去除2,3,3,3-四氟丙烯產(chǎn)物中的鹵化乙烯雜質(zhì)的方法
【專利說(shuō)明】去除2, 3, 3, 3-四氟丙烯產(chǎn)物中的鹵化乙烯雜質(zhì)的方法發(fā)明領(lǐng)域
[0001 ] 本發(fā)明涉及用于去除包含在氟化有機(jī)化合物中的雜質(zhì)的方法，特別是去除包含在氟化烯烴中的不飽和雜質(zhì)的方法，甚至更具體地涉及用于去除包含在2，3，3，3-四氟-1-丙烯(HF0-1234yf)、l，3，3，3-四氟-1-丙烯(HF0_1234ze)和 1-氯 _3，3，3-三氟-1-丙烯(HF0-1233zd)中的鹵化乙烯雜質(zhì)的方法。
[0002]發(fā)明背景
某些氫氟烯烴(HFO)(如四氟丙烯(包括2，3，3，3-四氟-1-丙烯(HF0_1234yf)和1，3，3，3-四氟-1-丙烯(HF0-1234ze))現(xiàn)在已知是有效的制冷劑、傳熱介質(zhì)、拋射劑、起泡劑、發(fā)泡劑、氣體電介質(zhì)、消毒劑載體、聚合介質(zhì)、顆粒去除流體、載流體、拋光研磨劑、置換干燥劑和動(dòng)力循環(huán)工作流體。不同于大多數(shù)氯氟烴(CFC)和氫氯氟烴(HCFC)，大部分的HFO對(duì)臭氧層不構(gòu)成威脅。HF0-1234yf也已被證明是一種具有低毒性的低全球變暖化合物，并因此能滿足對(duì)于移動(dòng)式空調(diào)的制冷劑的日益嚴(yán)格的要求。因此，含有這些氫氟烯烴的組合物是其中被開(kāi)發(fā)用于許多前述應(yīng)用的主導(dǎo)材料。
[0003]用于制備氟代烯烴之一(HF0-1234yf)的制造方法公開(kāi)在美國(guó)專利號(hào)8，058, 486中，并使用1，1，2，3-四氯丙烯(HC0-1230xa)作為起始原料。該方法包括以下三個(gè)步驟:I)在裝有固體氫氟化催化劑(例如氟化氧化鉻)的氣相反應(yīng)器中，HC0-1230xa + HF —
2-氯-3，3，3-三氟丙烯0?^0-12331￡)+ HCl ；2)在裝有液態(tài)氫氟化催化劑如氟化SbClj9液相反應(yīng)器中，HCF0-1233xf + HF — 2-氯-1，1，1，2-四氟丙烷(HCFC_244bb)，和 3)在氣相反應(yīng)器中，HCFC-244bb — HF0_1234yf。
[0004]上文確定的其它氟代烯烴由不同的起始材料類似地制備。其中每一種由氫氟烴(如氟代烷烴)的脫氯化氫制備。更具體地，由以Z和E兩種異構(gòu)體形式的1-氯-3，3，3-三氟丙烷(244fa)的脫氯化氫形成HF0-1234ze。由以Z和E兩種異構(gòu)體形式的1，1-二氯-3，3，3-三氟-1-丙烯(243fa)的脫氯化氫制備HF0_1233zd。
[0005]遺憾的是，這種用于制備氟代烯烴(例如HF0_1234yf)的方法可導(dǎo)致產(chǎn)生難以去除的有毒的和/或其它不期望的副產(chǎn)物。
[0006]例如，去除雜質(zhì)的一個(gè)常規(guī)方法是通過(guò)蒸餾。但是，如果雜質(zhì)的沸點(diǎn)接近最終的氟代烯烴產(chǎn)物或如果物質(zhì)的相互作用使得沸點(diǎn)不相似的化合物密切結(jié)合起來(lái)(例如共沸物)，則此去除方法變得困難。此外，即使在蒸餾后，還是可能保留少量的不期望的雜質(zhì)。
[0007]因此，需要確定在制備氟代烯烴(例如HF0_1234yf)的方法中產(chǎn)生的雜質(zhì)以及去除這些雜質(zhì)的方法。
[0008]發(fā)曰月概沐
