性体は、1,1,3-トリクロロ-1,3-ジフルオロプロパン(HCFC-242fb)であり、HCFC-243の別の異性体は、1,3-ジクロロ-1,1,3-トリフルオロプロパン(HCFC-243fb)である。
フィード流又はリアクタ流中に存在し得る他の副生成物としては、オリゴマーが挙げられる。本明細書で使用されるオリゴマーは、本明細書に記載の方法を用いて1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)に容易に転化することができない繰り返し及び/又は混合モノマー単位の二量体、三量体、四量体、及び他の群として定義することができる。
副生成物としてリアクタ中に更に存在し得る他の不純物としては、非常に高沸点の不純物、換言すれば、約140℃より高い沸点を有する不純物がある。これらの非常に高沸点の不純物には、CC-110(ヘキサクロロエタン)、HCO-1230(テトラクロロプロペン)異性体、及びいくつかのオリゴマーが含まれ得る。HCO-1230異性体の一例は、HCO-1230za(1,1,3,3-テトラクロロプロペン)であり得る。オリゴマーの可能な例は、化学式C6H3F3Cl4を有する、1,3,3-トリクロロ-3-フルオロプロペン(HCFO-1231zd)及び1,3-ジクロロ-3,3-ジフルオロプロペン(HCFO-1232zd)の二量体であり得る。本発明の目的のために、CC-110、HCO-1230、及びオリゴマーを含めた、これらの非常に高沸点の不純物は、重質不純物と呼ばれることもある。
本開示は、高沸点フッ素化成分の混合物を触媒の存在下でHFと反応させて1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)を生成し、望ましくない重質不純物を除去することによって、1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)の生成を最大化する方法を提供する。
簡単に説明すると、式1から得られるリアクタ生成物を先ず分離し、過剰のHFを回収して再循環させ、塩化水素(HCl)を取り除いて回収する。残りの混合物は、1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)のE及びZ異性体と、高沸点フッ素化成分と、特に、1,1,1,3,3-ペンタフルオロプロパン(HFC-245fa)、トリフルオロプロピン、並びに1,3,3,3-テトラフルオロプロペン(HFO-1234ze)のE及びZ異性体などの低沸点不純物と、少量(通常2重量%以下)の残留HFとを含む。この混合物を蒸留に供して、1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)、低沸点不純物、及びHFから高沸点フッ素化成分を除去することができる。
蒸留後、蒸気相の高沸点フッ素化成分を、HFと一緒に別のリアクタに通過させてもよい。リアクタは、触媒を含んでいてもよい。理論に束縛されるものではないが、リアクタ中の重質不純物の存在が触媒活性を低下させ得る可能性がある。したがって、リアクタに入る前に、不要な重質不純物をパージしてもよい。反応後、生成された全ての重質不純物を、所望の生成物の精製前にパージしてもよい。
プロセスの一例を図1に示し、以下にまとめる。図示されるように、ハイボイラータンク10に貯蔵された1,1,1,3,3-ペンタクロロプロペン(HCC-240fa)と無水HF(図示せず)との反応から回収された高沸点フッ素化成分及び重質不純物の流れ12は、HFフィード供給源14からのHFを含む流れ16と合わせてもよい。合わせた流れ18は、気化器20に通すことができる。気化後、重質不純物22は、後で廃棄するために重質不純物貯蔵タンク24に通すことができ、一方、高沸点フッ素化成分及びHFを含む流れ26は、リアクタ30に通すことができる。加熱システム36を使用して、リアクタ30を冷却32又は加熱34することができる。リアクタ30は気相リアクタであり、その中で、流れ26の内容物が、下記の条件に従って気相中で反応する。リアクタ30から、1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)のE及びZ異性体、HF、HCl、並びに新たに形成された重質不純物を含む粗生成物流38を、分縮器40に通すことができる。少なくとも一部の重質不純物42を分縮器40から取り出して、重質不純物貯蔵タンク24に通してもよい。1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)のE及びZ異性体を含む生成物流44を、1,1,1,3,3-ペンタクロロプロペン(HCC-240fa)とHF(図示せず)との反応からの1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)のE及びZ異性体を含む第2の流れ46と合わせてもよく、合わせた流れ48として蒸留塔50に通すことができる。塔底生成物52は、ハイボイラータンク10に戻して再循環させてもよい。