Producción en fase vapor de 1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropano a partir de fluoruro de hidrógeno y hexafluoropropileno.

Un procedimiento para producir HFC-227ea, que comprende:

a) hacer reaccionar HFP y HF en fase vapor en una zona de reacción,

en presencia de HFC-227ea y un catalizador de fluoración, para formar una mezcla de reacción,

b) alimentar dicha mezcla de reacción a una columna de destilación, para formar una corriente de cabeza de la columna de destilación que comprende HF y HFC-227ea, y una corriente de colas de la columna de destilación que comprende un HFC-227ea sustancialmente exento de HF,

c) reciclar al menos una parte de dicha corriente de cabeza de la columna de destilación a dicha zona de reacción, y

d) recuperar dicha corriente de colas de la columna de destilación que comprende el HFC-227ea sustancialmente exento de HF, donde el HFC-227ea es el 1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropano.

Producción en fase vapor de 1, 1, 1, 2, 3, 3, 3-heptafluoropropano a partir de fluoruro de hidrógeno y hexafluoropropileno Referencia cruzada a una solicitud relacionada Esta solicitud reivindica el beneficio de prioridad de la solicitud de patente provisional de EE.UU. Nº 60/339.923, presentada el 31 de octubre 2001.

Campo de la invención La presente invención se refiere a un procedimiento químico de fabricación para la producción de 1, 1, 1, 2, 3, 3, 3-heptafluoropropano (HFC-227ea) a partir de fluoruro de hidrógeno (HF) y hexafluoropropileno (HFP) .

Antecedentes Los hidrocarburos halogenados que contienen cloro o bromo, en particular los clorofluorocarbonos o bromofluorocarbonos, han sido ampliamente utilizados como solventes, agentes de soplado, refrigerantes, agentes de limpieza, propulsores de aerosoles, medios de transferencia de calor, dieléctricos, agentes de extinción de incendios y fluidos de trabajo del ciclo de potencia. Se considera que muchos de estos clorofluorocarbonos y bromofluorocarbonos son perjudiciales para la capa de ozono de la Tierra. El esfuerzo mundial para desarrollar materiales que tengan un menor potencial de agotamiento del ozono ha identificado numerosos hidrofluorocarbonos (es decir, compuestos que solamente contienen carbono, hidrógeno y flúor) que pueden servir como sustitutos eficaces de los clorofluorocarbonos o bromofluorocarbonos en las aplicaciones mencionadas anteriormente. Por ejemplo, el hidrofluorocarbono 1, 1, 1, 2-tetrafluoroetano (HFC-134a) está siendo utilizado en los sistemas de refrigeración como sustituto del diclorodifluorometano (CFC-12) . Otro hidrofluorocarbono, el 1, 1, 1, 2, 3, 3, 3heptafluoropropano (HFC-227ea) , ha sido identificado como un sustituto prometedor en varias aplicaciones de los clorofluorocarbonos o bromofluorocarbonos.

La producción de hidrofluorocarbonos ha sido objeto de un considerable interés con el fin de proporcionar en el mercado alternativas deseables para el medio ambiente a los clorofluorocarbonos y bromofluorocarbonos. Se conoce en la técnica la reacción del fluoruro de hidrógeno (HF) y el hexafluoropropileno (HFP) . Por ejemplo, en la patente WO 99/06342 se describe un procedimiento en fase vapor en el que se utilizan unas altas relaciones de HF:HFP para tratar de producir HFC-227ea a temperaturas reducidas. Sin embargo, al ser la reacción altamente exotérmica, se requiere un importante enfriamiento de la zona de reacción para evitar el sobrecalentamiento del catalizador. Este exceso de calor puede ser responsable de la producción de subproductos indeseables y de la reducción de la vida útil del catalizador. En la patente US6281395 se describe un ejemplo de una composición de catalizador.

