JP2013509409A - フッ化水素−ＨＦＣ−２５４ｅｂ共沸物およびその使用 - Google Patents

Abstract

１，１，１，２−テトラフルオロプロパンおよびフッ化水素を１，１，１，２−テトラフルオロプロパン、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンおよびフッ化水素を含む混合物から分離する方法であって：前記１，１，１，２−テトラフルオロプロパン、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンおよびフッ化水素混合物を蒸留ステップに供する工程、前記１，１，１，２−テトラフルオロプロパンおよびフッ化水素の共沸もしくは近共沸組成物を含む塔留出組成物ならびに１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンの缶出組成物を形成する工程を含む方法が記載されている。塔留出物は、任意選択により、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンを基本的に含有せず形成され得、および、塔缶出組成物は、任意選択により、ＨＦを基本的に含有せず形成され得る。また、１，１，１，２−テトラフルオロプロパンおよびフッ化水素を１，１，１，２−テトラフルオロプロパンおよびフッ化水素の混合物から分離する方法が記載されている。また、１，１，１，２−テトラフルオロプロパンおよびフッ化水素を含む共沸および共沸様組成物が記載されている。

Description

本開示は、全体として、ヒドロフルオロオレフィンの合成方法に関する。

冷凍産業は、モントリオール議定書（Ｍｏｎｔｒｅａｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）により段階的に廃止されつつあるオゾン破壊性クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）およびヒドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）の代替冷媒を見いだすために、過去数十年にわたって取り組みを行ってきている。ほとんどの冷媒製造業者にとっての解決策は、ヒドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）冷媒の商業化である。現時点で最も広範に用いられている新規のＨＦＣ冷媒であるＨＦＣ−１３４ａはオゾン破壊係数がゼロであり、それ故、モントリオール議定書（Ｍｏｎｔｒｅａｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）に基づく現在の規制による段階的な廃止には影響されない。

オゾン破壊の懸念に加えて地球温暖化が他の環境問題である。そう遠くない未来において、高い算出地球温暖化係数を有するヒドロフルオロカーボンは段階的に廃止されることとなるであろう。また。それ故、低オゾン破壊係数および低地球温暖化係数の両方を満たす伝熱組成物に対する需要が存在している。一定のヒドロフルオロオレフィンは両方の目標を満たしている。それ故、塩素を含有しておらず、かつ、低い地球温暖化係数をも有するハロゲン化炭化水素およびフルオロオレフィンを提供する製造方法に対する需要が存在している。

本発明には、１，１，１，２−テトラフルオロプロパンおよびフッ化水素の共沸組成物および共沸様組成物が記載されている。前記１，１，１，２−テトラフルオロプロパン、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンおよびフッ化水素混合物を蒸留ステップに供する工程、前記１，１，１，２−テトラフルオロプロパンおよびフッ化水素の共沸もしくは近共沸組成物を含む塔留出組成物ならびにフッ化水素を基本的に含有しない１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンの缶出組成物を形成する工程を含む１，１，１，２−テトラフルオロプロパンを１，１，１，２−テトラフルオロプロパン、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンおよびフッ化水素を含む混合物から分離する方法が本明細書に記載されている。

また、１，１，１，２−テトラフルオロプロパンを１，１，１，２−テトラフルオロプロパンおよびフッ化水素の共沸もしくは近共沸組成物を含む混合物から分離する方法が本明細書に記載されており、前記方法は、前記混合物を、（ｉ）フッ化水素もしくは（ｉｉ）１，１，１，２−テトラフルオロプロパンのいずれかで富化された組成物が第１の留出組成物として除去され、第１の缶出組成物が前記成分（ｉ）もしくは（ｉｉ）の他方で富化される第１の蒸留ステップに供する工程；および、前記第１の留出組成物を、第１の蒸留において第１の缶出組成物として富化された成分が第２の留出物において除去され、第２の缶出組成物が第１の留出組成物において富化されたものと同一の成分で富化される第１の蒸留ステップとは異なる圧力で実施される第２の蒸留ステップに供する工程を含む。

前述の概要および以下の詳細な説明は単に例示的であると共に説明のためのものであり、添付の特許請求の範囲に定義されている本発明を限定するものではない。

本明細書に提示されているコンセプトの理解を向上させるために、実施形態が添付の図面に例示されている。

１，１，１，２−テトラフルオロプロパンおよびフッ化水素を１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパン、１，１，１，２，３−ペンタフルオロ−２−クロロプロパンおよび他の化合物から分離するための蒸留プロセスの図示を含む。 圧力スイング蒸留による１，１，１，２−テトラフルオロプロパンの１，１，１，２−テトラフルオロプロパンおよびフッ化水素の共沸物からの分離のための図示を含む。

当業者は、図面中の物体は、簡潔さおよび明確さのために例示されており、必ずしも縮尺どおりには描写されていないことを認識する。例えば、図面中の物体のいくつかの寸法は、実施形態の理解の向上を補助するために、他の物体と比して強調されている場合がある。

１，１，１，２−テトラフルオロプロパンおよびフッ化水素の共沸および共沸様組成物が本明細書に記載されている。前記１，１，１，２−テトラフルオロプロパン、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンおよびフッ化水素混合物を蒸留ステップに供する工程、前記１，１，１，２−テトラフルオロプロパンおよびフッ化水素の共沸もしくは近共沸組成物を含む塔留出組成物ならびにフッ化水素を基本的に含有しない１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンの缶出組成物を形成する工程を含む１，１，１，２−テトラフルオロプロパンを１，１，１，２−テトラフルオロプロパン、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンおよびフッ化水素を含む混合物から分離する方法が本明細書に記載されている。

