Способ получения перфторалкана этанового или пропанового ряда

 

Способ получения перфторалкана этанового или пропанового ряда относится к химической промышленности и может быть использован в производстве хладонов 116 и 218, применяемых для сухого травления в микроэлектронике. Тетрафторэтилен или гексафторпропилен фторируют при помощи смеси, состоящей из трифторида и дифторида кобальта, в непрерывном режиме при 100 - 380^oC. Концентрацию трифторида кобальта в смеси поддерживают в пределах 50 - 80 мас.%. Получают продукт с содержанием основного вещества 99,1 - 99,6%. Производительность процесса 1,9 - 6,5 л/ч исходного перфторалкена на 1 л реакционного объема. 1 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к химической промышленности и предназначено для получения перфторалканов, а именно гексафторэтана (хладона 116) и октафторпропана (хладона 218), используемых в качестве средства для сухого травления в микроэлектронике.

Известен способ получения перфторалканов, в частности октафторпропана или гексафторэтана, путем фторирования соответствующих галоидуглеводородов безводным фтористым водородом в присутствии окиси хрома в качестве катализатора [пат. США N 3258500, кл. 260 653.7, опубл. 28.06.66] Недостаток способа низкий выход целевого продукта, обусловленный слабым действием "мягкого" фторирующего агента фтористого водорода.

Известен другой способ получения перфтоалкана, а именно октафторпропана, позволяющий повысить выход целевого продукта. Способ включает фторирование перфторалкена гексафторпропилена трифторидом кобальта при повышенной температуре (100 400^oC) [пат. Японии N 62-54777, кл. C 07 C 19/08, опубл. 17.11.87] Недостаток способа низкая производительность, обусловленная периодическим режимом процесса фторирования, и недостаточно высокий выход целевого продукта, обусловленный образованием побочных продуктов деструктивного фторирования при действии "сильного" фторирующего агента.

Известен также способ получения перфторалкана, а именно октафторпропана, который отчасти позволяет устранить недостаток предыдущего способа. По совокупности существенных признаков этот способ наиболее близок к предлагаемому. Известный способ заключается в контактировании гексафторпропилена с трифторидом кобальта в двух последовательных реакционных зонах, причем вначале в первую зону подают гексафторпропилен, разбавленный продуктами фторирования, в количестве 10 15 мол. от стехиометрии, а затем подают остальное количество чистого гексафторпропилена при 20 300 и 100 - 300^oC в первой и второй зонах соответственно (пат. РФ N 1630241, кл. C 07 C 19/08, опубл. 30.10.94). Данный способ позволяет повысить качество целевого продукта за счет уменьшения термодеструкции в результате разбавления исходного перфторалкена инертным по отношению к трифториду кобальта октафторпропаном на первой стадии процесса и за счет снижения активности фторирующего агента в ходе фторирования на второй стадии.

Недостаток известного способа низкая производительность, обусловленная необходимостью периодических остановок процесса для замены отработанного фторирующего агента трифторида кобальта. Рецикл целевого продукта на стадию фторирования также ведет к снижению производительности известного способа. В итоге производительность известного способа составляет в среднем 0,5 0,7 л/ч 1 л реакционного объема.

Известен способ получения низшего перфторалкана в частности, октафторпропана взаимодействием гексафторпропилена с трифторидом кобальта в 2-х последовательных реакционных зонах, при повышенной температуре 75 - 450^oC, непрерывным путем при поддержании соотношении дифторида Co к трифториду Co, равном 1 1 1,5 (пат. РФ N 2041194, Б.И. 22.1995, 10.08.95). Процесс ведут с применением стадии активации фторирующего агента.

Недостатком известного способа является необходимость активации фторирующего агента, каждый раз для этого останавливая основной процесс получения перфторалкана. В таком процессе состав фторирующего агента меняется и режим процесса не является стабильным.

Производительность процесса также не достаточно высокая 23 кг/ч м³ (или 8 кг/ч октафторпропана при реакционном объеме 347 л).

Техническая задача, решаемая настоящим изобретением повышение производительности способа без ухудшения качества продукта.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе получения перфторалкана этанового или пропанового ряда путем фторирования соответствующего перфторалкена при температуре 100 380^oC с использованием трифторида кобальта, фторирование проводят фторирующей смесью, состоящей из трифторида и дифторида кобальта, в непрерывном режиме. Кроме того, концентрацию трифторида кобальта во фторирующей смеси поддерживают в пределах 50 80 мас.

Способ проверен в промышленных условиях.

В предложенном способе, в отличие от известного, процесс ведут в одной реакционной зоне. Данный способ обеспечивает стабильный режим ведения процесса и высокие технологические показатели при простоте обслуживания. Производительность процесса почти в 2 раза превышает производительность известного способа.

