(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
安定剤として水酸基を有する芳香族化合物を含むテトラクロロエチレンを、モレキュラーシーブス５Ａおよびモレキュラーシーブス１３Ｘからなる群から選ばれる少なくとも１種のゼオライトおよび／または平均細孔径が３．４〜１１Åである炭素質吸着剤と液相で接触させ、前記安定剤を低減させることを特徴とするテトラクロロエチレンの精製方法。
【請求項２】
前記ゼオライトのＳｉ／Ａｌ比が２以下である請求項１に記載のテトラクロロエチレンの精製方法。
【請求項３】
前記炭素質吸着剤が、モレキュラーシービングカーボン４Ａおよび／またはモレキュラーシービングカーボン５Ａである請求項１に記載のテトラクロロエチレンの精製方法。
【請求項４】
安定剤として水酸基を有する芳香族化合物を含むテトラクロロエチレンと、前記ゼオライトおよび／または前記炭素質吸着剤を接触させる温度が−２０〜８０℃である請求項１〜３のいずれかに記載のテトラクロロエチレンの精製方法。
【請求項５】
安定剤として水酸基を有する芳香族化合物を含むテトラクロロエチレンと、前記ゼオライトおよび／または前記炭素質吸着剤を接触させる圧力が０〜３ＭＰａである請求項１〜４のいずれかに記載のテトラクロロエチレンの精製方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の精製方法を用いることを特徴とする安定剤として含まれる水酸基を有する芳香族化合物が低減されたテトラクロロエチレンの製造方法。
【請求項７】
次の３つの工程を含むことを特徴とするペンタフルオロエタンの製造方法。
（１）請求項１〜５のいずれかに記載の精製方法を用いてテトラクロロエチレン中に含まれる水酸基を有する芳香族化合物を低減する工程
（２）（１）の工程を経て前記水酸基を有する芳香族化合物が低減されたテトラクロロエチレンとＨＦを、アルミナ−クロミア触媒の存在下、気相で反応させて１、１−ジクロロ−２、２、２−トリフルオロエタンおよび１−クロロ−１、２、２、２−テトラフルオロエタンを含む混合ガスを得る工程
（３）（２）の工程で得られる１、１−ジクロロ−２、２、２−トリフルオロエタンおよび１−クロロ−１、２、２、２−テトラフルオロエタンを含む混合ガスとＨＦを、アルミナ−クロミア触媒の存在下、気相で反応させてペンタフルオロエタンを得る工程
【請求項８】
前記（１）の工程を経た、前記水酸基を有する芳香族化合物が３０質量ｐｐｍ以下に低減されたテトラクロロエチレンを用いて工程（２）を行う請求項７に記載のペンタフルオロエタンの製造方法。
【請求項９】
水酸基を有する芳香族化合物が、フェノール、クレゾール、２、６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾールおよびアミノメチルフェノールからなる群から選ばれる少なくとも１種以上の化合物である請求項７または８に記載のペンタフルオロエタンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テトラクロロエチレンの精製方法および該精製方法を用いるペンタフルオロエタンの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
テトラクロロエチレン（以下、「ＣＣｌ2＝ＣＣｌ2」あるいは「ＰＣＥ」ということがある。）の製造方法としては、例えば、（１）四塩化炭素の熱分解法、（２）塩素化オレフィンの塩素化と脱塩酸を同時に行う方法、（３）天然ガスまたはＬＰＧなどの炭化水素と塩素を原料とする方法等が知られている。その製造工程では、テトラクロロエチレンの安定性を確保するため、安定剤が添加され、一般的に安定剤が数百〜数千ｐｐｍ添加される。また、テトラクロロエチレンの用途としては、ドライクリーニング溶媒、フロンガス製造原料、溶剤等に使用される。
