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JP2508807B2 - R−134aの製造法 - Google Patents

R−134aの製造法

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JP2508807B2
JP2508807B2 JP63151188A JP15118888A JP2508807B2 JP 2508807 B2 JP2508807 B2 JP 2508807B2 JP 63151188 A JP63151188 A JP 63151188A JP 15118888 A JP15118888 A JP 15118888A JP 2508807 B2 JP2508807 B2 JP 2508807B2
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優 吉武
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    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
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    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

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  • Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はR−12(CCl2F2)の有望な代替候補とみなさ
れているR−134a(CF3CH2F)の製造法に関するもので
ある。
[従来の技術および課題] R−134a(CF3CH2F)の製造については、式CF2XCFYZ
(式中、Xはフッ素または塩素である。Xがフッ素であ
る場合にはY、Zは塩素、フッ素または水素であり、
Y、Zの一方がフッ素である場合にはY、Zの他方は水
素または塩素である。Xが塩素である場合には、Y、Z
の一方はフッ素であり、Y、Zの他方は塩素または水素
である。)で表わされる4個または5個のフッ素原子を
有するハロエタン原料を水素化触媒の存在下で水素と反
応させる方法がその一つの手段として挙げられる。ここ
で、典型的なハロエタン原料は1,1−ジクロロ−1,2,2,2
−テトラフルオロエタン(CF3CCl2F)である。この方法
においては、ハロエタン原料から2個の塩素原子を除去
し、これらを水素で置き換える。
この反応においては下式に示すように塩化水素が副生
するため触媒には耐酸性が要求される。従って、白金族
元素または白金族元素を主成分とする合金触媒が使用可
能である。
このための触媒として既に比較的低コストの貴金属であ
るパラジウムを用いる方法が報告されている。(特公昭
56−38131号公報を参照)しかし、耐久性が必ずしも充
分ではない他、目的成分であるR−134aの選択率も充分
ではなく、より還元の進んだR−143a(CF3CH3)の生成
が比較的多いという欠点を有している。
[課題を解決するための手段] パラジウムは白金族元素の中では融点が低く、したが
って原子の移動が活発になる温度が低い。それゆえ触媒
寿命が充分ではない原因の一つとしてパラジウム微粒子
のシンタリングが考えられる。触媒のシンタリングは異
種金属の添加、すなわち合金化、および酸化物分散によ
って抑制できることが知られている。
一方、本反応は下式に示すように逐次反応であり目的
生成物に加え、R−124(CF3CHClF)、R−143a(CF3CH
3)も相当量生成する。それゆえ、R−134aの選択率に
すぐれた触媒の開発が要望されている。特に、目的生成
物であるR−134aが還元されてできるR−143aの生成抑
制はきわめて重要である。
上式の一連の反応は触媒表面で生起する不均一反応で
あり、反応種の触媒表面への吸着が不可欠である。すな
わち、本反応に関するマイクロメカニズムは必ずしも明
らかにはされていないが、気相にある水素分子が触媒表
面に吸着して始めて生ずる吸着水素原子とハロエタンが
触媒表面で反応して還元反応が進行すると考えられる。
而して上式の3つのステージにおいて、およびは脱
塩素水素化反応であるのにたいし、のステージは脱フ
ッ素水素化反応であって、およびに比較して反応の
活性化エネルギーが大きいと推定される。したがって、
