專利名稱：氟化作用的制作方法
本申請涉及碳氫化合物底物的氟化作用。特別涉及適合于選擇性取代的碳氫化合物底物的全氟化的方法和裝置。
根據本發明的一個方面，提供了一種選擇性取代的碳氫化合物底物的氟化方法，該方法包括如下步驟使用一種惰性稀釋液稀釋碳氫化合物底物原料，形成稀釋的底物；將稀釋的底物與氣態氟化劑混合，形成泡沫狀反應混合物；使氟化劑在泡沫中與底物反應，將底物氟化以獲得氟化產物；將含有氟化產物的泡沫分離成氣體組分和液體組分，液體組分中含有氟化產物；從液體組分中提取氟化產物并將該提取了氟化產物的液體組分作為稀釋液回收到稀釋步驟中；向氣體組分中補充氟化劑原料；以及將含有氟化劑原料的氣體組分再循環至混合步驟，在這里，氣體組分提供處于反應混合物中的氟化劑。
用稀釋液稀釋底物原料可以使底物在稀釋液中形成溶液、乳狀液或懸浮液，其中，稀釋液形成連續相并作為底物的載體。本發明中稀釋液的惰性是指在本方法的操作過程中，稀釋液不發生不可接受的化學反應并優選不發生任何化學反應。優選將底物原料注入處于湍流的稀釋液流中，需要混合步驟的向上的物流并且不超出混合步驟以向混合步驟中提供足夠均勻的液體原料。特別地，可以將碳氫化合物底物注入處于湍流的液體組分中，碳氫化合物底物的進料位置在分離步驟和混合步驟之間。
通過將來自分離步驟的液體組分泵送至稀釋步驟方便地實現將液體組分回收到稀釋步驟，泵送的速率應足以在泵送的液體組分中形成湍流。碳氫化合物底物原料以液體形式注入到泵送的液體組分湍流中，但原則上也可以是氣態形式或固態細粉形式，條件是，在進行混合步驟時，底物充分溶解或以其他形式分散于稀釋液中。
優選混合是快速混合，通過使稀釋的底物和氟化劑共同通過一種在線連續混合器，例如靜態混合裝置方便地實現，該混合裝置可以方便地采用射流器、噴射器或提取器的射流泵形式并可以帶有一個文氏管。快速混合是指在最多1秒鐘的時間內基本上完成混合步驟。
可以使用任何合適的氣態氟化劑，例如含有氧化氟的化合物。因此，氣態氟化劑可以選自由F2，UF6，XeF2，ClF3和BrF3等氟化氣體所組成的組，出于產率、成本和可用性的考慮，特別優選F2形式的氟分子。為便于控制放熱的反應步驟，可以使用惰性稀釋氣體稀釋氟化氣體，稀釋氣體可以是稀有惰性氣體，如氬氣，但仍然是出于成本和可用性的考慮，優選氮氣。換句話說，當與稀釋的底物混合時，氣態氟化劑也可以是稀釋的形式，使用惰性稀釋氣體稀釋氣態氟化劑。因此，再循環使用的氣體組分通常是F2/N2混合物，其中F2占10-80體積％，優選30-60體積％，例如50％，通過常規實驗確定適當的值或最佳值。在混合步驟中，被混合在一起的氣體∶液體的體積比可以是2∶1-1∶50，優選1∶2-1∶10，例如1∶4，泡沫的稠度由該比例所決定。在本發明的一個特別實施方案中，氣態氟化劑可以是F2，當氣態氟化劑與稀釋的底物混合時，氣態氟化劑實質上是F2/N2氣體混合物的形式，其中N2是惰性稀釋氣體，氣體混合物中包括10-80體積％的F2和2-90體積％的N2，混合過程中氣體混合物∶稀釋的底物的體積比是2∶1-1∶50。