【０００３】
一方、ペンタフルオロエタン（以下、「ＣＦ3ＣＨＦ2」ということがある。）を製造する方法としては、例えば、（１）テトラクロロエチレンまたはそのフッ素化物をフッ化水素でフッ素化する方法（特表平９−５１１５１５号公報等）、（２）クロロペンタフルオロエタン（ＣＣｌＦ2ＣＦ3）を水素化分解する方法（特許第２５４０４０９号公報等）、（３）ハロゲン含有エチレンにフッ素ガスを反応させる方法（特開平１−３８０３４号公報等）が挙げられる。
【０００４】
例えば、テトラクロロエチレンとフッ化水素とを気相でフッ素化触媒の存在下にて反応させてペンタフルオロエタンを製造する方法は、反応条件が異なる２段階の反応によって行われる。すなわち、テトラクロロエチレンとフッ化水素（以下、「ＨＦ」ということがある。）をフッ素化触媒の存在下、気相で反応させて、主として１、１−ジクロロ−２、２、２−トリフルオロエタン（以下、「ＣＨＣｌ2ＣＦ3」ということがある。）および１−クロロ−１、２、２、２−テトラフルオロエタン（以下、「ＣＨＣｌＦＣＦ3」ということがある。）を生成せしめる第１の反応と、第１の反応で生成した、主としてＣＨＣｌ2ＣＦ3およびＣＨＣｌＦＣＦ3とＨＦを、フッ素化触媒の存在下、気相で反応させて、主としてペンタフルオロエタンを生成せしめる第２の反応によって製造される。
【０００５】
この製造方法において、第１の反応原料の１つであるテトラクロロエチレン中には、通常数十質量ｐｐｍ〜数百質量ｐｐｍ程度の安定剤が分解による酸分発生等を抑えるために含まれている。例えば、フェノール、クレゾール等の水酸基を有する芳香族化合物が含まれており、テトラクロロエチレン中に安定剤が含まれない場合は、テトラクロロエチレンは安定性に欠け、酸分の発生等の副反応が進行する。
【０００６】
しかしながら、テトラクロロエチレン中に含まれる安定剤は、例えばペンタフルオロエタンを製造する際に用いられる触媒の活性劣化の原因となり、好ましくは安定剤は含まれないことが望ましい。そこで、例えば第１の反応前に安定剤を除去すればよいが、従来の分別蒸留等による除去方法は、操作が煩雑であり、実装置に多額の費用を要するという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような背景の下になされたものであって、本発明は、テトラクロロエチレン中に含まれる安定剤を除去することができる、操作が容易で工業的に実施可能なテトラクロロエチレンの精製方法と、該精製方法を用いるペンタフルオロエタンの製造方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、安定剤を含むテトラクロロエチレンを、平均細孔径が３．４〜１１Åであるゼオライト及び／または平均細孔径が３．４〜１１Åである炭素質吸着剤と液相で接触させることにより、安定剤を低減することができることを見出した。さらに、安定剤が低減されたテトラクロロエチレンを原料として用いることにより、効率的にペンタフルオロエタンを製造することができるということを見出し、本発明を完成するに至った。本発明は以下の［１］〜［１０］に示されるテトラクロロエチレンの精製方法および該精製方法を用いるペンタフルオロエタンの製造方法である。
【０００９】
［１］安定剤として水酸基を有する芳香族化合物を含むテトラクロロエチレンを、平均細孔径が３．４〜１１Åであるゼオライトおよび／または平均細孔径が３．４〜１１Åである炭素質吸着剤と液相で接触させ、前記安定剤を低減させることを特徴とするテトラクロロエチレンの精製方法。
［２］前記ゼオライトのＳｉ／Ａｌ比が２以下である上記［１］に記載のテトラクロロエチレンの精製方法。
