本发明是申请日为2005年11月01号，申请号为200680049484.2 的、发明名称和本发明相同的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明公开包含十三氟-3-庚烯和氟化氢的共沸物组合物。所述共 沸物组合物用于制备十三氟-3-庚烯的方法和纯化十三氟-3-庚烯的方 法。
背景技术
含氯化合物，如氯氟烃(CFCs)，被认为对地球的臭氧层有害。已 发现代替CFCs使用的很多氢氟烃(HFCs)促使全球变暖。因此，需要 识别不危害环境而且具有作为制冷剂、溶剂、清洁剂、起泡剂、气雾 抛射剂、传热介质、电介质、灭火剂、杀菌剂和动力循环工作流体所 必需性质的新化合物。在分子中包含一个或多个氢的氟化烯烃被认为 用于某些应用，例如用于制冷。
发明内容
本发明一个方面涉及一种共沸物或近共沸物组合物，所述组合物 包含1，1，1，2，2，4，5，5，6，6，7，7，7-十三氟-3-庚烯(HFC-162-13mczy， CF3CF2CH＝CFCF2CF2CF3)和1，1，1，2，2，3，5，5，6，6，7，7，7-十三氟-3-庚烯 (HFC-162-13mcyz，CF3CF2CF＝CHCF2CF2CF3)和氟化氢(HF)。
本发明另一方面涉及一种从1，1，1，2，2，3，4，5，5，6，6，7，7，7-十四氟庚烷 (HFC-63-14mcee)分离Z-HFC-162-13的方法，所述方法包括：a)形成 Z-HFC-162-13、HFC-63-14mcee和氟化氢的混合物；并且b)使所述混 合物经过蒸馏步骤，从蒸馏步骤形成塔馏出物组合物，所述组合物包 括基本不含HFC-63-14mcee的氟化氢和Z-HFC-162-13的共沸物或近 共沸物组合物。
本发明另一方面涉及一种从混合物分离Z-HFC-162-13的方法， 所述混合物包括Z-HFC-162-13和氟化氢的共沸物或近共沸物组合物， 所述方法包括：a)使所述混合物经过第一蒸馏步骤，其中富集(i)氟化 氢或(ii)Z-HFC-162-13的组合物作为第一馏出物组合物去除，第一塔 底物组合物富集所述组分(i)或(ii)的其余组分；并且b)使所述第一馏出 物组合物经过在不同于第一蒸馏步骤的压力进行的第二蒸馏步骤，其 中在(a)中作为第一塔底物组合物富集的组分在第二馏出物组合物中 去除，第二塔底物组合物富集在第一馏出物组合物中富集的相同组 分。
本发明另一方面涉及一种从Z-HFC-162-13、HFC-63-14mcee和氟 化氢的混合物纯化Z-HFC-162-13的方法，所述方法包括：a)使所述混 合物经过第一蒸馏步骤，以形成第一馏出物和第一塔底物，第一馏出 物包括含Z-HFC-162-13和氟化氢的共沸物或近共沸物组合物，第一 塔底物包含HFC-63-14mcee；b)使所述第一馏出物经过第二蒸馏步骤， 富集(i)氟化氢或(ii)Z-HFC-162-13的组合物从第二蒸馏步骤作为第二 馏出物组合物去除，第二塔底物组合物富集所述组分(i)或(ii)的其余组 分；并且c)使所述第二馏出物组合物经过在不同于第二蒸馏步骤的压 力进行的第三蒸馏步骤，其中在(b)中在第二塔底物中富集的组分在第 三馏出物组合物中去除，第三塔底物组合物富集在第二馏出物组合物 中富集的相同组分。
本发明另一方面涉及一种制备Z-HFC-162-13的方法，所述方法 包括：a)将HFC-63-14mcee加入脱氟化氢反应区域，以形成包含 Z-HFC-162-13、未反应HFC-63-14mcee和氟化氢的反应产物组合物； b)使所述反应产物组合物经过第一蒸馏步骤，以形成第一馏出物组合 物和第一塔底物组合物，第一馏出物组合物包括含Z-HFC-162-13和 氟化氢的共沸物或近共沸物组合物，第一塔底物组合物包含 HFC-63-14mcee；c)使所述第一馏出物组合物经过第二蒸馏步骤，富 集(i)氟化氢或(ii)Z-HFC-162-13的组合物从第二蒸馏步骤作为第二馏 出物组合物去除，第二塔底物组合物富集所述组分(i)或(ii)的其余组 分；并且d)使所述第二馏出物组合物经过在不同于第二蒸馏步骤的压 力进行的第三蒸馏步骤，其中在(c)中在第二塔底物组合物中富集的组 分在第三馏出物组合物中去除，第三塔底物组合物富集在第二馏出物 组合物中富集的相同组分。
本发明另一方面涉及一种从混合物分离HFC-63-14mcee的方法， 所述混合物包括HFC-63-14mcee和氟化氢的共沸物或近共沸物组合 物，所述方法包括：a)使所述混合物经过第一蒸馏步骤，其中富集(i) 氟化氢或(ii)HFC-63-14mcee的组合物作为第一馏出物组合物去除，第 一塔底物组合物富集所述组分(i)或(ii)的其余组分；并且b)使所述第一 馏出物组合物经过在不同压力进行的第二蒸馏步骤，其中在(a)中作为 第一塔底物组合物富集的组分在第二馏出物组合物中去除，第二塔底 物组合物富集在第一馏出物组合物中富集的相同组分。
本发明另一方面涉及包含1，1，1，2，2，3，4，5，5，6，6，7，7，7-十四氟庚烷 (HFC-63-14mcee)和氟化氢的共沸物组合物或近共沸物组合物。
附图说明
图1为说明实施双塔共沸蒸馏方法的一个实施方案的示意流程 图。
图2为说明实施Z-HFC-162-13制备方法的一个实施方案的示意 流程图。
具体实施方式
