用于生产氟化烯烃的方法和设备技术

本发明专利技术提供了一种用于制备氟化烯烃的方法，即在反应器室中提供微波等离子体，将保护气体进料引入所述反应器室中，以及使包含至少一种氟化直链或支链烷烃的转化进料与所述等离子体接触。还提供了一种设备以及所述方法和所述设备的用途。

Process and apparatus for producing fluorinated olefins

The present invention provides a method for preparing fluorinated olefins, which provides microwave plasma in the reactor chamber, the protective gas feed into the reactor chamber, and the conversion of fluoride containing at least one straight chain or branched chain alkanes and feed the plasma contact. An apparatus and the method and the use of the device are also provided.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生产氟化烯烃的方法和设备
本申请涉及通过微波等离子体制备氟化烯烃的方法、用于制备氟化烯烃的设备以及该方法和设备的用途。
技术介绍
用于合成常规本体聚合物例如聚乙烯和聚丙烯的烯烃单体通常通过蒸汽裂化方法获得。相比之下，用于生产部分和完全氟化(全氟化)聚合物(含氟聚合物)所需的氟化烯烃单体例如四氟乙烯(TFE)和六氟丙烯(HFP)以及偏二氟乙烯或氟乙烯目前仅可经由工业规模的复杂多阶段过程得到。所述方法涉及氯化学，并且其需要相当大量的能量，这在环境和经济方面是一个缺点。此外，还生成了许多氯化中间体和副产物，对被氢氟酸污染的大量含水盐酸废液进行处理所需的费用昂贵。此外，在世界上的许多国家，由于TFE的自发爆炸倾向监管机构不允许对其运输，而这需要在生产现场直接进一步处理。由于其优异的性能，含氟聚合物在高科技应用中不能被代替，例如用于半导体领域，用于电气/电子系统，作为环境保护领域中的密封件和耐腐蚀材料，以及用于能量转换技术，例如燃料电池。含氟聚合物允许高于280℃的持续工作温度，通常是不可燃的，表现出高介电强度和低介电损耗、良好的机械和滑动性能、惰性行为和生物相容性。用于生产TFE和HFP的现有技术方法使用氯二氟甲烷(R-22)作为中间体并且基于氯、甲烷和氢氟酸。在第一步中，通过甲烷的部分氯化获得三氯甲烷以及许多不希望的副产物，然后在氯化锑催化剂存在下用氢氟酸进一步处理三氯甲烷，得到氯-二氟甲烷。后一化合物在第三步中在800℃至900℃下热解，接下来经由消去反应获得作为中间体的二氟卡宾，随后再通过二聚化得到TFE。该方法产生盐酸、不同的氯甲烷、氟化锑和氟甲烷。R-22热解主要在管式反应器中仅在气相中进行。由于约64KJ/mol的吸热反应，在所用的管式反应器内出现温度梯度，这导致转化率和选择性的降低。因此，反应器中的产率仅为30％-40％，然而这是预期的，因为在低转化率下对TFE的选择性非常高，并且可以减少副产物的形成。然而，通过R-22途径的TFE合成产生了大量废料，其必须被处理、分离并且通常被热回收。因此，需要新的方法和反应器，其能够基于反应性较低、不含氯的起始物质(特别是至少部分氟化或甚至全氟化链烷烃)生产所需的单体，例如TFE和HFP，所述单体进而可通过电化学氟化以工业规模获得。需要开发这样的新方法，这是因为所得含氟聚合物对于生产作为化学技术、生物技术、汽车和电子工业中的关键组分的特殊塑料是非常重要的。此外，应减少或避免大量含水盐酸废液被氢氟酸污染。作为基于使用高能量冲击例如等离子体或电弧来分解氟化材料的过程的替代TFE合成已经在以下专利中有所报道，例如US2,902,521、US2,709,182、US3,133,871、US2,709,192、US3,133,871、US3,009,966、US3,471,546、US3,904,501、US4,849,554、US4,898,645、US4,973,773、US5,611,896、WO99/59385、US6,624,337、US7,622,693和US6,919,015。