［３］前記ゼオライトが、モレキュラーシーブス４Ａ、モレキュラーシーブス５Ａ、モレキュラーシーブス１０Ｘおよびモレキュラーシーブス１３Ｘからなる群から選ばれる少なくとも１種のゼオライトである上記［１］または［２］に記載のテトラクロロエチレンの精製方法。
［４］前記炭素質吸着剤が、モレキュラーシービングカーボン４Ａおよび／またはモレキュラーシービングカーボン５Ａである上記［１］に記載のテトラクロロエチレンの精製方法。
［５］安定剤として水酸基を有する芳香族化合物を含むテトラクロロエチレンと、前記ゼオライトおよび／または前記炭素質吸着剤を接触させる温度が−２０〜８０℃である上記［１］〜［４］のいずれかに記載のテトラクロロエチレンの精製方法。
【００１０】
［６］安定剤として水酸基を有する芳香族化合物を含むテトラクロロエチレンと、前記ゼオライトおよび／または前記炭素質吸着剤を接触させる圧力が０〜３ＭＰａである上記［１］〜［５］のいずれかに記載のテトラクロロエチレンの精製方法。
［７］上記［１］〜［６］のいずれかに記載の精製方法を用いることを特徴とする安定剤として含まれる水酸基を有する芳香族化合物が低減されたテトラクロロエチレンの製造方法。
［８］次の３つの工程を含むことを特徴とするペンタフルオロエタンの製造方法。
（１）上記［１］〜［６］のいずれかに記載の精製方法を用いてテトラクロロエチレン中に含まれる水酸基を有する芳香族化合物を低減する工程
（２）（１）の工程を経て前記水酸基を有する芳香族化合物が低減されたテトラクロロエチレンとＨＦを、アルミナ−クロミア触媒の存在下、気相で反応させて１、１−ジクロロ−２、２、２−トリフルオロエタンおよび１−クロロ−１、２、２、２−テトラフルオロエタンを含む混合ガスを得る工程
（３）（２）の工程で得られる１、１−ジクロロ−２、２、２−トリフルオロエタンおよび１−クロロ−１、２、２、２−テトラフルオロエタンを含む混合ガスとＨＦを、アルミナ−クロミア触媒の存在下、気相で反応させてペンタフルオロエタンを得る工程
［９］前記（１）の工程を経た、前記水酸基を有する芳香族化合物が３０質量ｐｐｍ以下に低減されたテトラクロロエチレンを用いて工程（２）を行う上記［８］に記載のペンタフルオロエタンの製造方法。
［１０］水酸基を有する芳香族化合物が、フェノール、クレゾール、２、６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾールおよびアミノメチルフェノールからなる群から選ばれる少なくとも１種以上の化合物である上記［８］または［９］に記載のペンタフルオロエタンの製造方法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳しく説明する。
ペンタフルオロエタンの製造方法としては、例えば、テトラクロロエチレンとＨＦをフッ素化触媒の存在下、気相で２段階の反応で製造する方法が知られている。
出発原料の１つであるテトラクロロエチレン中には、前記の理由により数百〜数千質量ｐｐｍ程度の安定剤が含まれており、安定剤は微量であっても触媒活性劣化の原因となるため、反応を行う前にできる限り低減することが望ましい。
【００１２】
本発明者らは、操作が容易で安価であり、工業的に実用可能である、テトラクロロエチレン中に含まれる安定剤を低減する方法を開発すべく鋭意検討した結果、安定剤を含むテトラクロロエチレンを、平均細孔径が３．４〜１１Åであるゼオライト及び／または平均細孔径が３．４〜１１Åである炭素質吸着剤と液相で接触させることにより、安定剤を低減することができることを見出した。
【００１３】
本発明のテトラクロロエチレンの精製方法に用いられるゼオライトは、３．４〜１１Åの平均細孔径を有するものがよく、好ましくは３．４〜１０Åの平均細孔径を有するものがよい。平均細孔径が１１Åより大きいゼオライトは、テトラクロロエチレンの吸着量が多くなり好ましくなく、平均細孔径が３．４Åより小さいゼオライトは安定剤を吸着する能力が小さくなり好ましくない。
