[发明专利]一种四氯乙烯制备五氟乙烷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种四氯乙烯制备五氟乙烷的方法。

背景技术

五氟乙烷(HFC-125)因其物理化学性能优异，更因其粘度低、表面张力低、热导性高而具有高效节能的性能。是R404A、R407C、R410A、R507等混合工质的有效成分，广泛应用于空调、冰箱、汽车空调、冷藏、工业制冷设备等领域，在众多替代剂中前景较好，发展较快，是一种新型高效绿色制冷剂。同时，五氟乙烷也可以作为灭火剂的替代品，此外，五氟乙烷还可以用作清洁剂和气体灭菌剂等。

目前工业化合成HFC-125较有前途的是PEC路线。以PCE为原料，气相氟化合成HFC-125。该路线分为两步完成，第一步是气相氟化PCE合成HCFC-123和HCFC-124，第二步是进一步氟化HCFC-123和HCFC-124合成HFC-125。该路线原料廉价易得，且采用气相法具有安全性高，不易腐蚀设备，易于连续大规模生产等优点。但最终目标产物分离难度较大，一定程度上降低了经济效益。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术所存在的不足而提供一种四氯乙烯制备五氟乙烷的方法的技术方案，通过采用气相氟化制备五氟乙烷，有效提高了产物的选择性和稳定性，提高了CFC-113和HCFC-123的转化率和实施五氟乙烷一次的转化率，延长了催化剂的使用寿命，降低了反应时的温度和压力，减少了能耗的损失，经济效益显著。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种四氯乙烯制备五氟乙烷的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)催化剂母体制备

a、首先将Al₂O₃分别经800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃焙烧4h后研成粉体备用；

b、然后将Zn质量分数为2％的Zn(NO₃)₂溶液10～50ml加入到上述高温焙烧的Al₂O₃粉体中，室温下浸渍时间为5～8h，90℃水浴蒸干；

c、再于120℃的烘箱中烘干8～10h得粉体；

d、然后将粉体于200℃氮气气氛下焙烧4h得到催化剂母体；

(2)催化剂母体活化处理

a、首先将3ml20～40目的催化剂母体装入固定床反应器中，将热电偶放置于催化剂中间监测温度，反应物和产物用气相色谱进行在线分析；

b、催化剂母体先在氮气气氛下于300℃分别干燥2～4h，然后在HF与N₂的摩尔比为(4～6):(1～3)，总流量为50ml/min的HF和N₂混合气氛下，先于260℃和300℃下分别氟化1～3h，然后升温至400℃，在此温度下持续氟化2～4h；

(3)氟化催化反应

a、首先将四氯乙烯和无水氟化氢连续通入第一反应器内，在氟化催化剂的作用下发生氟化反应，反应温度为291℃～306℃，反应压力为0.48～0.95MPa，反应时间为1～2h，生成产物为1,1,1-三氟-2,2,2,-三氯乙烷(CFC-113)；

b、然后将1,1,1-三氟-2,2,2,-三氯乙烷和无水氟化氢按质量比为1:2的比例加入第二反应器中，在氟化催化剂的作用下发生氟化反应，反应温度为310℃～355℃，反应压力为0.52～0.95MPa，反应时间为1.5～2.5h，生成产物为二氯三氟乙烷(HCFC-123)；

c、接着将二氯三氟乙烷和无水氟化氢加入第三反应器内，在铬基催化剂的作用下发生氟化反应，生成五氟乙烷(HFC-125)和CFC-115。

通过该工艺得到的五氟乙烷过程简单，且五氟乙烷的选择性可以控制在较高水平，同时副产物CFC-115的选择性可以控制在较小的范围内，从而减少了精制五氟乙烷的难度，同时HCFC-123和HFC-125的比例可以通过该反应灵活调整。

优选的，步骤(1)过程b中的室温为25℃～29℃，此温度下使Zn(NO₃)₂溶液和Al₂O₃粉体反应更充分，提高催化剂母体对氟化催化反应的作用。

优选的，步骤(2)过程b中的HF与N₂的摩尔比为4:1，此摩尔比时催化剂母体的活化效果更显著。