СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕРФТОРАЛКАНА ЭТАНОВОГО ИЛИ ПРОПАНОВОГО РЯДА Российский патент 1997 года по МПК C07C19/08 C07C17/04 

Изобретение относится к химической промышленности и предназначено для получения перфторалканов, а именно гексафторэтана (хладона 116) и октафторпропана (хладона 218), используемых в качестве средства для сухого травления в микроэлектронике.

Известен способ получения перфторалканов, в частности октафторпропана или гексафторэтана, путем фторирования соответствующих галоидуглеводородов безводным фтористым водородом в присутствии окиси хрома в качестве катализатора [пат. США N 3258500, кл. 260 653.7, опубл. 28.06.66] Недостаток способа низкий выход целевого продукта, обусловленный слабым действием "мягкого" фторирующего агента фтористого водорода.

Известен другой способ получения перфтоалкана, а именно октафторпропана, позволяющий повысить выход целевого продукта. Способ включает фторирование перфторалкена гексафторпропилена трифторидом кобальта при повышенной температуре (100 400^oC) [пат. Японии N 62-54777, кл. C 07 C 19/08, опубл. 17.11.87] Недостаток способа низкая производительность, обусловленная периодическим режимом процесса фторирования, и недостаточно высокий выход целевого продукта, обусловленный образованием побочных продуктов деструктивного фторирования при действии "сильного" фторирующего агента.

Известен также способ получения перфторалкана, а именно октафторпропана, который отчасти позволяет устранить недостаток предыдущего способа. По совокупности существенных признаков этот способ наиболее близок к предлагаемому. Известный способ заключается в контактировании гексафторпропилена с трифторидом кобальта в двух последовательных реакционных зонах, причем вначале в первую зону подают гексафторпропилен, разбавленный продуктами фторирования, в количестве 10 15 мол. от стехиометрии, а затем подают остальное количество чистого гексафторпропилена при 20 300 и 100 - 300^oC в первой и второй зонах соответственно (пат. РФ N 1630241, кл. C 07 C 19/08, опубл. 30.10.94). Данный способ позволяет повысить качество целевого продукта за счет уменьшения термодеструкции в результате разбавления исходного перфторалкена инертным по отношению к трифториду кобальта октафторпропаном на первой стадии процесса и за счет снижения активности фторирующего агента в ходе фторирования на второй стадии.

Недостаток известного способа низкая производительность, обусловленная необходимостью периодических остановок процесса для замены отработанного фторирующего агента трифторида кобальта. Рецикл целевого продукта на стадию фторирования также ведет к снижению производительности известного способа. В итоге производительность известного способа составляет в среднем 0,5 0,7 л/ч 1 л реакционного объема.

Известен способ получения низшего перфторалкана в частности, октафторпропана взаимодействием гексафторпропилена с трифторидом кобальта в 2-х последовательных реакционных зонах, при повышенной температуре 75 - 450^oC, непрерывным путем при поддержании соотношении дифторида Co к трифториду Co, равном 1 1 1,5 (пат. РФ N 2041194, Б.И. 22.1995, 10.08.95). Процесс ведут с применением стадии активации фторирующего агента.

Недостатком известного способа является необходимость активации фторирующего агента, каждый раз для этого останавливая основной процесс получения перфторалкана. В таком процессе состав фторирующего агента меняется и режим процесса не является стабильным.

Производительность процесса также не достаточно высокая 23 кг/ч м³ (или 8 кг/ч октафторпропана при реакционном объеме 347 л).

Техническая задача, решаемая настоящим изобретением повышение производительности способа без ухудшения качества продукта.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе получения перфторалкана этанового или пропанового ряда путем фторирования соответствующего перфторалкена при температуре 100 380^oC с использованием трифторида кобальта, фторирование проводят фторирующей смесью, состоящей из трифторида и дифторида кобальта, в непрерывном режиме. Кроме того, концентрацию трифторида кобальта во фторирующей смеси поддерживают в пределах 50 80 мас.

Способ проверен в промышленных условиях.

В предложенном способе, в отличие от известного, процесс ведут в одной реакционной зоне. Данный способ обеспечивает стабильный режим ведения процесса и высокие технологические показатели при простоте обслуживания. Производительность процесса почти в 2 раза превышает производительность известного способа.

