JPH1112200A - パーフルオロカーボンの製造方法 - Google Patents
パーフルオロカーボンの製造方法Info
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Abstract
反応させてパーフルオロカーボンを製造するに際して、
反応生成ガス中に存在する余剰のフッ素ガスを有利に除
去するパーフルオロカーボンの製造方法を得る。 【解決手段】 反応工程から流出する反応生成ガスを、
反応生成ガス中に含まれるフッ素ガスに対する化学当量
の1.1モル倍以上のハイドロフルオロカーボンと接触
させる。
Description
カーボンとフッ素ガスとを反応させてパーフルオロカー
ボンを製造する方法に関するものであり、特に反応生成
ガス中に存在する余剰のフッ素ガスを有利に除去するパ
ーフルオロカーボンの製造方法に関する。
とを高められた温度下に気相で反応させてパーフルオロ
カーボンを製造する方法は一般に知られている。この反
応によって効率よくパーフルオロカーボンを製造するに
は、原料のハイドロフルオロカーボンに対して過剰モル
のフッ素ガスを用いる必要がある。そこで、この反応工
程から流出する反応生成ガス中には余剰のフッ素ガスが
含まれている。この反応生成ガスからフッ素ガスを除去
する方法として、従来から多くの提案がある。
化水素と共に燃焼し、生成するフッ化水素をアルカリで
洗浄する方法(渡辺信淳著「フッ素ガス化学と工業1」
p.42,1973)、反応生成ガス中のフッ素ガスをアルミナ
やソーダライムなどの無機酸化物と反応させてフッ化物
に転化する方法、過熱水蒸気と反応させて除去する方法
(例えば、Mary Howe-Grant, Editor "Fluorine Chemis
try : A Comprehensive Treatment" 1995, p.20 )など
が知られている。
スを炭化水素と共に燃焼させる方法は、反応が過激に進
行するために反応制御が困難であり、またフッ素ガスを
完全に除去するために過剰の炭化水素を用いると、生成
物の組成が複雑になって、後の分離精製に大きな困難を
もたらす。フッ素ガスをアルミナ、ソーダライムなどの
無機酸化物と反応させる方法は、この反応により水が生
成するので後工程として脱水工程が必要となり、製造工
程が煩雑になると共に装置の腐食の問題も発生する。過
熱水蒸気を用いる方法も、反応制御が困難であると共
に、これも後工程として脱水工程が必要であり、装置の
腐食防止のために高級な耐食材料を用いなければならな
いなど、設備上も工程上も問題が大きい。そして前記の
従来の方法は何れも、高価なフッ素ガスを回収せずにフ
ッ化物として排出するので、経済的にも環境的にも問題
があり有利な方法とはいえなかった。そこで、余剰のフ
ッ素ガスを有効利用しながら、反応生成ガスからフッ素
ガスを除去する安価で簡便な方法が求められていた。
程において原料のハイドロフルオロカーボンとフッ素ガ
スとを気相で反応させ、フッ素ガス除去工程において、
この主反応工程から流出する反応生成ガスを、反応生成
ガス中に含まれるフッ素ガスに対する化学当量の1.1
モル倍以上のハイドロフルオロカーボンと接触させるこ
とによって解決できる。前記の主反応工程において、原
料のハイドロフルオロカーボンは、炭素数6以下の脂肪
族化合物であることが好ましい。前記のフッ素ガス除去
工程において、反応生成ガスと接触させるハイドロフル
オロカーボンは、フッ素ガスと反応して目的とするパー
フルオロカーボンを生成し得るものであることが好まし
い。前記のフッ素ガス除去工程において、処理温度は、
主反応工程における反応温度と同等以上とすることが好
ましい。前記のフッ素ガス除去工程に、希釈ガスとして
フッ化水素を存在させることが好ましい。
製造方法は基本的に、原料のハイドロフルオロカーボン
とフッ素ガスとを気相で反応させる主反応工程と、この
主反応工程から流出する反応生成ガスに含まれる余剰の
フッ素ガスを除去するフッ素ガス除去工程とからなる。
ーボンとフッ素ガスとを、高められた温度の気相で反応
させ、パーフルオロカーボンとフッ化水素とに転化する
工程である。この反応では一般に、反応効率を高めるた