また、１，１，１，２−テトラフルオロプロパンを１，１，１，２−テトラフルオロプロパンおよびフッ化水素の共沸もしくは近共沸組成物を含む混合物から分離する方法が本明細書に記載されており、前記方法は、前記混合物を、（ｉ）フッ化水素もしくは（ｉｉ）１，１，１，２−テトラフルオロプロパンのいずれかで富化された組成物が第１の留出組成物として除去され、第１の缶出組成物が前記成分（ｉ）もしくは（ｉｉ）の他方で富化される第１の蒸留ステップに供する工程；および、前記第１の留出組成物を、第１の蒸留において第１の缶出組成物として富化された成分が第２の留出物において除去され、第２の缶出組成物が第１の留出組成物において富化されたものと同一の成分で富化される第１の蒸留ステップとは異なる圧力で実施される第２の蒸留ステップに供する工程を含む。いくつかの実施形態において、分離されるべき組成物は、共沸もしくは共沸様組成物を形成するために必要とされる量を超えて、追加の１，１，１，２−テトラフルオロプロパン、または、フッ化水素を含有している。

多くの態様および実施形態が上記に記載されており、これらは単に例示的であると共に限定的ではない。この明細書を読了した後、当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく他の態様および実施形態が可能であることを認識している。

任意の１つまたは複数の実施形態の他の特徴および有益性は、以下の詳細な説明および特許請求の範囲から明らかであろう。詳細な説明では先ず定義および用語の明確化をする。

本明細書において用いられるところ、共沸組成物は、２種以上の物質の液体定沸混和物であり、ここで、混和物は、実質的に組成の変化を伴わずに蒸発し、定沸組成物として振る舞う。共沸性として特徴付けられる定沸組成物は、同一の物質の非共沸混合物のものと比して最高または最低の沸点を示す。本明細書において用いられるところ、共沸組成物は、液体の部分的な蒸発または蒸留によって生成される蒸気が液体と同一の組成を有する、単一の物質として振る舞う２種以上の物質の液体混和物である均質な共沸物を含む。本明細書において用いられるところ、共沸組成物はまた、液相が２つ以上の液相に分かれている不均質な共沸物をも含む。これらの実施形態において、共沸点では、気相は２つの液相と平衡状態にあり、３つの相すべてが異なる組成を有している。不均質な共沸物の２つの平衡な液相を組み合わせ、液相全体の組成を算出すると、これが気相の組成と等しくなる。

この考察の目的のために、近共沸組成物は、共沸物のように振る舞う組成物を意味する（すなわち、定沸的特徴、または、沸騰または蒸発時に分割されない傾向を有している）。それ故、沸騰または蒸発の最中に形成された蒸気の組成は、元の液体組成物と同一であるか、または、実質的に同一である。従って、沸騰または蒸発の最中に、液体組成物は、変化するとしても、最低限または無視可能な程度でのみ変化する。これは、沸騰または蒸発の最中に液体組成が相当程度に変化する非共沸組成物とは対照的である。

近共沸組成物は、事実上圧力差が伴わない露点圧および沸点圧を示す。すなわち、所与の温度での露点圧と沸点圧との差は小さい値となる。露点圧と沸点圧との差が３パーセント以下（沸点圧を基準として）である組成物は、近共沸であるとみなされ得ると規定し得る。

液体共沸もしくは近共沸組成物の成分の各々の沸点および重量パーセントの両方は、液体共沸もしくは近共沸組成物が異なる圧力で沸騰に供された場合には変化し得ることも認識されている。それ故、共沸または近共沸組成物は、成分間に存在する固有の関係で、または、成分の組成範囲で、または、特定の圧力での一定の沸点により特徴付けられる組成物の成分の各々の正確な重量パーセントで定義され得る。当該技術分野において、種々の共沸組成物（特定の圧力での沸点を含む）は計算され得ることもまた認識されている（例えば、Ｗ．Ｓｃｈｏｔｔｅ Ｉｎｄ．Ｅｎｇ．Ｃｈｅｍ．Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｄｅｓ．Ｄｅｖ．（１９８０年）１９，４３２〜４３９ページを参照のこと）。同一の成分が関与する共沸組成物の実験的な同定が、このような計算の正確さの確認に、および／または、同一のもしくは他の温度および圧力での計算の変更に用いられ得る。

一実施形態において、方法は、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパン、２，３，３，３−テトラフルオロ−１−プロペンの製造に有用な中間体を製造するためのものであり、特に、１，１，１，２−テトラフルオロプロパンの不純物を除去するものである。他の実施形態において、方法は、フッ化水素を、１，１，１，２−テトラフルオロプロパン、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンおよびフッ化水素を含む混合物から除去するためのものである。いくつかの実施形態において、１，１，１，２−テトラフルオロプロパンは、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンが生成される１，１，１，２，３−ペンタフルオロ−２，３，３−トリクロロプロパンの水素化において副生成物として生成される。

一実施形態においては、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンは、１，１，１，２，３−ペンタフルオロ−２−プロペンの水素化により調製される。他の実施形態において、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロペンは、１，１，１，２，３−ペンタフルオロ−２，３，３−トリクロロプロパン（ＣＦＣ−２１５ｂｂ）の水素化により調製される。いくつかの実施形態において、フッ化水素は、水素化触媒が伴う、１，１，１，２−テトラフルオロプロペンおよびフッ化水素が生成される１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンの意図されない脱フッ化水素化を介して副生成物として生成される。水素化条件下では、１，１，１，２−テトラフルオロプロペンは１，１，１，２−テトラフルオロプロパンに水素化される。いくつかの実施形態において、フッ化水素は、１，１，１，２−テトラフルオロプロパンが生成される１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンの過水素化を介して副生成物として生成される。

一実施形態において、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンの調製、および、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンの単離に関して、１，１，１，２−テトラフルオロプロパンはＨＦと共沸物を形成する。フッ化水素および１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンもまた共沸物を形成することで知られており、これが蒸留によるこれらの分離を困難とする場合がある。

