способ получения пентафторэтана (хладона-125)

Формула изобретения

1. Способ получения пентафторэтана путем фторирования галогенорганического соединения фторидом металла переменной валентности в присутствии разбавителя с выделением целевого продукта известными приемами, отличающийся тем, что в качестве исходного галогенорганического соединения используют 1,1,1,2-тетрафторэтан (хладон-134а) или 1,1,2,2-тетрафторэтан (хладон-134), в качестве фторида металла переменной валентности используют гексафторид урана в газовой фазе, а разбавителем служит непрореагировавший тетрафторэтан и гексафторэтан.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что фторирование осуществляли при температуре 300 - 450^oC, молярном отношении тетрафторэтан : гексафторид урана 1 - 3 : 1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения фторуглеводородов - озонобезопасных хладонов этанового ряда - пентафторэтана (Х-125).

Известны классические методы газофазного каталитического фторирования галогенэтанов - 1,1,1,2-тетрафторхлорэтана (Х-124) фторидом водорода. Процесс получения пентафторэтана проводят при температуре 350-400^oC и давлении 0,2-0,25 МПа. (Промышленные фторорганические продукты: Спр. изд / Б.Н.Максимов, В.Г.Барабанов, И.П.Серушкин, СПб. Химия, 1996).

Технология получения пентафторэтана включает следующие стадии:

- синтез пентафторэтана



- конденсация газообразных продуктов синтеза;

- отделение сырца от высококипящих примесей и фторводорода;

- отмывка, нейтрализация и отмывка сырца;

- компримирование и конденсация газообразных продуктов синтеза:

- выделение сырца ректификацией;

- экстрактивная ректификация сырца;

- выделение товарного пентафторэтана (Х-125).

Известен способ получения пентафторэтана C₂HF₅ и гексафторэтана C₂F₆ фторированием этилена трифторидом кобальта при повышенной температуре с последующим отделением фтористого водорода и фракционированием фторированных этанов, при котором этилен совместно с кубовой фракцией после выделения пентафторэтана ₂HF₅ фторируют при 150-300^oC и времени контакта 10000-10 с в присутствии рецикла гексафторэтана при массовом соотношении последнего 7:1 (Патент Р. Ф. N 2009118, з-ка N 5049786/04 от 26.05.92 МКИ: 5 C 07 C 19/08, 17/02).

К числу недостатков прототипа следует отнести:

- использован CoF₃, который является для галогенорганических соединений жестким фторирующим агентом:

- требуется большой избыток рецикла кубовой фракции после отделения пентафторэтана;

- низкий выход пентафторэтана:

- значительные энергозатраты на осуществление конденсации, компринирования, рециклирования газовой смеси.

Предложен способ получения пентафторэтана (Х-125) путем фторирования галогенорганического соединения в газовой фазе фторидом металла переменной валентности в присутствии разбавителя. Причем в качестве галогенорганического соединения используют 1,1,1,2-тетрафторэтан или 1,1,2,2-тетрафторэтан, а разбавителем служили непрореагировавший тетрафторэтан и гексафторэтан. В качестве фторирующего агента используют гексафторид урана при температуре 300-450^oC и молярном отношении тетрафторэтан : гексафторид урана 1-3 : 1.

Процесс фторирования может быть выражен следующими суммарными уравнениями:





Процесс фторирования 1,1,1,2-тетрафторэтана гексафторидом урана протекает в гомогенной системе "газ-газ" по ионному механизму. Процесс фторирования трифторидом кобальта осуществляется в гетерогенной системе "твердое-газ" (в условиях худшего контакта) по радикальному механизму, который инициирует протекание побочных реакций вследствие высокой активности радикалов.

Оба процесса являются экзотермическими, т.е. идут с выделением значительного количества тепла.

В гомогенной системе UF₆ - C₂F₄H₂ процесс отвода тепла является более эффективным, отсутствуют зоны местного перегрева, как в гетерогенной системе с CoF₃, которые ведут к деструкции и диспропорционированию фторорганических продуктов.