主にE-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd(E))を含む塔頂流54は、精製カラム(図1には図示せず)に送ることができ、精製されたE-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd(E))生成物、並びにZ-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd(Z))及び3-クロロ-1,1,1,3-テトラフルオロプロパン(HCFC-244fa)(これは更にE-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd(E))に転化させることができる)を含む再利用可能な副生成物を単離及び回収することができる。
フッ化水素(HF)フィードは無水であってもよい。換言すれば、フッ化水素(HF)フィードは、実質的に水を含まなくてもよい。フッ化水素(HF)フィード中に存在する水の量は、約1000ppm以下、約750ppm以下、約500ppm以下、約250ppm以下、約100ppm以下、約50ppm以下、約25ppm以下、約10ppm以下、約5ppm以下、又は約1ppm以下であり得る。
気化器/過熱器20の出口の温度は、約200℃以上、約220℃以上、約250℃以上、約300℃以上、約350℃以上、若しくは約400℃以上、又はこれらの端点の値の任意の範囲内になるように制御してもよい。
リアクタ30中の反応は、任意の好適な反応容器又はリアクタ中で実施することができるが、好ましくは、フッ化水素の腐食作用に耐性のある材料、例えばニッケル及びその合金(ハステロイ、インコネル、インコロイ、及びモネルを含む)から構築されるべきである。これらは、固体触媒が充填された単一のパイプ又は複数のチューブであってもよい。好適なリアクタとしては、例えば、触媒パイプ型リアクタを挙げることができる。
リアクタ30中の温度は、約200℃以上、約210℃以上、約220℃以上、約230℃以上、約240℃以上、約250℃以下、約260℃以下、約270℃以下、約280℃以下、約290℃以下、約300℃以下、約310℃以下、約325℃以下、約350℃以下、約400℃以下、又はこれらの端点により包含される任意の値若しくは範囲であり得る。
リアクタ30中の圧力は、約2psig以上、約5psig以上、約10psig以上、約15psig以上、約20psig以上、約25psig以下、約30psig以下、約35psig以下、約40psig以下、約45psig以下、約50psig以下、約75psig以下、約100psig以下、又はこれらの端点により包含される任意の値若しくは範囲で維持され得る。
HF/(HCFC-241異性体+HCFC-242異性体)のモル比は、約0.5/1以上、約0.7/1以上、約0.9/1以上、約1.0/1以上、約1.1/1以上、約1.3/1以上、約1.5/1以上、約2.0/1以下、約2.5/1以下、約3.0/1以下、約3.5/1以下、約4.0/1以下、約5.0/1以下、又はこれらの端点により包含される任意の値若しくは範囲であり得る。
好適な触媒としては、酸化クロム、オキシフッ化クロム、及びハロゲン化クロムを挙げることができる。酸化クロムは、非晶質酸化クロム(Cr2O3)、結晶性酸化クロム、及びこれらの組み合わせを含んでもよい。オキシフッ化クロムは、HFで前処理されたフレッシュ非晶質酸化クロム(Cr2O3)、HFで前処理されたフレッシュ結晶性酸化クロム(Cr2O3)、非晶質オキシフッ化クロム(CrOxFy(式中、xは、0より大きくてもよいが1.5未満であってもよく、yは、0より大きくてもよいが3未満であってもよい))、結晶性オキシフッ化クロム(CrOxFy(式中、xは、0より大きくてもよいが1.5未満であってもよく、yは、0より大きくてもよいが3未満であってもよい))、及びこれらの組み合わせを含んでもよい。一実施形態では、触媒は、非晶質オキシフッ化クロム(CrOxFy(式中、xは、0より大きくてもよいが1.5未満であってもよく、yは、0より大きくてもよいが3未満であってもよい))である。ハロゲン化クロムとしては、三フッ化クロム(CrF3)、三塩化クロム(CrCl3)、三ヨウ化クロム(CrI3)及び三臭化クロム(CrBr3)、並びにこれらの組み合わせを挙げることができる。一実施形態では、触媒は、三フッ化クロム(CrF3)である。
他の好適な触媒としては、クロム系促進触媒が挙げられ、これは、クロムをベースとし、Ni、Zn、Co、Mn、Mg、又はこれらの混合物から選択される少なくとも1種の共触媒を一定の量で含む。共触媒の量は、触媒の総重量に基づいて0.1重量%~20重量%であってもよく、より具体的には、触媒の総重量に基づいて、0.1重量%、0.5重量%、1.0重量%、1.5重量%と同等に少ない量で、若しくは2.0重量%、3.0重量%、4.0重量%、5.0重量%、6.0重量%と同等に多い量で、又はこれらの値の任意の2つを端点として使用する任意の範囲内の量で存在してもよい。1つの好適なクロム促進触媒は、クロミアをベースとし、共触媒として一定量の亜鉛を含む亜鉛/クロミア触媒、例えば、Johnson Mattheyから入手可能なJM 62-3M触媒である。使用前に、一部の金属酸化物を対応する金属フッ化物に転化するのに有効な条件下で、無水HFを使用して触媒のフッ素化処理を行ってもよい。