本发明一方面涉及组合物，所述组合物包含 1，1，1，2，2，4，5，5，6，6，7，7，7-十三氟-3-庚烯(HFC-162-13mczy， CF3CF2CH＝CFCF2CF2CF3)和1，1，1，2，2，3，5，5，6，6，7，7，7-十三氟-3-庚烯 (HFC-162-13mcyz，CF3CF2CF＝CHCF2CF2CF3)。HFC-162-13mczy和 HFC-162-13mcyz可分别作为两种构型异构体E或Z之一存在。本文 所用Z-HFC-162-13mczy是指异构体E-HFC-162-13mczy和 Z-HFC-162-13mczy的混合物，其中主要异构体为Z-HFC-162-13mczy。 本文所用Z-HFC-162-13mcyz是指异构体E-HFC-162-13mcyz和 Z-HFC-162-13mcyz的混合物，其中主要异构体为Z-HFC-162-13mcyz。 本文所用“Z-HFC-162-13”是指HFC-162-13mcyz和HFC-162-13mczy 的混合物，其中两种化合物均主要作为Z异构体存在。此类 Z-HFC-162-13mczy和Z-HFC-162-13mcyz的混合物可由本领域已知的 方法制备，如美国专利5,268,122所述，所述专利通过引用结合到本 文中。
本文所用主要异构体是指组合物中存在异构体的浓度大于50％摩 尔，优选大于60％摩尔，更优选大于70％摩尔，甚至更优选大于80％ 摩尔，最优选大于90％摩尔。
无水氟化氢(HF)也包含在本文所述的组合物内，并且可以购得。
本发明另一方面涉及包含1，1，1，2，2，3，4，5，5，6，6，7，7，7-十四氟庚烷 (HFC-63-14mcee，CF3CF2CHFCHFCF2CF2CF3)的组合物，所述 1，1，1，2，2，3，4，5，5，6，6，7，7，7-十四氟庚烷可由本领域已知的方法制备，如 美国专利5,171,902所述，所述专利通过引用结合到本文中。
在研究HFC-63-14mcee脱氟化氢成Z-HFC-162-13和HF的方法 和分离由此方法得到的Z-HFC-162-13时，已意外地发现氢氟烯烃 Z-HFC-162-13与HF形成共沸物。另外还发现氢氟烃HFC-63-14mcee 与HF形成共沸物。
本发明一方面提供一种组合物，所述组合物包含Z-HFC-162-13 和有效量的氟化氢(HF)，以形成共沸物组合物。有效量是指在与 Z-HFC-162-13混合时导致共沸物或近共沸物混合物形成的量。
本发明另一方面提供一种组合物，所述组合物包含 HFC-63-14mcee和有效量的氟化氢(HF)，以形成共沸物组合物。有效 量是指在与HFC-63-14mcee混合时导致共沸物或近共沸物混合物形 成的量。如本领域所认识，共沸物或近共沸物组合物为两种或多种不 同组分的混合物，该混合物在一定压力处于液态时将在高于或低于单 独组分沸腾温度的实质恒定温度沸腾，并提供与经历沸腾的液体组成 基本相同的蒸气组成。
按照本讨论的意图，近共沸物组合物(一般也被称为“类共沸物组 合物”)是指表现类似于共沸物性质的组合物(即具有恒沸性质或者有 不在沸腾或蒸发时分馏的倾向)。因此，在沸腾或蒸发期间形成的蒸气 的组成与最初液体组成相同或实质相同。因此，在沸腾或蒸发期间， 液体组成如果变化，也只是在最小或可忽略程度变化。这与其中在沸 腾或蒸发期间液体组成在相当大程度改变的非共沸物组合物相反。
此外，近共沸物组合物显示露点压力和泡点压力且基本没有压 差。也就是在特定温度的露点压力和泡点压力差是一个小值。可以说， 可以将露点压力和泡点压力差小于或等于3％(基于泡点压力)的组合 物认为是近共沸物。
因此，共沸物或近共沸物组合物的基本特点是，在一定压力下液 体组合物的沸点固定，并且沸腾组合物上方的蒸气的组成基本为沸腾 的液体组合物的组成(即，没有发生液体组合物组分分馏)。在本领域 还认识到，在共沸物或近共沸物液体组合物在不同压力经过沸腾时， 共沸物组合物的沸点和各组分的重量百分比可以变化。因此，共沸物 或近共沸物组合物可按照组分之间存在的独特关系定义，或者按照组 分的组成范围定义，或按照由在特定压力固定沸点表征的组合物的各 组分的精确重量百分比定义。在本领域还认识到，不同共沸物组合物 (包括它们在特定压力的沸点)可以计算(参见例如W.Schotte Ind.Eng. Chem.Process Des.Dev.(1980)19，432-439)。可用包含相同组分的共沸 物组合物的试验鉴定证明此计算的准确度和/或修改在相同或其他温 度和压力的计算。
可形成包含氟化氢与Z-HFC-162-13的共沸物组合的组合物。这 些组合物包括包含约90.3％摩尔至约98.7％摩尔HF和约9.7％摩尔至 约1.3％摩尔Z-HFC-162-13的组合物(形成在约-20℃和约108℃之间的 温度和约2.9psi(20.0kPa)和约225psi(1551kPa)之间的压力沸腾的共沸 物)。
此外也可形成包含HF和Z-HFC-162-13的近共沸物组合物。在约 -10℃至约90℃温度和约4.6psi(31.7kPa)至约143psi(986kPa)压力，此 近共沸物组合物包含约0.8％摩尔至约9.1％摩尔Z-HFC-162-13和约 99.2％摩尔至约90.1％摩尔HF。
也可形成包含氟化氢与HFC-63-14mcee的共沸物组合的组合物。 这些组合物包括包含约94.7％摩尔至小于100％摩尔HF和约5.3％摩 尔至大于0％摩尔HFC-63-14mcee的组合物(形成在约13.5℃和约 120℃之间的温度和约11.9psi(82.0kPa)和约264psi(1820kPa)之间的压 力沸腾的共沸物)。
此外也可形成包含HF和HFC-63-14mcee的近共沸物组合物。在 约30℃至约120℃温度和约21.5psi(148kPa)至约264psi(1820kPa)压力， 此近共沸物组合物包含约0.7％摩尔至约5.7％摩尔HFC-63-14mcee和 约99.3％摩尔至约94.3％摩尔HF。
应了解，虽然共沸物或近共沸物组合物可在特定温度和压力以特 定组分比率存在，但共沸物组合物也可存在于含其他组分的组合物 中。
可形成基本由氟化氢与Z-HFC-162-13的共沸物组合组成的组合 物。这些组合物包括基本由约90.3％摩尔至约98.7％摩尔HF和约9.7％ 摩尔至约1.3％摩尔Z-HFC-162-13组成的组合物(形成在约-20℃和约 108℃之间的温度和约2.9psi(20.0kPa)和约225psi(1551kPa)之间的压力 沸腾的共沸物)。
