ES2562819T3 - Composiciones azeotrópicas de E-1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-buteno - Google Patents
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Abstract
Una composición azeotrópica que consiste esencialmente en de 60,2% en moles a 98,8% en moles de E- 1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-buteno y de 39,8% en moles a 1,2% en moles de 2-cloro-3,3,3-trifluoropropeno, que tiene una temperatura del punto de ebullición de desde -40ºC a 120ºC a una presión de desde 10,3 kPa a 2,26 kPa (1,5 psia a 328 psia).
Description
DESCRIPCION
Composiciones azeotropicas de E-1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-buteno Antecedentes de la invencion
Campo de la descripcion
5 La presente descripcion se refiere a composiciones azeotropicas de E-1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-buteno.
Descripcion de la tecnica relacionada
Durante las ultimas decadas muchas industrias han estado trabajando para encontrar sustitutos de los clorofluorocarbonos (CFC) e hidroclorofluorocarbonos (HCFC) que reducen el ozono. Los CFC y HCFC se han usado en una amplia variedad de aplicaciones, incluyendo su uso como propulsores de aerosoles, refrigerantes, 10 agentes de limpieza, agentes de expansion para espumas termoplasticas y termoestables, medios de transferencia de calor, dielectricos gaseosos, agentes de extincion y supresion de incendios, fluidos de trabajo de ciclos de energfa, medios de polimerizacion, fluidos de eliminacion en partfculas, fluidos transportadores, agentes abrasivos de pulido, y agentes de secado de desplazamiento. En la busqueda de sustituciones de estos compuestos versatiles, muchas industrias se han vuelto hacia el uso de hidrofluorocarbonos (HFC).
15 Los HFC no contribuyen a la destruccion del ozono estratosferico, pero son un problema debido a su contribucion al “efecto invernadero”, es decir, contribuyen al calentamiento global. Como resultado de su contribucion al calentamiento global, los HFC se han analizado minuciosamente, y su uso generalizado pude estar limitado tambien en el futuro. Por lo tanto, son necesarias composiciones que no contribuyan a la destruccion del ozono estratosferico y que tengan tambien bajo potencial de calentamiento global (PCG). Algunas hidrofluoroolefinas, tales como el 20 1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-buteno (CF3CH=CHCF3, FC-1336mzz, FO-1336mzz), se cree que cumplen ambos objetivos. Vease, por ejemplo, el documento WO 2009/155490 que describe composiciones azeotropicas de 1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-buteno.
El documento WO 2009/114397 describe, entre otras, composiciones de 2-cloro-3,3,3-trifluoropropeno, y el documento WO 2010/062888 describe refrigerantes que podnan contener potencialmente tanto 1,1,1,4,4,425 hexafluoro-2-buteno como 2-cloro-3,3,3-trifluoropropeno, sin embargo no hay ninguna descripcion de una composicion azeotropica.
Resumen de la invencion
Esta descripcion proporciona una composicion que consiste esencialmente en (a) E-FO-1336mzz y (b) HCFO- 1233xf (2-cloro-3,3,3-trifluoropropeno, Cf3CCI=cH2); en donde el HCFO-1233xf esta presente en una cantidad 30 eficaz para formar una mezcla azeotropica con E-FO-1336mzz.
Breve resumen de los dibujos
La FIG. 1 es una representacion grafica de una composicion azeotropica que consisten esencialmente en E-FO- 1336mzz y HCFO-1233xfa una temperatura de aproximadamente 25,7°C.
Descripcion detallada de la invencion
35 En muchas aplicaciones, es conveniente el uso de un solo componente puro o una mezcla azeotropica. Por ejemplo, cuando una composicion de agente de soplado (tambien conocidas como agentes de expansion de espuma o composiciones de expansion de espuma) no es un solo componente puro o una mezcla azeotropica, la composicion puede cambiar durante su aplicacion en el procedimiento de formacion de la espuma. Dicho cambio en la composicion podna afectar de forma perjudicial al procesamiento o producir rendimiento bajo en la aplicacion. 40 Tambien en aplicaciones de refrigeracion, a menudo se pierde un refrigerante durante la operacion por fugas en y tubos rotos. Ademas, el refrigerante puede ser liberado a la atmosfera durante los procedimientos de mantenimiento en el equipamiento de refrigeracion. Si el refrigerante no es un solo componente puro o una composicion azeotropica, la composicion del refrigerante puede cambiar cuando se escapa o se libera a la atmosfera desde el equipamiento de refrigeracion. El cambio en la composicion del refrigerante puede hacer que el refrigerante se 45 convierta en inflamable o que tenga un rendimiento de refrigeracion bajo. Por consiguiente, es necesario usar mezclas azeotropicas en estas y otras aplicaciones, por ejemplo, mezclas azeotropicas que contengan E-1,1,1,4,4,4- hexafluoro-2-buteno (E-CF3CH=CHCF3, E-FC-1336mzz, E-FO-1336mzz).
