способ получения карбонилфторида и реактор для получения карбонилфторида

Формула изобретения

1. Способ получения карбонилфторида, включающий газофазное окисление тетрафторэтилена эквимолекулярным количеством кислорода при повышенной температуре в присутствии разбавителя, отличающийся тем, что в качестве разбавителя используют реакционные газы окисления тетрафторэтилена.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что реакционные газы окисления тетрафторэтилена подают на газофазное окисление тетрафторэтилена за счет кинетической энергии подаваемого на окисление тетрафторэтилена.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что тетрафторэтилен на газофазное окисление подают с линейной скоростью 1,77-20 м/с.

4. Способ по любому из пп. 1 - 3, отличающийся тем, что реакционные газы окисления тетрафторэтилена, подаваемые на разбавление, охлаждают.

5. Реактор для получения карбонилфторида, содержащий цилиндрический корпус, нагреватель и патрубки для ввода тетрафторэтилена и кислорода и вывода продуктов реакции, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен термогильзой, а также коаксиально расположенными внутри корпуса форсункой для подачи тетрафторэтилена и циркуляционной трубой, которая в верхней части открыта, в нижней части имеет ряд инжекционных отверстий, расположенных на уровне сопла форсунки, а нагреватель выполнен в виде электроспирали и размещен внутри циркуляционной трубы в зоне инжекции.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии получения карбонилфторида, который используется в качестве сырья в производстве фторсодержащих мономеров.

Известен способ получения карбонилфторида окислением тетрафторэтилена эквимолекулярным количеством кислорода в проточной системе при температуре 200 - 450^oC и времени контакта 1 - 10 с с использованием в качестве разбавителя карбонилфторида в количестве 10 - 100 моль на 1 моль кислорода. Реактор для получения карбонилфторида выполнен в виде трубы из нержавеющей стали диаметром 60 и длиной 654 мм. Температуру в реакторе измеряют термопарой в центре трубы. Имеется ввод в реактор с дозированной подачей тетрафторэтилена и кислорода, выход и система рецикла карбонилфторида с холодильником, регулятором расхода и расходомером. Перед началом процесса реактор заполняют карбонилфторидом и начинают его циркуляцию; реактор предварительно нагревают до 250^oC и затем начинают подачу реагентов /пат. США N 3404180, кл. 260-544, 1968].

Использование разбавителя позволяет снизить взрывоопасность смеси тетрафторэтилена с кислородом и повысить безопасность процесса. Однако использование больших количеств карбонилфторида для разбавления тетрафторэтилена и кислорода делает проблематичным процесс получения карбонилфторида из-за отсутствия последнего для запуска его производства. Необходимость системы-циркуляции карбонилфторида и соответствующего оборудования для осуществления циркуляции и ее контроля также усложняет реализацию известного способа.

Указанную проблему запуска производства решает другой известный способ получения карбонилфторида по авт.св. СССР N 424809, кл. C 01 B 9/08, 1974, наиболее близкий к предлагаемому по совокупности существенных признаков. Он состоит в газофазном окислении тетрафторэтилена эквимолекулярным количеством кислорода при 250-450^oC в присутствии разбавителя, в качестве которого используются фторированные органические соединения, устойчивые к воздействию кислорода, с температурой кипения выше, чем у карбонилфторида, и растворяющие последний при конденсации, например, фреон 22, фреон 113, фреон С51-12 или растворитель FC-75, представляющий собой смесь перфторированных циклических простых эфиров. Процесс проводят в непрерывном режиме в реакторе, представляющем собой цилиндрический корпус из нержавеющей стали или кварца, заполненный насадкой из материала аппарата и снабженный термопарой и нагревателем. В реактор (диаметр 32 мм, высота 400 мм) подают смесь фреона 22, тетрафторэтилена и кислорода со скоростью 1400 и 120 л/ч и нагревают до 250^oC. Продукты реакции (смесь фреона 22 и карбонилфторида с примесью побочных продуктов - CF₄, CO₂ и CF₃COF) конденсируют и разделяют низкотемпературной дистилляцией.

Применение посторонних разбавителей создает проблему разделения продуктов реакции и рекуперации разбавителя (на 120 л карбонилфторида приходится 1400 л разбавителя - хладона 22). Разделение карбонилфторида и разбавителя требует значительных энергозатрат на компримирование, конденсацию и ректификацию продуктов реакции, сопряжено с потерями продуктов и загрязнением окружающей среды, усложняет аппаратурное оформление процесса.

Технической задачей настоящего изобретения является снижение энергетических затрат при выделении карбонилфторида из продуктов окисления тетрафторэтилена и упрощение аппаратурного оформления процесса.