一実施形態においては、１，１，１，２−テトラフルオロプロパンおよび共沸組成物を形成するために有効量のフッ化水素（ＨＦ）を含む組成物が提供されている。有効量とは、１，１，１，２−テトラフルオロプロパンと組み合わされた場合に、共沸もしくは近共沸混合物が形成されることとなる量を意味する。

反応器からの流出液の処理および生成物の単離を鑑みるに、一実施形態においては、反応器流出液は、１，１，１，２−テトラフルオロプロパン、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンおよびフッ化水素を含む。このような混合物を分離する蒸留プロセスの一実施形態が図１に例示されている。一実施形態において、流れ１００は、１２２５ｙｅが高転化率で２４５ｅｂに転化される（従って、未反応の１２２５ｙｅが残留することは実質的にない）水素化反応器を出る代表的な組成物である。部分的に冷却および凝縮された流れ１００は、４０の理論段数を有していると共に８０ｐｓｉｇ（９４．７ｐｓｉａ）の最高圧力で操作される蒸留塔１１０の中段に供給される。塔１１０中においては、富２４５ｅｂ供給混合物から２４５ｅｂをほとんど失うことなくＨＦを除去するために、ＨＦ／２５４ｅｂ共沸物が用いられている。塔１１０の塔頂部における蒸気１２０は凝縮器１２５において部分的に凝縮され、得られる縮合物１３０が１１０の塔頂に還流として戻される。１２５を出る１２０の凝縮されていない画分は留出物１４０として除去される。留出物１４０は、供給物１００中に存在する基本的にすべてのＨＦおよび２５４ｅｂを含有しているが、１００中の２４５ｅｂはきわめて微量にしか含有されていない。１３０対１００の操作質量比は、およそ２．５：１である。１００中の基本的にすべての２４５ｅｂが、流れ１５０を介して１１０の塔底から缶出生成物として除去される。流れ１５０は、ＨＦおよび２５４ｅｂの両方を基本的に含有せず、ＨＦ／２５４ｅｂ共沸物が、ＨＦおよび２４５ｅｂにより形成された共沸物からＨＦを良好に除去させたことが実証されている。

一実施形態においては、１，１，１，２，３−ペンタフルオロ−２，３，３−トリクロロプロパンの１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンの転化率および脱フッ化水素化副反応の程度、または、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロペンの１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンへの転化率の程度に応じて、十分なフッ化水素が存在し得、従って、オーバーヘッド塔留出物画分中のすべての１，１，１，２−テトラフルオロプロパンが、フッ化水素との共沸物とされている。１，１，１，２，３−ペンタフルオロ−２，３，３−トリクロロプロパンへの転化率が低い他の実施形態において、１，１，１，２−テトラフルオロプロパン／フッ化水素共沸物において見いだされる量よりも多い量で、１，１，１，２−テトラフルオロプロパンがオーバーヘッド留出画分中に存在していてもよい。反応器生成物流中に存在するフッ化水素の量が１，１，１，２−テトラフルオロプロパンのすべてと共沸物を形成する量より少ない一実施形態において、フッ化水素は、蒸留塔を通過するに伴って反応器流出液に加えられることが可能である。

組成物は、フッ化水素と１，１，１，２−テトラフルオロプロパンとの共沸複合物を含んで形成され得る。一実施形態においては、これらは、約３７．８モルパーセント〜約５９．３モルパーセントのＨＦ、および、約４０．７モルパーセント〜約６２．２モルパーセントの１，１，１，２−テトラフルオロプロパン（これは、約−４０℃〜約１００℃の温度および約２．６ｐｓｉ〜約３４５ｐｓｉａの圧力で沸騰する共沸物を形成する）を含む組成物を含む。共沸複合物の算出標準沸点は−５．１℃である。１，１，１，２−テトラフルオロプロパンの標準沸点は約０℃である。

他の実施形態において、組成物は、基本的にフッ化水素と１，１，１，２−テトラフルオロプロパンとの共沸複合物から構成されるものを形成し得る。これらは、基本的に約３７．８モルパーセント〜約５９．３モルパーセントのＨＦ、および、約４０．７モルパーセント〜約６２．２モルパーセントの１，１，１，２−テトラフルオロプロパンから構成される組成物を含む（これは、約−４０℃〜約１００℃の温度、および、約２．６ｐｓｉａ〜約３４５ｐｓｉａの圧力で沸騰する共沸物を形成する。

さらに他の実施形態において、ＨＦおよび１，１，１，２−テトラフルオロプロパンを含有する近共沸組成物もまた形成され得る。このような近共沸組成物は、約３５．２モルパーセント〜約７８．４モルパーセントの１，１，１，２−テトラフルオロプロパン、および、約２１．６モルパーセント〜約６４．８モルパーセントのＨＦを、約−４０℃〜約１００℃の範囲の温度、および、約２．６６ｐｓｉａ〜約３４５．２ｐｓｉａの圧力で含んでいる。

さらに他の実施形態において、近共沸組成物は、基本的に約−４０℃〜約１００℃の範囲の温度、および、約２．６６ｐｓｉａ〜約３４５．２ｐｓｉａの圧力で、約３５．２モルパーセント〜約７８．４モルパーセントの１，１，１，２−テトラフルオロプロパン、および、約２１．６モルパーセント〜約６４．８モルパーセントのＨＦから構成されて形成され得る。

大気圧では、フッ化水素酸および１，１，１，２−テトラフルオロプロパンの沸点は、それぞれ、約１９．５℃および約約０℃である。大気圧では、１，１，１，２−テトラフルオロプロパンおよびフッ化水素の共沸物の沸点は約−５．１℃である。当業者は、共沸組成物および近共沸組成物は通常の分留によっては純粋な成分には容易に分離されないことを容易に認識するであろう。