上記クロム系触媒はまた、酸化クロム(VI)の総含有量が、酸化クロム触媒中の総酸化クロムに基づいて約5000ppm以下、約2000ppm以下、約1,000ppm以下、約500ppm以下、約250ppm以下、又は約100ppm以下の量の低クロム(VI)触媒であってもよい。
クロム系触媒に加えて、他の好適な触媒として、アルミナ、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化ニッケル、酸化コバルト、フッ化アルミニウム又は金属フッ化物、例えばフッ化鉄、フッ化マグネシウム、フッ化亜鉛、フッ化ニッケル、フッ化コバルト、フッ素化アルミナ、フッ素化酸化鉄、フッ素化酸化マグネシウム、フッ素化酸化ニッケル、フッ素化酸化コバルト、フッ化チタン、フッ化モリブデン、オキシフッ化アルミニウム、及びこれらの組み合わせが挙げられる。使用前に、一部の金属酸化物を対応する金属フッ化物に転化するのに有効な条件下で、無水HFを使用して、金属酸化物(複数可)を含有する触媒のフッ素化処理を行う。
加熱システムは、プロセスに必要とされる温度を達成及び/又は維持することができる任意の好適な加熱媒体を含み得る。好適な加熱媒体としては、例えば、とりわけ、溶融塩、熱油、高圧蒸気、及び電気ヒータ(抵抗又は誘導)を挙げることができる。
分縮器40は、約10℃以上、約20℃以上、約30℃以上、約40℃以上、約50℃以下、約60℃以下、約70℃以下、約80℃以下、又はこれらの端点により包含される任意の値若しくは範囲の温度で動作されてもよい。
分縮器40は、約1バール以上、約2バール以上、約3バール以下、約4バール以下、約5バール以下、又はこれらの端点により包含される任意の値若しくは範囲の圧力で動作されてもよい。
蒸留塔50は、約10℃以上、約20℃以上、約30℃以上、約40℃以下、約50℃以下、約60℃以下、又はこれらの端点により包含される任意の値若しくは範囲の、塔頂留出物の温度で動作されてもよい。
蒸留塔50は、約1バール以上、約2バール以上、約3バール以下、約4バール以下、約5バール以下、又はこれらの端点により包含される任意の値若しくは範囲の圧力で動作されてもよい。
貯蔵タンク内の重質不純物はパージされてもよい。あるいは、貯蔵タンク中の重質不純物を、例えば蒸留(真空下での蒸留など)によって処理して、1,1,3,3-テトラクロロ-1-フルオロプロパン(HCFC-241fa)、1,3,3-トリクロロ-1,1-ジフルオロプロパン(HCFC-242fa)、1,1,3-トリクロロ-1,3-ジフルオロプロパン(HCFC-242fb)、3,3-ジクロロ-1,1,1-トリフルオロプロパン(HCFC-243fa)、1,3-ジクロロ-1,1,3-トリフルオロプロパン(HCFC-243fb)、及び3-クロロ-1,1,1,3-テトラフルオロプロパン(HCFC-244fa)、並びにそれらの異性体などの有用な成分(例えば、リアクタに送って1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)生成物に転化することができる)、並びに、1,1,3,3-テトラクロロプロペン(HCO-1230za)及びその異性体などの他の有用な成分(240faリアクタに送って1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)生成物に転化することができる)を回収することができる。
プロセス中に生成される軽質生成物は、E-1,3,3,3-テトラフルオロプロペン(HFO-1234ze(E))、Z-1,3,3,3-テトラフルオロプロペン(HFO-1234ze(Z))、及び1,1,3,3-ペンタフルオロプロパン(HFC-245fa)を含み得る。プロセス中に生成される他の生成物は、2-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233xf)、HCFO-1232、HCFO-1231、及びHFO-1230の各異性体、とりわけ、1-クロロ-1,3,3,3-テトラフルオロプロパン(HCFC-244fa)、トリクロロプロペン異性体、ヘキサクロロエタン、二量体、例えばC6H4F8異性体、C6H3F7異性体、C6H4F7Cl異性体、C6H3F6Cl異性体、及びC6H3F3Cl4異性体を含み得る。
1,1,3,3-テトラクロロ-1-フルオロプロパン(HCFC-241fa)から1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)への転化率は、約70%以上、約80%以上、約90%以上、約91%以上、約92%以上、約93%以上、約95%以上、約96%以上、約97%以上、約98%以上、又は約99%以上であり得る。
