Un proceso para la producción de 2-cloro-1,1,1,2-tetrafluoropropano que comprende hacer reaccionar 2cloro-3,

3,3-trifluoropropeno con fluoruro de hidrógeno, en una reacción en fase líquida en presencia de cloruro de hidrógeno y un catalizador de fluoración en fase líquida, en el cual el cloruro de hidrógeno se introduce en la reacción desde una fuente externa a una presión de 690 kPa manométricos (100 psig) o mayor

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Campo de la Invención

La presente invención se refiere a un proceso mejorado para fabricar 2-cloro-1,1,1,2-tetrafluoropropano (HCFC244bb), o más particularmente a un proceso mejorado para la producción de HCFC-244bb por reacción de 2-cloro3,3,3-trifluoropropeno (HCFO-1233xf) con fluoruro de hidrógeno, en una vasija de reacción en fase líquida en presencia de cloruro de hidrógeno y un catalizador de fluoración en fase líquida. El HCFC-244bb es un compuesto intermedio en la producción de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (HFO-1234yf) que es un refrigerante con bajo potencial de calentamiento global.

Descripción de la Técnica Afín

Los fluidos basados en fluorocarbonos han encontrado un uso muy extendido en la industria en numerosas aplicaciones, que incluyen aplicación como refrigerantes, propelentes de aerosoles, agentes de soplado, medios de transmisión de calor, y dieléctricos gaseosos. Debido a los problemas ambientales que se sospecha están asociados con el uso de algunos de estos fluidos, con inclusión de los potenciales relativamente altos de calentamiento global asociados con ellos, es deseable utilizar fluidos que tengan el potencial más bajo posible de efecto invernadero, además de potencial cero de destrucción de la capa de ozono. Así pues, existe un interés considerable en el desarrollo de materiales más respetuosos ambientalmente para las aplicaciones arriba mencionadas. Los tetrafluoropropenos, que tienen potencial cero de destrucción del ozono y bajo potencial de calentamiento global, han sido identificados como compuestos que satisfacen potencialmente esta necesidad. Sin embargo, la toxicidad, el punto de ebullición, y otras propiedades físicas dentro de esta clase de productos químicos varían notablemente de un isómero a otro. Un tetrafluoropropeno que tiene propiedades valiosas es el 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (HFO-1234yf). Se ha encontrado que HFO-1234yf es eficaz como refrigerante, medio de transmisión de calor, propelente, agente de producción de espumas, agente de soplado, dieléctrico gaseoso, vehículo de esterilización, medio de polimerización, fluido de eliminación de partículas, fluido de arrastre, agente abrasivo para pulimentación, agente de secado por desplazamiento y fluido de trabajo en ciclos de potencia. Así pues, existe necesidad de nuevos procesos de fabricación para la producción de tetrafluoropropenos y en particular 2,3,3,3-tetrafluoropropeno.

En la Patente U.S. 2.931.840, se ha pirolizado cloruro de metilo junto con CF2HCl a 800ºC para dar una corriente de producto que contiene aproximadamente 15% de CF3CF=CH2. Se ha fabricado también HFO-1234yf por la deshidrofluoración de CF3CHFCH2F con KOH en butil-éter (Chem. Abstr. 1961: 349f), y por la reacción de CF3CF2CH2OH con hidrógeno en la Patente U.S. 4.900.874.

Sería ventajoso disponer de un proceso para la fabricación de HFO-1234yf que sea continuo, y que utilice materias primas fácilmente disponibles. Dado que los procesos de la técnica anterior fallan en una o más de estas características deseables, se desean rutas más ventajosas, especialmente aquéllas aptas para fabricación en gran escala.

Uno de los pasos en los procesos de fabricación recientes para HFO-1234yf requiere la fluoración de HCFO-1233xf con fluoruro de hidrógeno para formar 2-cloro-1,1,1,2-tetrafluoropropano (HCFC-244bb). En la fluoración en fase líquida de HCFO-1233xf para producir HCFC-244bb, no se produce cantidad alguna de HCl, dado que la reacción es estrictamente una reacción de hidrofluoración en la que se adiciona HF al enlace doble. Esta ausencia de formación de subproducto HCl es singular cuando se compara con otras reacciones de fluoración en fase líquida bien conocidas que producen CFCs (v.g. CFC-12), HCFCs (v.g. HCFC-22, HCFC-142b), y HFCs (v.g. HFC-143a, HFC-245fa). Esto es debido a que dichas reacciones implican un intercambio de halógeno, en su totalidad o en parte. Es decir, F-reemplaza un Cl- en la molécula. Es ventajoso efectuar las reacciones de fluoración en fase líquida a presiones relativamente elevadas que se alcanzan fácilmente por la formación de HCl. Dado que el mismo es incondensable en las condiciones deseadas de la reacción, la formación de HCl aumenta también la mezcladura en el reactor y el mismo se recupera fácilmente en la cabeza del separador de materias volátiles del catalizador y ayuda en el arrastre del producto fluorado. Dado que no se produce cantidad alguna de HCl en la reacción de HCFO-1233xf para dar HCFC-244bb, tiene lugar menos mezcladura en el reactor, lo cual puede reducir la conversión y promover la formación de subproductos. Adicionalmente, el reactor es más difícil de controlar dado que no existe cantidad alguna de HCl que cree presión elevada ni ayude a arrastrar el HCFC-244bb que se forma.