使氟化劑在泡沫中與底物反應，優選保持反應混合物處于泡沫的形式，泡沫沒有不可接受地分離成液體和氣體組分，直至反應進行到可以接受的完全程度。本申請人發現，將反應混合物從混合步驟向下，或優選向上延伸，而不是水平地排放入流體通路例如管狀形式的導管，可促進對抗混合物分離成液體和氣體組分的泡沫的保留。因此，使氟化劑在泡沫中與底物反應可以包括使反應混合物以泡沫的形式沿著從混合步驟通向分離步驟的流體通路通過，該流體通路以與水平方向一定的角度傾斜并隨著泡沫沿流體通路的流動，氟化劑在泡沫中與底物反應。當泡沫從混合步驟垂直向上沿著圓形橫截面的導管排放時，垂直導管的直徑∶長度為1∶15-1∶40是特別適當的。可以使用常規實驗確定具有不同截面形狀的導管或與水平方向不同的夾角的理想值或可接受的值。在一個特別實施方案中及對于具有任何截面外形的導管，流體通路與水平方向的夾角至少應為45°，優選至少80°，流體通路以mm2表示的截面流動面積與以mm表示的通路長度的數字比為π/4∶15-π/4∶40。
分離步驟可以是使泡沫分離并沉積出位于氣體集管空間或分離空間下部的液體層的沉積步驟。可以從該液體層中分離出氟化的產物和回收的液體組分，同時可以從集管空間或分離空間分離出再循環的氣體組分，可以將氣態氟化劑原料注入到該分離空間內。因此，詳細情況是，分離步驟可以是一個沉積步驟，其中允許泡沫沉積為位于含有氣體組分的集管空間下方的液體組分層，氟化的產物和回收的液體組分被從液體層中分離出來，再循環的氣體組分被從集管空間中分離出來，向集管空間中加入氣態氟化劑原料。氟化的產物作為稀釋液、氟化的產物以及以中間產物形式存在的部分反應的底物的混合物中的一部分被分離出來。可以從該混合物中分離出氟化的產物，由稀釋液和部分反應的底物/中間產物所形成的殘留物被重新引入到液體組分中。因此，也就是說，從液體層中可以分離出作為混合物的氟化的產物和被回收的液體組分，該過程包括在從液體層中分離出液體組分之后并在液體組分進入其稀釋底物原料的稀釋步驟之前，從液體組分中分離出氟化的產物。
在液體組分中，存在著底物分子或部分反應的底物分子相互反應并聚合或低聚的可能，而這是不合乎需要的。通過使用稀釋液使底物分子和部分反應的底物分子彼此隔開并通過液體組分和氣體組分的均勻混合，優選形成泡沫而抑制這種聚合反應或低聚反應。因此，使液體組分與泡沫中的氣體組分相分離的時間應盡可能短，液體組分在分離步驟中的停留時間應盡可能短，應是將液體組分從分離步驟進料至混合步驟所需要的時間，也是在泡沫中的反應步驟至分離步驟的時間，因為可以在分離步驟之前發生分離。詳細地說，液體組分在分離步驟中的停留時間以及液體組分在離開分離步驟并進入混合步驟之后，液體組分在液體組分的回收步驟中的停留時間的總和一般最高可以是10秒。但是，通常可以根據底物和所使用的稀釋液的性質確定所述總停留時間的上限。因此，考慮到商業和實際因素，特別是避免或限制不可逆地產生不受歡迎的副產物，應通過常規實驗確定每種氟化的產物的適當停留時間。
就本方法的參數而言，可以在較高的壓力下進行反應步驟，該壓力范圍是稀釋液在反應溫度下的蒸汽壓至28MPa，優選200-700kPa，如400kPa。反應溫度是-40℃至80℃，適當的溫度是-30℃至50℃，如20℃。典型地，在反應壓力為200-700kPa，反應溫度為-10℃至50℃的條件下，使氟化劑與碳氫化合物底物在泡沫中反應。已經發現的合適的惰性稀釋液是氫氟酸(HF)并可以按照在稀釋液中底物的稀釋度為1∶20000-1∶300000或更高，1∶50000-1∶300000為適當，如1∶160000，的比例向再循環的液體組分中添加底物。換句話說，碳氫化合物底物原料向惰性稀釋液中進料的比例應使所獲得的底物在稀釋液中的稀釋比例為底物∶稀釋液的體積比在1∶50000-1∶300000的范圍。