Antes de abordar los detalles de las realizaciones descritas a continuacion, se definen o aclaran algunos terminos.
El FO-1336mzz puede existir como uno de dos isomeros configuracionales, E o Z. El FO-1336mzz como se usa en 50 la presente memoria, se refiere a los isomeros Z-FO-1336mzz o E-FO-1336mzz, asf como cualquier combinacion o mezclas de dichos isomeros.
Como se usa en la presente memoria, los terminos “comprende”, “que comprende”, “incluye”, “que incluye”, “tiene”,
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“que tiene” o cualquier otra variacion de los mismos, se pretende que cubra una inclusion no exclusiva. Por ejemplo, un procedimiento, metodo, artfculo o aparato que comprende una lista de elementos, no esta necesariamente limitado a solo esos elementos, sino que puede incluir otros elementos no nombrados expresamente o inherentes a dicho procedimiento, metodo, artfculo o aparato. Ademas, salvo que se exponga de forma expresa al contrario, “o” se refiere a una condicion inclusiva o/y no a una exclusiva, o por ejemplo, una condicion A o B se satisface con cualquiera de los siguientes: A es verdadero (o esta presente) y B es falso (o no esta presente), A es falso (o no esta presente) y B es verdadero (o esta presente), y tanto A como B son verdaderos (o estan presentes).
Ademas, el uso de “un” o “una” se hace para describir elementos y componentes descritos en la presente memoria. Esto se hace simplemente por conveniencia y para dar un sentido general al alcance de la invencion. Esta descripcion debe leerse como que incluye uno o al menos uno y el singular tambien incluye el plural, salvo que sea obvio que significa lo contrario.
Salvo que se defina de otra forma, todos los terminos tecnicos y cientfficos usados en la presente memoria tienen el mismo significado que entiende normalmente un experto en la tecnica a la que pertenece la invencion. En caso de conflicto, controlara la presente memoria descriptiva, incluyendo las definiciones. Aunque se pueden usar metodos y materiales similares o equivalentes a los descritos en la presente memoria, en la practica o ensayo de realizaciones de la presente invencion, los metodos y materiales adecuados se describen mas adelante. Ademas, los materiales, metodos y ejemplos son solo ilustrativos y no se pretende que sean limitantes.
Cuando una cantidad, concentracion u otro valor o parametro se expresa, bien como un intervalo, intervalo preferido o como una lista de valores superiores preferidos y/o valores inferiores preferidos, esto se debe de entender como que describe espedficamente todos los intervalos formados por cualquier par de cualquier lfmite de intervalo superior o valor preferido y cualquier lfmite de intervalo inferior o valor preferido, independientemente de si los intervalos se describen separadamente. Cuando en la presente memoria se enumera un intervalo de valores numericos, salvo que se indique lo contrario, el intervalo incluye sus valores finales, y todos los numeros enteros y fracciones dentro del mismo.
E-FO-1336mzz es un compuesto conocido, y puede elaborarse mediante la reaccion de 1,2-dicloro-1,1,4,4,4- pentafluorobutano con KF seco en tetrametilen sulfona destilada, la cual se describe en la patente de Estados Unidos No. 5.463.150
El HCFO-1233xf es un compuesto conocido y puede elaborarse mediante la adicion de HF a CH2ClCCl=CCl2 en una reaccion de fase gaseosa usando diisopropil amina como un estabilizador y Cr2O3 como un catalizador, tal como se describe por Merkel et al. En la Publicacion de Solicitud de Patente de Estados Unidos No. 2011/0004035.
Esta solicitud incluye composiciones azeotropicas que consisten esencialmente en (a) E-FO-1336mzz y (b) HCFO- 1233xf; en donde el HCFO-1233xf esta presente en una cantidad eficaz para formar una mezcla azeotropica con E- FO-1336mzz.