めに原料のハイドロフルオロカーボンに対して過剰モル
のフッ素ガスが用いられる。このため主反応工程から流
出する反応生成ガスには、パーフルオロカーボンとフッ
化水素の他に余剰のフッ素ガスが含まれている。本発明
は、この主反応工程から流出した反応生成ガスに含まれ
るフッ素ガスを、フッ素ガス除去工程においてその化学
当量の1.1モル倍以上のハイドロフルオロカーボンと
接触させ、反応させることによって除去するものであ
る。この反応によって、フッ素ガスは、パーフルオロカ
ーボン(またはハイドロフルオロカーボン)とフッ化水
素とに転化される。この工程で生成したパーフルオロカ
ーボンは製品の一部となり、またハイドロフルオロカー
ボンは主反応工程に循環使用できるので、余剰のフッ素
ガスを不要なフッ化物などに転化して排出することな
く、有効活用しながらしかも反応生成ガスから効果的に
除去することができる。
オロカーボンを製造するのに適している。すなわち、主
反応工程の原料として供給するハイドロフルオロカーボ
ンは、炭素数6以下の脂肪族化合物であることが好まし
い。炭素数が6を越えるハイドロフルオロカーボンをフ
ッ素ガスと反応させてパーフルオロカーボンを製造する
には、主反応工程もフッ素ガス除去工程も、温度を著し
く高くするなど反応条件を厳しくする必要があり、生成
したパーフルオロカーボンが一部分解するなど製品の損
失を生じる可能性がある。この観点から本発明は、炭素
数6以下、さらに好ましくは炭素数4以下のパーフルオ
ロカーボンを製造するのに特に適している。
生成ガスと接触させるハイドロフルオロカーボンは、主
反応工程に原料として供給するハイドロフルオロカーボ
ンと同種のものであるか、またはフッ素ガスと反応して
同一のパーフルオロカーボンを生成し得るものであるこ
とが好ましい。この方法によれば、フッ素ガス除去工程
でフッ素ガスとの反応によって生成するパーフルオロカ
ーボンが主反応工程で生成するものと同一となるので、
生成ガスの組成が単純であり、分離精製の工程が簡略化
される。2種以上のパーフルオロカーボンの混合物を製
造する場合であっても、この混合物中の少なくとも1種
を生成し得るハイドロフルオロカーボンをフッ素ガス除
去工程で用いることによって、有利に余剰フッ素ガスを
除去することができる。
は、主反応工程の反応温度と同等以上とすることが好ま
しい。フッ素ガス除去工程における処理温度が主反応工
程の反応温度より低いと、生成ガス中のフッ素ガスの濃
度を実用的に十分なレベル(例えば1重量ppm以下)
にまで低減することが困難になる。実際的にはフッ素ガ
ス除去工程の処理温度は、主反応工程の反応温度より高
くすることが好ましい。
カーボンとフッ素ガスとの反応は、フッ素ガスの濃度が
高いと過激で制御が困難になる。そこで、不活性ガスで
希釈した系で行うことが好ましい。この希釈ガスの少な
くとも一部として、フッ化水素を用いることができる。
フッ化水素は、元来ハイドロフルオロカーボンとフッ素
ガスとの反応で生成する物質であるから、これを用いれ
ば、後の精製工程において、別途の希釈ガス分離工程が
不要となり好都合である。希釈ガスは主反応工程におい
てもフッ素ガス除去工程においても存在することが望ま
しいのであるから、主反応工程の希釈ガスとしてフッ化
水素を用い、反応生成ガスからこれを除去することなく
フッ素ガス除去工程に導入すれば、これがフッ素ガス除
去工程においても希釈ガスとして機能するので、フッ素
ガス除去工程に新たに希釈ガスを添加する必要がなくな
る。
く説明する。本発明が製造目的とするパーフルオロカー
ボンは、炭素原子とフッ素原子のみからなる脂肪族系の
化合物であって、特に炭素数が1〜6、更に好ましくは
炭素数が1〜4の化合物である。本発明の方法により製
造するに好適なパーフルオロカーボンの例としては、例
えばテトラフルオロメタン(CF4 )、ヘキサフルオロ
エタン(CF3-CF3 )、テトラフルオロエテン(CF
2=CF2 )、オクタフルオロプロパン(C3F8 )、ヘ
キサフルオロプロペン(CF2=CF-CF3 )、デカフ
ルオロブタン(C4F10 )、オクタフルオロシクロブタ
ン(環状(-CF2-CF2-)2 )、オクタフルオロブテ
ン−1(CF2=CF-CF2-CF3 )、オクタフルオロ