在约-10℃至约90℃温度和约4.6psi(31.7kPa)至约143psi(986kPa) 压力，也可形成基本由约0.8％摩尔至约9.1％摩尔Z-HFC-162-13和约 99.2％摩尔至约90.9％摩尔HF组成的近共沸物组合物。
也可形成包含氟化氢与HFC-63-14mcee的共沸物组合的组合物。 这些组合物包括包含约94.7％摩尔至小于100％摩尔HF和约5.3％摩 尔至大于0％摩尔HFC-63-14mcee的组合物(形成在约13.5℃和约 120℃之间的温度和约11.9psi(82.0kPa)和约264psi(1820kPa)之间的压 力沸腾的共沸物)。
此外也可形成包含HF和HFC-63-14mcee的近共沸物组合物。在 约30℃至约120℃温度和约21.5psi(148kPa)至约264psi(1820kPa)压力， 此近共沸物组合物包含约0.7％摩尔至约5.7％摩尔HFC-63-14mcee和 约99.3％摩尔至约94.3％摩尔HF。
应了解，虽然共沸物或近共沸物组合物可在特定温度和压力以特 定组分比率存在，但共沸物组合物也可存在于含其他组分的组合物 中。这些额外组分包括共沸物组合物的单独组分，所述组分作为过量 存在，这种过量高于作为共沸物组合物存在的量。例如，Z-HFC-162-13 和HF的共沸物可存在于有过量Z-HFC-162-13的组合物中，这意味存 在共沸物组合物，也存在额外Z-HFC-162-13。此外，HFC-63-14mcee 和HF的共沸物可存在于有过量HFC-63-14mcee的组合物中，这意味 存在共沸物组合物，也存在额外HFC-63-14mcee。
可形成基本由氟化氢与Z-HFC-162-13的共沸物组合组成的组合 物。这些组合物包括基本由约90.3％摩尔至约98.7％摩尔HF和约9.7％ 摩尔至约1.3％摩尔Z-HFC-162-13组成的组合物(形成在约-20℃和约 108℃之间的温度和约2.9psi(20.0kPa)和约225psi(1551kPa)之间的压力 沸腾的共沸物)。
在约-10℃至约90℃温度和约4.6psi(31.7kPa)至约143psi(986kPa) 压力，也可形成基本由约0.8％摩尔至约9.1％摩尔Z-HFC-162-13和约 99.2％摩尔至约90.9％摩尔HF组成的近共沸物组合物。
在大气压，氢氟酸和Z-HFC-162-13的沸点分别为约19.5℃和 29℃。已发现，在接近96.7％摩尔HF和3.3％摩尔Z-HFC-162-13时， HF和Z-HFC-162-13在16.3psi(112kPa)和19.9℃的相对挥发度几乎为 1.0。已发现，在接近93.1％摩尔HF和6.9％摩尔Z-HFC-162-13时， 在82.2psi(567kPa)和69.6℃的相对挥发度几乎为1.0。这些数据表明， 使用常规蒸馏方法将不会分离基本纯化合物，因为化合物的相对挥发 度值低。
为了测定HF与Z-HFC-162-13的相对挥发度，使用一种被称为 PTx的方法。在此方法中，在恒定温度测定不同已知二元组合物在已 知体积室内的总绝对压力。PTx方法的使用更详细描述于“Phase Equilibrium in Process Design(工艺设计中的相平衡)”， Wiley-Hnterscience Publisher，1970，Harold R.Null著，124至126页， 其全部公开内容通过引用结合到本文中。得到并分析蒸气和液体或蒸 气和两个液相各相(在两个液相存在的条件下)的样品，以校验其相应 组成。
可通过活度系数公式模型将这些测定简化成室中平衡蒸气和液 体组成，如用非随机双液体(NRTL)公式表示液相非理想性。活度系数 公式(如NRTL公式)的使用更详细描述于“The Properties of Gases and Liquids(气体和液体的性质)”，4th Edition，McGraw Hill，Reid，Prausnitz 和Poling著，p241-387；和“Phase Equilibria in Chemical Engineering(化 工相平衡)”，Butterworth Publishers，1985，Stanley M.Walas著， p165-244，前述各文献的全部公开内容通过引用结合到本文中。
不受任何理论或解释的限制，相信NRTL公式可充分预示HF和 Z-HFC-162-13的混合物是否以理想方式表现，并且能够充分预示此混 合物中组分的相对挥发度。因此，在19.9℃接近3.3％摩尔 Z-HFC-162-13时，相对挥发度变得接近1.0。这将不可能通过常规蒸 馏由此混合物从HF分离Z-HFC-162-13。在相对挥发度接近1.0的情 况限定系统形成近共沸物或共沸物组合物。
已发现在不同温度和压力形成Z-HFC-162-13和HF的共沸物。共 沸物组合物可形成于2.9psi(20.0kPa)(在-20℃温度)和约 225psi(1551kPa)(在100℃温度)之间，所述组合物基本由在约90.3％摩 尔HF(和9.7％摩尔Z-HFC-162-13)至约98.7％摩尔HF(和1.3％摩尔 Z-HFC-162-13)范围的Z-HFC-162-13和HF组成。已发现HF和 Z-HFC-162-13的共沸物在19.9℃和16.3psi(112kPa)基本由约96.7％摩 尔HF和约3.3％摩尔Z-HFC-162-13组成。也发现HF和Z-HFC-162-13 的共沸物在69.6℃和82.2psi(567kPa)基本由约93.1％摩尔HF和约 6.9％摩尔Z-HFC-162-13组成。基于以上发现，可计算在其他温度和 压力的共沸物组成。经计算，在-20℃和2.9psi(20.0kPa)可形成约98.7％ 摩尔HF和约1.3％摩尔Z-HFC-162-13的共沸物组合物，而在108℃和 225psi(1551kPa)可形成约90.3％摩尔HF和约9.7％摩尔Z-HFC-162-13 的共沸物组合物。因此，本发明一方面提供一种共沸物组合物，所述 组合物基本由约90.3％摩尔至约98.7％摩尔HF和约9.7％摩尔至约 1.3％摩尔Z-HFC-162-13组成，所述组合物具有在2.9psi(20.0kPa)约 -20℃至在225psi(1551kPa)约108℃的沸点。