一実施形態においては、ＨＦ／１，１，１，２−テトラフルオロプロパン共沸および近共沸組成物は、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンを生成するプロセスにおいて、および、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンを精製するプロセスにおいて有用である。実際には、ＨＦ／１，１，１，２−テトラフルオロプロパン共沸および近共沸組成物は、１，１，１，２−テトラフルオロプロパンおよびＨＦを含有する組成物を生成するいずれのプロセスにおいても有用であり得る。

一実施形態においては、１，１，１，２−テトラフルオロプロパンを伴う共沸蒸留を実施して、フッ化水素を１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンから分離し得る。１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンは、本明細書に開示されているとおり、脱フッ化水素化によってＨＦＣ−１２３４ｙｆに転化され得る。次いで、二塔式圧力スイング蒸留を実施して、ＨＦを１，１，１，２−テトラフルオロプロパン副生成物から分離し得る。ＨＦはまた、例えば標準的な水溶液洗浄技術を用いて、生成物混合物のハロゲン化炭化水素成分から除去し得る。しかしながら、相当量の洗浄排出物が生成されて、水性廃棄物の処理が懸念される可能性がある。それ故、このような生成物混合物からＨＦを回収するための方法に対する必要性が残っている。

本明細書に開示の方法に従って処理される初期混合物は、１，１，１，２−テトラフルオロプロパンのＨＦ含有組成物への添加を含む多様な供給源から入手可能であるが、一実施形態においては、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンの調製に由来する流出液混合物の処理において本方法の有利な利用がもたらされている。

一実施形態においては、他の態様は：ａ）１，１，１，２−テトラフルオロプロパン、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンおよびフッ化水素の混合物を形成する工程；ならびに、ｂ）ＨＦおよび１，１，１，２−テトラフルオロプロパンの共沸もしくは近共沸組成物をオーバーヘッド流１２０として含む塔留出組成物を形成する蒸留ステップに前記混合物を供する工程を含むフッ化水素を１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンから分離する方法を提供する。一実施形態においては、このような蒸留からの缶出物流１５０は、フッ化水素を基本的に含有しない１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンを含んでいる。他の実施形態において、このような蒸留からの缶出物流は、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンおよび１，１，１，２−テトラフルオロプロパンを含んでいる。このような蒸留設定の一実施形態が図１に例示されている。

一実施形態においては、「フッ化水素を基本的に含有しない」とは、組成物は約１００ｐｐｍ未満（モル基準）で含有していることを意味する。他の実施形態において、「フッ化水素を基本的に含有しない」とは、組成物は約１０ｐｐｍ未満で含有していることを意味する。さらに他の実施形態において、「フッ化水素を基本的に含有しない」とは、組成物は約１ｐｐｍ未満でフッ化水素を含有していることを意味する。

この共沸蒸留は、１，１，１，２−テトラフルオロプロパンおよびＨＦによって形成される低沸騰共沸組成物を活用している。共沸組成物は、純粋な成分のいずれかの沸点よりも低い温度であって、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパン／ＨＦ共沸物の沸点よりも低い温度で沸騰する。

既述のとおり、１，１，１，２−テトラフルオロプロパン、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンおよびＨＦの混合物は、実用的な手法のいずれかにより形成され得る。一実施形態においては、本方法は、触媒の存在下での１，１，１，２，３−ペンタフルオロ−２，３，３−トリクロロプロパンと水素との反応により生成される反応混合物から１，１，１，２−テトラフルオロプロパンを分離するために特に有用である。他の実施形態において、本方法は、触媒の存在下での１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロペンと水素との反応により生成される反応混合物からフッ化水素を分離するために有用である。生成される反応混合物は、次いで、本方法によって処理されてフッ化水素が除去され得る。

一実施形態においては、本共沸蒸留の操作には、過剰量の１，１，１，２−テトラフルオロプロパンの蒸留塔への供給が伴う。適切な量の１，１，１，２−テトラフルオロプロパンが塔に供給される場合、すべてのＨＦが、１，１，１，２−テトラフルオロプロパンおよびＨＦを含有する共沸組成物としてオーバーヘッドで得ることもできる。それ故、塔底から除去される１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンは、ＨＦを基本的に含有していないこととなる。

一実施形態においては、「ＨＦを基本的に含有していない」とは、組成物は約１００ｐｐｍ未満（モル基準）で含有していることを意味する。他の実施形態において、「ＨＦを基本的に含有していない」とは、組成物は約１０ｐｐｍ未満で含有していることを意味する。さらに他の実施形態において、「ＨＦを基本的に含有していない」とは、組成物は約１ｐｐｍ未満でＨＦを含有していることを意味する。

一実施形態において、蒸留ステップにおいては、ＨＦおよび１，１，１，２−テトラフルオロプロパンを含む蒸留塔オーバーヘッドを出る留出物は、例えば、標準的な還流凝縮器を用いて凝縮され得る。この凝縮物流の少なくとも一部分が還流として塔の塔頂に戻され得る。還流として蒸留塔の塔頂に戻された凝縮された材料対留出物として除去された材料の比は、通例、還流比と称される。蒸留ステップの実施に用いられ得る特定の条件は、とりわけ、蒸留塔の直径、供給点、および、塔における分離段の数などの多数のパラメータに応じる。蒸留塔の操作圧力は、約１０ｐｓｉ圧力〜約２００ｐｓｉ（１３８０ｋＰａ）、通常は約２０ｐｓｉ〜約５０ｐｓｉの範囲であり得る。一実施形態においては、蒸留塔は、約２５ｐｓｉ（１７２ｋＰａ）の圧力で、約４４℃の塔底温度および約６℃の塔頂温度で操作される。通常、還流比が高くなると留出物流の純度が高まるが、一般に、還流比は１／１〜２００／１の範囲である。塔の塔頂に隣接して位置されている凝縮器の温度は、通常、塔の塔頂から出る留出物を実質的に凝縮させるために十分なものであるか、または、部分的縮合により所望の還流比を達成するために必要とされる温度である。