Los productos de la reacción del HF y el HFP incluyen HFC-227ea, así como HF y HFP en exceso. Mediante técnicas de separación convencionales se puede eliminar el HFP en exceso y las demás impurezas orgánicas. Pero la recuperación del HF sin reaccionar es difícil debido a la formación de un azeótropo de bajo punto de ebullición de HFC-227ea y HF.

El objeto de esta invención es proporcionar un procedimiento para la producción de HFC-227ea, que recupera y recicla el HF en exceso como una composición azeotrópica de HF y HFC-227ea y hace circular en el sistema el HFC-227ea en exceso como un diluyente para controlar la elevación de la temperatura en la zona de reacción.

Compendio de la invención La presente invención se dirige a un procedimiento para producir 1, 1, 1, 2, 3, 3, 3-heptafluoropropano (HFC-227ea) a partir de fluoruro de hidrógeno (HF) y hexafluoropropileno (HFP) , estando dicho HFC-227ea esencialmente exento de HF. El procedimiento mejorado utiliza el azeótropo formado por el HF y el HFC-227ea con el fin de reciclar al reactor el HF y el HFC-227ea en exceso. Esta corriente de reciclo reduce la pérdida de HF y proporciona un diluyente (HFC-227ea) que ayuda a controlar la temperatura en la zona de reacción para la reacción altamente exotérmica.

Además, el procedimiento funciona preferiblemente con una relación de alimentación de HFC-227ea:HF:HFP de aproximadamente 5:3:1 y utiliza un catalizador de fluoración, tal como un óxido de cromo preparado mediante pirólisis de dicromato de amonio.

Breve descripción de la figura La Figura 1 es una representación esquemática elemental de una planta que se puede utilizar para llevar a cabo el presente procedimiento para la producción de HFC-227ea.

Descripción detallada La presente invención proporciona un procedimiento para producir 1, 1, 1, 2, 3, 3, 3-heptafluoropropano (HFC-227ea) , que comprende las etapas de: a) hacer reaccionar hexafluoropropileno (HFP) y fluoruro de hidrógeno (HF) en fase vapor en una zona de reacción, en presencia de HFC-227ea y un catalizador de fluoración, para formar una mezcla de reacción, b) alimentar dicha mezcla de reacción a una columna de destilación, para formar una corriente de cabeza de la columna de destilación que comprende HF y HFC-227ea y una corriente de colas de la columna de destilación que comprende un HFC-227ea sustancialmente exento de HF, c) reciclar al menos una parte de dicha corriente de cabeza de la columna de destilación a dicha zona de reacción, y d) recuperar dicha corriente de colas de la columna de destilación que comprende el HFC-227ea sustancialmente exento de HF.

El presente procedimiento incluye la reacción en fase vapor de HFP y HF en la zona de reacción, en presencia de HFC-227ea, y la formación de una mezcla de reacción que comprende HF y HFC-227ea, así como cantidades menores de HFP sin reaccionar y subproductos de la reacción que incluyen 1, 1, 1, 3, 3, 3-hexafluoropropano (HFC-236fa) , 2-cloro-1, 1, 1, 2, 3, 3, 3-heptafluoropropano (CFC-217ba) , 1, 1, 3, 3, 3-pentafluoropropeno (HFC-1225zc) , hexafluoroetano (PFC-116) y octafluoropropano (PFC-218) .