Пример 1. Фторирование тетрафторэтилена проводили в непрерывном режиме в никелевом цилиндрическом горизонтально установленном реакторе объемом 590 л, снабженном обогревающей рубашкой, шнековой мешалкой для перемешивания и транспортировки смеси три- и дифторида кобальта, непрерывно подаваемой в реактор, а так же пылеотделителем. Получаемый гексафторэтан выводят из реактора и после отделения от взвешенных частиц фторирующей смеси компримируют до давления 10 кгс/см² и конденсируют в спецстальном сборнике с охлаждающей рубашкой при температуре минус 30^oC. Скорость подачи тетрафторэтилена составляла 2400 л/ч, концентрация трифторида кобальта во фторирующей смеси 70,1 мас. (остальное дифторид кобальта). Температура в зоне фторирования: 230^oC на входе тетрафторэтилена и 260^oC на выходе гексафторэтана. Продолжительность опыта 5 ч. Всего было подано 53,6 кг тетрафторэтилена. В результате фторирования, компримирования и конденсации получено 73,9 кг продукта следующего состава, об.

Гексафторэтан 99,5
Тетрафторэтилен менее 0,01
Прочие примеси 0,5
Пример 2. Фторирование гексафторпропилена проводили в реакторе, описанном в примере 1, в непрерывном режиме. Скорость подачи гексафторпропилена 3200 л/ч, концентрация трифторида кобальта во фторирующей смеси 69,8 мас. Температура в зоне фторирования: на входе гексафторпропилена 280^oC, на выходе октафторпропана 310^oC. Продолжительность опыта 4 ч. Всего было подано 85,7 кг гексафторпропилена, получено 107,2 кг продукта следующего состава, об.

Октафторпропан 99,6
Гексафторпропилен 0,01
Прочие примеси 0,39
Примеры 3 14. Порядок проведения опытов как в предыдущих примерах, причем примеры 3 7 проведены в оптимальных условиях.

Примеры 11 14 контрольные: фторирование осуществляли при температуре за пределами предлагаемой по изобретению. Конкретные условия и результаты опытов представлены в таблице.

При осуществлении фторирования по предлагаемому способу в оптимальных условиях, т.е. при концентрации трифторида кобальта во фторирующей смеси 50
80 мас. (примеры 1 7), производительность способа составляет 1100 3800 л/ч исходного перфторалкена на весь реакционный объем, что соответствует 1,9 - 6,5 л/ч на 1 л реакционного объема. В этих условиях содержание целевого продукта в сконденсированных продуктах фторирования составляет 99,1 99,6 об. При концентрации трифторида кобальта во фторирующей смеси ниже 50 мас. фторирование исходного перфторалкена неполное, содержание перфторалкана в продукта снижается (примеры 8 и 9). То же происходит при температуре фторирования ниже предлагаемой (примеры 11 и 12). При концентрации трифторида кобальта во фторирующей смеси выше 80 мас. (пример 10), а также при температуре фторирования выше 380^oC процесс фторирования сопровождается образованием продуктов неселективного, деструктивного фторирования, в частности тетрафторметана, что ведет к снижению содержания целевого перфторалкана в продуктах фторирования (примеры 13 и 14).

Таким образом, предлагаемый способ позволяет существенно увеличить производительность процесса фторирования при высоком качестве продукта.

Способ получения перфторалкана этанового или пропанового ряда относится к химической промышленности и может быть использован в производстве хладонов 116 и 218, применяемых для сухого травления в микроэлектронике. Тетрафторэтилен или гексафторпропилен фторируют при помощи смеси, состоящей из трифторида и дифторида кобальта, в непрерывном режиме при 100 - 380^oC. Концентрацию трифторида кобальта в смеси поддерживают в пределах 50 - 80 мас.%. Получают продукт с содержанием основного вещества 99,1 - 99,6%. Производительность процесса 1,9 - 6,5 л/ч исходного перфторалкена на 1 л реакционного объема. 1 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения перфторалкана этанового или пропанового ряда, включающий фторирование соответствующего перфторалкена непрерывным путем при температуре 100 380^oC фторирующей смесью, состоящей из ди- и трифторида кобальта, отличающийся тем, что процесс ведут в одной реакционной зоне, куда непрерывно подают фторирующую смесь постоянного состава. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс ведут при концентрации трифторида кобальта во фторирующей смеси в пределах 50 80 мас.