一実施形態においては、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンを基本的に含有しないＨＦ、および１，１，１，２−テトラフルオロプロパンの共沸もしくは近共沸組成物を含む塔留出組成物は、ＨＦを除去すると共に生成物として純粋な１，１，１，２−テトラフルオロプロパンをもたらすために処理されなければならない。これは、例えば、中和により、または、本明細書に記載のとおり第２の蒸留プロセスにより達成され得る。

一実施形態においては、さらなる態様で、１，１，１，２−テトラフルオロプロパンを１，１，１，２−テトラフルオロプロパンおよびＨＦを含む混合物から分離する方法が提供されており、前記方法は：ａ）前記混合物を、（ｉ）フッ化水素もしくは（ｉｉ）１，１，１，２−テトラフルオロプロパンのいずれかで富化された組成物が第１の留出組成物として除去され、第１の缶出組成物が前記成分（ｉ）もしくは（ｉｉ）の他方で富化される第１の蒸留ステップに供する工程；およびｂ）前記第１の留出組成物を、（ａ）において第１の缶出組成物中に富化された成分が第２の留出組成物において除去され、第２の缶出組成物が、第１の留出組成物において富化されたものと同一の成分で富化される、第１の蒸留ステップとは異なる圧力で実施される第２の蒸留ステップに供する工程を含む。圧力スイング蒸留プロセスの実施形態が図２に例示されている。上述されているこのプロセスは、１，１，１，２−テトラフルオロプロパンおよびＨＦを分離するために異なる圧力での共沸物組成の変化を活用している。一実施形態においては、第１の蒸留ステップは、第２の蒸留ステップと比して高い温度で実施される。より高い圧力下では、ＨＦ／１，１，１，２−テトラフルオロプロパン共沸物は、より多くの１，１，１，２−テトラフルオロプロパン、または、より少量のＨＦを含有する。第１の蒸留ステップへの供給物の組成がより高い圧力で共沸組成物と比して富ＨＦである場合、この高圧蒸留ステップでは、過剰量のＨＦが、共沸物よりも高温で沸騰し缶出物２３０として塔２２０を出ることとなる、基本的に純粋なＨＦとして生成される。第１の蒸留ステップの圧力で共沸組成物に組成が近い第１の塔留出物２４０は、次いで、より低圧で操作される第２の蒸留ステップに供給される。より低圧では、ＨＦ／１，１，１，２−テトラフルオロプロパン共沸物は、１，１，１，２−テトラフルオロプロパン濃度が低下する方向にシフトする。従って、この第２の蒸留ステップへの供給物は、この低圧での共沸物と比して１，１，１，２−テトラフルオロプロパンに富んでおり、従って、共沸物よりも高い沸点を有する過剰量の１，１，１，２−テトラフルオロプロパンが第２の蒸留塔を缶出組成物２９０として出る。本方法は、ＨＦを基本的に含有していない１，１，１，２−テトラフルオロプロパンが生成されるような様式で実施され得る。また、本方法は、１，１，１，２−テトラフルオロプロパンを基本的に含有しないＨＦが生成されるような様式で実施され得る。

他の実施形態において、第１の蒸留ステップは、第２の蒸留ステップと比して低い圧力で実施される。より低い圧力では、ＨＦ／１，１，１，２−テトラフルオロプロパン共沸物はより少量の１，１，１，２−テトラフルオロプロパンを含有する。第１の蒸留ステップへの供給物の組成が、第１の蒸留ステップの圧力で、共沸組成物に比して１，１，１，２−テトラフルオロプロパンに富んでいる場合、この低圧蒸留ステップでは、過剰量の１，１，１，２−テトラフルオロプロパンが、共沸物より高い温度で沸騰し缶出物として塔を出ることとなる、基本的に純粋な１，１，１，２−テトラフルオロプロパンとして生成される。第１の塔の圧力で共沸組成物に組成が近い第１の塔留出物は、次いで、より高圧で操作される第２の蒸留ステップに供給される。より高圧では、ＨＦ／１，１，１，２−テトラフルオロプロパン共沸物は、１，１，１，２−テトラフルオロプロパン濃度が高まる方向、または、ＨＦ濃度が低下する方向にシフトする。この時点で、この第２の蒸留ステップへの供給物は、この高圧での共沸組成物と比してＨＦに富んでおり、従って、ＨＦは塔中において過剰量で存在している。共沸物より高い沸点を有する過剰量のＨＦは、第２の蒸留塔を缶出組成物として出る。本方法は、ＨＦを基本的に含有していない１，１，１，２−テトラフルオロプロパンが生成されるような様式で実施され得る。また、本方法は、１，１，１，２−テトラフルオロプロパンを基本的に含有しないＨＦが生成されるような様式で実施され得る。

本明細書において用いられるところ、「を含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「を含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「を含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「を含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「を有する（ｈａｓ）」、「を有している（ｈａｖｉｎｇ）」、または、これらのいずれかの他の変形といった用語は、非排他的な包含をカバーするよう意図されている。例えば、列挙されている要素を含むプロセス、方法、物品、または、装置は必ずしもこれらの要素にのみ限定されず、明確に列挙されていないか、または、このようなプロセス、方法、物品、または、装置に固有の他の要素が包含されていてもよい。さらに、そうではないと明記されていない限りにおいて、「または」とは、包含的なまたはを指し、排他的なまたはを指さない。例えば、条件ＡまたはＢは、以下のいずれか一つによって満たされる：Ａが真であり（または存在しており）およびＢが偽である（または存在していない）、Ａが偽であり（または存在しておらず）およびＢが真である（または存在している）、ならびに、ＡおよびＢの両方が真である（または存在している）。