Пример 1. Фторирование тетрафторэтилена проводили в непрерывном режиме в никелевом цилиндрическом горизонтально установленном реакторе объемом 590 л, снабженном обогревающей рубашкой, шнековой мешалкой для перемешивания и транспортировки смеси три- и дифторида кобальта, непрерывно подаваемой в реактор, а так же пылеотделителем. Получаемый гексафторэтан выводят из реактора и после отделения от взвешенных частиц фторирующей смеси компримируют до давления 10 кгс/см² и конденсируют в спецстальном сборнике с охлаждающей рубашкой при температуре минус 30^oC. Скорость подачи тетрафторэтилена составляла 2400 л/ч, концентрация трифторида кобальта во фторирующей смеси 70,1 мас. (остальное дифторид кобальта). Температура в зоне фторирования: 230^oC на входе тетрафторэтилена и 260^oC на выходе гексафторэтана. Продолжительность опыта 5 ч. Всего было подано 53,6 кг тетрафторэтилена. В результате фторирования, компримирования и конденсации получено 73,9 кг продукта следующего состава, об.

Гексафторэтан 99,5 Тетрафторэтилен менее 0,01 Прочие примеси 0,5 Пример 2. Фторирование гексафторпропилена проводили в реакторе, описанном в примере 1, в непрерывном режиме. Скорость подачи гексафторпропилена 3200 л/ч, концентрация трифторида кобальта во фторирующей смеси 69,8 мас. Температура в зоне фторирования: на входе гексафторпропилена 280^oC, на выходе октафторпропана 310^oC. Продолжительность опыта 4 ч. Всего было подано 85,7 кг гексафторпропилена, получено 107,2 кг продукта следующего состава, об.

Октафторпропан 99,6 Гексафторпропилен 0,01 Прочие примеси 0,39 Примеры 3 14. Порядок проведения опытов как в предыдущих примерах, причем примеры 3 7 проведены в оптимальных условиях.

Примеры 11 14 контрольные: фторирование осуществляли при температуре за пределами предлагаемой по изобретению. Конкретные условия и результаты опытов представлены в таблице.

При осуществлении фторирования по предлагаемому способу в оптимальных условиях, т.е. при концентрации трифторида кобальта во фторирующей смеси 50 80 мас. (примеры 1 7), производительность способа составляет 1100 3800 л/ч исходного перфторалкена на весь реакционный объем, что соответствует 1,9 - 6,5 л/ч на 1 л реакционного объема. В этих условиях содержание целевого продукта в сконденсированных продуктах фторирования составляет 99,1 99,6 об. При концентрации трифторида кобальта во фторирующей смеси ниже 50 мас. фторирование исходного перфторалкена неполное, содержание перфторалкана в продукта снижается (примеры 8 и 9). То же происходит при температуре фторирования ниже предлагаемой (примеры 11 и 12). При концентрации трифторида кобальта во фторирующей смеси выше 80 мас. (пример 10), а также при температуре фторирования выше 380^oC процесс фторирования сопровождается образованием продуктов неселективного, деструктивного фторирования, в частности тетрафторметана, что ведет к снижению содержания целевого перфторалкана в продуктах фторирования (примеры 13 и 14).

Таким образом, предлагаемый способ позволяет существенно увеличить производительность процесса фторирования при высоком качестве продукта.

Формула изобретения

1. Способ получения перфторалкана этанового или пропанового ряда, включающий фторирование соответствующего перфторалкена непрерывным путем при температуре 100 380^oC фторирующей смесью, состоящей из ди- и трифторида кобальта, отличающийся тем, что процесс ведут в одной реакционной зоне, куда непрерывно подают фторирующую смесь постоянного состава.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс ведут при концентрации трифторида кобальта во фторирующей смеси в пределах 50 80 мас.

РИСУНКИ

Рисунок 1

PC4A - Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение

Прежний патентообладатель:ОАО "Кирово-Чепецкий химический комбинат имени Б.П. Константинова"

(73) Патентообладатель:
ООО "Завод полимеров Кирово-Чепецкого химического комбината"

Договор № РД0007570 зарегистрирован 24.03.2006

Извещение опубликовано: 10.05.2006        БИ: 13/2006

PD4A Изменение наименования, фамилии, имени, отчества патентообладателя

(73) Патентообладатель(и):
Общество с ограниченной ответственностью «ГалоПолимер Кирово-Чепецк» (RU)

Адрес для переписки:
613040, Россия, Кировская обл., г. Кирово-Чепецк, пер. Пожарный, 2, начальнику ГРиП В.М. Бахтину

Дата публикации: 20.06.2011

---