也发现，共沸物或近共沸物组合物可在约13.5℃至约120℃温度 形成于约11.9psi(82.0kPa)至约264psi(1820kPa)之间，所述组合物基本 由大于0％摩尔至约5.7％摩尔HFC-63-14mcee和小于100％摩尔至约 94.3％摩尔HF组成。
可形成基本由氟化氢与HFC-63-14mcee的共沸物组合组成的组 合物。这些组合物包括基本由约94.7％摩尔至小于100％摩尔HF和约 5.3％摩尔至大于0％摩尔HFC-63-14mcee组成的组合物(形成在约 13.5℃和约120℃之间的温度和约11.9psi(20.7kPa)至约264psi(1820kPa) 之间的压力沸腾的共沸物)。
也可形成基本由约94.7％摩尔至小于100％摩尔HF和约5.3％摩 尔至大于0％摩尔HFC-63-14mcee组成的近共沸物组合物(形成在约 13.5℃和约120℃之间的温度和约11.9psi(20.7kPa)至约264psi(1820kPa) 之间的压力沸腾的共沸物)。
在大气压，氢氟酸和HFC-63-14mcee的沸点分别为约19.5℃和 94.7℃。已发现，在接近98.5％摩尔HF和1.5％摩尔HFC-63-14mcee 时，HF和HFC-63-14mcee在22psi(152kPa)和30.8℃的相对挥发度几 乎为1.0。已发现，在接近96.3％摩尔HF和3.7％摩尔HFC-63-14mcee 时，在99.6psi(687kPa)和80.2℃的相对挥发度几乎为1.0。这些数据表 明，使用常规蒸馏方法将不会分离基本纯化合物，因为化合物的相对 挥发度值低。
“Ptx方法”也用于测定HF与HFC-63-14mcee的相对挥发度。然 后可通过活度系数公式模型将这些测定简化成室中平衡蒸气和液体 组成，在此情况下也用非随机双液体(NRTL)公式表示液相非理想性。
不受任何理论或解释的限制，相信NRTL公式可充分预示HF和 HFC-63-14mcee的混合物是否以理想方式表现，并且能够充分预示此 混合物中组分的相对挥发度。已发现在30.8℃接近1.5％摩尔 Z-HFC-162-13时，相对挥发度变得接近1.0。这将不可能通过常规蒸 馏由此混合物从HF分离Z-HFC-162-13。在相对挥发度接近1.0的情 况限定系统形成近共沸物或共沸物组合物。
已发现在不同温度和压力形成HFC-63-14mcee和HF的共沸物。 共沸物组合物可形成于11.9psi(82.0kPa)(在13.5℃温度)和约 264psi(1820kPa)(在120℃温度)之间，所述组合物基本由在约94.7％摩 尔HF(和5.3％摩尔HFC-63-14mcee)至小于100％摩尔HF(和大于0％ 摩尔HFC-63-14mcee)范围的HFC-63-14mcee和HF组成。已发现HF 和HFC-63-14mcee的共沸物在30.8℃和22psi(153kPa)基本由约98.5％ 摩尔HF和约1.5％摩尔HFC-63-14mcee组成。也发现HF和 HFC-63-14mcee的共沸物在80.2℃和99.6psi(687kPa)基本由约96.3％ 摩尔HF和约3.7％摩尔HFC-63-14mcee组成。基于以上发现，可计算 在其他温度和压力的共沸物组成。经计算，在13.5℃和11.9psi(82.0kPa) 可形成接近100％摩尔HF和约0.003％摩尔HFC-63-14mcee的共沸物 组合物，而在80.2℃和99.6psi(687kPa)可形成约96.3％摩尔HF和约 3.7％摩尔HFC-63-14mcee的共沸物组合物。因此，本发明一方面提供 一种共沸物组合物，所述组合物基本由约94.7％摩尔至小于100％摩尔 HF和约5.3％摩尔至大于0％摩尔HFC-63-14mcee组成，所述组合物 具有约13.5℃(在11.9psi(82.0kPa))至约120℃(在264psi(1820kPa))的沸 点。
也发现，共沸物或近共沸物组合物可在约13.5℃至约120℃温度 形成于约11.9psi(82.0kPa)至约264psi(1820kPa)之间，所述组合物基本 由大于0％摩尔至约5.3％摩尔HFC-63-14mcee和小于约100％摩尔至 约94.7％摩尔HF组成。
HF/Z-HFC-162-13共沸物和近共沸物组合物及 HF/HFC-63-14mcee共沸物和近共沸物组合物用于制备Z-HFC-162-13 的方法，用于纯化Z-HFC-162-13的方法，也用于纯化HFC-63-14mcee 的方法。实际上，可在制备含Z-HFC-162-13和HF的组合物的任何方 法中使用HF/Z-HFC-162-13共沸物和近共沸物组合物。并且可在制备 含HFC-63-14mcee和HF的组合物的任何方法中使用 HF/HFC-63-14mcee共沸物和近共沸物组合物。
可进行共沸蒸馏，以从HFC-63-14mcee分离Z-HFC-162-13， HFC-63-14mcee是一种由气相脱氟化氢制备Z-HFC-162-13所用的原 料。然后可进行双塔共沸蒸馏，以从所需的Z-HFC-162-13产物分离 一起产生的HF。然后可进行另一个双塔共沸蒸馏，以从 HFC-63-14mcee分离HF。可用例如标准水溶液洗涤技术从产物混合 物的卤化的烃组分去除HF。然而，产生相当量洗涤排放物可造成含 水废物处理问题。因此，仍需要从这种产物混合物利用HF的方法。
尽管可由不同源得到根据本文所述方法处理的初始混合物，包括 将Z-HFC-162-13加入到含HF的组合物，但本发明方法的有利用途在 于处理来自制备Z-HFC-162-13的流出物混合物。