HCFC-242異性体(非限定的な例としては、1,3,3-トリクロロ-1,1-ジフルオロプロパン(HCFC-242fa)及び1,1,3-トリクロロ-1,3-ジフルオロプロパン(HCFC-242fb)が挙げられる)から1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)への転化率は、約50%以上、約60%以上、約70%以上、約80%以上、約90%以上、約91%以上、約92%以上、約93%以上、約95%以上、約96%以上、約97%以上、約98%以上、約99%以上、又は約99.5%以上であり得る。
HCFC-243異性体(非限定的な例としては、3,3-ジクロロ-1,1,1-トリフルオロプロパン(HCFC-243fa)及び1,3-ジクロロ-1,1,3-トリフルオロプロパン(HCFC-243fb)が挙げられる)から1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)への転化率は、約20%以上、約30%以上、約40%以上、約45%以上、約50%以上、約55%以上、約60%以上、約70%以上、約80%以上、又は約90%以上であり得る。
3-クロロ-1,1,1-3-テトラフルオロプロパン(HCFC-244fa)から1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)への転化率は、約20%以上、約30%以上、約40%以上、約50%以上、約60%以上、約70%以上、約80%以上、又は約90%以上であり得る。
1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)のE及びZ異性体に対する全選択率は、約70%以上、約75%以上、約80%以上、約85%以上、約90%以上、約95%以上、又は約99%以上であり得る。E-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンHCFO-1233zd(E))は、生成物として分離及び精製され得るのに対し、Z-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンHCFO-1233zd(Z))は、分離/回収して異性化リアクタに供給され、E-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンHCFO-1233zd(E))に転化され得る。
実施例1
フッ素化化合物から1233 zdへの転化
HCFO-1233zd(E)(68.75%)、HCFO-1233zd(Z)(4.08%)、HCl(0.05%)、HF(1.66%)、HCFC-241異性体(5.40%)、HCFC-242異性体(15.98%)、HCFC-243異性体(1.60%)、HCFC-244異性体(0.68%)、HFC-245異性体(0.12%)、HCFO-1232zd(0.03%)、HFO-1234ze(Z)(1.26%)、HFO-1234ze(E)(0.19%)、CC-110(0.02%)及びオリゴマー(0.19%)を含む流れを、蒸留による分離及び不混和性液体の相分離に供して、HCl、HF及びHCC-240fa、並びにHCFC-241faなどの他のフッ素化不足の中間体を除去し、これらをリアクタに再循環させる。上記の成分を含む残りの混合物を蒸留して、より高沸点の生成物を塔底流として除去する。HCFO-1233zd(E)及びHCFO-1233zd(Z)を、この蒸留からの塔頂留出物中に回収して、粗生成物流を得る。次いで、粗生成物流を、苛性スクラビング、水分除去、蒸留、及びHCFO-1233zd(Z)からHCFO-1233zd(E)への転化を含む更なる精製に供する。これらの精製工程により、所望の純度のHCFO-1233zd(E)が得られる。
フッ素化化合物から1233 zdへの転化
HCFO-1233zd(E)(68.75%)、HCFO-1233zd(Z)(4.08%)、HCl(0.05%)、HF(1.66%)、HCFC-241異性体(5.40%)、HCFC-242異性体(15.98%)、HCFC-243異性体(1.60%)、HCFC-244異性体(0.68%)、HFC-245異性体(0.12%)、HCFO-1232zd(0.03%)、HFO-1234ze(Z)(1.26%)、HFO-1234ze(E)(0.19%)、CC-110(0.02%)及びオリゴマー(0.19%)を含む流れを、蒸留による分離及び不混和性液体の相分離に供して、HCl、HF及びHCC-240fa、並びにHCFC-241faなどの他のフッ素化不足の中間体を除去し、これらをリアクタに再循環させる。上記の成分を含む残りの混合物を蒸留して、より高沸点の生成物を塔底流として除去する。HCFO-1233zd(E)及びHCFO-1233zd(Z)を、この蒸留からの塔頂留出物中に回収して、粗生成物流を得る。次いで、粗生成物流を、苛性スクラビング、水分除去、蒸留、及びHCFO-1233zd(Z)からHCFO-1233zd(E)への転化を含む更なる精製に供する。これらの精製工程により、所望の純度のHCFO-1233zd(E)が得られる。