正如上文所指出的，碳氫化合物底物是任意選擇取代的。因此，可以按照本發明的方法氟化或全氟化(即，完全氟化)的適當的底物包括未取代的飽和烴和不飽和烴，例如含有烷基和/或芳香基基團的芳香烴，也可以是取代的烴，例如鹵代烴、羧酰鹵、磺酰鹵、酯和醚等。典型地，底物中的任何不飽和鍵均會通過氟化作用轉變為飽和鍵。總之，底物可以選自包括烷基化合物和芳香基化合物的未被取代的烴的組，以及選自包括鹵代烴、羧酰鹵、磺酰鹵、酯和醚在內的取代的烴的組。如上文所指出的，優選的惰性稀釋液是氟化氫(HF)，因為其具有適于本目的的充分的惰性并與本方法和下文所描述的裝置中所使用的材料相容。
根據本方面的另一個方面，提供了氟化選擇性取代的碳氫化合物底物的氟化作用的一種裝置，例如通過上文所描述的方法，該裝置是一種液體流的循環，包括稀釋塔，用于分別接收碳氫化合物底物原料和稀釋液以及用該稀釋液稀釋底物；其流程與稀釋塔相通的混合塔，用于分別接收來自稀釋塔的稀釋的碳氫化合物底物原料以及氣態氟化劑，將稀釋的碳氫化合物底物原料與氣態氟化劑混合，形成泡沫狀反應混合物；其流程與混合塔相通的反應塔，用于接收來自混合塔的泡沫，使氟化劑在反應混合物中與底物反應，氟化底物形成氟化的產物；以及其流程與反應塔相通的分離塔，并且具有與稀釋塔相連的液體流以及與混合塔相連的氣體流，用于接收來自反應塔的含有氟化產物的泡沫，將泡沫分離成氣體組分和液體組分，將分離的液體組分作為稀釋液向稀釋塔中進料(提供氟化劑)，將含有氣態氟化劑的分離的氣體組分向混合塔進料；該裝置包括使分離的液體組分從分離塔回收至稀釋塔的液體回收設備，以使液體在包括稀釋塔、混合塔、反應塔和分離塔在內的液體流循環回路中循環流動；該裝置還包括使分離的氣體組分從分離塔再循環至混合塔的氣體再循環設備；該裝置還包括一個通向循環回路的底物液體進料管和一個將氟化劑通入反應塔和混合塔之間的氣流連接器的氟化劑氣體進料管。
底物液體進料管可以接入稀釋塔，氟化劑氣體進料管接入分離塔。
更具體地說，可以在混合塔安裝一種靜態混合裝置，例如一種包括文氏管的射流泵，使用中的稀釋的底物流過起到提取作用的文氏管，來自分離塔的再循環氣體也通過文氏管，所以射流泵作為氣體再循環設備使氣體組分再循環。也就是說，混合塔可以包括一個在線的連續混合器，例如沒有任何可動部件的靜態混合器；具體而言，該連續混合器可以是在線連接在稀釋塔和反應塔之間的循環回路上的射流泵，使稀釋的底物作為其泵送的液體從稀釋塔流向反應塔，射流泵有一個與分離塔和氟化劑氣體進料管連通的氣體吸入口，射流泵作為氣體再循環設備發揮作用。吸入室入口與氟化劑氣體進料管的連接可以是直接的，或通過分離塔間接連接。使液體組分回收的液體回收設備可以是以湍流的速率將回收的液體組分沿導管泵送通過稀釋塔到達混合塔的泵，其中的導管接收底物原料并且底物進料和混合階段之間的導管作為稀釋塔發揮作用。
反應塔也可以是一個導管，例如具有圓形截面的管道，從文氏管向上，優選垂直地延伸，優選該管道的直徑∶長度比為1∶15-1∶40，更優選1∶20-1∶35，例如1∶28。通常，反應塔可以是與水平面間的夾角至少為45°，優選至少為80°的導管，對于任何截面外形的導管，其以mm2表示的截面通流面積與以mm表示的導管長度的比在π/4∶15-π/4∶40的范圍內，特別優選基本上垂直(即與水平面之間的夾角大于80°)的具有直徑∶長度為1∶20-1∶35的圓形截面的管道。