Z-HFC-162-13可由本领域已知的方法通过HFC-63-14mcee气相 脱氟化氢制备，如美国专利5,268,122所述，所述专利通过引用结合 到本文中。
本发明另一方面提供一种从HFC-63-14mcee分离Z-HFC-162-13 的方法，所述方法包括：a)形成Z-HFC-162-13、HFC-63-14mcee和氟 化氢的混合物；并且b)使所述混合物经过蒸馏步骤，从蒸馏步骤形成 塔馏出物组合物，所述组合物包括基本不含HFC-63-14mcee的HF和 Z-HFC-162-13的共沸物或近共沸物组合物。
如本文所述，“基本不含HFC-63-14mcee”是指组合物包含小于约 100ppm(摩尔基准)，优选小于约10ppm，最优选小于约1ppm的 HFC-63-14mcee。
此共沸蒸馏利用由Z-HFC-162-13和HF形成的低沸腾共沸物组合 物。共沸物组合物在低于纯组分沸点且低于HFC-63-14mce沸点的温 度沸腾。
如前所述，可由任何实用方法形成Z-HFC-162-13、HFC-63-14mcee 和HF的混合物。通常，本发明方法特别用于从HFC-63-14mcee脱氟 化氢产生的反应混合物分离Z-HFC-162-13。HF是在此脱氟化氢反应 中形成的副产物。然后可由此方法处理所产生的反应混合物，以去除 HFC-63-14mcee。然后将Z-HFC-162-13从蒸馏塔塔顶作为馏出物取 出，作为Z-HFC-162-13与HF的共沸物或近共沸物组合物。 HFC-63-14mcee从塔底作为塔底物组合物取出，并且可包含若干量 Z-HFC-162-13。根据脱氟化氢反应进行的方式，从蒸馏塔底部的 HFC-63-14mcee中的Z-HFC-162-13的量可以为约50％摩尔至约百万 分之一(ppm，摩尔基准)。
可用例如标准蒸馏技术蒸馏包含HFC-63-14mcee和 Z-HFC-162-13的塔底物组合物，以分离两种组分。然而，优选以制备 基本不含Z-HFC-162-13的包含HFC-63-14mcee的塔底物组合物的方 式进行共沸蒸馏。
在一个实施方案中，操作共沸蒸馏包括修改蒸馏参数，以不仅将 Z-HFC-162-13/HF共沸物发送到塔顶，而且将任何过量Z-HFC-162-13 发送到塔顶(这将是高于共沸物浓度的Z-HFC-162-13)。如果利用适合 条件，则所有的Z-HFC-162-13均将与HF达到塔顶。因此，从塔底 物去除的HFC-63-14mcee基本不含Z-HFC-162-13。
如本文所述，“基本不含Z-HFC-162-13”是指组合物包含小于约 100ppm(摩尔基准)，优选小于约10ppm，最优选小于约1ppm的 Z-HFC-162-13。
在蒸馏步骤中，可用例如回流冷凝器使离开蒸馏塔顶的包含HF 和Z-HFC-162-13的馏出物冷凝。可使至少一部分此冷凝流作为回流 返回到塔顶。作为回流返回到蒸馏塔顶部的冷凝物质与作为馏出物去 除的物质的比率一般被称为回流比。可用于实施本发明蒸馏步骤的具 体条件取决于多种参数，尤其如蒸馏塔直径、进料点和在塔中的分离 级数。蒸馏塔的操作压力范围可为约10psi压力至约200psi(1380kPa)， 一般约15psi(103kPa)至约50psi(345kPa)。蒸馏塔一般在约 20psi(138kPa)压力操作，且塔底物温度为约50℃至约120℃，拔顶馏 分温度为约50℃至约90℃。通常增加回流比致使馏出物流纯度增加， 但回流比一般为0.2/1至100/1。邻近塔顶的冷凝器温度一般应足以使 从塔顶离开的馏出物实质完全冷凝，或者为由部分冷凝达到所需回流 比需要的温度。
塔馏出物组合物包括基本不含HFC-63-14mcee的HF和 Z-HFC-162-13的共沸物或近共沸物组合物，可经处理去除HF，并提 供纯Z-HFC-162-13产物。这可通过例如中和或本文所述的第二蒸馏 过程完成。
本发明另一方面提供一种从混合物分离Z-HFC-162-13的方法， 所述混合物包括Z-HFC-162-13和HF的共沸物或近共沸物组合物，所 述方法包括：a)使所述混合物经过第一蒸馏步骤，其中富集(i)氟化氢 或(ii)Z-HFC-162-13的组合物作为第一馏出物组合物去除，第一塔底 物组合物富集所述组分(i)或(ii)的其余组分；并且b)使所述第一馏出物 组合物经过在不同于第一蒸馏步骤的压力进行的第二蒸馏步骤，其中 在(a)中作为第一塔底物组合物富集的组分在第二馏出物组合物中去 除，第二塔底物组合物富集在第一馏出物组合物中富集的相同组分。
上述方法利用在不同压力的共沸物组成变化实现Z-HFC-162-13 和HF的分离。第一蒸馏步骤可相对于第二蒸馏步骤在高压进行。在 较高压力，HF/Z-HFC-162-13共沸物包含较高量Z-HFC-162-13。因此， 此高压蒸馏步骤产生过量氟化氢，在比共沸物更高温度沸腾的氟化氢 将作为第一塔底物组合物作为纯氟化氢离开塔。然后将第一塔馏出物 加到在较低压力操作的第二蒸馏步骤。在较低压力，HF/Z-HFC-162-13 共沸物改变到较低Z-HFC-162-13浓度。因此，在此第二蒸馏步骤中， 存在过量Z-HFC-162-13。沸点高于共沸物的过多Z-HFC-162-13作为 第二塔底物组合物离开第二蒸馏塔。
或者，第一蒸馏步骤可相对于第二蒸馏步骤在低压进行。在较低 压力，HF/Z-HFC-162-13共沸物包含较高量HF。因此，此低压蒸馏步 骤产生过量Z-HFC-162-13，在比共沸物更高温度沸腾的Z-HFC-162-13 将作为第一塔底物组合物作为纯Z-HFC-162-13离开塔。然后将第一 塔馏出物组合物加到在较高压力操作的第二蒸馏步骤。在较高压力， HF/Z-HFC-162-13共沸物改变到较低氟化氢浓度。因此，在此第二蒸 馏步骤中存在过量氟化氢。过量氟化氢将作为塔底物组合物离开第二 蒸馏塔。