可例如通过电化学氟化，由氢氟酸和如本领域中已知的短链脂族化合物获得待分解以形成氟烯烃的含氟化合物。然而，上述不含氯的TFE合成的方法迄今为止具有有限的经济利益。在WO2010/039820中描述了另一种途径，其中氟化材料在流化床反应器中经受微波辐射。然而，仍需要另一种用于制备氟化烯烃的方法，并且用于这种方法的设备允许具有令人满意的转化率和产率的合成作为R-22途径的替代。
技术实现思路
在一方面，提供了一种用于制备氟化烯烃的方法，该方法包括：a)在包括至少部分地由反应器壁2限定的反应器室1的反应器1'中提供微波等离子体0，形成反应区0'，其中反应器室1具有大致圆形且具有直径5的横截面4和垂直于横截面4并等于或大于直径5的长度6，并且其中反应器室1在其内部部分7中具有平行于长度6延伸的纵向轴线8；b)在反应器室1中提供保护气体进料9，以及c)使包含至少一种具有1至10个碳原子的氟化直链或支链烷烃的转化进料10与等离子体接触，从而产生含有氟化烯烃的产物流14；其中反应器室1中的保护气体进料9流动，使得该保护气体进料沿反应器室1的纵向轴线8形成或支持形成沿其轴向方向12延伸的反应区0’并且该反应区0’在与其轴向方向12垂直的径向方向11上被限定到反应器室1的中心部分，使得其不接触反应器壁2。在另一方面，提供了一种在生产线中用于生产包含根据前述权利要求中任一项所述的氟化烯烃的产物流14的反应器，该反应器包括由反应器壁2限定的反应器室1，其中反应器室1具有大致圆形的具有直径5的横截面4和垂直于横截面4且等于或大于直径5的长度6，并且其中反应器室1在其内部部分7中具有平行于长度6延伸的纵向轴线8；该反应器还具有用于保护气体进料9的至少一个入口9a，该入口被构造成使得保护气体进料9以与纵向轴线8成45°至110°(更优选地75°至90°)的角度引入反应器室1；用于转化进料10的入口10a，其被构造成使得将转化进料10沿纵向轴线8引导进入；引导产物流14或反应器室1的至少一个出口14a。附图说明图1A提供了根据本专利技术的方法和设备的示意图。图1B示出了图1A的放大截面。图2A提供了不是根据本专利技术的反应区的示意图。图2B示出了根据本专利技术的限定反应区的示意图。图3是对通过实验部分中所述的方法形成的反应区拍摄的图像。具体实施方式已经发现，本专利技术允许直接由直链或支链氟化烷烃得到氟化烯烃如TFE和HFP。因此，可以避免复杂的多步骤R-22途径，这又使得避免产生与所述方法相关的大量不期望的废产物。特别地，由于本专利技术不需要任何含氯化合物，基本上避免了副产物诸如盐酸或氯氟烃的形成，因此无需处理这种副产物。根据本专利技术的方法是等离子体诱导的氟化烷烃转化成氟化烯烃。该方法在等离子体反应器中进行。将通过参考图1来说明根据本专利技术的等离子体反应器和根据本专利技术的方法，其中类似的元件具有相同的参考标号。反应器1'是用于产生包含氟化烯烃的产物流14的生产线的一部分。本文提供的方法通过在等离子体中分解氟化烷烃产生氟化烯烃。优选地，所产生的氟化烯烃包括四氟乙烯(TFE)、六氟丙烯(HFP)或两者。反应器1'在其内部包括反应器室1。反应器室1由反应器壁2限定。反应器室1具有长度6以及大致圆形的具有直径5的横截面4。长度6至少等于直径或更大。反应器室6的内部部分7包含平行于长度6并且垂直于横截面4延伸的纵向轴线8。反应器室1在使用时包含发生转化反应的反应区0'。反应区0’由等离子体0形成。等离子体0由来自微波源13的微波形成。微波能可由波导15引导到反应器室。反应区0'中的等离子体0沿着反应器室7的内部部分中的轴线8沿其轴向方向12和径向方向11延伸。反应区0'在其径向方向11上被限定在区域0'中，使得其不接触反应器壁2。该反应区在其轴向方向上被限定于沿着轴线8的区域。将等离子体限定于区域0'的反应器室中的流动条件通过保护气流9单独或与转化进料10的流动组合来建立。保护气体进料9通过入口9a、9b或9c或其中的多个引入室1中。入口9a、9b、9c设置在区0'的上游。