[发明专利]用于液相氟化反应的反应器

说明书

发明领域

本发明描述了可用于液体氢氟化反应的方法的反应器设计，所述液体氢氟化反应尤其是氟化烯烃的氢氟化，例如使2-氯-3,3,3-三氟丙烯（HCFO-1233xf）氢氟化以生产2-氯-1,1,1,2-四氟丙烷（HFC-244bb）。这些方法采用液相氟化反应，并在考虑这一点的情况下设计该反应器。

发明背景

本发明尤其涉及2,3,3,3-四氟-2-丙烯（也称为1234yf，并具有化学式CF₃-CF=CH₂）的生产方面的改进。

这种化合物具有零臭氧消耗潜势和低全球变暖潜势，使得其作为用于制冷、发泡和其中目前使用碳氟化合物如1,1,1,2-四氟乙烷（也称为134a，并且还由化学式CH₂F-CF₃已知）的其它应用中的现有材料的替代物是可用且理想的。

在本领域中已知的是，使用非整合的三步骤路线由1,1,2,3-四氯丙烯（TCP或CCl₂=CCl-CH₂Cl）生产1234yf；（参见例如美国专利号8,084,653，其公开内容经此引用并入本文）：

步骤（1）；TCP + 3HF → 1233xf + 3HCl（其中1233xf是CH₂=CCl-CF₃）

步骤（2）；1233xf +HF→ 244bb（其中244bb是CF₃-CFCl-CH₃）

步骤（3）；244bb → 1234yf + HCl

氢氟化反应，类似于上述步骤（2）的反应，可以在液相中进行。在工业过程中，目标是以大于大约90%的转化率和大于大约90%的选择性进行1233xf向244bb的转化。由于这是含有不混溶的液体和/或某些固体催化剂材料的非均相反应，为了尽量提高1233xf向244bb的转化率，重要的是可以均匀地混合反应物与催化剂。所面对和要克服的问题之一是窜流（channeling），其除了产生实质上的死区（dead spaces）之外，还会产生潜在的涡流，这些均会导致不均匀的材料处理，由此降低1233xf的转化率和对244bb的选择性。

本发明人已经开发了用于液体氢氟化反应的设备，其倾向于尽量减少窜流效应，并促进氟代烯烃向碳氟化合物的转化，例如由1233xf形成244bb。

但是，氟代烯烃的转化率仅仅是问题的一个方面。同时，目的是通过尽量减少来自氢氟化反应的副反应（如过氟化（overfluorination））来尽量提高对244bb的选择性。例如，如果所产生的碳氟化合物在其上具有合适的离去基团（如氯原子），则该碳氟化合物可以与HF进行随后的取代反应（其中氟原子取代该离去基团）。例如，在使1233xf氢氟化以形成244bb时，如下所示的244bb与第二HF分子反应形成245cb是副反应：

244bb + HF→ HCl + 245cb（其中245cb是CF₃CF₂CH₃）。此外，1233xf与2摩尔的HF的反应较少地形成245cb：1233xf+24F →HCl + 245cb。

除非适当地控制反应条件，否则由与氟化氢的反应形成第二产物可能不仅降低244bb碳氟化合物的产率，还会降低对244bb碳氟化合物的选择性，也就是说，其可能反而越来越促进形成副反应产物。本发明人已经发现了仅促进发生氢氟化反应并尽量减少副产物形成的方法。

除了窜流和副反应问题，在液体氢氟化方法中面对的另一问题是使用腐蚀性材料。该氢氟化反应使用和生成腐蚀性化合物，如氟化氢和氯气，其中后者可用于使氢氟化催化剂再生。这二者均倾向于腐蚀在其中进行该反应的反应器，即使反应器由耐腐蚀材料如Inconel 600、NAR25-50MII、Hastelloy C、Hastelloy G-30、双相不锈钢和Hastelloy C-22组成也是如此。反应器的腐蚀损害了反应器的结构完整性，并降低了其使用寿命。因此，需要尽量减少反应器腐蚀。

通常，具有模制内衬如旋转烘烤或喷涂上的内衬的反应器不适于大规模工业生产反应。具有此类内衬的反应器必须在大的窑炉或烤箱中烘烤，这是昂贵的，并且常常难以获得。事实上，为大型反应器（例如大于大约1,000加仑）配备经烘烤的内衬是不切实际的。