制备Z-HFC-162-13的HFC-63-14mcee吸热脱氟化氢反应可例如 在管式反应器中进行，在管式反应器的管中具有催化剂，而在反应器 壳侧上具有加热介质。或者，可使用热载体以允许绝热操作。可使正 由本文所述蒸馏过程产生的纯HFC-63-14mcee或纯Z-HFC-162-13循 环回到反应器作为热载体。因为Z-HFC-162-13引入脱氟化氢反应器 减少HFC-63-14mcee的单程转化率，HFC-63-14mcee为一种优选的热 载体。
在第一和第二蒸馏步骤中，可用例如标准回流冷凝器使离开蒸馏 塔顶的包含HF和Z-HFC-162-13的馏出物冷凝。可使至少一部分此冷 凝流作为回流返回到塔顶部。作为回流返回到蒸馏塔顶部的冷凝物质 与作为馏出物去除的物质的比率一般被称为回流比。可用于实施本发 明蒸馏步骤的具体条件取决于多种参数，尤其如蒸馏塔直径、进料点 和在塔中的分离级数。高压蒸馏塔(无论高压是第一蒸馏塔还是第二蒸 馏塔)的操作压力范围可以为约50psi(345kPa)压力至约 300psi(2068kPa)，一般约100psi(690kPa)至约250psi(1724kPa)。高压 蒸馏塔一般在约225psi(1551kPa)压力操作，且塔底物温度为约117℃， 拔顶馏分温度为约109℃。通常增加回流比致使馏出物流纯度增加， 但回流比一般为0.1/1至100/1。邻近塔顶的冷凝器温度一般应足以使 从塔顶离开的馏出物实质完全冷凝，或者为由部分冷凝达到所需回流 比需要的温度。
低压蒸馏塔(无论低压是第一蒸馏塔还是第二蒸馏塔)的操作压力 范围可以为约5psi(34kPa)压力至约50psi(345kPa)，一般约10psi(69kPa) 至约25psi(172kPa)。低压蒸馏塔一般在约20psi(138kPa)压力操作，且 塔底物温度为约85℃，拔顶馏分温度为约26℃。通常增加回流比致 使馏出物流纯度增加，但回流比一般为0.1/1至100/1。邻近塔顶的冷 凝器温度一般应足以使从塔顶离开的馏出物实质完全冷凝，或者为由 部分冷凝达到所需回流比需要的温度。
图1为实施Z-HFC-162-13和HF分离的双塔蒸馏方法的一个实施 方案的示例说明。参考图1，由前面包含HF和Z-HFC-162-13的共沸 蒸馏得到的进料混合物，其中HF：Z-HFC-162-13的摩尔比为约15∶1(或 更低)，通过管线(540)达到在约25℃温度和约20psi(138kPa)压力操作 的多级蒸馏塔(510)。蒸馏塔(510)的塔底物在约85℃温度和约 22psi(152kPa)压力基本包含纯Z-HFC-162-13，从塔(510)的底部通过管 线(566)去除。从塔(510)的馏出物在约27℃温度和约20psi(138kPa)压 力包含HF/Z-HFC-162-13共沸物(HF：Z-HFC-162-13摩尔比为约23∶1)， 从塔(510)的顶部去除，并通过管线(570)送到多级蒸馏塔(520)。从塔 (520)的馏出物在约109℃温度和约225psi(1550kPa)压力包含 HF/Z-HFC-162-13共沸物(摩尔比为约10∶1)，从塔(520)通过管线(585) 去除，并且循环回到塔(510)。塔(520)的塔底物在约118℃温度和约 227psi(1565kPa)压力基本包含纯HF，通过管线(586)去除。
本发明另一方面提供一种从混合物分离HFC-63-14mcee的方法， 所述混合物包括HFC-63-14meee和氟化氢的共沸物或近共沸物组合 物，所述方法包括：a)使所述混合物经过第一蒸馏步骤，其中富集(i) 氟化氢或(ii)HFC-63-14mcee的组合物作为第一馏出物组合物去除，第 一塔底物组合物富集所述组分(i)或(ii)的其余组分；并且b)使所述第一 馏出物组合物经过在不同于第一蒸馏步骤的压力进行的第二蒸馏步 骤，其中在(a)中作为第一塔底物组合物富集的组分在第二馏出物组合 物中去除，第二塔底物组合物富集在第一馏出物组合物中富集的相同 组分。
与前述双塔共沸蒸馏类似，对于第一和第二蒸馏步骤，可用例如 标准回流冷凝器使离开蒸馏塔顶的包含HF和HFC-63-14mcee的馏出 物冷凝。可使至少一部分此冷凝流作为回流返回到塔顶。作为回流返 回到蒸馏塔顶部的冷凝物质与作为馏出物去除的物质的比率一般被 称为回流比。可用于实施本发明蒸馏步骤的具体条件取决于多种参 数，尤其如蒸馏塔直径、进料点和在塔中的分离级数。高压蒸馏塔(无 论高压是第一蒸馏塔还是第二蒸馏塔)的操作压力范围可以为约 50psi(345kPa)压力至约200psi(1380kPa)，一般约100psi(70kPa)至约 200psi(1380kPa)。高压蒸馏塔一般在约165psi(1138kPa)压力操作，且 塔底物温度为约104℃，拔顶馏分温度为约100℃。通常增加回流比 致使馏出物流纯度增加，但回流比一般为0.1/1至50/1。邻近塔顶的 冷凝器温度一般应足以使从塔顶离开的馏出物实质完全冷凝，或者为 由部分冷凝达到所需回流比需要的温度。
低压蒸馏塔(无论低压是第一蒸馏塔还是第二蒸馏塔)的操作压力 范围可以为约10psi(69kPa)压力至约100psi(689kPa)，一般约 15psi(103kPa)至约50psi(345kPa)。低压蒸馏塔一般在约20psi(138kPa) 压力操作，且塔底物温度为约107℃，拔顶馏分温度为约28℃。通常 增加回流比致使馏出物流纯度增加，但回流比一般为0.1/1至50/1。 邻近塔顶的冷凝器温度一般应足以使从塔顶离开的馏出物实质完全 冷凝，或者为由部分冷凝达到所需回流比需要的温度。
