способ получения перфторалкана этанового или пропанового ряда

Формула изобретения

1. Способ получения перфторалкана этанового или пропанового ряда путем контактирования фторхлоралкена с фтором при повышенной температуре в слое алюминийсодержащего катализатора, отличающийся тем, что в качестве исходного фторхлоралкана используют -гидро--хлорперфторалкан, процесс ведут в двух последовательных реакционных зонах и в качестве катализатора используют в первой зоне оксид алюминия, модифицированный фторидом металла из групп IВ или УШВ, а во второй зоне - оксид алюминия, модифицированный фторидом металла из групп ША или УА.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве -гидро--хлорперфторалкана используют 1-гидро-2-хлортетрафторэтан.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве источника 1-гидро-2-хлортетрафторэтана используют азеотропную смесь 1-гидро-2-хлортетрафторэтана с октафторциклобутаном.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве -гидро--хлорперфторалкана используют 1-гидро-3-хлоргексафторпропан.

5. Способ по п.1, 2, 3 или 4, отличающийся тем, что в первой реакционной зоне используют катализатор NiF₂/Al₂O₃.

6. Способ по п.1, 2, 3 или 4, отличающийся тем, что в первой реакционной зоне используют катализатор AgF/Al₂O₃.

7. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что в первой реакционной зоне поддерживают температуру 100 - 300^oC.

8. Способ по п.1, 2, 3 или 4, отличающийся тем, что во второй реакционной зоне используют катализатор SbF₅/Al₂O₃.

9. Способ по п.1, 2, 3 или 4, отличающийся тем, что во второй реакционной зоне используют катализатор AlF₃/Al₂O₃.

10. Способ по п.8 или 9, отличающийся тем, что во второй реакционной зоне поддерживают температуру 300 - 400^o.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что фтор подают в количестве 1,4 - 1,8 моль на 1 моль -гидро--хлорперфторалкана.

12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что оксид алюминия используют в кристаллической форме с удельной поверхностью 2 - 5 м²/г и содержанием фторида металла 1 - 8% от массы катализатора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической промышленности и предназначено для получения перфторалканов, а именно гексафторэтана (хладона 116) или октафторпропана (хладона 218), используемых в микроэлектронике для сухого травления, а также в качестве озонобезопасных хладагентов, диэлектриков и гидравлических жидкостей в агрегатах низкотемпературного типа.

Известен способ получения перфторалкана этанового или пропанового ряда (гексафторэтана или октафторпропана) путем фторирования галогеналкана безводным фтористым водородом в присутствии катализатора - активной окиси хрома [пат. США N 3258500, опубл. 28.06.66]. Недостаток способа - низкий выход целевого продукта, обусловленный слабым действием "мягкого" фторирующего агента - фтористого водорода.

Известен другой способ получения перфторалкана, в частности октафторпропана, который по совокупности существенных признаков наиболее близок к предлагаемому. Этот способ заключается в обработке фторхлоралкана, например трихлорпентафторпропана, элементарным фтором при повышенной температуре в слое катализатора, в качестве которого используют трифторид алюминия [пат. США N 2831035, опубл. 15.04.58]. Этот способ характеризуется более высоким выходом перфторалкана благодаря применению "жесткого" фторирующего агента - элементарного фтора.

Недостаток известного способа - повышенный выход продуктов деструктивного фторирования, обусловленный низкой эффективностью катализатора.

Техническая задача, решаемая настоящим изобретением, - повышение выхода перфторалканов.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе получения перфторалкана этанового или пропанового ряда путем контактирования фторхлоралкана с фтором при повышенной температуре в слое алюминийсодержащего катализатора в качестве исходного фторхлоралкана используют -гидро- -хлорперфторалкан, процесс ведут в двух последовательных реакционных зонах и в качестве катализатора используют в первой зоне оксид алюминия, модифицированный фторидом металла из групп IB или VIIIB, а во второй зоне - оксид алюминия, модифицированный фторидом металла из групп IIIA или VA.

В качестве -гидро- -хлорперфторалкана используют 1-гидро-2-хлортетрафторэтан, который может быть взят в виде азеотропной смеси с октафторциклобутаном, или 1-гидро-3-хлоргексафторпропан.

