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，并因此能滿足對于移動式空調(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)的制造方法公開在美國專利號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)的一個常規(guī)方法是通過蒸餾。但是，如果雜質(zhì)的沸點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不相似的化合物密切結(jié)合起來(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，需要通過其可以去除這些不飽和雜質(zhì)或至少從HF0-1234yf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]在一個實施方案中，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例包括二氧化硅、活性碳、交聯(lián)的聚合物、無定形和半結(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 ] 在另一個實施方案中，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，所述催化劑是三價金屬氧化物、或氧鹵化物、或鹵化物、或其組合。在一個實施方案中，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。可用的載體包括，但不限于二氧化硅、氧化鋁和活性碳。對于金屬氧化物(氧化鉻、氧化鋁、氧化鐵(III)或這些的任何組合)催化劑而言，通過使用HCl或HF進行鹵化預(yù)處理。
[0012]發(fā)明詳述
如本文中所用的術(shù)語“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: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”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)解讀為包括一個或至少一個，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，將以本說明書(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)明的實施方案的實施或測試，但在下文中描述了合適的方法與材料。此外，該材料、方法和實例僅為說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，應(yīng)理解為具體公開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)選值的任意一對構(gòu)成的所有范圍，而不管該范圍是否被單獨公開。在本文中列舉數(shù)值范圍時，除非另行說明，該范圍意在包括其端點，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“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“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)語氟代烷烴是指具有兩個或更多個碳原子的含氫、碳、氟、氯的烷烴，由此氯原子和氫原子被取代在兩個相鄰碳原子上。
[0019]如本文中所用的術(shù)語“鹵化乙烯”是指其中一個或兩個碳原子被鹵素(如氟或氯)取代的乙烯分子。對于本發(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)物的過程中、尤其是在脫氯化氫步驟的過程中形成的雜質(zhì)。乙烯雜質(zhì)化合物在其上可具有1、2、3或4個鹵素。在某些實施方案中，乙烯雜質(zhì)化合物在其上具有一個或兩個取代的鹵素原子。實例包括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“吸附劑”是指具有通過在不改變物質(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其與鹵化乙烯分子的優(yōu)先結(jié)合和/或孔隙開口足以大至允許所述鹵化乙烯分子進入其內(nèi)部、同時排除氟代烯烴如HF0-1234yf、HF0_1234ze和HCF0_1233zd分子的功能。吸附劑的實例包括活性碳、沸石、二氧化硅、無定形和半結(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“脫氯化氫反應(yīng)”、“脫氯化氫”或“脫氯化氫的”是指一個過程，在該過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“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)于幾種氟代烯烴進行了說明，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)明的一個實施方案涉及通過減少可存在于其中的鹵化乙烯的量來純化通過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的制備方面說明了吸附劑和化學(xué)吸附催化劑的使用，但本申請并不限于此。
[0026]—種制備冊0-12347€的方法描述在美國專利號8，084，653中，其內(nèi)容通過引用并入本文。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獨立地選自F、Cl、Br和I，條件是至少一個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(