[发明专利]一种制备氟化甲烷的方法

说明书

发明领域

本申请是1993年4月26日提出的系列号为08/051,917的申请案的部分继续申请。

本申请涉及三氟甲烷(CF₃H)和四氟甲烷(CF₄)的制备。

发明背景

CF₃H是用作生成四氟乙烯的前体，而四氟乙烯可聚合成聚四氟乙烯。CF₄可用作半导体工业中的等离子体激活剂。以前，这些化合物都是作为一般反应产物以二步工艺流程高产率生产的。第一步是生成一个氯化的中间产物，例如，从甲烷开始；随后氟化这个中间产物，例如，CCl₄和HF反应得CF₄。美国专利3258500中的例4公开了HF和CCl₃H反应生成CF₃H，这是第二步过程。原始材料CCl₃H的合成是第一步过程。美国专利3652692公开了CH₄与Cl₂反应生成氯甲烷这第一步过程，随后，氯甲烷与HF反应。

氯氟甲烷可由CH₄与Cl₂和HF同时反应一步形成。请见美国专利2407129、3294852和3442962。

英国专利1017152公开了在大量卤代烃存在时CH₄与Cl₂和HF的反应。公开的反应主要产物是CF₂Cl₂和CFCl₃。实例10也透露当大量的CF₃H的“前体”CCl₃H和CHFCl₂以卤代烃物料存在进入反应时，反应的主要产物是CCl₄，少量产物是CF₃H。美国专利3258500透露CCl₃H是CF₃H的“前体”，美国专利3652692透露在第二步过程中氯甲烷和HF在存在CHFCl₂时反应生成CF₃H。

发明概述

本发明是发现一步法从甲烷(CH₄)开始以高产率一步制得CF₃H和/或CF₄的过程。此过程可参照英国专利1017152公开的工艺流程，简述如下：在卤代烃存在情况下，CH₄与反应期间作为基本化合物存在的Cl₂和HF同时反应制得卤代甲烷，反应条件是存在卤化催化剂，反应温度在200℃到700℃之间、接触时间少于30秒。其中所说的卤代甲烷主要是CF₂Cl₂和CFCl₃例外是当所说的卤代烃含有大量CHCl₃和CHClF₂时，形成大量的CCl₄和少量CF₃H，改进包括在下列情况下进行上述反应，其中：

(a)CH₄/Cl₂/HF的摩尔比至少是1/3/3。

(b)CH₄、Cl₂和HF是反应期间存在的主要化合物。

(c)那样的卤化催化和反应条件生产出大量的CF₃H和/或

   CF₄反应产物。此流程也可表述为：CH₄与作为主要化合物的Cl₂和HF在反应期间全部以气态存在，在下述的反应条件下接触且反应制得产物，反应条件是温度、存在热稳定的氯化氟化催化剂、催化接触时间和反应物的比例，产物是CF₃H、CF₄和它们的混合物中至少一种反应产物，其量足够大，至少为50摩尔％。

意外的是虽然Cl₂是一反应物，本发明流程的主要反应产物是不含氯的。令人惊奇的是可得到高产率的CF₃H，亦即尽管高反应活性的Cl₂在CH₄转化成CF₃H期间存在，CH₄的一个H原子仍然未反应。

现有的一步流程比以前的二步流程优越之处，除操作简单和经济之外还包括：氯碳化合物不必是主要反应产物或是单独的、处理过的或作中间产物存储的进料。