分離塔可以是一個與文氏管和形成反應塔的管道并排排列的沉積罐，優選該排列使泵在將沉積罐中的液體組分泵送至文氏管時流程盡可能短，要記住的是，底物原料與文氏管的距離應足夠遠，以允許底物在進入文氏管之前被液體組分充分均勻地稀釋或分散，但與文氏管的距離又足夠近，以阻止并優選防止發生例如聚合或低聚等不期望的副反應，從反應塔上方管道至分離塔的流程也應盡可能短。這是為了使未與氣體組分形成泡沫的液體組分的停留時間盡可能短，從而阻止尚未完全氟化的底物分子發生不期望的聚合或低聚反應。也就是說，分離塔可以是一個具有一個通向稀釋塔的低位出口，一個通向混合塔的高位出口以及一個高位氟化劑氣體原料入口的沉積罐；分離塔與稀釋塔之間的導管盡可能短，另一方面，在完成稀釋后，稀釋塔的位置應使稀釋的底物盡可能快地進入混合塔，從而使除了作為泡沫成分以外的稀釋的底物在導管中的停留時間優選最高為30秒。可以向沉積罐的集管空間或分離空間中注入氟化氣體以及向氣體組分中注入稀釋惰性氣體，例如氮氣。當液體組分的沉積變慢時，分離塔中可以包括一種動態分離裝置，例如旋流器(水力旋流器)以加速分離過程。如上文中關于本發明方法的內容所述，可以通過常規實驗確定該時間上限，需要牢記的因素是底物和所使用的稀釋液的性質，實踐和經濟因素以及避免產生不期望副產物的需要。雖然在多數情況下希望較短的時間，但當底物和稀釋液可以不同程度地接受長時間沉積時，也可以預期接受較長的停留時間，這也證實了本發明方法的靈活性。
在這一方面，可以預期，雖然本發明的方法可以在名義上連續的基礎上運轉，它仍然可以被視為一種準批量型的方法，因為在任何氟化氣體，例如氟分子(F2)的供給中都可能存在雜質，并且在氟化步驟中可能產生揮發性的分解產物。因此，這些雜質的累積使得定期排空本裝置所形成的循環系統并啟動新的流程成為必要。當然，如果氟化氣體的純度足夠高并且所形成的揮發性分解產物數量低至可以接受，則不要求定期排空，或者說此種排空可以是經長期間隔的特殊或偶然情況。在啟動階段，常常向沉積罐的氣體組分中通入氮氣以稀釋氟氣，此后，雖然在流程的運轉過程中，因為底物和氟被消耗而需要向流程中不斷補充底物和氟，但直至下一次啟動或成功地排空(如果要求)之后，不需要再次通入氮氣。據預計，氮氣的消耗量低至可以接受，在運轉過程中，排空之前不需要補充氮氣。如果需要，可以在排空后或下次啟動前通入氮氣。
本發明裝置的總體構造能夠承受反應條件的變化，允許針對不同的產品進行優化并提高流程控制的簡易性和所期望的安全程度。
下文將通過非限制性實施例的方式并參考
本發明，以實施按照本發明的一種方法，同時參照下文中已實施過的實施例描述本發明，附圖表示根據本發明的一個裝置的示意性流程圖。
在附圖中，標記數字10在總體上指根據本發明的用于實施本發明流程的裝置。在裝置10中，底物進料管是數字12所指的圓形導管并表示向以流送管形式表示的稀釋塔的上游端進料，其中的流送管是14所指的圓形導管。
流送管14向以包括文氏管的射流泵16形式的混合塔進料，射流泵反過來又向流送管18形式的反應塔進料，流送管18是垂直向上延伸的圓形截面的管道，其直徑∶長度比例為1∶28。管道18的頂端向水平延伸的流送管20進料，流送管20的下游端向沉積罐22形式的分離塔向下進料。
氟化產物輸出流送管24起始于罐22的底部，氟氣體進料管26和氮氣進料管28分別向罐22的上方進料，氟進料管在一個高位進料口27向罐22進料。使用了泵30，泵30具有一個從流送管32進料的入口，流送管32與罐22底部的低位出口33相通，泵30還具有一個向流送管34進料的出口，流送管34反過來向流送管14的上游端進料。雖然沒有在附圖中明確地表示出來，但裝置10的不同部件的排列應使流送管14，20，32和34盡可能短，特別是流送管14應不超過在來自流送管12的底物原料與流送管34的液體所形成的稀釋液進入射流泵16之前，將其充分混合和稀釋所要求的長度。氣體流送管36從罐22頂端的高位出口37延伸至射流泵16的氣體入口38。