图1是实施HFC-63-14mcee和HF分离的双塔蒸馏方法的一个实 施方案的示例说明。参考图1，包含HFC-63-14mcee和HF的共沸物 或近共沸物组合物的进料混合物，其中HF：HFC-63-14mcee的摩尔比 为约4.4∶1(或更低)，通过管线(540)达到在约27℃温度和约 20psi(138kPa)压力操作的多级蒸馏塔(510)。蒸馏塔(510)的塔底物在约 107℃温度和约22psi(152kPa)压力基本包含纯HFC-63-14mcee，从塔 (510)的底部通过管线(566)去除。从塔(510)的馏出物在约28℃温度和 约20psi(138kPa)压力包含HF/HFC-63-14mcee 共沸物 (HF：HFC-63-14mcee摩尔比为约66∶1)，从塔(510)的顶部去除，并通过 管线(570)送到多级蒸馏塔(520)。从塔(520)的馏出物在约100℃温度和 约165psi(1138kPa)压力包含HF/HFC-63-14mcee共沸物(摩尔比为约 24∶1)，从塔(520)通过管线(585)去除，并且循环回到塔(510)。塔(520) 的塔底物在约104℃温度和约167psi(1151kPa)压力基本包含纯氟化 氢，通过管线(586)去除。
本发明另一方面提供一种从Z-HFC-162-13、HFC-63-14mcee和 HF的混合物纯化Z-HFC-162-13的方法，所述方法包括：a)使所述混 合物经过第一蒸馏步骤，以形成第一馏出物组合物和第一塔底物组合 物，第一馏出物组合物包括含Z-HFC-162-13和HF的共沸物或近共沸 物组合物，第一塔底物组合物包含HFC-63-14mcee；b)使所述第一馏 出物经过第二蒸馏步骤，富集(i)氟化氢或(ii)HFC-63-14mcee的组合物 从第二蒸馏步骤作为第二馏出物组合物去除，第二塔底物组合物富集 所述组分(i)或(ii)的其余组分；并且c)使所述第二馏出物组合物经过在 不同于第二蒸馏步骤的压力进行的第三蒸馏步骤，其中在(b)中在第二 塔底物组合物中富集的组分在第三馏出物组合物中去除，第三塔底物 组合物富集在第二馏出物组合物中富集的相同组分。
本发明另一方面提供一种制备Z-HFC-162-13的方法，所述方法 包括：a)将HFC-63-14mcee加入脱氟化氢反应区域，以形成包含 Z-HFC-162-13、未反应HFC-63-14mcee和氟化氢的反应产物组合物； b)使所述反应产物组合物经过第一蒸馏步骤，以形成第一馏出物组合 物和第一塔底物组合物，第一馏出物组合物包括含Z-HFC-162-13和 HF的共沸物或近共沸物组合物，第一塔底物组合物包含 HFC-63-14mcee；c)使所述第一馏出物组合物经过第二蒸馏步骤，富 集(i)氟化氢或(ii)Z-HFC-162-13的组合物从第二蒸馏步骤作为第二馏 出物组合物去除，第二塔底物组合物富集所述组分(i)或(ii)的其余组 分；并且d)使所述第二馏出物组合物经过在不同于第二蒸馏步骤的压 力进行的第三蒸馏步骤，其中在(b)中在第二塔底物组合物中富集的组 分在第三馏出物组合物中去除，第三塔底物组合物富集在第二馏出物 组合物中富集的相同组分。所述方法可任选进一步包括使至少一些部 分所述第一塔底物组合物循环到所述反应区域。所述方法可任选进一 步包括使至少一些部分所述第二塔底物组合物或所述第三塔底物组 合物循环到所述反应区域。所述方法可任选进一步包括使至少一些部 分所述第二塔底物组合物或所述第三塔底物组合物循环到所述第一 蒸馏步骤。所述方法可任选进一步包括回收至少一些部分所述第二塔 底物组合物或第三塔底物组合物作为基本不含HFC-63-14mcee和HF 的Z-HFC-162-13。
如本文所述，“基本不含HFC-63-14mcee和HF”是指组合物包含 分别小于约100ppm(摩尔基准)，优选小于约10ppm，最优选小于约 1ppm的HFC-63-14mcee和HF。
用于脱氟化氢的反应区域可包含优选含脱氟化氢催化剂固定床 的流动反应器。本文所述所有方法的工艺设备和相关进料管线、流出 物管线和相关装置可由耐氟化氢的材料制成。在本领域熟知的一般结 构材料包括不锈钢(尤其是奥氏体类型)和熟知的高镍合金，如镍-铜合金、镍基合金及镍-铬合金。
图2为实施Z-HFC-162-13制备方法的一个实施方案的示例说明。 HFC-63-14mcee通过管线(360)送到反应器(320)。包含HF、 HFC-63-14mcee和Z-HFC-162-13的反应器流出物混合物通过管线 (450)离开反应器，并加到多级蒸馏塔(410)。蒸馏塔(410)的塔底物基 本包含纯HFC-63-14mcee，从塔(410)的底部通过管线(466)去除，并且 可循环回到反应器。从塔(410)的包含HF/Z-HFC-162-13共沸物的馏出 物从塔(410)的顶部去除，并通过管线(540)送到第二多级蒸馏塔(510)。 从塔(510)的塔底物基本为纯Z-HFC-162-13，从塔(510)通过管线(566) 去除，并且可循环回到第一蒸馏塔(410)。从塔(510)的包含 HF/Z-HFC-162-13共沸物的馏出物通过管线(570)送到第三多级蒸馏塔 (520)。从塔(520)的包含HF/Z-HFC-162-13的馏出物通过管线(585)去 除，并且可循环到第二蒸馏塔(510)。从塔(520)的塔底物组合物基本为 纯HF，从塔(520)通过管线(586)去除。由此方法的基本纯HF产物可 以任何合适方式使用，例如加入氟化反应器用于制备含氟化合物或者 可中和处理。
尽管图中未显示，但应了解，为了优化可在所述方法中使用某些 工艺设备。例如，如果适当，可使用泵、加热器或冷却器。作为实例， 合乎需要的是使蒸馏塔的进料处于与其在塔中的加入点温度相同的 温度。因此，加热或冷却工艺物流对匹配温度可能是必要的。
不再细述，相信本领域的技术人员可用本文所述在最完全程度利 用所公开的组合物和方法。因此，以下示例性实施方案仅为说明，并 且未以任何方式限制本公开的其余部分。
实施例
实施例1
HF和Z-HFC-162-13的混合物的相研究
对基本由Z-HFC-162-13和HF组成的组合物进行相研究，其中组 合物改变，并且蒸气压在19.9℃和69.6℃测量。根据相研究数据，计 算在其他温度和压力的共沸物组成。