ブテン−2(CF3-CF=CF-CF3 )などを挙げるこ
とができる。これらは単一化合物であっても混合物であ
ってもよく、また必要ならパーフルオロカーボンとハイ
ドロフルオロカーボンとの混合物であってもよい。
に用いるハイドロフルオロカーボンは、炭素原子、水素
原子、およびフッ素原子からなり、前記の製造目的とす
るパーフルオロカーボンの炭素骨格に対応する炭素骨格
を有する脂肪族系化合物である。従って、好ましくは炭
素数が1〜6、更に好ましくは炭素数が1〜4の前記化
合物が用いられる。その例としては、例えば、フルオロ
メタン(CH3F)、ジフルオロメタン(CH2F2 )、
トリフルオロメタン(CHF3 )、フルオロエタン(C
H3-CH2F)、ジフルオロエタン、トリフルオロエタ
ン、テトラフルオロエタン、ペンタフルオロエタン(C
F3-CHF2 )、フルオロプロパン、ジフルオロプロパ
ン、トリフルオロプロパン、テトラフルオロプロパン、
ペンタフルオロプロパン、ヘキサフルオロプロパン、ペ
ンタフルオロプロパンなどであり、一般に、 CxFyHz においてxが1〜6、yとzとがそれぞれ1〜(2x+
1)の範囲内であり、かつy+z=(2x+2)である
非環式飽和化合物、またはy+z=2xである環式飽和
化合物または不飽和化合物を用いることが好ましい。こ
れらは、単独で用いても、または2種以上の混合物とし
て用いてもよい。
物として、例えばペンタフルオロクルルエタン、トリフ
ルオロクロロメタンなどの含塩素化合物やトリフルオロ
ブロモメタンなどの含臭素化合物を実質的に含まないも
のを使用することが好ましい。これらの不純物はフッ素
ガス除去工程で除去されないので、後の分離精製を困難
にする。これら含塩素不純物の許容し得る含有量は、好
ましくは原料ハイドロフルオロカーボン中に一般には2
モル%以下、更に好ましくは1モル%以下、特に好まし
くは0.5モル%以下であり、含臭素化合物の含有量
は、0.1モル%以下、更に好ましくは0.01モル%
以下、特に好ましくは0.002モル%以下である。
に、フッ化水素の電気分解によって工業的に得られる。
本発明の原料としては、電気分解されたフッ素ガスをそ
のまま用いてもよく、ボンベに充填されたものを用いて
もよく、また不活性ガスによって希釈されたものを用い
てもよい。
ルオロカーボンとフッ素ガスとを高められた温度で反応
させてパーフルオロカーボンを製造する方法は一般に知
られている。この際、ハイドロフルオロカーボンとフッ
素ガスとの供給比率は基本的には任意であるが、後の分
離工程や除害工程まで含めて考えると、制御可能な反応
条件下に、ハイドロフルオロカーボンの水素原子1当量
当たり1当量、更に好ましくは過剰当量のフッ素ガスを
供給することが有利である。フッ素ガスを過剰に供給す
る条件では、ハイドロフルオロカーボンをほぼ100%
近くパーフルオロカーボンに転化させることができる
が、同時に、当然、余剰のフッ素ガスが反応生成ガスの
中に含まれることになる。
めに、本発明はフッ素ガス除去工程において、この反応
生成ガスをハイドロフルオロカーボンと接触させる。こ
の工程で用いられるハイドロフルオロカーボン(以下
「除去用ハイドロフルオロカーボン」と記す)は、基本
的には、前記の主反応工程で原料として用いられるハイ
ドロフルオロカーボン(以下「原料ハイドロフルオロカ
ーボン」と記す)と同一種であることが好ましい。原料
ハイドロフルオロカーボンと異なる種類のものを用いる
こともできるが、多くの場合、最適反応条件の変動要因
となり、また後の分離精製工程を複雑にするなどの不都
合を生じる。ただし、原料ハイドロフルオロカーボンよ
り高い反応性を有し、かつ精製工程で分離が容易であれ
ば、他のハイドロフルオロカーボンを除去用として用い
てもよい。また、例えば原料ハイドロフルオロカーボン
がトリフルオロメタンであり、除去用ハイドロフルオロ
カーボンがジフルオロメタンである場合のように、フッ
素ガスと反応して原料ハイドロフルオロカーボンと同一
のパーフルオロカーボンを生成するものであれば、原料
と異なっても特に問題なく除去用ハイドロフルオロカー
ボンとして使用することができる。
からの反応生成ガスに対する除去用ハイドロフルオロカ