En la presente invención, se alimenta HCl al reactor junto con el HF y HCFO-1233xf. El reactor y separador de materias volátiles del catalizador funciona como una reacción de fluoración en fase líquida típica que produce CFCs, HCFC's, y HFCs como se ha descrito arriba. Esto ofrece numerosas ventajas. Permite que la reacción avance y progrese a presiones relativamente elevadas, aumenta la mezcladura en el reactor, y sale fácilmente del reactor en la cabeza del separador de materias volátiles del catalizador llevando consigo el producto HCFC-244bb. El HCl coalimentado es esencialmente inerte, no participa en la reacción de fluoración, y produce poco o nada de subproductos indeseables. Cualquier fuente de HCl puede utilizarse en la reacción. Preferiblemente, se utiliza como fuente HCl producido in situ a partir de un paso previo en un proceso de pasos múltiples para producir HFO-1234yf. Un ejemplo de un paso de este tipo implica la fluoración de 1,1,2,3-tetracloropropeno o 1,1,1,2,3-pentacloropropano con HF, opcional pero preferiblemente en presencia de un catalizador de fluoración para formar HCFO-1233xf intermedio y HCl. Después de ello, la totalidad o sólo una porción del HCl producido en este paso se coalimenta al reactor de fluoración en fase líquida que produce HCFC-244bb.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La invención proporciona un proceso para la producción de 2-cloro-1,1,1,2-tetrafluoropropano que comprende hacer reaccionar 2-cloro-3,3,3-trifluoropropeno con fluoruro de hidrógeno, en una vasija de reacción en fase líquida en presencia de cloruro de hidrógeno y un catalizador de fluoración en fase líquida, en donde el cloruro de hidrógeno se introduce en la reacción desde una fuente externa a una presión de aproximadamente 100 psig (690 kilopascal manométricos) o más.

La invención proporciona también un proceso para la producción de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno que comprende (i) hacer reaccionar continuamente 2-cloro-3,3,3-trifluoropropeno con fluoruro de hidrógeno, en una reacción en fase líquida y coalimentar cloruro de hidrógeno, en presencia de un catalizador de fluoración en fase líquida para producir una composición que comprende 2-cloro-1,1,1,2-tetrafluoropropano, en donde el cloruro de hidrógeno se introduce en la reacción desde una fuente externa a una presión de aproximadamente 690 kPa manométricos (100 psig) o más; y a continuación

(ii) someter a deshidrohalogenación el 2-cloro-1,1,1,2-tetrafluoropropano en condiciones eficaces para producir 2,3,3,3-tetrafluoropropeno.

La invención proporciona también un proceso para la producción de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno que comprende

a) someter a fluoración 1,1,2,3-tetracloropropeno para producir 2-cloro-3,3,3-trifluoropropeno;

b) hacer reaccionar el 2-cloro-3,3,3-trifluoropropeno con fluoruro de hidrógeno, en una reacción en fase líquida y coalimentar cloruro de hidrógeno, en presencia de un catalizador de fluoración en fase líquida para producir una composición que comprende 2-cloro-1,1,1,2-tetrafluoropropano, en donde el cloruro de hidrógeno se introduce en la reacción desde una fuente externa a una presión de 690 kPa manométricos (100 psig) o más; y a continuación

c) someter a deshidrohalogenación el 2-cloro-1,1,1,2-tetrafluoropropano en condiciones eficaces para producir 2,3,3,3-tetrafluoropropeno.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El primer paso en el proceso para la producción de 2-cloro-1,1,1,2-tetrafluoropropano (HCFC-244bb) requiere hacer reaccionar 2-cloro-3,3,3-trifluoropropeno (HCFO-1233xf) con fluoruro de hidrógeno, en una vasija de reacción en fase líquida en presencia de cloruro de hidrógeno y un catalizador de... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para la producción de 2-cloro-1,1,1,2-tetrafluoropropano que comprende hacer reaccionar 2cloro-3,3,3-trifluoropropeno con fluoruro de hidrógeno, en una reacción en fase líquida en presencia de cloruro de hidrógeno y un catalizador de fluoración en fase líquida, en el cual el cloruro de hidrógeno se introduce en la reacción desde una fuente externa a una presión de 690 kPa manométricos (100 psig) o mayor.