【００１４】
また、ゼオライトのＳｉ／Ａｌ比は２以下であることが好ましく、ゼオライトのＳｉ／Ａｌ比が２より大きい場合には、安定剤が選択的に吸着されない傾向が見られる。ゼオライトとしては、モレキュラーシーブス４Ａ（ＭＳ−４Ａ）、モレキュラーシーブス５Ａ（ＭＳ−５Ａ）、モレキュラーシーブス１０Ｘ（ＭＳ−１０Ｘ）およびモレキュラーシーブス１３Ｘ（ＭＳ−１３Ｘ）からなる群から選ばれる少なくとも１種のゼオライトが好ましい。これらのゼオライトを用いることにより、テトラクロロエチレン中の水分も同時に低減することができる。
【００１５】
炭素質吸着剤は、３．４〜１１Åの平均細孔径を有するものがよく、平均細孔径が１１Åより大きい炭素質吸着剤は、テトラクロロエチレンの吸着量が多くなり好ましくなく、平均細孔径が３．４Åより小さい炭素質吸着剤は安定剤を吸着する能力が小さくなり好ましくない。炭素質吸着剤は、モレキュラーシービングカーボン４Ａ及び／またはモレキュラーシービングカーボン５Ａが好ましい。
【００１６】
ゼオライトと炭素質吸着剤はそれぞれ単独で使用することが吸着剤の再生を考慮すると好ましいが、混合して使用することもできる。ゼオライトと炭素質吸着剤を混合する割合は特に制限はないが、テトラクロロエチレン中の水分も低減することを考慮すると、混合比はゼオライトに富む比率が好ましい。
【００１７】
安定剤を含むテトラクロロエチレンを、ゼオライト及び／または炭素質吸着剤と液相で接触させる方法としては、回分式、連続式等の公知の方法を用いることができる。工業的には吸着剤を固定床にて連続的に流通させる方法が好ましく、液体基準の空間速度（ＬＨＳＶ）は安定剤の濃度およびテトラクロロエチレンの処理量により適宣選択することができる。通常は１〜５０Ｈｒ-1の範囲が好ましい。また、テトラクロロエチレン中の安定剤を低減する方法を工業的に実施するため、吸着塔を２塔設け、２塔を切り替えて連続的に精製を行う方法を用いてもよい。
【００１８】
テトラクロロエチレンを液相で精製する際の処理温度としては、−２０〜８０℃が好ましく、より好ましくは０〜５０℃の範囲がよい。処理温度が８０℃より高いと、装置の加熱や耐圧等の点で設備費が増大することになるので好ましくなく、−２０℃より低い温度では、冷却設備等が必要となり好ましくない。また、圧力は０〜３ＭＰａの範囲が好ましく、より好ましくは０〜１ＭＰａの範囲がよい。圧力が３ＭＰａより大きい場合には、設備の耐圧等の点で経済的でなく、好ましくない。
【００１９】
以上説明したように、本発明の精製方法を用いることにより、テトラクロロエチレン中に含まれる安定剤を低減することができる。本発明の精製方法は、特にベンゼン環に水酸基を有する化合物に対して好ましく用いられ、ベンゼン環に水酸基を有する化合物としては、フェノール、クレゾール、２、６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール、アミノメチルフェノール等が挙げられる。
【００２０】
安定剤を含むテトラクロロエチレンを前記のゼオライト及び／または前記の炭素質吸着剤と液相で、前記の条件下で接触させ、安定剤が３０質量ｐｐｍ以下に低減されたテトラクロロエチレンを得ることができる。安定剤が１０質量ｐｐｍ以下に低減されたテトラクロロエチレン、さらに安定剤が５質量ｐｐｍ以下に低減されたテトラクロロエチレンを得ることも可能である。
【００２１】
次に、本発明のペンタフルオロエタンの製造方法について説明する。
本発明のペンタフルオロエタンの製造方法は、次の３つの工程を含むことを特徴とする。
（１）前記の精製方法を用いてテトラクロロエチレン中に含まれる水酸基を有する芳香族化合物を低減する工程