本發(fā)明人已經(jīng)意外地發(fā)現(xiàn)，在HF0-1234yf、HF0_1234ze和HCF0_1233zd粗產(chǎn)物的蒸餾后得到的最終的HF0-1234yf、HF0-1234ze和HCF0-1233zd產(chǎn)物仍分別含有鹵化乙烯雜質(zhì)。例如，在脫氯化氫步驟之后獲得的HF0-1234yf含有此類鹵化乙烯雜質(zhì)，如 HF0-1141 (CH2=CHF)、HCF0-1140 (CH2=CHCl)和 HCF0-1131 (CH2=CFCl 和 / 或反式 / 順式-CHF=CHCl)。這些鹵化乙烯雜質(zhì)可以高達(dá)0.1重量％的量存在于氟代烯烴，例如HF0-1234yf、HF0-1234ze和HCF0-1233zd產(chǎn)物料流中，從而降低了各氟代烯烴的濃度和純度。此外，眾所周知，HCFO-1140是一種致癌劑。其它鹵化乙烯的毒性是未知的。由于至少這些原因，這些鹵化乙烯存在于HF0-1234yf最終產(chǎn)物中是不合意的。另外，這些鹵化乙烯的存在可能導(dǎo)致對(duì)生產(chǎn)氟代烯烴如HF0-1234yf、HF0-1234ze和HCF0_1233zd的效率產(chǎn)生不利影響。因此，需要通過(guò)其可以去除這些不飽和雜質(zhì)或至少?gòu)腍F0-1234yf產(chǎn)物減少這些不飽和雜質(zhì)的手段。
[0009]本發(fā)明提供了用于去除包含在氟代烯烴(例如HF0_1234yf產(chǎn)物)中的鹵化乙烯雜質(zhì)的方法。鹵化乙烯的非限制性實(shí)例包括HFO-1141 (CH2=CHF)、HC0-1140 (CH2=CHCl)和HCF0-1131 (CH2=CFCl和/或反式/順式-CHF=CHCl)。存在于所述氟代烯烴中的其它不飽和雜質(zhì)，包括 HF0-1243zf (CF3CH=CH2)和 HCF0_1233xf (CF3CCl=CH2)也可以與鹵化乙烯一起被去除或至少減少。
[0010]在一個(gè)實(shí)施方案中，所述方法包括使含有所述氟代烯烴產(chǎn)物和所述鹵化乙烯雜質(zhì)的產(chǎn)物料流與具有高表面積的物理吸附劑接觸。這樣的吸附劑的非限制性實(shí)例包括二氧化硅、活性碳、交聯(lián)的聚合物、無(wú)定形和半結(jié)晶s-PS(間規(guī)聚苯乙烯)、各種沸石分子篩(例如4A、5A、13X、ZSM-5、沸石β、沸石USY等)及其組合。
[0011 ] 在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述方法包括使含有所述氟代烯烴產(chǎn)物和所述鹵化乙烯雜質(zhì)的產(chǎn)物料流與化學(xué)吸附催化劑接觸，所述催化劑是三價(jià)金屬氧化物、或氧鹵化物、或鹵化物、或其組合。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述金屬是鉻、鐵和鋁。這樣的化學(xué)吸附催化劑的非限制性實(shí)例包括本體或負(fù)載的氧化絡(luò)、氯氧化絡(luò)、氟氧化絡(luò)、氯化絡(luò)、氟化絡(luò)、氧化鋁、氯氧化鋁、氟氧化鋁、氯化鋁、氟化鋁、氧化鐵(III)、氯氧化鐵(III)、氟氧化鐵(III)、氯化鐵、氟化鐵、以及它們的各種組合?？捎玫妮d體包括，但不限于二氧化硅、氧化鋁和活性碳。對(duì)于金屬氧化物(氧化鉻、氧化鋁、氧化鐵(III)或這些的任何組合)催化劑而言，通過(guò)使用HCl或HF進(jìn)行鹵化預(yù)處理。
[0012]發(fā)明詳述
