压力下光化学合成全氟烷基碘化物的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种压力下光化学合成全氟烷基碘化物的方法及装置。本发明专利技术的方法包括如下步骤，将Ｃ↓［２］Ｆ↓［５］Ｉ和Ｃ↓［２］Ｆ↓［４］的混合物，加入以低压光源作光化学反应引发光源的反应器的不同位置进行反应，产物经冷却后进入循环管再进入气液分离器，分离出的气体经轴流风机循环返回反应器，液体产物由气液分离器底部放出。反应压力为１３０Ｋｐａ～３００Ｋｐａ。实现本发明专利技术的方法的装置包括，设有汞灯的立式反应器，顶部通过管线与反应器相连通的循环管，与循环管底部相连通的、底部设有出料口的汽液分离器，通过管线与汽液分离器相连通的轴流风机，该风机的出口与反应器的底部相连通，保证气体正常循环。本发明专利技术的合成方法既保持Ｃ↓［８］产品选择性高和原料转化率高，又提高了反应速率。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种全氟烷基碘化物的方法及所采用的装置。2.高温气相连续调聚法美国专利USP5,268,516描述了法国Atochem(阿托)公司采用管式连续气相热调聚反应器制备全氟烷基碘化物的方法，该方法以五氟碘乙烷或七氟异丙基碘为调聚剂，四氟乙烯为调聚单体，通入一管道中，制备全氟烷基碘化物。该专利把30-75％四氟乙烯首先引入管式反应器的一端，剩下的四氟乙烯在位于管式反应器2/5与3/4之间的某处加入，沸点较低的调聚物返回点在管的1/20与1/3之间加入，沸点较高的调聚物返回点在管的1/5与1/2之间加入，反应管的长径比在50-5000之间，调聚温度为300℃-360℃，五氟碘乙烷与四氟乙烯的摩尔比为0.1-0.6。此方法得到的全氟碘辛烷的重量百分率为50％-70％(相对于五氟碘乙烷的转化而言)，原料转化率为10％左右。该方法原料转化率低，而且反应温度高，腐蚀严重，对设备要求苛刻。3.液相高压连续调聚法欧洲专利EP718263A1叙述了德国Hoechest(赫斯特)公司用C4F9I和C2F4为反应物，在有Cu/Ni催化剂的高压反应釜中进行调聚反应，制备全氟烷基碘化物。反应条件C4F9I与C2F4摩尔比为2∶1，反应温度为100℃，反应时间为5小时，得到C2F5(C2F4)nI调聚混合物，产品重量百分含量分别为58％，23.2％，9.6％，4.9％，2.2％，0.8％，0.4％，0.2％，0.1％，＜1％(n分别从1-10)。该方法原料转化率低，调聚物中碳数分布宽，C8F17I收率低。4.光化学气相调聚法此方法由张临阳等始创于1990年，已获德国专利，专利号为DE4025154，此法是以激光及高压汞灯为光源引发低碳数的溴代(碘代)全氟烷烃的调聚反应，得到的调聚物分布理想，可控制6碳或8碳的产率。1993年改用廉价的低压汞灯为光源，使光子价格大幅度下降，同时保持原方法的高选择性，具有工业应用前景，并获得中国专利，专利号为ZL93120480.1，此法使C2F5I转化率超过90％，C8F17I对转化C2F5I的收率超过90％(重量)，但此法的反应速度较慢，单灯每小时C8产率为1-2克，有待进一步提高。2001年，张临阳等又申请了中国专利，申请号为01139051.4，描述采用提高反应温度(150℃-300℃)的方法来提高反应速率而保持原有的高选择性。然而由于含碘产物在高温下具有高腐蚀性，一般金属(不锈钢，钢，铝，铜等)均不耐腐蚀，可选用的设备以玻璃或耐酸搪瓷为主，但玻璃既无大型装置也不耐热，更没有高的强度，搪瓷设备使用温度上限仅为200℃以下，此外低压汞灯本身发光效率也随温升而下降，灯头封口材料也仅能耐200℃以下的温度，因此，实际上目前很难实现200℃以上的高温。中国专利(申请号01255098.1)采用热气自循环方法将未反应的C2F5I及未冷凝的C4和C6调聚物循环返回反应器，主要利用反应器和循环管的温差作动力，但由于其温差小，因此其循环动力就弱，系统循环效果差，并且当生成物不能充分冷却时，系统循环不能正常运行。本方法采用高压反应条件，宜选用较小直径的反应器和较细直径的气体循环管，这将增大气体循环阻力，采用热气自循环方法更有困难。本专利技术需要解决的技术问题之一是公开一种压力下光化学合成全氟烷基碘化物的方法，以克服现有技术的上述缺陷；本专利技术需要解决的技术问题之二是提供压力下光化学合成全氟烷基碘化物的装置。本专利技术的技术构思是这样的专利技术人研究了本反应的反应机理后，提出采用加压光化学法生产，以提高反应速率而保持原有的高选择性。