ーボンの供給量は、この反応生成ガスに含まれるフッ素
ガスに対する化学当量の1.1モル倍以上とする。実質
的に化学当量より過剰のハイドロフルオロカーボンを供
給することによって、回収ガスのフッ素ガス濃度を、例
えば1重量ppm以下の実用的レベルまで低下させるこ
とができる。実際上、反応生成ガスに含まれるフッ素ガ
スに対する除去用ハイドロフルオロカーボンの供給量
は、化学当量の1.1モル倍〜100モル倍、更に好ま
しくは1.5モル倍〜30モル倍とすることが好まし
い。1.1モル倍未満では反応が十分に進行せず、従っ
て回収ガス中のフッ素ガス濃度を実用的レベルまで低下
させることができない。また、100モル倍を越えるハ
イドロフルオロカーボンを使用しても効果の向上は認め
られず、経済的な見地から不利となる。
器を用いて行うことができる。この反応器は系の成分、
温度、圧力に対して安定な材質を用い、加・除熱制御が
可能であれば単管式または多管式のいずれであってもよ
い。材質としては、処理温度が比較的低く、処理量も少
ない場合であればSUS316管なども使用可能である
が、通常はインコネル、モネル(商品名)、ハステロイ
C(商品名)、ニッケルなどを用いることが好ましい。
工程からの反応生成ガスの組成および除去用ハイドロフ
ルオロカーボンの種類と量によって好ましい設定値が選
定される。例えば原料および除去用のハイドロフルオロ
カーボンが、共に反応性が高いトリフルオロエタン(C
F3-CH3 )である場合は、比較的低温度例えば200
℃でも目的を達成することができるが、例えばペンタフ
ルオロエタンを用いる場合は、反応性が比較的低いの
で、例えば350℃以上の高温条件を必要とする。しか
しフッ素ガス除去工程の処理温度が例えば600℃を越
えて高くなると、生成したパーフルオロカーボンが一部
分解するなどの不都合を生じる。この観点から好ましい
処理温度は200℃〜600℃の範囲内である。
度が高い場合、これを高められた温度でハイドロフルオ
ロカーボンと接触させると反応が激しすぎて制御が困難
になる。この問題を解決するには不活性の希釈ガスが用
いられるが、この希釈ガスとしてはフッ化水素が有利に
使用できる。すなわち、主反応工程では原料ハイドロフ
ルオロカーボンとフッ素ガスとの反応によってフッ化水
素が生成されるので、これを分離することなくフッ素ガ
ス除去工程の希釈ガスとして用いればよい。また、その
後のパーフルオロカーボン分離精製工程において分取さ
れたフッ化水素を主反応工程またはフッ素ガス除去工程
の希釈ガスとして循環することもできる。この方法によ
れば、新たな希釈ガスを追加することなく、制御に必要
な量の希釈ガスを系に存在させることができる。
されるものではないが、一般には0〜3MPaの範囲内
とすることが好ましい。特に安全性と設備費・運転費の
観点からは、大気圧〜0.5MPaの範囲内で運転する
ことが好ましい。
れらの実施例によって限定されるものではない。以下の
実施例において、%およびppmはいずれもモル分率を
示す。ジフルオロメタンからテトラフルオロメタンの製造 (実施例1) 主反応工程:ジフルオロメタン(CH2F2、昭和電工社
製「エコロエース32」)をフッ素ガスと280℃で反
応させ、反応生成ガスを得た。この反応生成ガスは、テ
トラフルオロメタン(CF4 )を有機物基準で99.1
%含んでいた。また、ヨウ化カリウム法で測定すると
き、フッ素ガス濃度は0.56%であった。
φ、長さ500mmのインコネル600製反応器(電熱
式、器内はフッ素ガスを用い600℃で不動態化処理済
み)を用い、処理温度を330℃に設定し、これに前記
の反応生成ガスを100NL/hで、またフッ素ガス除
去用としてジフルオロメタンを2.47NL/hで導入
し並流接触させた。この除去用ジフルオロメタンの供給
量は、反応生成ガス中のフッ素ガスに対して4.4モル
倍であった。3時間後の回収ガス中のフッ素ガス濃度
は、0.4ppmであった。
程における処理温度を変化させた以外は実施例1と同様
にして、実施例2および実施例3を行った。得られた回
収ガス中のフッ素ガス濃度を以下に示す。 実施例 反応温度 フッ素ガス濃度 2 280℃ 0.11% 3 450℃ 0.1 ppm以下
ルオロメタンの製造に際して、フッ素ガス除去工程にお