R−143aの生成抑制にはR−134aの触媒表面への吸着を
抑制し、平均滞留時間を低減することが効果的であると
考えられる。固体表面への分子の吸着は様々な要因が複
雑に関係するため、明快な解釈は困難であるが、一般的
に言って、吸着種と固体表面の電子構造および幾何的な
因子が重要な要素となる。化学吸着エネルギーはd−電
子数と関係があり、d−殻の満たされていない遷移元素
は大きな吸着エネルギーを有する。遷移元素の中で水素
還元活性に優れるものが多いPt、Pd、Ni、Rh、Co、Ru、
等のVIII族元素のd−電子数は6〜10までの範囲に分布
しており、比較的満たされているといえる。とりわけ、
Pd、Ptはd−電子数がそれぞれ9および10であって、特
に吸着エネルギーが少ない傾向にある。
次に、幾何的な因子について検討する。上記の一連の
分子は非常に安定なCF3基を有しており、触媒表面で反
応が生起する場合、CF3基の反対側のCXYZ(X、Y、Z:H
またはClまたはF)と触媒表面との相互作用が重要であ
ると推定される。上記反応式においてR−114aおよびR
−124は大きな塩素原子をそれぞれ2個および1個有し
ており、サイズの大きな分子であるのに対し、R−134a
およびR−143aは塩素原子を含まず、前記ハロエタンに
比べてサイズが小さい。およびの反応を速やかに進
行させ、かつの反応を抑止するためには塩素原子が無
く従って、サイズの小さいR−134a分子の吸着を抑制す
べく、触媒金属の格子定数を拡大することが有効と考え
られる。格子の拡大は吸着エネルギーが小さく従って、
触媒活性の低い元素を添加し触媒原子の間に挿入するこ
とまたは格子常数の大きな金属原子を添加し合金化する
ことにより達成できる。添加元素としてはd−電子の満
たされている典型元素の中で上記反応において耐食性を
有し、かつ触媒毒とならない元素としてIB族元素が選ば
れる。かくして、これらの基本的原理をもとに合金の組
合せ、組成比、触媒調製条件等の最適化を鋭意検討した
結果、耐久性、選択性に優れた触媒を用いて本発明を提
供するに至ったものである。以下、その詳細について述
べる。
一般的に、触媒を合金化した場合、組成に依存して成
分元素の特性が現われることが多い。しかし、IB族元素
をVIII族元素に添加した場合には、理由は必ずしも明確
にはなっていないが還元活性がそれほど低下しないこと
がシクロプロパン、アセチレン、メチルアセチレン等の
水素化反応において知られている。本反応においても高
い活性が得られることが判明した。
IB族元素の添加量は、0.01〜90重量%、好ましくは0.
1〜30重量%がVIII族元素の水素還元活性を活かす上で
好適である。
一般にシンタリングを抑制するためには異種金属を0.
1%以上に添加量において効果的であると言われてい
る。それゆえ、格子拡大およびシンタリング抑制の両者
の観点から添加量としては、0.1〜30重量%が好適であ
る。
本発明は、上記知見に基づいて完成されたものであ
り、R−114a原料を、VIII元素のうちいずれか1種また
は2種以上の元素を主成分とし、IB族元素のうちから選
ばれるいずれか1つまたは2つ以上の金属を添加してな
る水素化触媒の存在下で水素と反応させることを特徴と
するR−134aの製造法を新規に提供するものである。
本発明において、水素化触媒の担体としては、例え
ば、活性炭、アルミナ、ジルコニア等が好適である。担
持方法は、従来の貴金属触媒の調製法が適用可能であ
る。なお、使用に当たってはかかる金属の化合物は少な
くとも一部還元する。
水素と原料の割合は大幅に変動させ得る。しかしなが
ら、通常、化学量論量の水素を使用してハロゲン原子を
除去する。出発物質の全モル数に対して、化学量論量よ
りかなり多い量、例えば4モルまたはそれ以上の水素を
使用し得る。反応圧力については常圧、または常圧以上
の圧力が使用し得る。
反応温度は120℃以上が望ましいが、450℃を越えない
温度において気相で行なうことが、反応選択性、触媒寿
命の観点から好ましい。
接触時間は、反応を気相で行なう場合には通常0.1〜3
00秒、特には2〜60秒である。
本発明はR−143a(CF3CH3)の副生が少なく、したが
ってR−134a(CF3CH2F)を高選択的に製造できるとい
う利点を有する製造方法を提供するものである。
[実施例] 以下に本発明の実施例を示す。
調製例 1 ヤシガラ活性炭を純水中に浸漬し細孔内部まで水を含
浸させた。これに塩化パラジウムと硫酸銅をそれぞれの
金属成分の重量比で90:10の割合で、活性炭の重量に対