Поставленная техническая задача решается тем, что в способе получения карбонилфторида, включающем газофазное окисление тетрафторэтилена эквимолекулярным количеством кислорода при повышенной температуре в присутствии разбавителя, в качестве разбавителя используют реакционные газы окисления тетрафторэтилена.

Указанные газы подают на газофазное окисление тетрафторэтилена за счет кинетической энергии подаваемого на окисление тетрафторэтилена.

Тетрафторэтилен на газофазное окисление подают с линейной скоростью 1,77-20 м/с.

Целесообразно реакционные газы окисления тетрафторэтилена, подаваемые на разбавление, охлаждать.

Реактор для получения карбонилфторида, содержащий цилиндрический корпус с термогильзой, нагреватель и патрубки для ввода тетрафторэтилена и кислорода и вывода продуктов реакции, дополнительно снабжен коаксиально расположенными внутри корпуса форсункой для подачи тетрафторэтилена и циркуляционной трубой, которая в верхней части открыта, в нижней части имеет ряд инжекционных отверстий, расположенных на уровне сопла форсунки, а нагреватель, выполненный в виде электроспирали, размещен внутри циркуляционной трубы в зоне инжекции.

На чертеже изображен предлагаемый реактор, вертикальный разрез. Реактор содержит цилиндрический корпус 1 с термогильзой 2, патрубки для ввода тетрафторэтилена 3, кислорода 4 и вывода продуктов реакции 5, форсунку 6 с соплом 7, циркуляционную трубу 8 с отверстиями 9 и электронагреватель 10. Корпус снабжен охлаждащей рубашкой 11.

Предлагаемый способ и работа реактора иллюстрируются примером.

Пример

Опыты по получению карбонилфторида проводят в цилиндрическом реакторе из хромоникелевой стали, изображенном на чертеже. Корпус реактора 1 изготовлен из трубы диаметром 45 мм, оборудован циркуляционной трубой (диффузором) 8 диаметром 25 мм с 4 отверстиями диаметром 10 мм для инжекции разбавителя. Форсунка 6 для подачи тетрафторэтилена имеет сопло 7 диаметром 1 мм. Имеется патрубок 4 для ввода кислорода в нижнюю часть реактора, а именно внутрь циркуляционной трубы ниже сопла форсунки, и патрубок 5 для отбора продуктов реакции из верхней части реактора, а также гильза 2 для помещения измерителя температуры, введенная внутрь диффузора 8. Свободный объем реактора 0,2 л. Конструкция реактора позволяет осуществлять циркуляцию реакционных газов по всему его объему. Предусмотрено охлаждение корпуса реактора воздухом или водой, подаваемыми в рубашку 11. В нижней части диффузора 8 непосредственно у сопла 7 установлена электроспираль 10 для поджигания тетрафторэтилена.

Процесс осуществляют следующим образом. Реактор продувают кислородом, устанавливают подачу кислорода 5 л/ч. До подачи тетрафторэтилена линию 3 для его подачи продувают азотом через реактор. Затем включают нагрев электроспирали 10. По достижении температуры в реакторе 180 - 200^oC отключают подачу азота и устанавливают подачу тетрафторэтилена 5 л/ч, что соответствует его линейной скорости через сопло 1,77 м/с. За счет протекания реакции окисления тетрафторэтилена устанавливается температура 400^oC, и нагрев электроспирали отключают. Через рубашку 10 продувают охлаждающий воздух, поддерживая заданную температуру в реакторе. Реакционные газы, выходя из диффузора 8, циркулируют внутри корпуса 1, частично охлаждаясь, и за счет кинетической энергии подаваемого через сопло форсунки тетрафторэтилена засасываются через инжекционные отверстия 9 внутрь диффузора, разбавляя реакционную среду. Избыток реакционных газов отбирают через патрубок 5 в качестве готового продукта.

Продукты окисления тетрафторэтилена анализируют методом газовой хроматографии. Результаты - в таблице (опыт 1). Конверсия тетрафторэтилена полная (тетрафторэтилен в продуктах отсутствует при чувствительности анализа 0,01 мол.%). Выход карбонилфторида 99,1%. В качестве побочных продуктов обнаружены CF₄, CO₂, C₃F₈, CF₃COF.

В аналогичных условиях проведены опыты при других линейных скоростях подачи тетрафторэтилена. Конкретные условия и результаты опытов - в таблице (оп. 2 - 5). Для охлаждения рубашки в опытах 3 - 5 используют водопроводную воду.

Представленные результаты показывают, что предлагаемый способ и реактор позволяют получать карбонилфторид хорошего качества с высоким выходом, при этом не требуется операции разделения целевого продукта и разбавителя и связанных с этим энергозатрат.