Page 32 - 《精细化工》2022年第5期
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·886· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷
表 8 七氟异丁腈用作绝缘介质的应用
Table 8 Applications of heptafluoroisobutyronitrile as an insulating medium
产品 投运 电压等 额定电 应用情况
制造商
名称 年份 级/kV 流/A 投运间隔数/km 应用环保气体气室元件 环保介质 额定充气压力/MPa
GE GIS 2015 72.5~145.0 2500 76 断路器、隔离接地开关、母线 C 4F 7N+CO 2 0.77
GIL 2017 420 5000 2 管道母线 C 4F 7N+CO 2 不详
注:C 4F 7N 为七氟异丁腈。
综上所述,目前 SF 6 替代物的开发已经达成以 该路线存在原料难以获得、间歇性工艺、合成效率低
下共识:(1)SF 6 与 N 2 或 CF 4 混合可作为绝缘或灭 的缺陷。
弧介质,以降低 SF 6 对环境的影响,但仍未彻底解决 3.2 嗪类化合物的高温热解
SF 6 带来的环境问题;(2)CF 3I 和 HFOs 的绝缘性能 三嗪类化合物 [34-35] 或含氮桥环化合物 [36-37] 可在
较低,难以在高电压等级进行应用和推广;(3)PFK- 高温条件下发生热解,得到七氟异丁腈(图 2)。其中,
5110 的绝缘强度优异,液化温度较高,二氧化碳稀释 三嗪的热分解温度较高,一般要达到 500~600 ℃,含
的 PFK-5110 混合气体已被应用在高压领域(170 kV); 氮桥环化合物的热分解在 350 ℃。三嗪类化合物的
(4)七氟异丁腈的绝缘强度优异,是目前现有公开 热解碎片化反应十分彻底,其选择性和产率很高,
SF 6 替代方案中性能最佳的替代物,二氧化碳稀释的 例如:原料为 5-氟-4,6-双(全氟异丙基)-1,2,3-三嗪
七氟异丁腈混合气体已应用在高压(420 kV)。 [36]
时,七氟异丁腈的产率可达 100% 。但原料三嗪
类化合物不易得,成本高。
3 七氟异丁腈的合成研究
目前,文献公开报道的七氟异丁腈合成路线主
要有:嗪类化合物和碘化物的光解反应、嗪类化合
物的高温热解、六氟丙烯的氰氟化反应、异丁腈的直
接氟化、氟-卤交换反应和七氟异丁酰胺的脱水反应。
3.1 嗪类化合物和碘化物的光解反应
全氟二嗪类化合物 [32] 在紫外照射下发生重排,
导致 α 位的碳碳键断裂,得到七氟异丁腈(见图 1)。
图 2 三嗪类或含氮桥环化合物热解合成七氟异丁腈
Fig. 2 Synthesis of heptafluoroisobutyronitrile by pyrolysis of
triazine or nitrogen-containing bridged ring compounds
3.3 六氟丙烯的氰氟化反应
六氟丙烯为原料,可与拟卤素 X—CN(X=F、
Cl、Br、I 或—CN)在氟化试剂碱金属氟化物或 HF 存
在下发生氟氰化反应,合成得到七氟异丁腈(图 3)。
图 1 紫外照射或光照合成七氟异丁腈
Fig. 1 Synthesis of heptafluoroisobutyronitrile by ultraviolet
irradiation or illumination
当α 位上取代基团为全氟异丙基时,2,2,5,5-四氟-2,5-
二氢-4,6-双(全氟丙-2-基)嘧啶和 2,2,5,5-四氟-2,5-二
氢-3,6-双(全氟丙-2-基)吡嗪均可在 253.7 nm 紫外光照
射下发生反应,产物中经鉴定含有七氟异丁腈,产率
分别为 11%和 35%。该路线的原料难以获取,且二嗪
类化合物的热解碎片化反应不完全,因此产率低下。
2-碘-1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷与氯化腈在 300 nm 光照
图 3 六氟丙烯为原料氟氰化反应合成七氟异丁腈
下可发生卤(拟卤)交换反应,得到主产物 2-氯-1,1,1, Fig. 3 Synthesis of heptafluoroisobutyronitrile by fluorocyanation
2,3,3,3-七氟丙烷和副产物七氟异丁腈(图 1) [33] 。 reaction using hexafluoropropylene as raw material