また、「ａ」または「ａｎ」の使用は本明細書に記載の要素および成分を説明に利用されている。これは、単に簡便性のために、および、本発明の全般的な範囲をもたらすためになされている。この記載は、１つの、または、少なくとも１つのを含む解釈されるべきであり、単数形はまた、そうでないことを意味することが明らかでなければ複数形をも包含する。

元素周期律表中の列に関連する族数は、ＣＲＣ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，第８１版（２０００〜２００１年）に見られる「新表記」技法を用いている。

そうでないと定義されていない限りにおいて、本明細書において用いられているすべての技術および科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者により通例理解されるものと同一の意味を有する。本明細書に記載のものと同様または同等の方法および材料を本発明の実施形態の実施またはテストに用いることが可能であるが、好適な方法および材料が以下に説明されている。本明細書において記載されているすべての刊行物、特許出願、特許、および、他の文献は、特定の一節に言及されていない限りにおいて、参照によりそれらの全体が援用される。抵触する場合には、本明細書が、定義を含めて、優先されることとなる。加えて、材料、方法、および、例は、単に例示的であり、限定的であることは意図されていない。

本明細書に記載のコンセプトを、特許請求の範囲に記載されている本発明の範囲を限定しない以下の実施例においてさらに説明する。

凡例
１２３４ｙｆはＣＦ_３ＣＦ＝ＣＨ_２であり、１２４３ｚｆはＣＦ_３ＣＨ＝ＣＨ_２である
２６３ｆｂはＣＦ_３ＣＨ_２ＣＨ_３であり、２４５ｅｂはＣＦ_３ＣＨＦＣＨ_２Ｆである
２３５ｂｂはＣＦ_３ＣＦＣｌＣＨ_２Ｆであり、２２６ｅａはＣＦ_３ＣＨＦＣＦ_２Ｃｌである
２５４ｅｂはＣＦ_３ＣＦＨＣＨ_３であり、２１５ｂｂはＣＦ_３ＣＦＣｌＣＦＣｌ_２である１２２５ｙｅは、ＣＦ_３ＣＦ＝ＣＨＦのＥおよびＺ形態である
１２１５ｙｂは、ＣＦ_３ＣＦ＝ＣＦＣｌのＥおよびＺ形態である

実施例１
パラジウムアルミナ触媒が伴うＨ_２とＣＦＣ−２１５ｂｂとの反応
Ｈａｓｔｅｌｌｏｙチューブ（．６２５インチＯＤ×．５７６ＩＤ×１０インチＬ）に、１５ｃｃ（９．７ｇ）の市販の１％パラジウムアルミナ球（４ｍｍ）を充填した。反応器の充填された部分を、反応器の外部にクランプで留めた５．７インチ×１インチセラミックバンドヒータで加熱した。反応器の壁部とヒータとの間に位置させた熱電対で反応器の温度を計測した。触媒を、５０ｓｃｃｍ（８．３３×１０^−７ｍ^３／ｓ）の窒素を伴って、２５０℃で２時間加熱することにより活性化させた。窒素を停止し、触媒を、５０ｓｃｃｍ（８．３３×１０^−７ｍ^３／ｓ）の水素で、２５０℃で、２時間かけて処理した。次いで、反応器を、窒素流下で所望の操作温度に冷却した。次いで、窒素流を停止した後、水素流およびＣＦＣ−２１５ｂｂ流を開始して反応器に通した。水素対ＣＦＣ−２１５ｂｂモル比は２／１であり、接触時間は３０秒であった。生成物をＧＣ／ＭＳで分析し、表１にモル％で報告されている。表１に列挙されていない微量の他の化合物もまた存在していた。

実施例２
パラジウム炭素触媒が伴うＨ_２とＣＦＣ−２１５ｂｂとの反応
触媒が市販の０．５％パラジウム炭素（５．４ｇ、１５．０ｍｌ）であると共に水素およびＣＦＣ−２１５ｂｂのみを反応器に供給したこと以外は、実施例１を実質的に繰り返した。水素対ＣＦＣ−２１５ｂｂモル比は２／１であり、接触時間は３０秒であった。種々の操作温度における、面積％での生成物のＧＣ／ＭＳ分析結果が表２にまとめられている。表２に列挙されていない微量の他の化合物もまた存在していた。

実施例３
１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロペンの水素化
インコネルチューブ（５／８インチＯＤ）に、１６ｃｃ（１４．４５ｇｍ）の０．５％パラジウム酸洗浄炭素（６×１０メッシュ）を充填した。触媒を２０ｓｃｃｍ（３．３３×１０^−７ｍ^３／ｓ）の窒素パージ下で、４００°に７分間かけて加熱し、次いで、１３分間かけて１００°に冷却した。温度を、４０ｓｃｃｍ（６．６７×１０^−７ｍ^３／ｓ）の窒素パージ下で、４５分間かけて２００℃に昇温させた。窒素流を２０ｓｃｃｍ（３．３３×１０^−７ｍ^３）に減らし、水素を、６０分間、１０ｓｃｃｍ（１．６７×１０^−７ｍ^３／ｓ）で導入した。同一の窒素流を維持しつつ、水素を、３０分間、２０ｓｃｃｍ（３．３３×１０^−７ｍ^３／ｓ）に増やした。水素流を維持しつつ、窒素を、６０分間、１０ｓｃｃｍ（１．６７×１０^−７ｍ^３／ｓ）に減らした。窒素を停止させ、水素を、１３０分間、４０ｓｃｃｍ（６．６７×１０^−７ｍ^３／ｓ）に増やした。

反応器の温度を８５℃に降温させ、および、ＨＦＣ−１２２５ｙｅ（１，２，３，３，３−ペンタフルオロ−１−プロペン）を６１ｓｃｃｍ（１．０２×１０^−６ｍ^３／ｓ）で、および、水素を８５ｓｃｃｍ（１．４２×１０^−６ｍ^３／ｓ）で供給した。反応器の流出液をＧＣＭＳにより分析したところ、９２％ＨＦＣ−２４５ｅｂ（１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンおよび８％ＨＦＣ−２５４ｅｂ（１，１，１，２−テトラフルオロプロパン）を含有していた。