使用中，在啟動時，罐22中裝有適當體積的稀釋液，例如下文所提到的氟化氫，罐中稀釋液上方的集管空間或分離空間內充入適當的氟/氮氣混合氣體，例如體積比為50∶50的混合物，其中氟氣來自流送管26，氮氣來自流送管28。
通過使用泵30使本發明的流程得以運轉，泵30將來自罐22的液體沿流送管32、34和14泵送至射流泵16，同時由一個外部供應源沿流送管12向流送管14供應底物，由一個外部供應源沿流送管26向罐22供應氟氣，液體沿管道24從罐22中取出。在運轉過程中，不需要沿流送管28通入氮氣，但射流泵16通過流送管36從罐22的分離空間抽取氣體并將其再循環進入射流泵16的氣體入口38并由此處進入流送管/反應塔18中。
稀釋液和底物原料在流送管14中迅速混合，通過使泵12以足以在流送管14中發生湍流的輸出速率運轉而保持流送管14中液體的湍流狀態。混合的底物和稀釋液在射流泵16中又與來自流送管36的氣體成分混合并形成連續的泡沫，泡沫完全占據并充滿流送管18并沿管18升高。該泡沫從流送管18沿流送管20進入罐22中，在罐22中發生氣體-液體的分離。
底物的氟化作用在流送管18中發生，并在流送管20和罐22中盡可能地接近反應完全。在罐22的下部所形成的液體層(未示出)中含有稀釋液、部分反應的底物(部分氟化的產物)、完全氟化的產物，即全氟化產物以及溶解(飽和)的反應氣體(F2和N2)。
按照底物在流送管18和20以及罐22中發生氟化作用的速率沿管12供給底物和沿管28供給氟氣，同時按照通過氟化作用所產生的氟化產物，例如全氟產物的速率沿管24從罐22中提取氟化產物。提取的氟化產物被輸送至一個分離塔(未示出)，例如一個蒸餾塔中，在這里，將氟化的產物與稀釋液和部分氟化的產物分離并且稀釋液和部分氟化的產物被重新引入到罐22中。由泵30通過管道30和34將液體從罐22中回收到管道14中的稀釋步驟。
已經發現可以通過位于入口27位置的壓力調節閥(未示出)從管道26向罐22方便地調節氟化氣體的進料速率，從而在罐22中獲得所需要的恒定壓力。這是因為在形成閉路的裝置內壓力的降低是由底物的氟化作用而導致的氟氣分壓的降低而引起。因此，氟氣的進料速率就直接依賴于底物的進料速率并且也是自調節的，條件是保持循環中的壓力恒定。反過來，也要調節底物的進料速率，使裝置內的溫度保持在可以接受的范圍，記住，底物的氟化將產生熱量。
本裝置和方法可以按照下列實施例運轉。
向罐22中通入氮氣，使壓力達到200kPa，然后緩慢地向罐22中通入氟氣，直至壓力達到400kPa，在罐中獲得F2∶N2的體積比為50∶50的氣體混合物。罐22被設定為控制在25℃的溫度。
使用活塞泵(未示出)以50μl/min的速率將干燥的正己烷通過管道12泵送至循環回路，同時以足以維持罐22內的壓力為400kPa的速率向罐22通入氟氣。然后，注意到罐22內溫度的輕微升高以及沿管道26氟進料的變化。沿管道24以足以維持罐22內恒定的低液位并且不會抽取出泡沫的速率從罐22中抽取液體。
使通過管道24從罐中所抽取的液體沉積并分離成兩層，底層是全氟化的正己烷。通過蒸餾提純，部分氟化的產物被重新回收到罐22中，拋棄較重的低聚廢品。蒸餾沉積下來的上層液體以獲得適于回收到管道14或用于其他位置的純化的氫氟酸，通過蒸餾上層液體所獲得的含有部分氟化產物的其他餾分也被回收到罐22中。
獲得理論產率85％的全氟化的正己烷，氟氣的損失低于2％。
本發明的一個優點，特別是如參照附圖和參照上文所描述的實施例1-4所描述的內容，提供了一種對碳氫化合物底物進行氟化或全氟化的有效方法和裝置，本發明能夠以一種簡易的操作和經濟上具有競爭力的實踐方式提供良好的產率，在優化的條件下尤其如此。