高沸点生成物を含む塔底流は、ハイボイラータンクなどの容器に集められ、次いで、重力によって、無水HFと一緒に気化器及び過熱器に供給されて、HF(10.26%)、HCFC-241異性体(19.8%)、HCFC-242異性体(60.37%)、HCFC-243異性体(8.02%)、HCFC-244異性体(0.004%)、HCFO-1232zd(0.28%)、HCFO-1233zd(Z)(0.018%)、及び重質不純物1.248%を含む蒸気流を生成する。この実施例では、蒸気流は、220℃に加熱される。
HF(0.15%)、HCFC-241異性体(27.98%)、HCFC-242異性体(33.39%)、HCFC-243異性体(1.84%)、HCFO-1232zd(0.06%)及び重質不純物(36.58%)を含む液体パージを気化器から除去し、触媒に悪影響を与え得る重質不純物を除去する。次いで、蒸気流はリアクタに入り、そこで、高沸点フッ素化化合物とHFとの反応によって追加のHCFO-1233zdが生成される。HCFO-1233zd(E)(51.23%)、HCFO-1233zd(Z)(0.4%)、HCl(32.75%)、HF(0.91%)、HCFC-241異性体(0.22%)、HCFC-242異性体(3.02%)、HCFC-243異性体(2.85%)、HCFC-244異性体(0.47%)、HFC-245異性体(1.07%)、HCFO-1232zd(0.24%)、HFO-1234ze(E)(1.00%)、HFO-1234ze(Z)(0.25%)、及び重質不純物(5.59%)を含むリアクタ生成物流を部分的に凝縮させて、反応で形成された新たな重質不純物とリアクタの上流のパージ流中で除去できなかった重質不純物とを含む流れを除去する。これらの2つの流れを合わせた重質不純物は、焼却などの好適な方法によって廃棄してもよく、又は真空、常圧、若しくは過圧蒸留などの更なる精製に供して追加の有用な高沸点フッ素化化合物を回収し、このリアクタ内で更に転化させるために再循環させてもよい。
HCFO-1233zd(E)(54.22%)、HCFO-1233zd(Z)(0.41%)、HCFC-241異性体(0.05%)、HCFC-242異性体(1.61%)、HCFC-243異性体(2.33%)、HCFC-244異性体(0.46%)、HFC-245異性体(1.15%)、HCFO-1232zd(0.21%)、HFO-1234ze(E)(1.10%)、HFO-1234ze(Z)(0.27%)、並びに重質不純物(0.93%)、未転化HF(1.0%)、及びHCl(36.26%)を含む分縮器からの生成物流を蒸留塔に通し、そこで未転化の高沸点フッ素化化合物を除去して塔底流に再循環させ、未転化HF及びHCFO-1233zd及びHCl生成物を塔頂流に除去する。
実施例2
フッ素化Cr2O3触媒による高沸点フッ素化成分から1233zdへの転化
シングルパスユニットを反応に使用した。ユニットは、フィード送達システム、気化器、リアクタ、圧力制御RCV、苛性溶液スクラバー、乾燥カラム、及びPCC(生成物収集シリンダー)から構成されていた。2インチのインコネル600パイプ型リアクタを使用した。リアクタを砂浴に浸漬して加熱した。5点の熱電対を触媒床の中央に配置して、プロセス温度を測定した。2つの隣接するプローブポイント間の距離は、最初の2つのポイント間で5インチであり、その後は4インチであった。
フッ素化Cr2O3触媒による高沸点フッ素化成分から1233zdへの転化
シングルパスユニットを反応に使用した。ユニットは、フィード送達システム、気化器、リアクタ、圧力制御RCV、苛性溶液スクラバー、乾燥カラム、及びPCC(生成物収集シリンダー)から構成されていた。2インチのインコネル600パイプ型リアクタを使用した。リアクタを砂浴に浸漬して加熱した。5点の熱電対を触媒床の中央に配置して、プロセス温度を測定した。2つの隣接するプローブポイント間の距離は、最初の2つのポイント間で5インチであり、その後は4インチであった。
1リットルのフッ素化クロミア(別名、オキシフッ化クロム)触媒をリアクタに装填した。リアクタを、窒素下で所望の温度に加熱した。温度が安定した後、有機物流及びHF流を、直列の2つのスチーム式気化器に供給して気化し、気化したフィード流を触媒床の底部に供給して反応を開始させた。リアクタ流出物を、苛性溶液スクラバーに送って酸を除去し、次いで、ドライエライトを含有する乾燥カラムに送った後、冷却したPCC中で収集した。動作中、GC及びGC-MS分析のために、試料をリアクタ出口からDI水担持ガスバッグに定期的に採取した。液体有機層のGC又はGC-MS分析の前に、リアクタ流出物試料を30分間冷却し、その後、バッグにジクロロメタン(DCM)を加え、更に30分間冷却した。
反応のための有機フィードの組成を、以下の表1に示す。
ここで見られるように、HCFC-241、HCFC-242、及びHCFC-243異性体の合計は、全有機組成物の92%を超えていた。
反応は、フレッシュなクロミア触媒を用いて行われた。266時間にわたって平均した他の反応条件を表2に示す。
表2に示すように、触媒床の温度は砂浴温度より若干低く、反応が本質的にわずかに吸熱性であったことを示した。