いて原料と同種のハイドロフルオロカーボンを用いるこ
とにより、フッ素ガス濃度を有効に低減できることがわ
かる。この場合、主反応工程と同程度の比較的低温(2
80℃、実施例2)でもフッ素ガス除去に有効である
が、反応温度を更に高くすることによって、実用的に十
分な程度(例えば1ppm以下)までフッ素ガス濃度を
低減することができた。
タンの製造 (実施例4、実施例5) 主反応工程:トリフルオロメタン(CHF3 )をフッ素
ガスと400℃で反応させ、反応生成ガスを得た。この
反応生成ガスは、テトラフルオロメタン(CF4 )を有
機物基準で98.89%含んでいた。また、ヨウ化カリ
ウム法で測定するとき、フッ素ガス濃度は0.61%で
あった。
応器を用い、反応温度を480℃に設定し、これに前記
の反応生成ガスを60NL/hで、またフッ素ガス除去
用としてトリフルオロメタン(CHF3)の供給量を下
記のように変化させて導入し並流接触させた。3時間後
の回収ガス中のフッ素ガス濃度を以下に示す。 実施例 CHF3供給量 フッ素ガス濃度 4 2.78NL/h 57 ppm 5 6.10NL/h 0.1ppm以下
ルオロメタンの製造に際して、トリフルオロメタンはジ
フルオロメタンより反応性が低いが、条件を選択すれば
十分に実用的な程度までフッ素ガス濃度を低減すること
ができることがわかる。
テトラフルオロメタンの製造 (実施例6) 主反応工程:トリフルオロメタン(CHF3 )をフッ素
ガスと400℃で反応させ、反応生成ガスを得た。この
反応生成ガスは、テトラフルオロメタン(CF4 )を有
機物基準で98.89%含んでいた。また、ヨウ化カリ
ウム法で測定するとき、フッ素ガス濃度は0.61%で
あった。
の代わりにジフルオロメタンを用いた以外は実施例5と
同様にして回収ガスを得た。3時間後の回収ガス中のフ
ッ素ガス濃度は0.1ppm以下であった。
ンの製造に際して、フッ素ガス除去用として、原料とは
異なるハイドロフルオロカーボンを用いても、十分に実
用的な程度までフッ素ガス濃度を低減できることがわか
る。
エタンの製造 (実施例7〜実施例9) 主反応工程:テトラフルオロエタン(CH2F-CF3 、
昭和電工社製「エコロエース134a」)をフッ素ガス
と250℃で反応させ、反応生成ガスを得た。この反応
生成ガスは、ヘキサフルオロエタン(CF3-CF3 )を
有機物基準で95.2%含んでいた。テトラフルオロエ
タンの転化率は100%であった。またこの反応生成ガ
スは、ヨウ化カリウム法で測定するとき、フッ素ガスを
0.20%含んでいた。
応器を用い、フッ素ガス除去用として、原料と同種のテ
トラフルオロエタンを用い、下記の条件で反応生成ガス
と接触させ、回収ガスを得た。3時間後の回収ガス中の
フッ素ガス濃度を以下に示す。 実施例 反応温度 反応生成ガス量 除去用CH2F-CF3量 フッ素ガス濃度 7 300℃ 100NL/h 0.67NL/h 10 ppm 8 400℃ 60NL/h 0.28NL/h 1.3ppm 9 450℃ 60NL/h 0.27NL/h 0.5ppm
ルオロエタンの製造に際しても、条件を選択することに
より十分に実用的な程度までフッ素ガス濃度を低減する
ことができた。
ルオロシクロブタンの製造 (実施例10) 主反応工程:ヘキサフルオロシクロブタンをフッ素ガス
と反応させ、反応生成ガスを得た。この反応生成ガス
は、フッ素ガスを0.18%含んでいた。
応器を用い、フッ素ガス除去用としてテトラフルオロエ
タンを用い、400℃で反応生成ガスと接触させ、回収
ガスを得た。回収ガスのフッ素ガス濃度は35ppmま
で低下した。
フッ素ガスとをフッ化水素を希釈ガスとして反応させ、
次いで第二反応帯において、この反応生成ガスに原料テ
トラフルオロエタン(CHF2-CHF2 を11ppm含
み、残部がCH 2F-CF3 からなる)と追加のフッ素ガ
スとを混合して反応させ、テトラフルオロメタンとヘキ
サフルオロエタンとの混合反応生成ガスを得た。この混
合反応生成ガスは、フッ素ガスを0.15%含んでい
た。
応器を用い、フッ素ガス除去用として前記の原料テトラ
フルオロエタンを用い、常圧400℃で前記の混合反応
生成ガスと接触させ、回収ガスを得た。回収ガスのフッ
