Composiciones de tipo azeótropo de difluorometano.

Una composición similar a un azeótropo, que consiste esencialmente en difluorometano (HFC-32), HCl y Cl2.

Composiciones de tipo azeótropo de difluorometano

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere, en general, a nuevas composiciones que comprenden difluorometano.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Se conocen muchas técnicas para la producción de hidrofluorocarburos (HFCs) y, en particular, de difluorometano (HFC-32) . Determinados métodos previos implican fluorar uno o más compuestos orgánicos clorados para producir difluorometano. La corriente del producto de reacción también contiene típicamente subproductos y uno o más materiales de partida que no han reaccionado. El difluorometano deseado se recupera entonces de la corriente del producto de reacción a través de uno o más procedimientos de separación, tal como destilación. Por ejemplo, en determinados procedimientos de producción de difluorometano, un compuesto orgánico clorado, tal como, por ejemplo, diclorometano (HCC-30) , y un agente fluorante, tal como, por ejemplo, fluoruro de hidrógeno (HF) , se hacen reaccionar, habitualmente después del precalentamiento, en presencia de un catalizador de fluoración para generar una corriente del producto de reacción.

La destilación es bien conocida en la técnica para separar los componentes de tales corrientes de productos de reacción, y típicamente implica el uso de medios de destilación, tales como una columna empaquetada o una con bandejas, que se hace funcionar a presiones y temperaturas seleccionadas para separar la corriente del producto de reacción en una corriente relativamente rica en el compuesto deseado y una corriente relativamente rica en compuestos que no son deseados en el producto acabado, tales como componentes que no han reaccionado y subproductos indeseados. Sin embargo, las técnicas de destilación convencionales son generalmente ineficaces para separar los componentes de mezclas azeotrópicas. Composiciones binarias azeotrópicas que consisten en HFC-32 y cloro se describen en la patente U.S. nº 6.099.694, cedida al cesionario de la presente invención, y que se incorpora aquí como referencia.

El deseo de un procedimiento de fluoración está generalmente ligado al rendimiento y a la pureza del producto que resulta del procedimiento. Por ejemplo, si el producto deseado es el difluorometano, la cantidad de dicho producto que se recupera del producto de reacción debería ser habitualmente lo más elevada posible, y el tipo y cantidad de impurezas contenidas en la corriente de producto final deberían ser lo más bajos posibles. Mientras que procedimientos anteriores han alcanzado un cierto nivel de éxito, según se mide por el rendimiento y la pureza del producto, los solicitantes han descubierto que determinados rasgos de la técnica anterior pueden levantar barreras contra la mejora continua del rendimiento y pureza del producto.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Los solicitantes han descubierto que difluorometano, cloruro de hidrógeno y cloro forman una composición de tipo azeótropo ternaria. Este descubrimiento es particularmente importante, ya que en la producción de difluorometano a partir de agentes reaccionantes clorados, y particularmente cuando se usa cloro como un regenerador y/o activador del catalizador, el difluorometano, el cloruro de hidrógeno y el cloro están presentes en el producto de reacción. Además del descubrimiento de las composiciones de tipo azeótropo, los solicitantes han descubierto, por lo tanto, métodos para eliminar o reducir los niveles de cloruro de hidrógeno y cloro a partir de la corriente de producto de reacción, y/o para recuperar una cantidad incrementada de cloruro de hidrógeno y cloro a partir de la corriente del producto de reacción.

Un procedimiento para la producción de difluorometano comprende hacer reaccionar un compuesto clorado, preferiblemente diclorometano (HCC-30) , con un agente fluorante, preferiblemente HF, para producir una mezcla de productos que comprende HFC-32 y cloruro de hidrógeno. Cuando se usa cloro como un agente activante, el cloro está también presente en la corriente del producto de reacción. En una realización del aspecto del método de la presente invención, la composición de tipo azeótropo se separa de la mezcla de reacción, y opcionalmente pero preferiblemente las partes componentes de la misma se separan después para producir composiciones enriquecidas en HFC-32 y/o enriquecidas en una mezcla de HCl y Cl2. Como se usa en esta memoria, la referencia a enriquecido se refiere al componente con una concentración más elevada en la composición enriquecida con relación a la concentración de ese componente en el azeótropo o composición de tipo azeótropo.

Las composiciones de tipo azeótropo son útiles también en procedimientos para la separación de impurezas de HFC-32.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE REALIZACIONES PREFERIDAS

LAS COMPOSICIONES

Las presentes composiciones son composiciones de tipo azeótropo. Como se usa en esta memoria, la expresión “tipo azeótropo” pretende incluir, en su sentido más amplio, tanto composiciones que son estrictamente azeotrópicas como composiciones que se comportan como mezclas azeotrópicas. A partir de principios fundamentales, el estado termodinámico de un fluido se define por la presión, temperatura, composición del líquido y composición del vapor. Una mezcla azeotrópica es un sistema de dos o más componentes en el que la composición del líquida y la composición del vapor son iguales a la presión y temperatura establecidas. En la práctica, esto significa que los componentes de una mezcla azeotrópica se encuentran en constante ebullición y no pueden ser separados durante la destilación.