2. El proceso de la reivindicación 1, en el cual la ratio molar de cloruro de hidrógeno a 2-cloro-3,3,3trifluoropropeno alimentada a la reacción varía desde al menos 0,1:1 a 10:1.

3. El proceso de la reivindicación 1,en el cual el catalizador de fluoración en fase líquida comprende SbCl5, SbCl3, SbF5, SnCl4, TaCl5, TiCl4, NbCl5, MoCl6, FeCl3, CrF3, Cr2O3, una especie fluorada de SbCl5, una especie fluorada de SbCl3, una especie fluorada de SnCl4, una especie fluorada de TaCl5, una especie fluorada de TiCl4, una especie fluorada de NbCl5, una especie fluorada de MoCl6, una especie fluorada de FeCl3, una especie fluorada de Cr2O3, o combinaciones de las mismas.

4. El proceso de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente el paso de recuperación del cloruro de hidrógeno.

5. El proceso de la reivindicación 1, en el cual el 2-cloro-3,3,3-trifluoropropeno se produce por un proceso que comprende someter a fluoración 1,1,2,3-tetracloropropeno.

6. El proceso de la reivindicación 5, en el cual el 1,1,2,3-tetracloropropeno se somete a fluoración con fluoruro de hidrógeno y la reacción produce con ello una corriente intermedia que comprende fluoruro de hidrógeno, 2-cloro3,3,3-trifluoropropeno y cloruro de hidrógeno.

7. El proceso de la reivindicación 6 que comprende el paso de recuperación del cloruro de hidrógeno.

8. El proceso de la reivindicación 7, en el cual al menos una parte de la corriente de HCl recuperada se alimenta directamente al reactor de fase líquida.

9. Un proceso para la producción de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno, que comprende (i) hacer reaccionar continuamente 2-cloro-3,3,3-trifluoropropeno con fluoruro de hidrógeno, en una reacción de fase líquida y co-alimentar cloruro de hidrógeno, en presencia de un catalizador de fluoración en fase líquida para producir una composición que comprende 2-cloro-1,1,1,2-tetrafluoropropano, en donde el cloruro de hidrógeno se introduce en la reacción desde una fuente externa a una presión de 690 kPa manométricos (100 psig) o más; y a continuación (ii) someter a deshidrohalogenación el 2-cloro-1,1,1,2-tetrafluoropropano en condiciones eficaces para producir 2,3,3,3tetrafluoropropeno.

10. El proceso de la reivindicación 9, en el cual la composición que comprende 2-cloro-1,1,1,2tetrafluoropropano comprende adicionalmente fluoruro de hidrógeno y cloruro de hidrógeno.

11. El proceso de la reivindicación 9, en el cual el 2-cloro-3,3,3-trifluoropropeno se produce por un proceso que comprende someter a fluoración 1,1,2,3-tetracloropropeno.

12. El proceso de la reivindicación 11, en el cual el 1,1,2,3-tetracloropropeno se somete a fluoración con fluoruro de hidrógeno, y la reacción produce con ello una corriente intermedia que comprende fluoruro de hidrógeno, 2cloro-3,3,3-trifluoropropeno y cloruro de hidrógeno.

13. El proceso de la reivindicación 12, que comprende adicionalmente el paso de recuperación del cloruro de hidrógeno.

14. El proceso de la reivindicación 13, en el cual al menos una parte de la corriente de HCl recuperada se alimenta directamente al reactor en fase líquida.

15. Un proceso para la producción de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno que comprende

a) someter a fluoración 1,1,2,3-tetracloropropeno para producir 2-cloro-3,3,3-trifluoropropeno;

b) hacer reaccionar el 2-cloro-3,3,3-trifluoropropeno con fluoruro de hidrógeno, en una reacción en fase líquida y coalimentar cloruro de hidrógeno, en presencia de un catalizador de fluoración en fase líquida, para producir una composición que comprende 2-cloro-1,1,1,2-tetrafluoropropano, en donde el cloruro de hidrógeno se introduce en la reacción desde una fuente externa a una presión de 690 kPa manométricos (100 psig) o más; y a continuación

c) deshidrohalogenar el 2-cloro-1,1,1,2-tetrafluoropropano en condiciones eficaces para producir 2,3,3,3tetrafluoropropeno.