氟化方法與反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及特別用于制備氣化有機(jī)化合物，包括但不限于用于制備氣化締控如 2, 3, 3, 3-四氣丙締（HF0-1234yf)的方法的反應(yīng)器設(shè)計(jì)。
[0002] 發(fā)巧背景 氨氣締控（HF0)，如四氣丙締(包括2, 3, 3, 3-四氣丙締（HF0-1234yf))現(xiàn)在已知是有效 的制冷劑、傳熱介質(zhì)、拋射劑、發(fā)泡劑、起泡劑、氣體電介質(zhì)、消毒劑載體、聚合介質(zhì)、微粒去 除流體、載流體、拋光研磨劑、置換干燥劑和動(dòng)力循環(huán)工作流體、化學(xué)中間體、單體等。不同 于氯氣控（CFC)和氨氯氣控（HCFC) -一兩者都可能破壞地球臭氧層，HF0不含氯并因此對(duì) 臭氧層不構(gòu)成威脅。HF0-1234yf還已表明是具有低毒性的低全球變暖化合物，因此可滿足 對(duì)汽車空調(diào)中的制冷劑的越來越嚴(yán)格的要求。因此，含有HF0-1234yf的組合物屬于被開發(fā) 用于許多上述用途的材料。
[0003] 某些HF0通過多步驟制備，所述多步驟包括用氣化劑如氣化氨在氣化催化劑的存 在下氣化含氯有機(jī)化合物。運(yùn)些反應(yīng)可W在液相或氣相或運(yùn)些的組合中進(jìn)行。在一種制造 HF0-1234yf(2, 3, 3, 3-四氣丙締）的方法中，W下反應(yīng)序列是已知的： 步驟 1:TCP+ 3HF一 1233xf+ 3肥 1 其中TCP(也稱為1230xa)是1，1，2, 3-四氯丙締或CC12=CC1CH2C1;并且1233xf是 2-氯-3, 3, 3-S氣丙締或CH2=CC1CF3。步驟（1)優(yōu)選在裝有本領(lǐng)域已知的固體催化劑，優(yōu) 選氣化催化劑，例如氧化銘（化〇3)等等的氣相反應(yīng)器中進(jìn)行。 步驟 2 :1233xf+HF一 244bb 其中244化是2-氯-1，1，1，2-四氣丙烷或CH3CCIFCF3。步驟（2)優(yōu)選在裝有液體催 化劑的液相反應(yīng)器中進(jìn)行。步驟2的副產(chǎn)物還可能如下形成：1233xf+ 2HF- 245cb+ 肥1，其中245cb是1，1，1，2, 2-五氣丙烷或CH3CF2CF3; 步驟3 :244化一12：34鐘+肥1 其中1234yf是2, 3, 3, 3-四氣丙締或CH2=CFCF3。步驟（3)優(yōu)選在具有脫氯化氨催化劑 的氣相反應(yīng)器中進(jìn)行。
[0004] 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，雖然步驟（1)中使用的催化劑的活性和選擇性相當(dāng)高，但是其容易在該 反應(yīng)過程中緩慢地失活(喪失活性)。尤其是在理論上，通常在已知方案過程中，當(dāng)TCP被加 熱并汽化時(shí)(包括優(yōu)選在無水氣化氨（AH巧的存在下）發(fā)生不想要的反應(yīng)。據(jù)信，運(yùn)些不想 要的反應(yīng)包括生成低聚物、聚合物W及分解產(chǎn)物（Cl和C冷碳化合物)，其可W進(jìn)一步導(dǎo)致 該催化劑的結(jié)焦。由此，運(yùn)些化合物的生成被認(rèn)為直接導(dǎo)致了催化劑失活。催化劑的失活 損害了產(chǎn)率，并對(duì)該工藝造成了其它經(jīng)濟(jì)損失和干擾。
[0005] 因此，需要延長(zhǎng)用于將1230xa轉(zhuǎn)化為1233xf的催化劑壽命。
[0006] 發(fā)巧概沐 本發(fā)明部分設(shè)及一種方法，其包括最大限度減少不想要的TCP副反應(yīng)與分解的使TCP進(jìn)入氣化反應(yīng)器反應(yīng)區(qū)域的特定引入方法，該方法將導(dǎo)致更長(zhǎng)的催化劑穩(wěn)定性。本發(fā)明提 供了減少加熱和汽化的TCP的停留時(shí)間并同時(shí)最大限度地減少TCP與無水氣化氨（AHF)在 將它們引入到反應(yīng)區(qū)域之前彼此接觸的時(shí)間量的措施。通過減少運(yùn)些時(shí)間，還最大限度減 少了導(dǎo)致催化劑失活的低聚物、聚合物與分解產(chǎn)物的生成。