權利要求
1.一種將碳氫化合物底物氟化的方法，該方法包括以下步驟使用一種惰性稀釋液稀釋碳氫化合物底物原料，形成稀釋的底物；將稀釋的底物與氣態氟化劑混合，形成泡沫狀反應混合物；使氟化劑在泡沫中與底物反應，將底物氟化以獲得氟化產物；將含有氟化產物的泡沫分離成氣體組分和液體組分，液體組分中含有氟化產物；從液體組分中提取氟化產物并將該提取了氟化產物的液體組分作為稀釋液回收到稀釋步驟中；向氣體組分中補充氟化劑原料；以及將含有氟化劑原料的氣體組分再循環至混合步驟，其中氣體組分在反應混合物中提供氟化劑。
2.權利要求1所要求的方法，其中碳氫化合物底物原料被加入處于湍流的液體組分流中，碳氫化合物底物的進料位置在分離步驟和混合步驟之間。
3.權利要求2所要求的方法，其中通過以足以使泵送的液體組分發生湍流的速率泵送液體組分而將液體組分回收到稀釋步驟中，碳氫化合物底物原料以液體形式被加入到泵送液體組分與碳氫化合物底物的湍流中。
4.權利要求1-3中的任一項所要求的方法，其中通過在最多1秒的時間內基本完成的混合步驟實現混合。
5.上述權利要求中的任一項所要求的方法，其中的氣態氟化劑選自由F2，UF6，XeF2，ClF3和BrF3所組成的氟化氣體的組中。
6.上述權利要求中的任一項所要求的方法，其中在與稀釋的底物混合時，氣態氟化劑是用惰性稀釋氣體稀釋的氣態氟化劑。
7.上述權利要求中的任一項所要求的方法，其中的氣態氟化劑是F2，以主要為F2/N2的氣體混合物中的一部分的形式存在，其中的N2是惰性稀釋氣體，當氣態氟化劑與稀釋的底物混合時，氣體混合物含有10-80體積％的F2和20-90體積％的N2，在混合步驟中，氣體混合物∶稀釋的底物的體積比為2∶1至1∶50。
8.上述權利要求中的任一項所要求的方法，其中使氟化劑在泡沫中與底物反應包括使反應混合物以泡沫的形式通過從混合步驟到分離步驟的流程，該流程與水平方向成一定的夾角，氟化劑隨著泡沫在流程內的移動與底物在泡沫中反應。
9.權利要求8所要求的方法，其中的流程與水平方向的夾角至少為45°，以mm2表示的流程的截面流通面積與以mm表示的流程長度之間的數字比在π/4∶15至π/4∶40之間。
10.上述權利要求中的任一項所要求的方法，其中的分離步驟是一個使泡沫沉積為位于含有氣體組分的集管空間下方的液體組分層的沉積步驟，從該液體層中抽取出氟化產物和回收的液體組分，從集管空間抽取再循環的氣體組分并向集管空間通入氣態氟化劑原料。
11.權利要求10所要求的方法，其中的氟化產物和回收的液體組分被作為混合物從液體層中抽取出來，該方法包括在從液體層中抽取出液體組分后，在液體組分進入稀釋底物的稀釋步驟前，將氟化產物從液體組分中分離出來。
12.上述權利要求中的任一項所要求的方法，其中液體組分在分離步驟的停留時間以及液體組分離開分離步驟后直至進入混合步驟，液體組分在回收步驟中的停留時間之和最高為10秒。
13.上述權利要求中的任一項所要求的方法，其中使氟化劑在反應壓力為200-700kPa和反應溫度為-30℃至50℃之間在泡沫中與碳氫化合物底物反應。
14.上述權利要求中的任一項所要求的方法，其中碳氫化合物底物原料向惰性稀釋液中的進料比例是使在稀釋的底物中，底物∶稀釋液的體積比在1∶50000至1∶300000的范圍內。
15.上述權利要求中的任一項所要求的方法，其中的底物選自由烷基化合物和芳基化合物所組成的未取代的碳氫化合物的組中和選自由鹵代烴、羧酰鹵化物、磺酰鹵化物、酯和醚所組成的取代的碳氫化合物的組中。