如本文中所用的術(shù)語(yǔ)“包含(comprises)”、“包含(comprising)”、“包括(includes)”、“包括(including)”、“具有(has)”、“具有(having)”或其任何其它變體意在覆蓋非排他性的包括。例如，包含要素列表的工藝、方法、制品或設(shè)備不一定僅限于這些要素，而是可以包括沒(méi)有明確列舉的或此類工藝、方法、制品或設(shè)備所固有的其它要素。此外，除非明確有相反的說(shuō)明，“或”指的是包含性的或而非排他性的或。例如，條件A或B滿足以下任意一項(xiàng):A為真(或存在)且B為假(或不存在)，A為假(或不存在)且B為真(或存在)，以及A和B均為真(或存在)。
[0013]此外，使用“一個(gè)”或“一種”用于描述本文中所述的要素和組件。這樣做僅僅是為了方便和賦予本發(fā)明的范圍的一般含義。這種描述應(yīng)解讀為包括一個(gè)或至少一個(gè)，且該單數(shù)還包括復(fù)數(shù)，除非這顯然另有所指。
[0014]除非另行規(guī)定，本文中使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有本發(fā)明所述領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。在沖突的情況下，將以本說(shuō)明書(shū)(包括定義)為準(zhǔn)。盡管類似于或等同于本文中所述的那些的方法和材料可用于本發(fā)明的實(shí)施方案的實(shí)施或測(cè)試，但在下文中描述了合適的方法與材料。此外，該材料、方法和實(shí)例僅為說(shuō)明性的而非意在限制。
[0015]當(dāng)數(shù)量、濃度或其它值或參數(shù)以范圍、優(yōu)選范圍或優(yōu)選上限值和/或優(yōu)選下限值給出時(shí)，應(yīng)理解為具體公開(kāi)了由任何范圍上限值或優(yōu)選值和任何范圍下限值或優(yōu)選值的任意一對(duì)構(gòu)成的所有范圍，而不管該范圍是否被單獨(dú)公開(kāi)。在本文中列舉數(shù)值范圍時(shí)，除非另行說(shuō)明，該范圍意在包括其端點(diǎn)，以及該范圍內(nèi)的所有整數(shù)和分?jǐn)?shù)。
[0016]如本文中所使用的術(shù)語(yǔ)“氟代烯烴”，是指含有氫、碳、任選的氯、氟和碳-碳雙鍵的分子。
[0017]如本文中所用的術(shù)語(yǔ)“氫氟烯烴”，是指含有氫、碳、氟、以及碳-碳雙鍵的分子。
[0018]如本文中所用的術(shù)語(yǔ)氟代烷烴是指具有兩個(gè)或更多個(gè)碳原子的含氫、碳、氟、氯的烷烴，由此氯原子和氫原子被取代在兩個(gè)相鄰碳原子上。
[0019]如本文中所用的術(shù)語(yǔ)“鹵化乙烯”是指其中一個(gè)或兩個(gè)碳原子被鹵素(如氟或氯)取代的乙烯分子。對(duì)于本發(fā)明的目的而言，這些鹵化乙烯是在制備HF0-1234yf、HF0-1234ze和HF0-1233zd產(chǎn)物的過(guò)程中、尤其是在脫氯化氫步驟的過(guò)程中形成的雜質(zhì)。乙烯雜質(zhì)化合物在其上可具有1、2、3或4個(gè)鹵素。在某些實(shí)施方案中，乙烯雜質(zhì)化合物在其上具有一個(gè)或兩個(gè)取代的鹵素原子。實(shí)例包括HFO-1141 (CH2=CHF)、HC0-1140 (CH2=CHCl)和HCF0-1131 (CH2=CFCl 和 / 或反式 / 順式-CHF=CHCl)等。