図１を参照すると、流れ１００は、高転化率で１２２５ｙｅが２４５ｅｂに転化される（従って、基本的に未反応の１２２５ｙｅは残留していない）水素化反応器を出る簡略化された「典型的な」組成物である。

部分的に冷却および凝縮された流れ１００は、４０の理論段数を備え、８０ｐｓｉｇ（９４．７ｐｓｉａ）の塔頂圧で操作される蒸留塔１１０に供給される。塔１１０においては、ＨＦ／２５４ｅｂ共沸物が用いられて、２４５ｅｂの損失をほとんど伴わずにＨＦが富２４５ｅｂ供給混合物から除去される。塔１１０の塔頂を出る蒸気１２０は凝縮器１２５において部分的に凝縮されており、得られた縮合物１３０は１１０の塔頂に還流として戻される。１２５を出る１２０の非凝縮画分は留出物１４０として除去される。留出物１４０は、供給物１００中に存在する基本的にすべてのＨＦおよび２５４ｅｂを含有しているが、１００中の２４５ｅｂはきわめて微量にしか含有されていない。１３０対１００の操作質量比はおよそ２．５：１である。１００中の基本的にすべての２４５ｅｂが、流れ１５０を介して１１０の塔底から缶出生成物として除去される。流れ１５０は、ＨＦおよび２５４ｅｂの両方を基本的に含有せず、ＨＦ／２５４ｅｂ共沸物が、ＨＦおよび２４５ｅｂにより形成された共沸物からＨＦを良好に除去させたことが実証されている。種々の流れの組成が表４に示されている。

実施例４
ＨＦおよびＣＦ_３ＣＨＦＣＨ_３の混合物の相研究
ＣＦ_３ＣＨＦＣＨ_３およびＨＦから基本的に構成される組成物に対する相研究を実施したが、ここでは、組成は様々であると共に、蒸気圧を２６．８℃および６９．４℃の両方で計測した。相研究からのデータに基づいて、他の温度および圧力での共沸組成を算出した。

表４は、特定の温度および圧力でのＨＦおよびＣＦ_３ＣＨＦＣＨ_３に対する実験での共沸組成および算出共沸組成をまとめたものである。

実施例５
実施例５は、ＨＦＣ−２５４ｅｂおよびＨＦの混合物に対する露点および泡立ち点での蒸気圧を実証する。

本明細書に開示の組成物に対する露点および泡立ち点での蒸気圧を、実測および算出した熱力学的特性から算出した。近共沸物範囲は、露点および沸点圧の差異が３％以下（沸点圧基準で）であるＨＦＣ−２５４ｅｂの最低および最高濃度（モルパーセント、ｍｏｌ％）によって示されている。結果が表５にまとめられている。

実施例６
圧力スイング蒸留による２５４ｅｂのフッ化水素からの分離
圧力スイング蒸留への供給物はＨＦおよび２５４ｅｂの５０／５０モル混合物であると想定される。表４を参照すると、５０／５０ｍｏｌ％供給混合物は、高圧では共沸物の富ＨＦ側にあり、１〜２ａｔｍでは共沸組成物にきわめて近いことが分かる。従って、５０／５０供給物が高圧塔に供給され、ＨＦが塔の塔底から回収される。第１の塔からの留出物は、塔圧力で共沸組成物に近い組成を有し、大気圧よりもわずかに高い圧力で操作される第２の蒸留塔に供給される。純粋な２５４ｅｂが第２の塔の塔底から回収され、塔圧力で共沸組成物に近い組成を有する対応する留出物流が先ず高圧に加圧され、次いで、第１の塔に再利用される。

図２を参照すると、１０００ｌｂ／ｈｒの５０／５０ｍｏｌ％ＨＦ／２５４ｅｂ混合物が高圧下（２００）で第２の塔（３２０）からの留出物と組み合わされて、１５の理論段数を備えると共に２６４．７ｐｓｉａ（２５０ｐｓｉｇ）の塔頂圧で操作される第１の蒸留塔（２２０）への全体的な供給物（２１０）が形成される。流れ２１０は塔２２０の塔頂から３番目の理論段に供給される。２１０の組成は２５０ｐｓｉｇではＨＦ／２５４ｅｂ共沸物の富ＨＦ側であるため、第１の缶出生成物は、２５４ｅｂが無視可能な量である組成で２００中の基本的にすべてのＨＦを含有して、２３０を介して２２０の塔底から除去されることが可能である。塔２２０からの留出物２４０は２５０ｐｓｉｇでＨＦ／２５４ｅｂ共沸物の組成に近い組成を有する。この第１の留出物は、熱交換器２５０によって冷却され、および、バルブ２６０で減圧されて、第２の蒸留塔２８０の塔頂から３番目の理論段数に供給される２７０が形成される。塔２８０は、１５の理論段数を備えていると共に１９．７ｐｓｉａ（５ｐｓｉｇ）の塔頂圧で操作される。この圧力では、２７０の組成は、ＨＦ／２５４ｅｂ共沸物の富２５４ｅｂ側にあり、従って、第２の缶出生成物は、ＨＦが無視可能な量である組成で２００中の基本的にすべての２５４ｅｂを含有して、２９０を介して２８０から除去されることが可能である。第２の留出物は、５ｐｓｉｇでＨＦ／２５４ｅｂ共沸物の組成に近い組成で、３００を介して２８０から除去される。３００は、ポンプ３１０で加圧されて３２０を形成し、これが新たな供給物２００と組み合わされて方法が完結される。種々の流れの組成が表６に示されている。