し金属成分の全重量で0.5%だけ溶解した水溶液を少し
ずつ滴下しイオン成分を活性炭に吸着させた。純水を用
いて洗浄した後、それを150℃で5時間乾燥した。次に
窒素中550℃で4時間乾燥した後、水素を導入し、5時
間、250℃に保持して還元した。
調製例 2 ヤシガラ活性炭を純水中に浸漬し細孔内部まで水を含
浸させた。これに硫酸パラジウムと硝酸銀をそれぞれの
金属成分の重量比で90:10の割合で、活性炭の重量に対
し金属成分の全重量で0.5%だけ溶解した水溶液を少し
ずつ滴下しイオン成分を活性炭に吸着させた。純水を用
いて洗浄した後、それを150℃で5時間乾燥した。次に
窒素中550℃で4時間乾燥した後、水素を導入し、5時
間、250℃に保持して還元した。
調製例 3 ヤシガラ活性炭を純水中に浸漬し細孔内部まで水を含
浸させた。これに塩化パラジウムと塩化金酸をそれぞれ
の金属成分の重量比で90:10の割合で、活性炭の重量に
対し金属成分の全重量で0.5%だけ溶解した水溶液を少
しずつ滴下しイオン成分を活性炭に吸着させた。純水を
用いて洗浄した後、それを150℃で5時間乾燥した。次
に窒素中500℃で4時間乾燥した後、水素を導入し、5
時間、250℃に保持して還元した。
調製例 4 ヤシガラ活性炭を純水中に浸漬し細孔内部まで水を含
浸させた。これに塩化パラジウム、塩化白金酸および塩
化金酸をそれぞれの金属成分の重量比90:2:8の割合で、
活性炭の重量に対し金属成分の全重量で0.5%だけ溶解
した水溶液を少しずつ滴下しイオン成分を活性炭に吸着
させた。純水を用いて洗浄した後、それを150℃で5時
間乾燥した。次に窒素中500℃で4時間乾燥した後、水
素を導入し、5時間、250℃に保持して還元した。
調製例 5 ヤシガラ活性炭を純水中に浸漬し細孔内部まで水を含
浸させた。これに塩化パラジウム、塩化ロジウムおよび
塩化金酸をそれぞれの金属成分の重量比で90:1:9の割合
で、活性炭の重量に対し金属成分の全重量で0.5%だけ
溶解した水溶液を少しずつ滴下しイオン成分を活性炭に
吸着させた。純水を用いて洗浄した後、それを150℃で
5時間乾燥した。次に窒素中500℃で4時間乾燥した
後、水素を導入し、5時間、250℃に保持して還元し
た。
調製例 6 ヤシガラ活性炭を純水中に浸漬し細孔内部まで水を含
浸させた。これに塩化パラジウム、塩化イリジウムおよ
び塩化金酸をそれぞれの金属成分の重量比で90:1:9の割
合で、活性炭の重量に対し金属成分の全重量で0.5%だ
け溶解した水溶液を少しずつ滴下しイオン成分を活性炭
に吸着させた。純水を用いて洗浄した後、それを150℃
で5時間乾燥した。次に窒素中500℃で4時間乾燥した
後、水素を導入し、5時間、250℃に保持して還元し
た。
調製例 7 ヤシガラ活性炭を純水中に浸漬し細孔内部まで水を含
浸させた。これに硫酸ロジウムと硝酸銀をそれぞれの金
属成分の重量比で90:10の割合で、活性炭の重量に対し
金属成分の全重量で0.5%だけ溶解した水溶液を少しず
つ滴下しイオン成分を活性炭に吸着させた。純水を用い
て洗浄した後、それを150℃で5時間乾燥した。次に窒
素中550℃で4時間乾燥した後、水素を導入し、5時
間、300℃に保持して還元した。
調製例 8 ヤシガラ活性炭を純水中に浸漬し細孔内部まで水を含
浸させた。これに塩化ロジウムと塩化金酸をそれぞれの
金属成分の重量比で90:10の割合で、活性炭の重量に対
し金属成分の全重量で0.5%だけ溶解した水溶液を少し
ずつ滴下しイオン成分を活性炭に吸着させた。純水を用
いて洗浄した後、それを150℃で5時間乾燥した。次に
窒素中550℃で4時間乾燥した後、水素を導入し、5時
間、300℃に保持して還元した。
調製例 9 ヤシガラ活性炭を純水中に浸漬し細孔内部まで水を含
浸させた。これに塩化ロジウム、塩化コバルトおよび硫
酸動をそれぞれの金属成分の重量比で45:45:10の割合
で、活性炭の重量に対し金属成分の全重量で0.5%だけ
溶解した水溶液を少しずつ滴下しイオン成分を活性炭に
吸着させた。純水を用いて洗浄した後、それを150℃で
5時間乾燥した。次に窒素中550℃で4時間乾燥した
後、水素を導入し、5時間、300℃に保持して還元し
た。
調製例 10 ヤシガラ活性炭を純水中に浸漬し細孔内部まで水を含
浸させた。これに硫酸ロジウム、硫酸コバルトおよび硝
酸銀をそれぞれの金属成分の重量比で50:40:10の割合
で、活性炭の重量に対し金属成分の全重量で0.5%だけ
溶解した水溶液を少しずつ滴下しイオン成分を活性炭に
