[发明专利]生产五氟乙烷的方法

说明书

本发明涉及一种生产五氟乙烷(R-125)的方法。更具体地，本发明涉 及一种生产五氟乙烷的多级方法，其中全氯乙烯首先与氟化氢(HF)在气 相中反应以生成含有二氯三氟乙烷的第一产物流。对该粗产物流进行分 离或纯化步骤，通常涉及在一个或更多个蒸馏器或蒸馏塔中进行蒸馏， 以制备富含二氯三氟乙烷的反应物流，然后使该反应物流与HF在气相 中反应，以生成含有五氟乙烷的第二产物流。

实际上，目前生产的所有五氟乙烷都是由全氯乙烯的氢氟化来制备 的，如下：

CCl₂＝CCl₂+5HF→CHF₂CF₃(R-125)+4HCl

全氯乙烯转化成二氯三氟乙烷为放热过程，其可在气相或液相中进 行。二氯三氟乙烷转化成五氟乙烷总体上接近于热平衡。

制备五氟乙烷的方法已在许多公开的专利和专利申请中讨论，包括 US-A-5,750,809、JP-7-324044、WO-A-95/16654和WO-A-02/02492。但 是，已知方法有许多缺点。

例如，如果全氯乙烯一直在单个反应器中反应生成五氟乙烷，那么 为达到商业上可行的生成五氟乙烷的转化率所必须采用的温度意味着 所述过程可能遭受结垢，在结垢处降解的有机物(通称为“焦炭”)经过一段 时间沉积在催化剂表面上。结垢是不希望的，因为它使催化剂的活性下降。

制备五氟乙烷的已知方法通常还导致五氟乙烷被各种有机杂质污 染，其中一些有机杂质可能极难以脱除。在已知方法中通常产生的杂质 包括所谓“110系”和“130系”化合物成员的物质。

术语“110系”是指通式为C₂Cl_6-xF_x的化合物，其中x为0-6的整数。 术语“130系”是指通式为C₂H₂Cl_4-xF_x的化合物，其中x为0-4的整数。

不希望受限于任何理论，110和130系化合物似乎至少部分由120系 化合物的歧化产生，120系化合物是指通式为C₂HCl_5-xF_x的化合物，其中x 为0-5的整数。120系化合物包括五氟乙烷本身以及五氟乙烷的前体化合 物，该前体化合物在全氯乙烯氟化生成五氟乙烷时形成并可通过与另外的 氟化氢反应最终转化成五氟乙烷。这些化合物是四氯一氟乙烷(R-121)、三 氯二氟乙烷(R-122)、二氯三氟乙烷(R-123)和一氯四氟乙烷(R-124)。

110系化合物的形成是特别成问题的，因为该系化合物之一，氯五氟 乙烷(R-115)，在大多数压力下与五氟乙烷形成共沸物或近共沸物。由于共 沸混合物或近共沸混合物的特性，它们难于分离，因此五氟乙烷被氯五氟 乙烷污染，在生产过程末端产生非常现实且昂贵的纯化问题。该问题特别 尖锐，因为氯五氟乙烷有高耗臭氧潜力，所以仅应该以低水平存在于五氟 乙烷中。

已采用多种方法来从五氟乙烷中分离氯五氟乙烷。

一种通常称为“萃取蒸馏”的方法是加入第三组分，以改变一种组 分相对于另一种组分的挥发度，使这些组分通过蒸馏分离。例如， WO-A-98/52889描述了使用乙二醇、WO-A-98/15511描述了使用二氟甲 烷(R-32)或1，1，1-三氟乙烷(R-143a)、WO-A-96/24569描述了使用全氯乙 烯、JP-9255597描述了使用C₅-C₁₂碳氟化合物以及US-A-5,919,340描 述了使用C₃-C₇的酮来“破坏”R-115/R-125共沸物。但是一般来说， 该方法是不希望的，因为大多数有效的第三组分通常都是昂贵的，并需 要复杂的设备来进行萃取蒸馏过程。

另一种通常称为“变压共沸蒸馏”的方法是在两个不同的压力例如 约0.17MPa和1.5MPa下蒸馏R-115/R-125混合物(见US-A-5,346,595)。 在不同压力下共沸物组成的微小变化能进行部分分离。但是，变压共沸 蒸馏有许多缺点。例如，为了在约0.17MPa压力下蒸馏共沸物，蒸馏 必须在非常低的约-38℃的温度下进行。在蒸馏过程中达到并维持这样 的温度是昂贵的。另外，为了达到所希望的分离，需要共沸物在不同压 力的蒸馏塔之间循环。