В первой реакционной зоне используют катализатор NiF₂/Al₂O₃ или AgF/Al₂O₃ и поддерживают температуру 100 -300^oC.

Во второй реакционной зоне используют катализатор SbF₅/Al₂O₃ или AlF₃/Al₂O₃ и поддерживают температуру 300 -400^oC.

Фтор подают в количестве 1,4 -1,8 моль на 1 моль -гидро--хлорперфторалкана.

Оксид алюминия используют в кристаллической форме с удельной поверхностью 2 -5 м²/г и содержанием фторида металла 1 -8% от массы катализатора.

Пример 1

Гексафторэтан получали на лабораторной установке, включающей электролизер для получения фтора, систему дозировки и подачи на фторирование 1-гидро-2-хлорперфторэтана, два последовательно соединенных каталитических реактора, систему отмывки реакционных газов от фтора, фтористого водорода и хлора, узел осушки, узел конденсации продуктов фторирования (с помощью жидкого воздуха) и низкотемпературную ректификационную колонну для выделения целевого продукта. Каждый реактор представляет собой цилиндрический аппарат из никеля с наружным электрообогревом.

В первый реактор загружали катализатор NiF₂/Al₂O₃ в количестве 60 см³. Удельная поверхность катализатора 3 м²/г. Количество фторида никеля, нанесенного на поверхность оксида алюминия, составляло 8% от массы катализатора. Во второй реактор загружали катализатор, представляющий собой кристаллический оксид алюминия, модифицированный пентафторидом сурьмы в количестве 1,5 мас.%. Удельная поверхность катализатора 4,2 м²/г.

Фтор получали электролизом трифторида калия KF2HF, очищая его от фтористого водорода в колонке, заполненной прокаленным фторидом натрия, и направляли в первый по ходу газа реактор со скоростью 3,6 л/ч. Туда же подавали 1-гидро-2-хлорперфторэтан из баллона через реометр со скоростью 2,4 л/ч. Температуру в первом реакторе поддерживали 200^oC. Реакционные газы из первого реактора направляли во второй реактор, где поддерживали температуру 400^oC. Продукты фторирования по выходе из второго реактора промывали водным раствором иодида калия, осушали дегидратированным хлоридом кальция и конденсировали при температуре - 196^oC. Низкотемпературную ректификацию продуктов фторирования проводили на лабораторной колонке эффективностью 40 теоретических тарелок.

Содержание основного вещества в целевом продукте, выделенном ректификацией, более 99 мас.%. Продолжительность процесса фторирования составила 5 часов. За время опыта подано на фторирование 68 г 1-гидро-2-хлорперфторэтана. В результате опыта выделено 64 г гексафторэтана. Конверсия исходного органического сырья превысила 99%, выход целевого продукта составил 93,1%.

Примеры 2-9

Получение гексафторэтана и октафторпропана проводили на установке, описанной в примере 1. Конкретные условия и результаты проведенных опытов представлены в таблицах 1-3.

Примеры 10-13 контрольные (с катализатором по прототипу)

Опыты проводили на установке, описанной в примере 1, но в оба реактора загружали трифторид алюминия. Условия и результаты опытов также представлены в таблицах 1-3.

Из представленных данных видно, что предлагаемый способ характеризуется высоким выходом целевых продуктов: в оптимальных условиях выход октафторпропана превышает 97%, выход гексафторэтана - 93% (примеры 1 и 6). Таблицы 2 и 3 показывают, что в первой зоне фторирования в исходном субстрате селективно замещается атом водорода на фтор с образованием монохлорперфторалкана (1-хлорперфторэтана или 1-хлорперфторпропана), а во второй зоне при других температуре и катализаторе селективно замещается атом хлора на фтор с получением целевого продукта. В опытах с катализатором AlF₃ (по известному способу) фторирование -гидро- -хлорперфторалканов характеризуется повышенным вкладом деструктивного фторирования в первой и во второй реакционной зоне, что в конечном счете приводит к существенному снижению выхода целевого продукта (оп. 10-13).

Предлагаемый способ позволит с высокой эффективностью утилизировать побочные продукты в производстве тетрафторэтилена - -гидро- -хлорперфторалканы.