266時間の反応時間にわたるHCFC-241、HCFC-242、及びHCFC-243の転化率を、軽質物、HCFO-1233zd(E)、HCFO-1233zd(Z)、及びその他の選択率と共に表3に示す。軽質物は、E-1,3,3,3-テトラフルオロプロペン(HFO-1234ze(E))、Z-1,3,3,3-テトラフルオロプロペン(HFO-1234ze(Z))、及び1,1,3,3-ペンタフルオロプロパン(HFC-245fa)を含んでいた。その他には、2-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233xf)、HCFO-1232、HCFO-1231及びHCO-1230の各異性体、1-クロロ-1,3,3,3-テトラフルオロプロパン(HCFC-244fa)、トリクロロプロペン異性体、ヘキサクロロエタン、二量体、例えばC6H4F8異性体、C6H3F7異性体、C6H4F7Cl異性体、C6H3F6Cl異性体、C6H3F3Cl4異性体、及び不明物質が含まれていた。
表3に示すように、HCFO-1233zd(E)の選択率及び生産性は、それぞれ約90%及び8.6lbs/h/ft3であった。GC-MS分析のために、オンストリーム219時間後にリアクタ流出物試料を採取し、結果を表4に示す。
1分析のために外部から加えられる。
HCFO-1233zd(E)が主成分として68.884%で形成された。HFO-1234ze(E)、HFC-245fa、及びHFO-1234zeZなどの軽質成分、並びに多数の他の成分、例えば、HCFO-1233xf、HCFO-1232異性体、HCFO-1231異性体、HCO-1230異性体、HCFC-244fa、トリクロロプロペン異性体、ヘキサクロロエタン、二量体、例えばC6H4F8異性体、C6H3F7異性体、C6H4F7Cl異性体、C6H3F6Cl異性体、C6H3F3Cl4異性体、及び不明物質も副生成物として形成された。
実施例3~27
他の触媒による高沸点フッ素化成分から1233zdへの転化
フッ素化Cr2O3触媒の代わりに、他の触媒を使用することを除いて、上記実施例2を繰り返す。E-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd(E)を生成する収率及び選択率に関して同様の結果が得られる。
他の触媒による高沸点フッ素化成分から1233zdへの転化
フッ素化Cr2O3触媒の代わりに、他の触媒を使用することを除いて、上記実施例2を繰り返す。E-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd(E)を生成する収率及び選択率に関して同様の結果が得られる。
実施例28
重質不純物のパージング
図1のプロセスは、上記の実施例1及び2による気化流26の反応に先立ち、流れ22を介して気化器20からパージされた重質不純物を用いて実施される。
重質不純物のパージング
図1のプロセスは、上記の実施例1及び2による気化流26の反応に先立ち、流れ22を介して気化器20からパージされた重質不純物を用いて実施される。
図1のプロセスは、上記の実施例1及び2による気化流26の反応に続いて、流れ42を介して凝縮器40からパージされた重質不純物を用いて再度実施される。
図1のプロセスは、上記の実施例1及び2による気化流26の反応に先立ち、流れ22を介して気化器20からパージされた重質不純物と、上記の実施例1及び2による気化流26の反応に続いて、流れ42を介して凝縮器40からパージされた重質不純物と、の両方を用いて実施される。
態様
態様1は、高沸点フッ素化成分の混合物を1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)に転化するための方法であって、混合物をフッ化水素(HF)と接触させて、合わせた反応物流を生成することと、合わせた反応物流を気化して、気化した反応物流を生成することと、気化した反応物流を触媒の存在下で反応させて、E-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd(E))及び重質不純物を含む生成物流を生成することと、少なくとも一部の重質不純物を凝縮させることと、任意選択により生成物流を精製して、E-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd(E))を生成することとを含む方法である。
態様1は、高沸点フッ素化成分の混合物を1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)に転化するための方法であって、混合物をフッ化水素(HF)と接触させて、合わせた反応物流を生成することと、合わせた反応物流を気化して、気化した反応物流を生成することと、気化した反応物流を触媒の存在下で反応させて、E-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd(E))及び重質不純物を含む生成物流を生成することと、少なくとも一部の重質不純物を凝縮させることと、任意選択により生成物流を精製して、E-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd(E))を生成することとを含む方法である。