Como se usa la expresión en esta memoria, composiciones “de tipo azeótropo” se comportan como mezclas azeotrópicas, es decir, están en constante ebullición o esencialmente en constante ebullición. En otras palabras, para composiciones de tipo azeótropo, la composición del vapor formado durante la ebullición o evaporación es idéntica o esencialmente idéntica a la composición líquida original. Así, con la ebullición o evaporación, la composición del líquido cambia, en todo caso, sólo en un grado mínimo o despreciable. Esto contrasta con composiciones de tipo no azeótropo, en las que, durante la ebullición o evaporación, la composición del líquido cambia en un grado sustancial. Todas las composiciones de tipo azeótropo de la invención dentro de los intervalos indicados, así como ciertas composiciones fuera de estos intervalos, son de tipo azeótropo.

Las composiciones de tipo azeótropo de la invención pueden incluir componentes adicionales que no forman nuevos sistemas azeotrópicos o de tipo azeotrópico, ni componentes adicionales que no se encuentran en el primer corte de la destilación. El primer corte de la destilación es el primer corte tomado una vez que la columna de destilación exhibe un funcionamiento de estado estacionario en condiciones de reflujo total. Un modo de determinar si la adición de un componente forma un nuevo sistema azeotrópico o de tipo azeotrópico de modo que se encuentre fuera de esta invención consiste en destilar una muestra de la composición con el componente en condiciones a las que se esperaría que se separara una mezcla no azeotrópica en sus componentes separados. Si la mezcla que contiene el componente adicional no es azeotrópica o de tipo no azeótropo, el componente adicional se fraccionará de los componentes azeotrópicos o de tipo azeótropo. Si la mezcla es de tipo azeótropo, se obtendrá una cierta cantidad finita de un primer corte de la destilación que contiene la totalidad de los componentes de la mezcla que está en constante ebullición o que se comporta como una sustancia única.

De lo anterior se deduce que otra característica de composiciones de tipo azeótropo es que existe un intervalo de composiciones que contienen los mismos componentes en proporciones variables que son de tipo azeótropo o que están en constante ebullición. Todas las citadas composiciones están destinadas a estar cubiertas por las expresiones “de tipo azeótropo” y “en constante ebullición”. Como ejemplo, es bien conocido que a presiones diferentes, la composición de un azeótropo dado variará al menos ligeramente, como lo hace el punto de ebullición de la composición. Así, un azeótropo de A y B representa un tipo único de relación, pero con una composición variable en función de la temperatura y/o presión. Se deduce que, para composiciones de tipo azeótropo, existe un intervalo de composiciones que contienen los mismos componentes en proporciones variables que son de tipo azeótropo. Todas las citadas composiciones están destinadas a estar cubiertas por la expresión “de tipo azeótropo”... [Seguir leyendo]

1. Una composición similar a un azeótropo, que consiste esencialmente en difluorometano (HFC-32), HCl y Cl₂.

2. La composición de la reivindicación 1, que tiene una presión de vapor de alrededor de 45 ± 3 psia (310,264 ± 20,684 kPa) a alrededor de -59ºC.

3. La composición de la reivindicación 2, que consiste esencialmente en desde alrededor de 0,25 hasta alrededor de 20 por ciento en peso de HFC-32, desde alrededor de 70 hasta alrededor de 99,5 por ciento en peso de HCl, y desde alrededor de 0,25 hasta alrededor de 13 por ciento en peso de Cl₂.

4. La composición de la reivindicación 2, que consiste esencialmente en desde alrededor de 0,25 hasta alrededor de 10 por ciento en peso de HFC-32, desde alrededor de 95 hasta alrededor de 99,5 por ciento en peso de HCl, y desde alrededor de 0,25 hasta alrededor de 3 por ciento en peso de Cl₂.

5. Un procedimiento para separar HFC-32 de una composición similar a un azeótropo que comprende HFC-32, HCl y Cl₂, que comprende las etapas de

6. El procedimiento de la reivindicación 5, en el que la primera presión de destilación es desde alrededor de 40 (275,790 kPa) hasta alrededor de 400 psia (2757,90 kPa), y la segunda presión de destilación es desde alrededor de 10 psia (68,947 kPa) hasta alrededor de 40 psia (275,790 kPa).

7. Un procedimiento para eliminar HFC-32 de una mezcla que contiene HFC-32 y al menos una impureza, comprendiendo el procedimiento añadir una mezcla de HCl y Cl₂ a una mezcla que contiene HFC-32 y al menos una impureza en una cantidad suficiente para formar una composición similar a un azeótropo del HFC-32 y la mezcla de HCl y Cl₂, y después separar la composición similar a un azeótropo de la impureza.

8. El procedimiento de la reivindicación 7, en el que la impureza comprende un halocarbono.

9. El procedimiento de la reivindicación 8, en el que la impureza comprende metano sustituido con al menos un halógeno.

10. El procedimiento de la reivindicación 7, en el que la impureza es miscible con HFC-32.

11. El procedimiento de la reivindicación 7, en el que la etapa de separación comprende destilación.

12. Un método para formar una composición azeotrópica o similar a un azeótropo, que comprende combinar HFC-32, HCl y Cl₂ en cantidades suficientes y en condiciones eficaces para formar una composición similar a un azeótropo que contiene HFC-32, HCl y Cl₂.

13. Un método para formar una composición azeotrópica o similar a un azeótropo, que consiste esencialmente en combinar desde alrededor de 1 hasta alrededor de 20 por ciento en peso de HFC-32, desde alrededor de 70 hasta alrededor de 98 por ciento en peso de HCl, y desde alrededor de 1 hasta alrededor de 13 por ciento en peso de Cl₂, composición la cual tiene una presión de vapor desde alrededor de 45 psia (310,264 kPa) hasta alrededor de 55 psia (379,211 kPa) a una temperatura de alrededor de -59ºC.