入口被定位成使得保护气体进料9与轴线8成角度和/或与转化进料1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备氟化烯烃的方法，所述方法包括：a)在包括至少部分地由反应器壁(2)限定的反应器室(1)的反应器(1')中提供微波等离子体(0)，形成反应区(0')，其中所述反应器室(1)具有大致圆形且具有直径(5)的横截面(4)和垂直于所述横截面(4)并等于或大于所述直径(5)的长度(6)，并且其中所述反应器室(1)在其中心部分中具有平行于所述长度(6)延伸的纵向轴线(8)；b)在所述反应器室(1)中提供保护气体进料(9)，以及c)使包含至少一种具有1至10个碳原子的氟化直链或支链烷烃的转化进料(10)与所述等离子体接触，从而产生含有氟化烯烃的产物流(14)；其中所述反应器室(1)中的所述保护气体进料(9)流动，使得所述保护气体进料沿所述反应器室(1)的所述纵向轴线(8)形成或支持形成沿其轴向方向(12)延伸的反应区(0’)，并且所述反应区(0’)在与其轴向方向(12)垂直的径向方向(11)上被限定到所述反应器室(1)的中心部分，使得其不接触所述反应器壁(2)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.01 EP 14187332.31.一种用于制备氟化烯烃的方法，所述方法包括：a)在包括至少部分地由反应器壁(2)限定的反应器室(1)的反应器(1')中提供微波等离子体(0)，形成反应区(0')，其中所述反应器室(1)具有大致圆形且具有直径(5)的横截面(4)和垂直于所述横截面(4)并等于或大于所述直径(5)的长度(6)，并且其中所述反应器室(1)在其中心部分中具有平行于所述长度(6)延伸的纵向轴线(8)；b)在所述反应器室(1)中提供保护气体进料(9)，以及c)使包含至少一种具有1至10个碳原子的氟化直链或支链烷烃的转化进料(10)与所述等离子体接触，从而产生含有氟化烯烃的产物流(14)；其中所述反应器室(1)中的所述保护气体进料(9)流动，使得所述保护气体进料沿所述反应器室(1)的所述纵向轴线(8)形成或支持形成沿其轴向方向(12)延伸的反应区(0’)，并且所述反应区(0’)在与其轴向方向(12)垂直的径向方向(11)上被限定到所述反应器室(1)的中心部分，使得其不接触所述反应器壁(2)。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述等离子体(0)由布置在所述反应器室(1)外部的微波源(13)生成，并且所述反应器壁(2)包括可透过微波的区。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述保护气体(9)包含选自氦气、氖气、氩气、氮气、氟化烷烃、氢气、蒸汽以及它们中两种或更多种的组合的至少一种化合物。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述保护气体进料(9)以相对于所述纵向轴线(7)成45°至110°的角度引入所述反应器室(1)中，并且进一步地，其中将所述转化进料(10)沿着所述纵向轴线(8)引导。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述等离子体由915MHz或2.45GHz或5.8GHz的频率生成。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述转化进料(10)包含处于气态的所述至少一种氟化直链或支链烷烃。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述转化进料(10)在所述等离子体(0)中的停留时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂尔曼·C·兹普利斯，克劳斯·辛策，莫尼卡·A·维勒特波拉达，托斯滕·格德斯，延斯·赫德根，阿希姆·施密特罗登基兴，斯特凡·阿绍尔，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US