专利技术人认为，为了获得较高碳数的调聚物产品，加成反应速率必须与碘阻抑反应相竞争，因加成反应活化能大于碘阻抑反应活化能，因此可通过提高反应温度来加快加成反应速率。(在100-200℃温度内每升高50℃反应速度快3倍)。由于加成反应速度正比于C2F4分压，因此，提高压力也可加快反应速度。实际上，反应装置在真空下(＜100kpa)操作也容易因泄漏而漏入空气，氧气的进入易引发C2F4的聚合造成大量聚合物生成而降低了全氟烷基碘化物的产率并造成灯管污染，光波被白色聚合物遮蔽。而比常压高的压力可以完全避免此种现象。但压力太高易引起C2F4聚合显著加快。本专利技术的方法包括如下步骤将C2F5I和C2F4的混合物，加入以低压光源作光化学反应引发光源的反应器的不同位置进行反应，产物经冷却后进入循环管再进入气液分离器，分离出的气体经轴流风机循环返回反应器，液体产物由气液分离器底部放出。反应温度为0℃～150℃，反应压力为130Kpa～300Kpa，低压汞灯光源主波长为254mm。按照本专利技术，在反应温度下不断补充加入C2F5I和C2F4或其混合物以保持反应压力的恒定。原料以气体方式加入以维持反应系统的压力，每次加入气体使系统压力变化在1-20kpa之间，加入气体可以是纯的C2F5I或C2F4，也可以是C2F4/C2F5I的混合气体，混合气体的摩尔比为C2F4/C2F5I＝1/1～1/5。气体加入部位可以是在反应系统的任一处。气液分离器的温度在20-100℃之间。气液分离器下部的液体可以及时放出或积存在分离器内，本反应可以连续长时间进行而不中断。实现本专利技术的方法的装置包括 一个设有汞灯的立式反应器；一个顶部通过管线与反应器相连通的循环管；一个与循环管底部相连通的、底部设有出料口的汽液分离器；一个通过管线与汽液分离器相连通的轴流风机，该风机的出口与反应器的底部相连通，保证气体正常循环。物料入口设置反应器或/和汽液分离器上。本专利技术的合成方法既保持C8产品选择性高和原料转化率高，又提高了反应速率。物料入口7设置反应器1或/和汽液分离器4上。以下通过实施例对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明。实施例1采用管式反应器，管长1350mm，内径50mm，顶部设有物料入口，中心封入一根40W的低压汞灯，气液分离器浸于水浴中，顶部一侧设有物料加入口，水浴温度为50℃，反应系统体积为3.6升。系统先进行抽空，在检验系统无严重漏气后(漏气速度＜0.5kpa/小时)即向系统中加入C2F5I 50kpa，再加入C2F4125kpa，开动轴流风机进行搅拌，约2-3分钟气体均匀后，系统加热至120℃，开灯以后维持150℃，系统压力初时由于温度升高而增高至200kpa，以后由于反应、压力不断下降、不断加入混合气体(C2F4∶C2F5I按2.5∶1配入)以维持总压180kpa，气液分离器维持50℃，在此压力下反应12小时。共加入混合气体420kpa，停止加料，继续反应2.5小时，总压力降至80kpa后以液氮冷冻气液分离器，共收得产品112.2g，其中C2F5I，C4F9I，C5F11I，C6F13I，C7F15I，C8F17I，C10F21I，C12F25I，含量分别为3.4％，14.8％，0.65％，24.5％，0.77％，36.6％，13.2％，4.0％，此外还有少量氟碳烷生成，按此计算得C2F5I转化率为95.0％，对转化C2F5I言，各产物的产率为C4-30.0％，C5-1.3％，C6-50.1％，C7-1.6％，C8-74.0％，C10-27.0％，C12-8.0％(重量)，在14.5小时内共生成C8F17I41.1g，合本文档来自技高网...

【技术保护点】
压力下光化学合成全氟烷基碘化物的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：将Ｃ↓［２］Ｆ↓［５］Ｉ和Ｃ↓［２］Ｆ↓［４］的混合物，加入以低压光源作光化学反应引发光源的反应器（１）进行反应，产物经冷却后进入循环管（３）再进入气液分离器（４）， 分离出的气体经轴流风机（５）循环返回反应器，液体产物由气液分离器（４）底部放出；反应温度为０℃～１５０℃，反应压力为１３０Ｋｐａ～３００Ｋｐａ，低压汞灯光源主波长为２５４ｍｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张临阳，周波，
申请(专利权)人：上海中临材料技术有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]