Поэтому основные преимущества заявляемого способа заключаются в том, что путем регулирования объемной концентрации UF₆ в реакционной смеси "UF₆ - хладон-134а", при указанных в заявке условиях можно направить течение реакции в сторону образования хладона-125, сводя протекание остальных побочных реакций к минимуму.

Так при молярном соотношении Х-134а к гексафториду 2:1 и температуре 400^oC выход Х-125 на конвертируемый 1,1,1,2-тетрафторэтан составил выше 90%. При этом происходит полное превращение гексафторида в твердый тетрафторид урана.

Использование непрореагировавшего фторорганического соединения в качестве разбавителя значительно улучшает теплофизические свойства процесса.

Пример 1. Процесс синтеза пентафторэтана (Х-125) осуществляли непрерывно на пилотной установке с нагрузкой по гексафториду урана до 200 г/ч, включающей: узлы дозировки гексафторида урана и органических реагентов, прямоточный реактор фторирования, узел очистки отходящих из реактора газов от твердых примесей на металлокерамических фильтрах, очистку от следов гексафторида - на сорбционных колоннах с фторидом натрия, конденсацию органических продуктов реакции в ловушках, охлаждаемых парами жидкого азота. Тетрафторид урана собирали в бункере реактора.

Исходный Х-134а вводили в зону реакции через форсунку. Подаваемый в реакционную зону гексафторид урана разбавляли аргоном.

Количественный и качественный состав газовой фазы определяли методом газовой хроматографии и ИК-спектроскопии.

При температуре 350^oC и молярном соотношении хладона-134а к гексафториду урана 1,1:1 объемное содержание Х-125 в органической фазе составило 22,8%, а отношение хладона-125 к хладону-134 составило - 0,37.

Пример 2. При температуре синтеза 450^oC и молярном соотношении хладона-134 к гексафториду урана 1,1:1 объемное содержание Х-125 в органической фазе составило 25,1%, а соотношение хладона-125 к хладону-134(134а) равнялось 0,43.

Пример 3. Фторирование хладона-134а гексафторидом урана проводили при температуре 300^oC и молярном соотношении хладона-134а к гексафториду урана 1,1: 1. При этом объемное содержание пентафторэтана в органической фазе составило 19,5%, а отношение пентафторэтана к хладону-134а равнялось 0,28.

Пример 4. Синтез пентафторэтана (Х-125) осуществляли при температуре 400^oC и молярном соотношении хладона-134а к гексафториду урана 2:1. Объемное содержание продуктов фторирования в органической фазе составило, %:

пентафторэтан (Х-125) - 21,30

1,1,1,2-тетрафторэтан (Х-134а) - 76,83

перфторэтан (Х-116) - 1,50

сумма органических примесей - 0,37

Конверсия 1,1,1,2-тетрафторэтана (Х-134а) достигала 23,17%, выход пентафторэтана - 91,9% на конвертируемый 1,1,1,2-тетрафторэтан (Х-134а).

Пример 5. Хладон-125 синтезировали при температуре 450^oC и молярном соотношении Х-134а к гексафториду урана 3:1. Объемное содержание продуктов реакции в органической фазе равнялось, %:

1,1,1,2-тетрафторэтан (Х-134а) - 67,44

пентафторэтан (Х-125) - 19,50

гексафторэтана (Х-116) - 12,56

органические примеси - 0,50

Конверсия Х-134а составила 32,56%, выход хладона-125 - 59,9% на конвертируемый хладон-134а.

Из приведенных примеров следует, что использование 1,1,1,2-тетрафторэтана (Х-134а) или тетрафторэтана (Х-134) в качестве исходного фторорганического соединения позволяет по сравнению с прототипом:

- значительно повысить выход хладона-125;

- снизить содержание органических примесей в сырце пентафторэтана;

- проводить процесс синтеза хладона-125 при атмосферном давлении;

- исключить использование инертных газов (азота) при проведении процесса фторирования галогенорганического соединения.