16.上述權利要求中的任一項所要求的方法，其中的惰性稀釋液體是氟化氫(HF)。
17.一種將碳氫化合物底物氟化的裝置，該裝置是一種液體流的循環回路，包括稀釋塔，用于分別接收碳氫化合物底物原料和稀釋液以及用該稀釋液稀釋底物；與稀釋塔流體相通的混合塔，用于分別接收來自稀釋塔的稀釋的碳氫化合物底物原料以及氣態氟化劑，將稀釋的碳氫化合物底物原料與氣態氟化劑混合，形成泡沫狀反應混合物；與混合塔流體相通的反應塔，用于接收來自混合塔的泡沫，使氟化劑在反應混合物中與底物反應，氟化底物形成氟化的產物；以及與反應塔流體相通的分離塔，并且具有與稀釋塔相連的液體流以及與混合塔相連的氣體流，用于接收來自反應塔的含有氟化產物的泡沫，將泡沫分離成氣體組分和液體組分，將分離的液體組分作為稀釋液向稀釋塔中進料，將含有氣態氟化劑的分離的氣體組分向混合塔進料；該裝置包括使分離的液體組分從分離塔回收至稀釋塔的液體回收設備，以使液體在包括稀釋塔、混合塔、反應塔和分離塔在內的液體流循環回路中循環流動；該裝置還包括使分離的氣體組分從分離塔再循環至混合塔的氣體再循環設備；該裝置還包括一個通向循環回路的底物液體進料管和一個將氟化劑通入反應塔和混合塔之間的氣流連接器的氟化劑氣體進料管。
18.權利要求17所要求的裝置，其中的底物液體進料管向稀釋塔中進料，氟化劑氣體進料管向分離塔中進料。
19.權利要求17或18所要求的裝置，其中的混合塔包括一種沒有任何移動部件的在線連續混合器。
20.權利要求19所要求的裝置，其中的連續混合器是在線連接在稀釋塔和反應塔之間的循環回路上的射流泵，使稀釋的底物作為其泵送的液體從稀釋塔流向反應塔，射流泵具有一個與分離塔和氟化劑氣體進料管連通的氣體吸入口，射流泵作為氣體再循環設備發揮作用。
21.權利要求17-20中的任一項所要求的裝置，其中的液體回收設備是一個以湍流的速率將回收的液體組分泵送通過稀釋塔的泵。
22.權利要求17-21中的任一項所要求的裝置，其中反應塔是與水平方向至少成45°夾角的導管，該導管以mm2表示的截面通流面積與以mm表示的導管長度的比在π/4∶15至π/4∶40的范圍。
23.權利要求17-22中的任一項所要求的裝置，其中的導管是基本上垂直的管道，其圓形截面的直徑∶長度的比例為1∶20-1∶35。
24.權利要求17-23中的任一項所要求的裝置，其中的分離塔是一個具有一個通向稀釋塔的低位液體出口，一個通向混合塔的高位氣體出口以及一個高位氟化劑氣體原料入口的沉積罐。
25.權利要求17-24中的任一項所要求的裝置，其中分離塔與稀釋塔之間的連通管路部分盡可能短，稀釋塔的排列位置應使在稀釋完成后的稀釋的底物盡可能快地進入混合塔，從而使除了作為泡沫成分以外的稀釋的底物在連通管路中的停留時間最高為10秒。
全文摘要
一種將碳氫化合物底物氟化的方法,通過將其與一種惰性稀釋液混合并使稀釋的底物與氣態氟化劑混合,形成泡沫狀反應混合物。氟化劑在泡沫中與底物反應生成泡沫狀產物。將泡沫分離成含有產物的液體組分和氣體組分。從液體組分中提取產物后將其回收至稀釋步驟。向氣體組分中加入氟化劑后再循環至混合步驟。一種將碳氫化合物底物氟化的裝置,依次包括導管形式的稀釋塔、混合塔、反應塔和分離塔。液體回收設備將分離塔的液體回收至稀釋塔,氣體再循環設備將氣體從分離塔再循環至混合塔。
文檔編號B01J10/00GK1351580SQ00807713
公開日2002年5月29日 申請日期2000年5月18日 優先權日1999年5月20日
發明者德克斯·范德韋斯特許恩, 彼得勒斯·約翰尼斯·文特爾 申請人:南非核能有限公司