[0007] 在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明設(shè)及允許TCP在已知其為穩(wěn)定的環(huán)境溫度下W液體形 式進(jìn)料的反應(yīng)器設(shè)備設(shè)計(jì)。該液體TCP進(jìn)料至直接在催化劑床上方的加熱區(qū)域(對(duì)于下游 反應(yīng)器);對(duì)于上游反應(yīng)器，該TCP在該催化劑床下方經(jīng)霧化該TCP和/或產(chǎn)生TCP霧的細(xì)孔 噴嘴進(jìn)料。還單獨(dú)地將過熱AHF氣態(tài)料流進(jìn)料到該催化劑床上方(或下方）的加熱區(qū)域中， 但是經(jīng)由與TCP不同的噴嘴。結(jié)合由過熱AHF氣體提供的熱量，加熱區(qū)域的溫度(其至少為 所需反應(yīng)溫度）提供了足W基本立即汽化該霧化TCP進(jìn)料的熱量?，F(xiàn)在的氣態(tài)混合物基本 上幾乎立即進(jìn)入發(fā)生氣化反應(yīng)的催化劑床。由于TCP進(jìn)料噴嘴優(yōu)選緊鄰該催化劑床，TCP與 AHF在反應(yīng)前的接觸時(shí)間處于最小值，從而盡可能減少了導(dǎo)致催化劑失活的低聚物、聚合物 和分解產(chǎn)物的生成。還設(shè)想了除TCP之外的進(jìn)料材料，包括例如240化和2, 3, 3, 3-四氯丙 締。
[0008] 在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明設(shè)及用于制造四面代丙締，如2-氯-3, 3, 3,-=氣 丙締（1233xf)的改進(jìn)的方法，該方法設(shè)及在氣相反應(yīng)容器中并在氣相氣化催化劑的存在 下在有效制造所需四面代丙締的條件下使一種含氯控或混合含氯控進(jìn)料材料，例如選自 1，1，2, 3-四氯丙締、1，1，1，2, 3-五氯丙烷（肥C-240db)和2, 3, 3, 3-四氯丙締，與氣化氨和 類似物及其組合反應(yīng)。
[0009] 在優(yōu)選的實(shí)踐中，該接觸步驟制造包含四面代丙締，特別是2-氯-3, 3, 3-=氣丙 締（HF0-1233xf)的反應(yīng)產(chǎn)物。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，該接觸步驟包括使四氯丙締和/或五 氯丙烷與氣化劑如HF在氣相中在至少一種催化劑的存在下反應(yīng)。在特別優(yōu)選的實(shí)施方案 中，該催化劑是化2〇3。
[0010] 在某些優(yōu)選實(shí)施方案中，該四氯丙締的轉(zhuǎn)化率為大于約70%、優(yōu)選大約70 %至大 約100 %、優(yōu)選大約85%至大約100%、更優(yōu)選大約95%至大約99% ;并且HF0-1233xf的選擇 性為大于約50%、優(yōu)選大約70%至大約99%、更優(yōu)選大約90%至大約99%。結(jié)合該催化劑組分 實(shí)施本發(fā)明顯著改善了催化劑壽命。在某些實(shí)施方案中，與本領(lǐng)域常見的用催化劑進(jìn)行的 反應(yīng)(其中加熱和/或汽化高沸點(diǎn)的含氯控進(jìn)料材料和/或所述加熱和/或汽化的高沸點(diǎn) 含氯控進(jìn)料材料與無水氣化氨接觸相對(duì)長(zhǎng)時(shí)間）對(duì)比，催化劑性能提高至少20%、更優(yōu)選提 高至少40%。本發(fā)明的實(shí)踐獲得了與迄今為止通常已知的那些方法相比明顯更高效和成本 有效的方法，W致能夠使用減少的催化劑量并獲得起始材料向所需產(chǎn)物的更高轉(zhuǎn)化率。已 經(jīng)發(fā)現(xiàn)，結(jié)合該催化劑組分使用本發(fā)明導(dǎo)致顯著改善了催化劑壽命。
[0011] 在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明設(shè)及反應(yīng)器設(shè)備，其包括反應(yīng)室；安置在該反應(yīng)室上的 加熱室，該加熱室包含與所述反應(yīng)室流體連通的混合區(qū)；與所述混合區(qū)流體連通的至少第 一和第二進(jìn)料管線；W及安置在至少所述第一進(jìn)料管線上的霧化噴嘴，所述噴嘴具有進(jìn)入 所述混合區(qū)的出口。