La zona de reacción puede comprender un reactor de flujo que preferiblemente contiene un lecho fijo de un catalizador de fluoración. El reactor y las tuberías de alimentación asociadas, las tuberías de producto y las unidades asociadas en contacto con el HF se pueden construir con materiales resistentes al HF. Los materiales de construcción típicos bien conocidos en el campo de la fluoración incluyen los aceros inoxidables y las aleaciones de alto contenido en níquel, tales como las aleaciones de níquel-cobre Monel®, las aleaciones a base de níquel Hastelloy®, y las aleaciones de níquel-cromo Inconel®. La reacción del HFP con el HF para formar HFC-227ea es significativamente exotérmica (por ejemplo, H275°C -29, 1 kcal/mol) . Se ha descubierto que esta reacción se lleva a cabo preferiblemente en fase vapor en presencia de un diluyente que comprende HFC-227ea, que está presente en exceso sobre la cantidad de régimen estacionario del HFC-227ea formado en la zona de reacción. Preferiblemente, el diluyente HFC-227ea que se alimenta a la zona de reacción es una composición azeotrópica, o similar a un azeótropo, de HFC-227ea y HF. Bajo las condiciones de reacción, el HFC-227ea es estable y la reacción inversa que se produce para dar HFP y HF es despreciable. El HFC-227ea añadido en la zona de reacción como diluyente absorbe la energía térmica resultante de la reacción altamente exotérmica del HFP y el HF. La eliminación de esta energía térmica y el control de la elevación de la temperatura a través del reactor se consiguen, de este modo, mediante el control de la cantidad de diluyente HFC-227ea alimentado a la zona de reacción. La elevación excesiva de la temperatura a través del reactor no es deseable y acorta la vida del catalizador de fluoración, así como aumenta el potencial de formación de subproductos indeseables (por ejemplo, HFC-236fa, CFC-217ba, HFC-1225zc, PFC-hexafluoroetano y PFC-218) . El presente procedimiento permite que la reacción se lleve a cabo en un reactor adiabático o en una serie de reactores adiabáticos. Los reactores adiabáticos son unos reactores para los que no se requiere, o se requiere muy poco, calentamiento o refrigeración adicionales. Opcionalmente, al reactor se le puede suministrar un enfriamiento exterior para minimizar aún más la elevación de la temperatura, permitiendo de este modo un mayor rendimiento de los reactivos a través de la zona de reacción.

Los catalizadores de fluoración de utilidad en esta reacción incluyen: (i) los basados en los óxidos/halogenuros u oxihalogenuros metálicos, o los óxidos/halogenuros/oxihalogenuros metálicos mixtos, por ejemplo, óxido de cromo y alúmina; (ii) los basados en otros óxidos/halogenuros/oxihalogenuros metálicos soportados sobre óxido de cromo o alúmina, por ejemplo, óxidos de zinc, hierro, magnesio o níquel; y (iii) los basados en los óxidos/halogenuros/oxihalogenuros metálicos,... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para producir HFC-227ea, que comprende:

a) hacer reaccionar HFP y HF en fase vapor en una zona de reacción, en presencia de HFC-227ea y un catalizador de fluoración, para formar una mezcla de reacción, b) alimentar dicha mezcla de reacción a una columna de destilación, para formar una corriente de cabeza de la columna de destilación que comprende HF y HFC-227ea, y una corriente de colas de la columna de destilación que comprende un HFC-227ea sustancialmente exento de HF, c) reciclar al menos una parte de dicha corriente de cabeza de la columna de destilación a dicha zona de reacción, y d) recuperar dicha corriente de colas de la columna de destilación que comprende el HFC-227ea sustancialmente exento de HF, donde el HFC-227ea es el 1, 1, 1, 2, 3, 3, 3-heptafluoropropano.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en donde dichos HFP, HF y HFC-227ea se añaden a dicha zona de reacción en una relación molar de HF:HFP de aproximadamente 2:1 a aproximadamente 3:1 y una relación molar de HFC-227ea:HFP de aproximadamente 5:1.

3. El procedimiento de la reivindicación 1, en donde la temperatura de dicha zona de reacción es de aproximadamente 200°C a aproximadamente 250°C.

4. El procedimiento de la reivindicación 1, en donde dicho catalizador de fluoración comprende un óxido de cromo preparado mediante pirólisis de dicromato de amonio.

5. El procedimiento de la reivindicación 1, en donde dicha corriente de cabeza de la columna de destilación 20 comprende una composición azeotrópica, o similar a un azeótropo, que consiste esencialmente en HF y HFC-227ea.