[0020]術(shù)語(yǔ)“吸附劑”是指具有通過(guò)在不改變物質(zhì)性質(zhì)的條件下使該物質(zhì)粘附到材料上來(lái)從氣體、液體或固體提取該物質(zhì)的能力的材料。在本發(fā)明中，所述吸附劑是可以從含有鹵化乙烯和HF0-1234yf產(chǎn)物的氣體或液體料流去除鹵化乙烯的材料，由此所述吸附劑具有促進(jìn)其與鹵化乙烯分子的優(yōu)先結(jié)合和/或孔隙開(kāi)口足以大至允許所述鹵化乙烯分子進(jìn)入其內(nèi)部、同時(shí)排除氟代烯烴如HF0-1234yf、HF0_1234ze和HCF0_1233zd分子的功能。吸附劑的實(shí)例包括活性碳、沸石、二氧化硅、無(wú)定形和半結(jié)晶間規(guī)聚苯乙烯、交聯(lián)的聚合物等。
[0021]HF0_1234ze可以以兩種構(gòu)型異構(gòu)體M 2之一的形式存在。如本文中所用的HF0-1234ze是指異構(gòu)體方-HF0_1234ze或Z-HF0_1234ze以及此類異構(gòu)體的任何組合或混合物。
[0022]HCF0_1233zd也可以以兩種構(gòu)型異構(gòu)體M 2之一的形式存在。如本文中所用的HCF0-1233zd是指異構(gòu)體方-HCF0_1233zd或Z-HCF0_1233zd以及此類異構(gòu)體的任何組合或混合物。
[0023]如本文中所用的術(shù)語(yǔ)“脫氯化氫反應(yīng)”、“脫氯化氫”或“脫氯化氫的”是指一個(gè)過(guò)程，在該過(guò)程中移除分子中相鄰碳上的氫和氯。
[0024]如本文中所用的術(shù)語(yǔ)“高溫”是指高于室溫的溫度。
[0025]本發(fā)明涉及一種用于從氟代烯烴、尤其是由氟代烷烴的脫氯化氫產(chǎn)生的那些氟代烯烴去除至少一種鹵化乙烯雜質(zhì)的方法。盡管關(guān)于幾種氟代烯烴進(jìn)行了說(shuō)明，但是本文中所描述的方法適用于從氟代烯烴(尤其是作為脫氯化氫的產(chǎn)物)去除至少一種鹵化乙烯雜質(zhì)。例如，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案涉及通過(guò)減少可存在于其中的鹵化乙烯的量來(lái)純化通過(guò)本文中描述的方法制備的HF0-1234yf產(chǎn)物的方法。這些雜質(zhì)產(chǎn)生于HF0_1234yf的制備，例如由HCFC-244bb的脫氯化氫制備HF0-1234yf。在HF0_1234yf的制備方面說(shuō)明了吸附劑和化學(xué)吸附催化劑的使用，但本申請(qǐng)并不限于此。
[0026]—種制備冊(cè)0-12347€的方法描述在美國(guó)專利號(hào)8，084，653中，其內(nèi)容通過(guò)引用并入本文。如上所述，HF0-1234yf的制備通常包括如下的至少三個(gè)反應(yīng)步驟:
(i)在裝有固體催化劑的氣相反應(yīng)器中，(CX2=CCl-CH2X或CX3-CCl=CH2SCX3-CHCl-CH2X) + HF — 2-氯-3，3，3-三氟丙烯(HCF0_1233xf) + HCl ；
(ii)在裝有液體氫氟化催化劑的液相反應(yīng)器中，2-氯-3，3，3-三氟丙烯(HCF0-1233xf)+ HF — 2-氯-1，1，1，2-四氟丙烷(HCFC_244bb);和
(iii)在氣相反應(yīng)器中，2-氯-1，1，1，2_四氟丙烷(HCFC-244bb)— 2，3，3，3-四氟丙烯(HF0-1234yf)，
其中X獨(dú)立地選自F、Cl、Br和I，條件是至少一個(gè)X不為氟。
[0027]—般而言，第一反應(yīng)步驟的起始材料可以由一種或多種根據(jù)式1、11和/或III的氯化化合物表示:
CX2=CCl-CH2X(式 I)
CX3-CCl=CH2(式 II)
CX3-CHCl-CH2X(