[0012] 在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明設(shè)及制備四面代丙締的方法，包括：a)提供具有在反應(yīng) 室內(nèi)的催化劑床，和安置在該反應(yīng)室上的加熱室的反應(yīng)器設(shè)備，該加熱室包含與所述反應(yīng) 室流體連通的混合區(qū)；b)在有效形成包含進(jìn)料材料與HF的汽化組合物的條件下向該混合 區(qū)供應(yīng)過熱的HF和霧化的進(jìn)料材料，所述進(jìn)料材料選自含氯控、混合含氯控及其組合；和 C)在有效形成四面代丙締的條件下使該汽化組合物與該催化劑床接觸，其中該接觸基本上 在形成汽化組合物的瞬間發(fā)生。
[0013] 在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明設(shè)及制備2-氯-3,3, 3-=氣丙締（1233xf)的方法， 包括：a)在有效形成包含進(jìn)料材料與HF的汽化組合物的條件下將過熱的HF與霧化的 進(jìn)料材料混合，所述進(jìn)料材料選自1，1，2, 3-四氯丙締（1230xa)、l，1，1，2, 3-四氯丙烷 (肥C-240db)、2, 3, 3, 3-四氯丙締（1230xf)及其組合；和b)在形成1233xf的條件下使該汽 化組合物與催化劑接觸，該接觸優(yōu)選基本上在形成該汽化組合物的瞬間發(fā)生。
[0014] 附圖概沐 該圖描述了本發(fā)明的反應(yīng)器設(shè)計(jì)。
[001引發(fā)巧詳沐 前面的概述和本發(fā)明的一般描述W及隨后的詳細(xì)描述是示例性和解釋性的，而非 限制所附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明。其它特征和實(shí)施方案W及修改將由本說明書變得 顯而易見，并在本發(fā)明的范圍內(nèi)。美國(guó)專利號(hào)8258355、8084653和美國(guó)公開專利申請(qǐng)?zhí)?2007/0197842的全部?jī)?nèi)容經(jīng)此引用并入本文。
[0016] 在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明能夠制造合意的面代締控，優(yōu)選C3面代締控；更優(yōu)選使 用至少一種催化劑的組合并利用本文中所述的反應(yīng)器設(shè)計(jì)來制造C3面代締控。
[0017] 在一個(gè)實(shí)施方案中，將1，1，2, 3-四氯丙締、2, 3, 3, 3-四氯丙締或1，1，1，2, 3-五氯 丙烷或其混合物暴露于反應(yīng)條件W制造包含2-氯-3, 3, 3,-=氣丙締的反應(yīng)產(chǎn)物。
[0018] 在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法優(yōu)選包括使一種或多種含氯控或混合含氯控 進(jìn)料材料，例如選自1，1，2,3-四氯丙締（1230xa)、l，1，1，2,3-五氯丙烷（肥C-240db)和 2, 3, 3, 3-四氯丙締（1230xf)等等，與氣化劑如無水HF反應(yīng)W制造氣化面代締控，優(yōu)選C3氣 化面代締控，更優(yōu)選2-氯-3,3,3,S氣丙締（HFC-1233xf)。該優(yōu)選反應(yīng)步驟可說明的 方式而不一定W限制的方式通過W下反應(yīng)方程式并結(jié)合其中該四氯丙締為1，1，2, 3-四氯 丙締且該氣化劑為氣化氨的實(shí)施方案來描述： CH2C1CC1=CC12 + 3HF-CF3CC1=CH2 + 3肥 1。
[0019] 在某些優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明的轉(zhuǎn)化步驟在有效提供至少大約40%、更優(yōu)選至少 大約55%、甚至更優(yōu)選至少大約70%的四氯丙締轉(zhuǎn)化率的條件下進(jìn)行。在某些優(yōu)選實(shí)施方案 中，該轉(zhuǎn)化率為至少大約90%，更優(yōu)選大約100%。
[0020] 此外，在某些優(yōu)選實(shí)施方案中，在有效提供至少大約85%、更優(yōu)選至少大約90%、更 優(yōu)選至少大約95%、甚至更優(yōu)選大約100%的C3面代締控選擇性的條件下進(jìn)行四氯丙締的轉(zhuǎn) 化W制造C3面代締控。
[002