（２）（１）の工程を経て前記水酸基を有する芳香族化合物が低減されたテトラクロロエチレンとＨＦを、アルミナ−クロミア触媒の存在下、気相で反応させて１、１−ジクロロ−２、２、２−トリフルオロエタンおよび１−クロロ−１、２、２、２−テトラフルオロエタンを含む混合ガスを得る工程
（３）（２）の工程で得られる１、１−ジクロロ−２、２、２−トリフルオロエタンおよび１−クロロ−１、２、２、２−テトラフルオロエタンを含む混合ガスとＨＦを、アルミナ−クロミア触媒の存在下、気相で反応させてペンタフルオロエタンを得る工程
【００２２】
（１）の工程を経て得られるテトラクロロエチレンは、前記水酸基を有する芳香族化合物が３０質量ｐｐｍ以下に低減されたテトラクロロエチレンであることが好ましく、さらに好ましくは前記水酸基を有する芳香族化合物が１０質量ｐｐｍ以下に低減されていることがよく、特に好ましくは、前記水酸基を有する芳香族化合物が５質量ｐｐｍ以下に低減されていることがよい。水酸基を有する芳香族化合物が３０質量ｐｐｍ以下に低減されたテトラクロロエチレンを原料としてペンタフルオロエタンを製造すると、製造工程で使用する触媒の高寿命が図れ、効率的、経済的にペンタフルオロエタンを製造することができる。
【００２３】
本発明のペンタフルオロエタンの製造方法を反応式で表すと以下のようになる。
ＣＣｌ2＝ＣＣｌ2＋３ＨＦ→ＣＦ3ＣＨＣｌ2＋３ＨＣｌ（式１）
ＣＣｌ2＝ＣＣｌ2＋４ＨＦ→ＣＦ3ＣＨＣｌＦ＋４ＨＣｌ（式２）
ＣＦ3ＣＨＣｌ2＋２ＨＦ→ＣＦ3ＣＨＦ2＋２ＨＣｌ（式３）
ＣＦ3ＣＨＣｌＦ＋ＨＦ→ＣＦ3ＣＨＦ2＋ＨＣｌ（式４）
【００２４】
上記の反応は、例えばアルミナ−クロミア触媒の存在下、気相で行われるが、その反応条件は異なり、式１および式２で表される第１の反応においては、反応圧力が約０．３ＭＰａ、反応温度が約３００℃、ＨＦ／ＰＣＥが６（モル比）、式３および式４で表される第２の反応においては、反応圧力が約０．４ＭＰａ、反応温度が約３３０℃、ＨＦ／（ＣＦ3ＣＨＣｌ2＋ＣＦ3ＣＨＣｌＦ）が４〜８（モル比）の条件下で行うことができる。
【００２５】
【実施例】
以下、実施例および比較例により本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（原料例）
市販のテトラクロロエチレンをガスクロマトグラフ（カラム：キャピラリー式／ＦＩＤ法）で分析したところ、安定剤のフェノールとクレゾールが総量で１５０質量ｐｐｍ含まれ、テトラクロロエチレン中の水分は約５０質量ｐｐｍであった。
【００２６】
（実施例１）
内容積２００ｍｌのステンレス製シリンダーに、ゼオライト［モレキュラーシーブス５Ａ（ユニオン昭和株式会社製：平均細孔径４．２Å、Ｓｉ／Ａｌ比＝１）］を２０ｇ充填した。ゼオライトを真空乾燥後、シリンダーを冷却しながら（原料例）のテトラクロロエチレンを１００ｇ充填し、温度を２０℃に保ちながら時々撹拌し、約４時間後、液相部の一部を採取して前記のガスクロマトグラフ条件下で分析した。その結果、安定剤であるフェノールとクレゾールは共に検出されなかった。また、処理後のテトラクロロエチレン中の水分をカールフィシャーを用いて分析したところ、水分値は３質量ｐｐｍ以下であった。
【００２７】
（実施例２）
内容積２００ｍｌのステンレス製シリンダーに、炭素質吸着剤［モレキュラ−シービングカーボン５Ａ、武田薬品工業株式会社製：平均細孔径５Å］を２０ｇ充填した。炭素質吸着剤を真空乾燥後、シリンダーを冷却しながら（原料例）のテトラクロロエチレンを８０ｇ充填し、温度を２０℃に保ちながら時々撹拌し、約５時間後、液相部の一部を採取して前記のガスクロマトグラフ条件下で分析した。その結果、安定剤であるフェノールとクレゾールは共に検出されなかった。
【００２８】
（実施例３）
吸着剤としてゼオライト［モレキュラーシーブス１３Ｘ（ユニオン昭和株式会社製：平均細孔径１０Å、Ｓｉ／Ａｌ比＝０．８１）］を２０ｇ充填した以外は（実施例１）と同様な操作および条件で処理し、分析を行った。その結果、フェノールとクレゾールは共に検出されなかった。
