Способ получения пентафторэтана и/или гексафторэтана

 

Изобретение относится к разработке промышленной технологии получения пентафторэтана и/или гексафторэтана фторированием полифторэтанов - тетрафтор-, трифтор-, дифторэтанов или их смесей трифторидом кобальта. Проведение процесса при 220 - 390^oC и содержании активного фтора в трифториде кобальта 5 - 12% позволяет достичь выхода пентафторэтана до 67%, гексафторэтана - до 94% при высокой скорости подачи исходного продукта. Оптимальная температура для получения пентатафторэтана - 220 - 260^oC, для получения гексафторэтана - 320 - 390^oC. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к способам получения пентафтор- и/или гексафторэтанов фторированием полифторэтанов тетрафторэтана или трифторэтана или дифторэтана, а также их смесей высшими фторидами металлов переменной валентности, в частности, трехфтористым кобальтом (CoF₃).

Пентафтор- и гексафторэтаны, имеющие нулевой озоноразрушающий потенциал, являются перспективными заменителями озоноактивных хладонов и находят применение в качестве хладагентов, реагентов для сухого травления при изготовлении интегральных схем и др.

Из известных способов получения поли- и перфторированных углеводородов интерес представляют способы фторирования полифторэтанов с меньшим числом атомов фтора CoF₃, как позволяющие разработать малоотходную промышленную технологию, поскольку при замещении водорода фтором образуется только один побочный продукт фтористый водород.

К таким способам относится лабораторный способ фторирования фторэтанов - трифтор и тетрафторэтана при температуре до 170^oC, подаваемых в смеси с азотом (Journal of the Amtrican Chemical Society, 1950, N 11, р.4883). Согласно приведенным данным при фторировании 1,1,2-трифторэтана получено 45% 1,1,2,2-тетрафторэтана, 35% пентафторэтана, содержание непрореагировавшего исходного продукта в реакционной смеси не указано. При фторировании 1,1,2,2-тетрафторэтана получено 50% пентафторэтана и 10% гексафторэтана, содержание исходного продукта в реакционной смеси составляет 40% продукты разложения или побочные соединения отсутствуют. Процесс проводили в типовом периодическом реакторе с мешалкой с расходом исходного тетрафторэтана 8 см³/ч при переменном содержании активного фтора в CoF₃ от 16% (сразу после регенерации) до практически нулевого содержания (перед регенерацией).

Этот способ принят за прототип, поскольку других публикаций по фторированию тетрафторэтана и трифторэтана не обнаружено.

Однако ряд недостатков не позволяет использовать его в промышленном масштабе, а именно.

процесс проводят при очень малом расходе исходных фторсодержащих соединений, что связано с необходимостью поддержания температуры за заданном уровне; выход целевых продуктов, содержащих больше, чем в исходном соединении количества фтора, и конверсия исходного продукта недостаточно высоки.

Задача изобретения разработать процесс, годный для промышленной реализации, для чего требуется увеличить конверсию исходного продукта и выход целевых соединений с минимальным образованием продуктов деструкции при высокой производительности процесса за счет оптимальных условий проведения процесса фторирования.

Для решения задачи были проведены ряд исследования и экспериментально установили, что в случае дальнейшего фторирования полифторированных насыщенных алифатических соединений, в том числе трифтор- и тетрафторэтанов, а также дифторэтана для достижения оптимального тепломассообменного режима в зоне реакции, кроме оптимальной температуры, регулируемой расходом исходного продукта и нагревом, необходимо, чтобы содержание активного фтора в CoF₃ было постоянным и находилось в пределах 5 12% Температура процесса 220 390^oC. При этом в случае преимущественного получения пентафторэтана должна поддерживаться температура 220 260^oC, а в случае получения гексафторэтана 320 390^oC.

Общими с прототипом признаками предлагаемого способа являются исходное сырье тетрафторэтан и трифторэтан, фторирование которых CoF₃ осуществляют при повышенной температуре, но в отличие от прототипа содержание активного фтора в CoF₃ поддерживают в пределах 5 12% а температуру - в пределах 220 390^oC, при этом в случае получения пентафторэтана температура 220 260^oC, а в случае получения гексафторэтана 320 - 390^oC, при соблюдении этих параметров удовлетворительные результаты получены и при фторировании дифторэтана.

При этих условиях в зоне реакции создается тепломассообменный режим, обеспечивающий высокую конверсию исходного продукта в целевые соединения при высокой скорости подачи сырья (расход 3 кг/ч), что делает процесс пригодным для промышленной реализации. При содержании активного фтора ниже 5% при прочих равных условиях выход целевых продуктов снижается, а при содержании выше 12% процесс проходит нестабильно с параллельным протеканием деструктивных реакций, при температуре ниже 220^oC для достижения высокого выхода исходное сырье необходимо подавать с небольшим расходом, что исключает промышленное применение способа. При температуре выше 390^oC наблюдаются деструктивные процессы.

Эксперименты проводили в проточном реакторе с электрообогревом, представляющим собой 2 никелевые трубы с внутренним диаметром 40 см и длиной 300 см, снабженные шнеками для транспортировки трифторида кобальта. Загружено 400 кг трифторида кобальта.

Полученные в результате экспериментов данные представлены в таблице.

Из представленного экспериментального материала видно, что при одинаковых температуре и расходе (оп.7,15,16) наиболее высокие результаты получены при проведении процесса в предлагаемых пределах по содержанию активного фтора, в опытах 2, 6, 12, 13 показано влияние температуры при одинаковом содержании активного фтора. При фторировании дифторэтана образуются низкокипящие примеси в количестве не более 2 при высоком выходе гексафторэтана.

Таким образом, при проведении процесса в предлагаемых условиях высокий выход и конверсия могут быть получены при значительном расходе исходного тетрафторэтана, что, в свою очередь, делает процесс применимым в промышленности.

Формула изобретения

1. Способ получения пентафторэтана и/или гексафторэтана фторированием полифторэтанов или их смеси трифторидом кобальта при повышенной температуре, отличающийся тем, что процессе ведут при постоянном содержании активного фтора в трифториде кобальта в пределах 5 12 мас. и температуре 220 390^oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в случае получения пентафторэтана процесс ведут при 220 260^oС.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в случае получения гексафторэтана процесс ведут при 320 390^oС.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве полифторэтанов берут тетра-, три- или дифторэтаны или их смеси.

РИСУНКИ

Рисунок 1