[发明专利]改进的氟化反应器

说明书

发明背景

本发明涉及使用元素氟的氟化反应的改进，其中HF形成为副产物。特别 是，本发明涉及氟化反应，其反应物在HF吸附成分存在下接触，使任何形成的 HF从反应体系中被移除，从而阻止其它不希望的含氢副产物的形成。本发明还 涉及具有填充满HF吸附成分的反应区的改进的氟化反应器。

背景技术

元素F(F₂)与许多原料，特别是有机化合物反应可以完全放热，且CF₄通常是热力学优选的反应产物。多种反应器设计已被提出来控制这种反应和允 许氟化反应停顿在不利于生成高产率CF₄处。例如，US4377715描述了在一个 控制方式中应用多孔管反应器接触氟和有机物。US5675046描述了使用两个反 应区系统生成全氟化碳化合物。这些反应器被设计用于控制反应。它们也通常 被设计成将热力学占优势CF₄的生成降到最低。

图1显示基于1摩尔C₂HF₅和1摩尔F₂初始成分的反应C₂HF₅+F₂＝C₂F₆+HF计算的温度函数热力学平衡。图1显示对所有实际用途，热力学预计反应 定量1摩尔C₂HF₅和1摩尔F₂基本生成1摩尔C₂F₆和1摩尔HF。图1显示在0 至约500℃温度范围内未反应的F₂和C₂HF₅的量少于大约10^-10摩尔。

热力学计算在预计一个给定反应是否发生和所得的最大产率方面非常有 用。但是，实验中并不总是能够达到预定结果。一个原因是热力学不能给出指 示反应需要多久能够达到平衡。另一个原因是如果计算中忽略一个稳定的化合 物，可能得到错误的结论。

例如，当C₂HF₅和F₂在实验室中反应，一些CF₄和CH₃F作为副产物观察 到。图3显示基于1摩尔C₂HF₅和1摩尔F₂初始成分的反应C₂HF₅+F₂＝C₂F₆+HF+CF₄+CHF₃计算的温度函数热力学平衡。图3显示在研究的温度范围内 CF₄是热力学占优势产物，但产生的量应当随着温度增加而降低。CF₄在产物中 占优势是因为它极其稳定。事实是C₂HF₅和F₂的反应产生显著量的C₂F₆，与计 算的热力学平衡相反，上述事实表明动力学因素发挥了作用而实验室反应未达 到热力学平衡。

金属氟化物早已用于吸收HF。例如，Froning，et a1.，Indus.Eng.Chem.，39(3)， 275(1947)描述了应用氟化钠小球从氟中移除HF。该论文表明NaHF₂上的HF的 蒸汽压随着温度增加而增加，直到大约278℃，HF的蒸汽压为1atm。因此在温 度高于278℃时，氟化钠/二氟化物从气流中移除HF失效。为了简化产物的收集 和随后的分析，如US4377715中所示氟化钠还已经用于在分析前从反应器流出 物中洗涤HF。

US4859747描述了在固相和液相醚直接氟化中使用氟化钠，其中允许使用 更极端的氟化条件(更高的氟浓度和更快的氟输送速度)。该专利中公开了氟化 钠清除HF并阻止HF与醚的氧键反应。对于该醚的应用，这是很特别的，并公 开了使用氟化钠化学计量的量，进行批量式反应，和在氟化反应完全前阻止起 始原料被清除出反应器的重要性。但是，使用金属氟化物来控制热力学指导的 反应产物分布仍然是未知的。

发明概述

现在发现在可能存在含氢副产物的反应中用氟化物吸附剂如氟化钠填充氟 化反应器会增加产率。从反应中去除HF阻止HF与要被氟化的化合物反应形成 不希望有的含氢副产物。