吸着させた。純水を用いて洗浄した後、それを150℃で
5時間乾燥した。次に窒素中550℃で4時間乾燥した
後、水素を導入し、5時間、300℃に保持して還元し
た。
調製例 11 ヤシガラ活性炭を純水中に浸漬し細孔内部まで水を含
浸させた。これに塩化ロジウム、塩化コバルトおよび塩
化金酸をそれぞれの金属成分の重量比で50:40:10の割合
で、活性炭の重量に対し金属成分の全重量で0.5%だけ
溶解した水溶液を少しずつ滴下しイオン成分を活性炭に
吸着させた。純水を用いて洗浄した後、それを150℃で
5時間乾燥した。次に窒素中550℃で4時間乾燥した
後、水素を導入し、5時間、300℃に保持して還元し
た。
調製例 12 ヤシガラ活性炭を純水中に浸漬し細孔内部まで水を含
浸させた。これに塩化白金酸、塩化金酸をそれぞれの金
属成分の重量比で90:10の割合で、活性炭の重量に対し
金属成分の全重量で0.5%だけ溶解した水溶液を少しず
つ滴下しイオン成分を活性炭に吸着させた。純水を用い
て洗浄した後、それを150℃で5時間乾燥した。次に窒
素中55℃で4時間乾燥した後、水素を導入し、5時間、
300℃に保持して還元した。
調製例 13 ヤシガラ活性炭を純水中に浸漬し細孔内部まで水を含
浸させた。これに塩化パラジウム、塩化ニッケルおよび
硫酸銅をそれぞれの金属成分の重量比で45:45:10の割合
で、活性炭の重量に対し金属成分の全重量で0.5%だけ
溶解した水溶液を少しずつ滴下しイオン成分を活性炭に
吸着させた。純水を用いて洗浄した後、それを150℃で
5時間乾燥した。次に窒素中550℃で4時間乾燥した
後、水素を導入し、5時間、300℃に保持して還元し
た。
調製例 14 ヤシガラ活性炭を純水中に浸漬し細孔内部まで水を含
浸させた。これに硫酸パラジウム、硫酸ニッケルおよび
硝酸銀をそれぞれの金属成分の重量比で45:45:10の割合
で、活性炭の重量に対し金属成分の全重量で0.5%だけ
溶解した水溶液を少しずつ滴下しイオン成分を活性炭に
吸着させた。純水を用いて洗浄した後、それを150℃で
5時間乾燥した。次に窒素中550℃で4時間乾燥した
後、水素を導入し、5時間、300℃に保持して還元し
た。
調製例 15 ヤシガラ活性炭を純水中に浸漬し細孔内部まで水を含
浸させた。これに塩化パラジウム、塩化ニッケルおよび
塩化金酸をそれぞれの金属成分の重量比で45:45:10の割
合で、活性炭の重量に対し金属成分の全重量で0.5%だ
け溶解した水溶液を少しずつ滴下しイオン成分を活性炭
に吸着させた。純水を用いて洗浄した後、それを150℃
で5時間乾燥した。次に窒素中550℃で4時間乾燥した
後、水素を導入し、5時間、300℃に保持して還元し
た。
調製例 16 ヤシガラ活性炭を純水中に浸漬し細孔内部まで水を含
浸させた。これに塩化ルテニウム、塩化金酸をそれぞれ
の金属成分の重量比で90:10の割合で、活性炭の重量に
対し金属成分の全重量で0.5%だけ溶解した水溶液を少
しずつ滴下しイオン成分を活性炭に吸着させた。純水を
用いて洗浄した後、それを150℃で5時間乾燥した。次
に窒素中550℃で4時間乾燥した後、水素を導入し、5
時間、300℃に保持して還元した。
比較調製例 1 ヤシガラ活性炭を純水中に浸漬し細孔内部まで水を含
浸させた。これに塩化パラジウムを、活性炭の重量に対
し金属成分の全重量で0.5%だけ溶解した水溶液を少し
ずつ滴下しイオン成分を活性炭に吸着させた。純水を用
いて洗浄した後、それを150℃で5時間乾燥した。次に
窒素中550℃で4時間乾燥した後、水素を導入し、5時
間、300℃に保持して還元した。
比較調製例 2 ヤシガラ活性炭を純粋中に浸漬し細孔内部まで水を含
浸させた。これに塩化パラジウムと塩化ニッケル(モル
比1:1)を、活性炭の重量に対し金属成分の全重量で0.5
%だけ溶解した水溶液を少しずつ滴下しイオン成分を活
性炭に吸着させた。純水を用いて洗浄した後、それを15
0℃で5時間乾燥した。次に窒素中550℃で4時間乾燥し
た後、水素を導入し、5時間、300℃に保持して還元し
た。
比較調製例 3 ヤシガラ活性炭を純粋中に浸漬し細孔内部まで水を含
浸させた。これに塩化ルテニウムを、活性炭の重量に対
し金属成分の全重量で0.5%だけ溶解した水溶液を少し
ずつ滴下しイオン成分を活性炭に吸着させた。純水を用
いて洗浄した後、それを150℃で5時間乾燥した。次に
窒素中550℃で4時間乾燥した後、水素を導入し、5時
間、300℃に保持して還元した。
実施例 1〜16 調製例のようにして調製した触媒を300cc充填した内