上記の概要または実施例に記載されている行為のすべてが必要とされるわけではなく、特定の行為の一部分が必要とされない場合があり、および、上記のものに追加して１つまたは複数のさらなる行為が実施されてもよいことに注意すべきである。さらに、行為が列挙されている順番は必ずしもこれらの行為が実施された順番ではない。

前述の明細書においては、コンセプトが特定の実施形態への言及で説明されている。しかしながら、当業者は、以下の特許請求の範囲に規定されている本発明の範囲から逸脱せずに種々の改変および変更をなすことが可能であることを認識している。従って、明細書および図は、限定的であるというよりも例示的であると見なされるべきであり、すべてのこのような改変が、発明の範囲内に包含されていることが意図されている。

有益性、他の利点、および、問題に対する解法が、特定の実施形態に関連して上記に記載されている。しかしながら、有益性、利点、問題に対する解法、および、有益性、利点または解法のいずれかをもたらすか明白とし得る任意の特徴が、特許請求の範囲のいずれかまたはすべての重要な、必須の、または、本質的な特徴であると解釈されるべきではない。

明確性のために、本明細書においては、一定の特徴が個別の実施形態の文脈に記載されているが、これらは、単一の実施形態において組み合わされて提供されてもよいことが認識されるべきである。反対に、簡潔さのために、単一の実施形態の文脈に記載されている種々の特徴はまた、個別で、または、任意サブコンビネーションで提供されてもよい。さらに、範囲で規定されている値に対する言及は、その範囲内における値の各々およびすべてを含む。

Claims (14)

1. １，１，１，２−テトラフルオロプロパンを１，１，１，２−テトラフルオロプロパン、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンおよびフッ化水素を含む混合物から分離する方法であって、前記１，１，１，２−テトラフルオロプロパン、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンおよびフッ化水素混合物を蒸留ステップに供する工程、前記１，１，１，２−テトラフルオロプロパンおよびフッ化水素の共沸もしくは近共沸組成物を含む塔留出組成物ならびにフッ化水素を本質的に含有しない１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンの缶出組成物を形成する工程を含む方法。
2. １，１，１，２−テトラフルオロプロパンを１，１，１，２−テトラフルオロプロパンおよびフッ化水素の混合物から分離する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. １，１，１，２−テトラフルオロプロパンを１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンから分離する方法であって、１，１，１，２−テトラフルオロプロパン、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンおよびフッ化水素を含む混合物を形成する工程；ならびに、前記１，１，１，２−テトラフルオロプロパン１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパン／フッ化水素混合物を蒸留ステップに供する工程、前記１，１，１，２−テトラフルオロプロパンおよびフッ化水素の共沸もしくは近共沸組成物を含む塔留出組成物を形成する工程を含む方法。
4. 前記蒸留ステップが、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンを含む塔缶出組成物をさらに形成する、請求項３に記載の方法。
5. 前記塔缶出組成物が、フッ化水素を本質的に含有しない１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンを含む、請求項４に記載の方法。
6. １，１，１，２−テトラフルオロプロパンを１，１，１，２−テトラフルオロプロパンおよびフッ化水素を含む混合物から分離する方法であって：
   ａ）前記混合物を、（ｉ）フッ化水素もしくは（ｉｉ）１，１，１，２−テトラフルオロプロパンのいずれかで富化された組成物が第１の留出組成物として除去され、第１の缶出組成物が前記成分（ｉ）もしくは（ｉｉ）のもう一方で富化される第１の蒸留ステップに供する工程；および
   ｂ）前記第１の留出組成物を、（ａ）において第１の缶出組成物として富化された前記成分が第２の留出物において除去され、第２の缶出組成物が、前記第１の留出組成物において富化されたものと同一の成分で富化される、前記第１の蒸留ステップとは異なる圧力で実施される第２の蒸留ステップに供する工程
   を含む方法。
7. １，１，１，２−テトラフルオロプロパンおよびフッ化水素を含む共沸もしくは近共沸組成物。
8. １，１，１，２−テトラフルオロプロパンおよび有効量のフッ化水素を含む、請求項７に記載の共沸もしくは近共沸組成物。
9. 約４０．７モルパーセント〜約６２．２モルパーセントの１，１，１，２−テトラフルオロプロパン、およびフッ化水素を含む、請求項７に記載の共沸もしくは近共沸組成物。
10. 約４０．７モルパーセント〜約６２．２モルパーセントの１，１，１，２−テトラフルオロプロパン、およびフッ化水素を含み、前記蒸気圧が、約−４０℃〜約１００℃の温度で約２．６ｐｓｉａ〜約３４５ｐｓｉａである、請求項７に記載の共沸もしくは近共沸組成物。
11. 前記組成物が約４０．７モルパーセント〜約６２．２モルパーセントの１，１，１，２−テトラフルオロプロパン、およびフッ化水素から基本的に構成され、前記蒸気圧が、約−４０℃〜約１００℃の温度で約２．６ｐｓｉａ〜約３４５ｐｓｉａである、請求項７に記載の共沸もしくは近共沸組成物。
12. 約３５．２モルパーセント〜約７８．４モルパーセントの１，１，１，２−テトラフルオロプロパン、およびフッ化水素を含み、前記蒸気圧が、約−４０℃〜約１００℃の温度で約２．６ｐｓｉａ〜約３４５．２ｐｓｉａである、請求項７に記載の共沸もしくは近共沸組成物。
13. 前記組成物が約３５．２モルパーセント〜約７８．４モルパーセントの１，１，１，２−テトラフルオロプロパン、およびフッ化水素から基本的に構成され、前記蒸気圧が、約−４０℃〜約１００℃の温度で約２．６ｐｓｉａ〜約３４５．２ｐｓｉａある、請求項７に記載の共沸もしくは近共沸組成物。
14. 前記組成物が、沸点圧を基準とした露点圧と沸点圧との差が３％以下であることにより特徴付けられる、請求項７に記載の共沸もしくは近共沸組成物。

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