表1提供在规定温度和压力的HF和Z-HFC-162-13试验和计算共 沸物组成。
表1
温度，℃ 压力，psi(kPa) ％摩尔，HF ％摩尔，Z-HFC-162-13 -20 2.9(20.0) 98.7 1.3 -15 3.7(25.5) 98.5 1.5 -10 4.7(32.4) 98.3 1.7 -5 5.9(40.7) 98.1 1.9 0 7.3(50.3) 97.9 2.1 19.9 16.3(112) 96.7 3.3 20 16.3(112) 96.7 3.3 25.1 19.7(136) 96.4 3.6 40 33.2(229) 95.4 4.6 60 62.3(430) 93.9 6.1 65 72.1(497) 93.5 6.5 69.6 82.2(567) 93.1 6.9 70 83.3(574) 93.1 6.9 75 95.7(660) 92.7 7.3 80 110(758) 92.3 7.7 85 125(862) 91.9 8.1 90 143(986) 91.5 8.5 95 162(1117) 91.2 8.8 100 183(1262) 90.8 9.2 108.4 225(1551) 90.3 9.7
实施例2
Z-HFC-162-13的露点和泡点蒸气压
由测量和计算的热力学性质计算本文所述组合物的露点和泡点 蒸气压。近共沸物范围通过因其致使露点压力和泡点压力差小于或等 于3％(基于泡点压力)的Z-HFC-162-13的最小和最大浓度表示(摩尔百 分比，％摩尔)。结果总结于表2中。
表2
实施例3
HF和HFC-63-14mcee的混合物的相研究
对基本由HFC-63-14mcee和HF组成的组合物进行相研究，其中 组合物改变，并且蒸气压在30.8℃和80.2℃测量。根据相研究数据， 计算在其他温度和压力的共沸物组成。
表3提供在规定温度和压力的HF和HFC-63-14mcee的试验和计 算共沸物组成。
表3
温度，℃ 压力，psi(kPa) ％摩尔，HF ％摩尔，HFC-63-14mcee 13.5 11.9(82.0) ＜100 0.003 14 12.1(83.4) 99.9 0.1 14.5 12.3(84.8) 99.9 0.1 15 12.6(86.9) 99.8 0.2 20 15.1(104) 99.3 0.7 25 18.1(125) 98.8 1.2 27.4 19.7(136) 98.6 1.4 30 21.6(149) 98.5 1.5 30.8 22.2(153) 98.5 1.5 40 30.3(209) 98.2 1.8 50 41.7(288) 97.7 2.3 60 56.5(390) 97.3 2.7 70 75.3(519) 96.8 3.2 80 99.1(683) 96.3 3.7 80.2 99.6(687) 96.3 3.7 90 129(889) 95.8 4.2 99.8 165(1138) 95.4 4.6 100 165(1138) 95.4 4.6 110 210(1484) 95.0 5.0 120 264(1820) 94.7 5.3
实施例4
HFC-63-14mcee的露点和泡点蒸气压
由测量和计算的热力学性质计算本文所述组合物的露点和泡点 蒸气压。近共沸物范围通过因其致使露点压力和泡点压力差小于或等 于3％(基于泡点压力)的HFC-63-14mcee的最小和最大浓度表示(摩尔 百分比，％摩尔)。结果总结于表4中。
表4
实施例5
从HFC-63-14mcee分离Z-HFC-162-13的共沸蒸馏
将HF、Z-HFC-162-13和HFC-63-14mcee的混合物加入蒸馏塔， 用于纯化Z-HFC-162-13。表5中的数据用测量和计算的热力学性质计 算得到。
表5
组分或变量 塔进料 塔顶物(馏出物) 塔底物 HFC-63-14mcee，％摩尔 33.4 1ppm 51.0 Z-HFC-162-13，％摩尔 33.3 3.6 49.0 HF，％摩尔 33.3 96.4 - 温度，℃ - 58.2 93.8 压力，psi(kPa) - 19.7(136) 21.7(150)
实施例6
从HFC-63-14mcee分离Z-HFC-162-13的共沸蒸馏
将HF、Z-HFC-162-13和HFC-63-14mcee的混合物加入蒸馏塔， 用于纯化Z-HFC-162-13。表6中的数据用测量和计算的热力学性质计 算得到。
表6
组分或变量 塔进料 塔顶物(馏出物) 塔底物 HFC-63-14mcee，％摩尔 33.4 1ppm 100 Z-HFC-162-13，％摩尔 33.3 50.0 8ppm HF，％摩尔 33.3 50.0 - 温度，℃ - 75.4 107 压力，psi(kPa) - 19.7(136) 21.7(150)
实施例7
从HF分离Z-HFC-162-13的双塔共沸蒸馏
将HF和Z-HFC-162-13的混合物加入蒸馏工艺，用于纯化 Z-HFC-162-13。表7中的数据用测量和计算的热力学性质计算得到。 栏顶部的数字参照图1。
表7
实施例8
从HF分离Z-HFC-162-13的双塔共沸蒸馏
将HF和Z-HFC-162-13的混合物加入蒸馏工艺，用于纯化 Z-HFC-162-13。表8中的数据用测量和计算的热力学性质计算得到。 栏顶部的数字参照图1。
表8
实施例9
从HF分离HFC-63-14mcee的双塔共沸蒸馏
将HF和HFC-63-14mcee的混合物加入蒸馏工艺，用于纯化 HFC-63-14mcee。表9中的数据用测量和计算的热力学性质计算得到。 栏顶部的数字参照图1。
表9
实施例10
从HF分离HFC-63-14mcee的双塔共沸蒸馏
将HF和HFC-63-14mcee的混合物加入蒸馏工艺，用于纯化 HFC-63-14mcee。表10中的数据用测量和计算的热力学性质计算得 到。栏顶部的数字参照图1。
表10