【００２９】
（比較例１）
吸着剤としてゼオライト［モレキュラーシーブスＸＨ−９（ユニオン昭和株式会社製：平均細孔径３．２Å、Ｓｉ／Ａｌ比＝１）］を２０ｇ充填した以外は（実施例１）と同様な操作および条件で処理し、分析を行った。その結果、安定剤であるフェノールとクレゾールはほとんど吸着されず、その総量は１３２質量ｐｐｍであった。平均細孔径が３．４Åより小さいゼオライトを用いた場合には安定剤の吸着効率が低いことが分かった。
【００３０】
（比較例２）
吸着剤として炭素質吸着剤［活性炭：粒状白さぎＫＬ、武田薬品工業株式会社：平均細孔径３５Å］を２０ｇ充填した以外は（実施例２）と同様な操作および条件で処理し、分析を行った。その結果、安定剤であるフェノールとクレゾールはほとんど吸着されず、その総量は１１９質量ｐｐｍであった。また、テトラクロロエチレンの吸着による吸着熱が大きく、新たな分解生成物が検出された。
【００３１】
（実施例４）
内容積２００ｍｌのステンレス製シリンダーに吸着剤として（実施例１）に記載したモレキュラーシーブス５Ａを１５ｇと（実施例２）に記載したモレキュラーシービングカーボン５Ａを５ｇ混合して充填した。吸着剤を真空乾燥後、シリンダーを冷却しながら（原料例）のテトラクロロエチレンを８０ｇ充填し、温度を２０℃に保ちながら時々撹拌し、約４時間後、液相部に一部を採取して前記のガスクロマトグラフ条件下で分析を行った。その結果、安定剤であるフェノールとクレゾールは共に検出されなかった。また、テトラクロロエチレン中の水分を分析したところ、水分値は５質量ｐｐｍであった。
【００３２】
（実施例５）
内容積５Ｌのステンレス製シリンダーにモレキュラーシーブス５Ａ（ＭＳ−５Ａ）を４．８Ｌ充填し、（原料例）のテトラクロロエチレンを室温（１５℃）、圧力約０．３ＭＰａの条件下で液相１０Ｌ／ｈｒ-1の線速で連続供給した。供給開始より１００時間後、３００時間後および５００時間後の出口液を採取し分析を行った。その結果、いずれも安定剤であるフェノールとクレゾールは検出されず、水分値もいずれも５質量ｐｐｍ以下であった。
【００３３】
次に反応器にアルミナ−クロミア触媒を充填し、反応温度３００℃、反応圧力が約０．３ＭＰａ、ＨＦ／ＰＣＥが６（モル比）、ＳＶ７５０ｈｒ-1の条件下で、前記のテトラクロロエチレンとＨＦを原料とする連続反応を行った。
反応を開始して、２４時間後のＰＣＥ転化率は９９．６％、５００時間後のＰＣＥ転化率は９９．４％であり、触媒の活性低下は認められなかった。
【００３４】
（比較例３）
反応器にアルミナークロミア触媒を充填し、（原料例）の安定剤（総量１５０質量ｐｐｍ）を含むテトラクロロエチレンとＨＦを、反応温度３００℃、反応圧力約０．３ＭＰａ、ＨＦ／ＰＣＥが６（モル比）、ＳＶ７５０ｈｒ-1の条件下で連続反応を行った。
反応を開始して、２４時間後のＰＣＥ転化率は９９．５％、５００時間後のＰＣＥ転化率は８１．２％であり、触媒の活性低下が認められた。これにより安定剤が触媒活性低下に関係しているのは明らかである。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の精製方法を用いることにより、テトラクロロエチレン中に含まれる安定剤を低減することができる。本発明の精製方法は、特にフェノールやクレゾールのような水酸基を有する芳香族化合物を含むテトラクロロエチレンに対して好ましく用いられるが、アミン基を有する芳香族化合物を含むテトラクロロエチレンに対しても用いることができる。また、水酸基を有する芳香族化合物が低減されたテトラクロロエチレンを原料としてペンタフルオロエタンを製造すると、製造工程で使用する触媒の高寿命が図れ、効率的、経済的にペンタフルオロエタンを製造することができる。