Способ получения 1,1,1,2-тетрафторэтана

 

Использование: 1, 1, 1, 2-тетрафторэтан используется в качестве озонобезопасного хладона 134 а, заменителя хладонов 11 и 12. Сущность изобретения: продукт-1, 1, 1, 2-тетрафторэтан. Реагент 1 : 1, 1-дифторэтан, смешанный с 1, 1, 1, 2-тетрафторэтаном в количестве 10 - 50 об.%. Реагент 2: трифторид кобальта. Условия реакции: 20 - 150^oС, время контакта 20 - 2,5 ч. Выход 1, 1, 1, 2-тетрафторэтана 96 - 98%. 1 табл.

Изобретение относится к технологии получения фторэтанов фторированием олефиновых соединений трифторидом кобальта, а именно к получению 1,1,1,2-тетрафторэтана.

1,1,1,2-тетрафторэтан (хл-134а), имеющий нулевой потенциал разложения озона, является перспективным заменителем озоноактивных хладонов хл-11 и хл-12 и используется как рабочее вещество компрессорных холодильных машин, а также как вспениватель при получении полистирольных пен.

О все возрастающем интересе к хл-134а и технологии его получения свидетельствует большое количество патентной документации, опубликованной в последнее время (1, 2) и относящейся к способу получения хл-134а из хлорсодержащего сырья. Применение указанного сырья обуславливает образование побочного HCl и других примесей, загрязняющих целевой продукт и усложняющих процесс разделения и очистки.

Известен также способ получения хл-134а фторированием 1,1-дифторэтена трифторидом кобальта (3), позволяющий в принципе разработать безотходную промышленную технологию, поскольку в его основе лежит реакция присоединения фтора по кратным связям, протекающая без образования побочных продуктов.

Этот способ, принятый за прототип, заключается в следующем: пары, 1,1-дифторэтена подают в типовой лабораторный горизонтальный реактор с мешалкой, заполненный CoF₃. Процесс проходит при 125^оС, 1,1-дифторэтен подается со скоростью 2,2 г/мин. Конечным продуктом является смесь хл-134а и хл-125 в количестве 69% и 19% соответственно.

Как видно из приведенных в прототипе данных, в описанных условиях протекают две реакции: основная реакция присоединения фтора и 1,1-дифторэтену и побочная реакция заместительного фторирования образовавшегося хл-134а, снижающая выход последнего и ведущая к образованию других фторидов и HF.

Перед авторами стояла задача найти пригодные для промышленной реализации процесса условия, способствующие протеканию только реакции присоединения фтора по кратным связям и подавляющие реакцию дальнейшего замещения водорода, что приведет к повышению выхода хл-134а и значительно снизит образование как более высокофторированных этанов и HF, так и трифторэтана (хл-143а), образующегося в результате присоединения HF к 1,1-дифторэтену.

Решение поставленной задачи характеризуется следующей совокупностью признаков.

Общими с прототипом признаками являются исходное сырье 1,1-дифторэтен и фторирующий агент CoF. Но в отличии от прототипа исходное сырье разбавляют целевым продуктом, который берут или непосредственно на выходе из реактора или из узла сбора готового продукта, при этом концентрация 1,1-дифторэтена в смеси должна составлять 10-50 об. Время контакта смеси с CoF 20 с 2,5 ч. Температура процесса поддерживается в пределах 20-150^оС.

Совокупность указанных технологических параметров создает в зоне реакции условия, способствующие протеканию реакции присоединения фтора и подавлению реакции дальнейшего фторирования хл-134а, процессов рекомбинации и деструкции, что дает возможность получить в продуктах реакции не ниже 95% хл-134а.

Отклонения от технологического режима ведут к следующим последствиям.

Как при повышении температуры, так и при повышении концентрации 1,1-дифторэтена в смеси становится заметным образование хл-125, 143а и HF. При температуре ниже 20^оС в ходе реакции образуется значительное количество (до 20%) соединений типа C₄F_xX_y, где x 6, y 10-x.

Увеличение времени контакта или снижение концентрации 1,1-дифторэтена ниже 10 об. хотя и не влияют на выход в пределах указанных температур, но приводят к увеличению энергоматериальных затрат.

Время контакта короче 20 с снижает выход хл-134а и увеличивает выход хл-134а, а также может привести к проскоку 1,1-дифторэтена.

Использование инертных газов (N₂, Ar₂) снижает технологичность способа, т. к. усложняет разделение продуктов и требует сильного разбавления 1,-дифторэтена (до 5 об.); хл-134а, хотя и является продуктом, взаимодействующим с CoF₃, но в указанных условиях ведет себя как инертный разбавитель, а содержание 1,1-дифторэтена в смеси с ним может достигать 50 об.

П р и м е р ы. Опыты (1-30,5-7 и 10, 11) проводились в вертикальном никелевом реакторе высотой 400 мм и диаметром 36 мм, в который загружали 2,770 кг CoF₂; опыты (4, 6, 8, 9) проводились на опытно-промышленной установке в реакторе диаметром 470 мм и высотой 1600 мм, содержащем 266 кг CoF₂.

CoF₂ активировали фтором до образования CoF в смеси с CoF₂ не менее 98% затем реакторы продували азотом и подавали 1,1-дифторэтен в смеси с хл-134а. Технологические параметры опытов приведены в таблице.

Как видно из приведенных данных при выполнении заявляемых условий, выход хл-134а составляет ≈ 96-98,9%

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 1,1,1,2-ТЕТРАФТОРЭТАНА фторированием 1,1-дифторэтена трифторидом кобальта, отличающийся тем, что 1,1-дифторэтен смешивают с 1,1,1,2-тетрафторэтаном до содержания в смеси 1,1,-дифторэтена 10 - 50 об.% и фторирование ведут при температуре 20 - 150^oС и времени контакта 20 с - 2,5 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс ведут при 20 - 115^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1