態様2は、高沸点フッ素化成分が、39℃より高い沸点を有する、態様1の方法である。
態様3は、高沸点フッ素化成分の混合物が、1,1,3,3-テトラクロロ-1-フルオロプロパン(HCFC-241fa)、1,3,3-トリクロロ-1,1-ジフルオロプロパン(HCFC-242fa)、1,1,3-トリクロロ-1,3-ジフルオロプロパン(HCFC-242fb)、3,3-ジクロロ-1,1,1-トリフルオロプロパン(HCFC-243fa)、1,3-ジクロロ-1,1,3-トリフルオロプロパン(HCFC-243fb)、3-クロロ-1,1,1,3-テトラフルオロプロパン(HCFC-244fa)、及びこれらの組み合わせを含む、態様1又は態様2のいずれかの方法である。
態様4は、気化工程が、220℃以上の温度で行われる、態様1~3のいずれか1つの方法である。
態様5は、反応工程が、200℃~300℃の温度で行われる、態様1~4のいずれか1つの方法である。
態様6は、凝縮工程が、10℃以上の温度で行われる、態様1~5のいずれか1つの方法である。
態様7は、触媒が、酸化クロム、オキシフッ化クロム、及びハロゲン化クロムからなる群から選択される、態様1~6のいずれか1つの方法である。
態様8は、触媒が、オキシフッ化クロム触媒である、態様1~7のいずれか1つの方法である。
態様9は、組成物が、140℃より高い沸点を有する重質不純物を更に含む、態様1~8のいずれか1つの方法である。
態様10は、重質不純物が気化器からパージされる、態様9の方法である。
態様11は、重質不純物が分縮器からパージされる、態様9又は態様10のいずれかの方法である。
態様12は、高沸点フッ素化成分の混合物を1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)に転化するための方法であって、混合物をフッ化水素(HF)と接触させて、合わせた反応物流を生成することと、合わせた反応物流を気化して、気化した反応物流及び重質不純物流を生成することと、重質不純物流を、気化した反応物流から分離することと、気化した反応物流を触媒の存在下で反応させて、E-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd(E))を含む生成物流を生成することと、任意選択により生成物流を精製して、E-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd(E))を生成することとを含む方法である。
態様13は、高沸点フッ素化成分が、39℃より高い沸点を有する、態様12の方法である。
態様14は、高沸点フッ素化成分の混合物が、1,1,3,3-テトラクロロ-1-フルオロプロパン(HCFC-241fa)、1,3,3-トリクロロ-1,1-ジフルオロプロパン(HCFC-242fa)、1,1,3-トリクロロ-1,3-ジフルオロプロパン(HCFC-242fb)、3,3-ジクロロ-1,1,1-トリフルオロプロパン(HCFC-243fa)、1,3-ジクロロ-1,1,3-トリフルオロプロパン(HCFC-243fb)、3-クロロ-1,1,1,3-テトラフルオロプロパン(HCFC-244fa)、及びこれらの組み合わせを含む、態様12又は態様13のいずれかの方法である。
態様15は、気化工程が、220℃以上の温度で行われる、態様12~14のいずれか1つの方法である。
態様16は、反応工程が、200℃~300℃の温度で行われる、態様12~15のいずれか1つの方法である。
態様17は、凝縮工程が、10℃以上の温度で行われる、態様12~16のいずれか1つの方法である。
態様18は、触媒が、酸化クロム、オキシフッ化クロム、及びハロゲン化クロムからなる群から選択される、態様12~17のいずれか1つの方法である。
態様19は、触媒が、オキシフッ化クロム触媒である、態様12~18のいずれか1つの方法である。
態様20は、重質不純物流が、140℃より高い沸点を有する成分を含む、態様12~19のいずれか1つの方法である。
態様21は、気化工程が、220℃以上の温度で行われ、凝縮工程が、10℃以上の温度で行われ、触媒が酸化クロムである、態様1~11又は態様12~20のいずれか1つの方法である。
態様22は、触媒が、アルミナ、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化ニッケル、酸化コバルト、フッ化アルミニウム、フッ化鉄、フッ化マグネシウム、フッ化亜鉛、フッ化ニッケル、フッ化コバルト、フッ素化アルミナ、フッ素化酸化鉄、フッ素化酸化マグネシウム、フッ素化酸化ニッケル、フッ素化酸化コバルト、フッ化チタン、フッ化モリブデン、オキシフッ化アルミニウム、及びこれらの組み合わせから選択される、態様1~11又は態様12~20のいずれかの方法である。
態様23は、触媒が、触媒の総重量に基づいて0.5~6.0重量%のZnを含む亜鉛/クロム触媒である、態様1~11又は態様12~20のいずれかの方法である。
態様23は、触媒が、1,000ppm未満、500ppm未満、150ppm未満又は100ppm未満の量の酸化クロム(VI)を有するクロム触媒である、態様1~11又は態様12~20のいずれかの方法である。