素ガス濃度は0.1ppm以下まで低下していた。
器の内圧を0.3MPaに昇圧した以外は実施例11と
同様にして回収ガスを得た。回収ガスのフッ素ガス濃度
は0.1ppm以下であった。このことから、フッ素ガ
ス除去工程の反応器の内圧を上昇させても同様のフッ素
ガス除去効果が得られることがわかる。
法は、フッ素ガス除去工程において、主反応工程から流
出する反応生成ガスを、反応生成ガス中に含まれるフッ
素ガスに対する化学当量の1.1モル倍以上のハイドロ
フルオロカーボンと接触させるものであるので、付加的
な脱水工程などを必要とせず、しかも高価なフッ素ガス
をフッ化物などとして排出することなく、余剰のフッ素
ガスを有効利用しながら、フッ素ガスを実質的に含まな
いパーフルオロカーボンを安価かつ容易に製造すること
ができる。
Claims (5)
- 【請求項1】 パーフルオロカーボンを製造するに際し
て、主反応工程において原料のハイドロフルオロカーボ
ンとフッ素ガスとを気相で反応させ、フッ素ガス除去工
程において、この主反応工程から流出する反応生成ガス
を、反応生成ガス中に含まれるフッ素ガスに対する化学
当量の1.1モル倍以上のハイドロフルオロカーボンと
接触させることを特徴とするパーフルオロカーボンの製
造方法。 - 【請求項2】 前記の主反応工程において、原料のハイ
ドロフルオロカーボンが炭素数6以下の脂肪族化合物で
あることを特徴とする請求項1に記載のパーフルオロカ
ーボンの製造方法。 - 【請求項3】 前記のフッ素ガス除去工程において、反
応生成ガスと接触させるハイドロフルオロカーボンが、
フッ素ガスと反応して目的とするパーフルオロカーボン
を生成し得るものであることを特徴とする請求項1に記
載のパーフルオロカーボンの製造方法。 - 【請求項4】 前記のフッ素ガス除去工程において、処
理温度を、主反応工程における反応温度と同等以上とす
ることを特徴とする請求項1に記載のパーフルオロカー
ボンの製造方法。 - 【請求項5】 前記のフッ素ガス除去工程に、希釈ガス
としてフッ化水素を存在させることを特徴とする請求項
1に記載のパーフルオロカーボンの製造方法。
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Applications Claiming Priority (1)
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ID=15734325
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|---|---|---|---|
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| JP (1) | JP3725298B2 (ja) |
Cited By (4)
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| JP2001343379A (ja) * | 2000-03-31 | 2001-12-14 | Showa Denko Kk | ハロゲン濃度の測定方法、測定装置及びハロゲン化合物の製造方法 |
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| JP2003014716A (ja) * | 2001-06-29 | 2003-01-15 | Showa Denko Kk | 高純度フッ素ガス中の微量不純物の分析方法 |
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-
1997
- 1997-06-18 JP JP16139797A patent/JP3725298B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1997-12-31 US US09/001,917 patent/US5892134A/en not_active Expired - Lifetime
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