径2.54cm、長さ100cmのインコネル600製反応管を塩浴炉
中に浸漬した。
水素とジクロロテトラフルオロエタン(R−114a純度
95モル%。残分は異性体であるR−114)を2:1のモル比
で反応管に導入した。水素、出発物質の流量はそれぞ
れ、100cc/分、50cc/分とした。反応温度は200℃、接触
時間は6.7秒であった。反応管出口のガス組成をガスク
ロを用いて分析した。その結果、主な反応生成物はR−
124、R−134aおよびR−143aであることを確認した。
それらのなかでR−143aの選択率について第1表に示
す。
比較例 1〜3 比較調製例のようにして調製した触媒を用いて、実施
例と同様にして反応を行ない反応管出口のガス組成を分
析した。その結果、主な反応生成物はR−124、R−134
aおよびR−143aであることを確認した。それらのなか
でR−143aの選択率について第2表に示す。
実施例に用いた触媒は反応開始後500時間を越えても
特性の変化はほとんど認められなかった。
[発明の効果] 本発明は、実施例に示すように、反応選択性および耐
久性の向上に優れた効果を有する。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C07B 61/00 300 C07B 61/00 300

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】R−114a(CF3CCl2F)を、VIII族元素を主
    成分としIB族元素から選ばれる1種または2種以上の元
    素を添加成分として含む水素化触媒の存在下で水素と反
    応させることを特徴とするCF3CH2Fで表わされるR−134
    aの製造法。
  2. 【請求項2】原料に対して少なくとも化学量論量の水素
    を使用する特許請求の範囲第1項に記載の製造法。
  3. 【請求項3】添加成分の割合が0.01〜90重量%であるVI
    II族元素を主成分とする合金を水素化触媒として用いる
    特許請求の範囲第1項〜第2項のいずれか一項に記載の
    製造法。
  4. 【請求項4】添加成分の割合が0.1〜30重量%であるVII
    I族元素を主成分とする合金を水素化触媒として用る特
    許請求の範囲第1項〜第3項のいずれか一項に記載の製
    造法。
  5. 【請求項5】VIII族元素を主成分としIB族元素から選ば
    れる1種または2種以上の元素を添加成分とする触媒が
    活性炭担体上に担持されている水素化触媒を用いる特許
    請求の範囲第1項〜第4項のいずれか一項に記載の製造
    法。
  6. 【請求項6】VIII族元素を主成分としIB族元素から選ば
    れる1種または2種以上の元素を添加成分とする触媒が
    アルミナ担体上に担持されている水素化触媒を用いる特
    許請求の範囲第1項〜第4項のいずれか一項に記載の製
    造法。
  7. 【請求項7】VIII族元素を主成分としIB族元素から選ば
    れる1種または2種以上の元素を添加成分とする触媒が
    ジルコニア担体上に担持されている水素化触媒を用いる
    特許請求の範囲第1項〜第4項のいずれか一項に記載の
    製造法。
  8. 【請求項8】反応を気相中において120℃〜450℃の温度
    範囲で行なう特許請求の範囲第1項〜第7項のいずれか
    一項に記載の製造法。
JP63151188A 1988-06-21 1988-06-21 R−134aの製造法 Expired - Fee Related JP2508807B2 (ja)

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CA000603343A CA1337434C (en) 1988-06-21 1989-06-20 Process for producing 1,1,1,2-tetrafluoroethane
EP89111176A EP0347830B1 (en) 1988-06-21 1989-06-20 Process for producing 1,1,1,2-tetrafluoroethane
US08/308,612 US5426253A (en) 1988-06-21 1994-09-19 Process for producing 1,1,1,2-tetrafluoroethane

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