本開示を例示的な設計に関するものとして説明したが、本開示は、本開示の趣旨及び範囲内で更に修正されてもよい。更に、本出願は、本開示が関連する技術分野において既知の又は慣習的な実践に属する本開示からのこのような逸脱を包含することが意図されている。
Claims (20)
- 高沸点フッ素化成分の混合物を1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)に転化する方法であって、
前記混合物をフッ化水素(HF)と接触させて、合わせた反応物流を生成することと、
前記合わせた反応物流を気化して、気化した反応物流を生成することと、
前記気化した反応物流を触媒の存在下で反応させて、E-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd(E))及び重質不純物を含む生成物流を生成することと、
少なくとも一部の重質不純物を凝縮させることと、
任意選択により前記生成物流を精製することと
を含む、方法。 - 前記高沸点フッ素化成分が、39℃より高い沸点を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記高沸点フッ素化成分の混合物が、1,1,3,3-テトラクロロ-1-フルオロプロパン(HCFC-241fa)、1,3,3-トリクロロ-1,1-ジフルオロプロパン(HCFC-242fa)、1,1,3-トリクロロ-1,3-ジフルオロプロパン(HCFC-242fb)、3,3-ジクロロ-1,1,1-トリフルオロプロパン(HCFC-243fa)、1,3-ジクロロ-1,1,3-トリフルオロプロパン(HCFC-243fb)、3-クロロ-1,1,1,3-テトラフルオロプロパン(HCFC-244fa)、及びこれらの組み合わせを含む、請求項1に記載の方法。
- 気化工程が、220℃以上の温度で行われる、請求項1に記載の方法。
- 反応工程が、200℃~300℃の温度で行われる、請求項1に記載の方法。
- 凝縮工程が、10℃以上の温度で行われる、請求項1に記載の方法。
- 前記触媒が、酸化クロム、オキシフッ化クロム及びハロゲン化クロムからなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記触媒が、オキシフッ化クロム触媒である、請求項1に記載の方法。
- 前記組成物が、140℃より高い沸点を有する重質不純物を更に含む、請求項1に記載の方法。
- 以下の追加の工程:
気化器から前記重質不純物をパージする工程、及び
分縮器から前記重質不純物をパージする工程
のうちの少なくとも1つを更に含む、請求項9に記載の方法。 - 前記気化工程が、220℃以上の温度で行われ、
前記凝縮工程が、10℃以上の温度で行われ、かつ
前記触媒が、酸化クロムである、請求項1に記載の方法。 - 前記触媒が、前記触媒の総重量に基づいて0.5~6.0重量%のZnを含む亜鉛/クロム触媒である、請求項1に記載の方法。
- 高沸点フッ素化成分の混合物を1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)に転化する方法であって、
前記混合物をフッ化水素(HF)と接触させて、合わせた反応物流を生成することと、
前記合わせた反応物流を気化して、気化した反応物流及び重質不純物流を生成することと、
前記重質不純物流を、前記気化した反応物流から分離することと、
前記気化した反応物流を触媒の存在下で反応させて、E-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd(E))を含む生成物流を生成することと、
任意選択により前記生成物流を精製することと
を含む、方法。 - 前記高沸点フッ素化成分が、39℃より高い沸点を有する、請求項13に記載の方法。
- 前記高沸点フッ素化成分の混合物が、1,1,3,3-テトラクロロ-1-フルオロプロパン(HCFC-241fa)、1,3,3-トリクロロ-1,1-ジフルオロプロパン(HCFC-242fa)、1,1,3-トリクロロ-1,3-ジフルオロプロパン(HCFC-242fb)、3,3-ジクロロ-1,1,1-トリフルオロプロパン(HCFC-243fa)、1,3-ジクロロ-1,1,3-トリフルオロプロパン(HCFC-243fb)、3-クロロ-1,1,1,3-テトラフルオロプロパン(HCFC-244fa)、及びこれらの組み合わせを含む、請求項13に記載の方法。
- 気化工程が、220℃以上の温度で行われる、請求項13に記載の方法。
- 反応工程が、200℃~300℃の温度で行われる、請求項13に記載の方法。
- 凝縮工程が、10℃以上の温度で行われる、請求項13に記載の方法。
- 前記触媒が、酸化クロム、オキシフッ化クロム及びハロゲン化クロムからなる群から選択される、請求項13に記載の方法。
- 前記触媒が、オキシフッ化クロム触媒である、請求項13に記載の方法。
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