Por cantidad eficaz se entiende una cantidad que, cuando se combina con E-FO-1336mzz, da como resultado la formacion de una mezcla azeotropica. Esta definicion incluye las cantidades de cada componente, cuyas cantidades pueden variar dependiendo de la presion aplicada a la composicion, con la condicion de que las composiciones azeotropicas sigan existiendo a las diferentes presiones, pero con posibles puntos de ebullicion diferentes. Por lo tanto, la cantidad eficaz incluye las cantidades, que pueden ser expresadas en porcentajes en peso o en moles, de cada componente de las composiciones de la presente invencion que forman composiciones azeotropicas a temperaturas o presiones distintas de las descritas en la presente memoria.
Como se reconoce en la tecnica, una composicion azeotropica es una mezcla de dos o mas componentes diferentes que, cuando estan en forma lfquida a una presion dada, hervira a una temperatura sustancialmente constante, cuya temperatura puede ser mayor o menor que las temperaturas de ebullicion de los componentes individuales y que proporcionaran una composicion del vapor esencialmente identica a la composicion del lfquido global que experimenta ebullicion (vease, por ejemplo, M F Doherty and M F Malone, Conceptual Design of Distillation Systems, McGraw-Hill (New York), 2001, 185-186, 351-359).
Por consiguiente, las caractensticas esenciales de una composicion azeotropica son que, a una presion dada, el punto de ebullicion de la composicion del lfquido es fijo y que la composicion del vapor encima de la composicion que hierve es esencialmente la de la composicion del lfquido global que hierve (es decir, no se produce fraccionamiento de los componentes de la composicion del lfquido). Tambien se reconoce en la tecnica que tanto el punto de ebullicion como los porcentajes en peso de cada componente de la composicion azeotropica pueden cambiar cuando la composicion azeotropica se somete a ebullicion a diferentes presiones. Por lo tanto, una composicion azeotropica se puede definir en terminos de la relacion unica que existe entre los componentes o en terminos de los intervalos en la composicion de los componentes o en terminos de porcentajes en peso exactos de cada componente de la composicion caracterizada por un punto de ebullicion fijo a una presion especificada.
Tambien se reconoce en este campo que cuando la volatilidad relativa de un sistema se aproxima a 1,0, el sistema se define como que forma una composicion azeotropica. La volatilidad relativa es la relacion de la volatilidad del componente 1 a la volatilidad del componente 2. La relacion de la fraccion molar de un componente en el vapor
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40
respecto a esta en el Kquido es la volatilidad del componente.
Para determinar la volatilidad relativa de cualesquiera dos componentes, se puede usar un metodo conocido como el metodo PTx. El equilibrio vapor lfquido (EVL), y por lo tanto, la volatilidad relativa, se pueden determinar bien isotermicamente o isobaricamente. El metodo isotermico requiere la medicion de la presion total de las mezclas de composicion conocida a temperatura constante. En este procedimiento se mide la presion absoluta total en una celda de volumen conocido a una temperatura constante para diferentes composiciones de los dos compuestos. El metodo isobarico requiere la medicion de la temperatura de las mezclas de composicion conocida a presion constante. En este procedimiento se mide la temperatura en una celda de volumen conocido a una presion constante para diferentes composiciones de los dos compuestos, El uso del metodo PTx se describe con detalle en "Phase Equilibrium in Process Design", Wiley-Interscience Publisher, 1970, escrito por Harold R. Null, en las paginas 124 a 126.
Estas mediciones se pueden convertir en composiciones del vapor y el lfquido en equilibrio en la celda de PTx usando un modelo de ecuacion de coeficiente de actividad, tal como la ecuacion de dos lfquidos no aleatorios (NRTL), para representar los comportamientos no ideales de la fase Uquida. El uso de una ecuacion del coeficiente de actividad, tal como la ecuacion NRTL se describe con detalle en "The Properties of Gases and Liquids," 4th edition, publicado por McGraw Hill, escrito por Reid, Prausnitz and Poling, en las paginas 241 a 387, y en "Phase Equilibria in Chemical Engineering," publicado por Butterworth Publishers, 1985, escrito por Stanley M. Walas, paginas 165 a 244. Sin querer estar ligado por ninguna teona o explicacion, se cree que la ecuacion NRTl, junto con los datos de la celda PTx, pueden predecir suficientemente las volatilidades relativas de las composiciones que contienen E-1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-buteno, de la presente invencion, y por lo tanto pueden predecir el comportamiento de estas mezclas en equipamiento de separacion de multiples etapas, tales como columnas de destilacion.
Se ha encontrado mediante experimentos que el E-FO-1336mzz y el HCFO-1233xf forman composiciones azeotropicas. Para determinar la volatilidad relativa de este par binario, se uso el metodo PTx descrito antes. Se midio la presion en una celda PTx de volumen conocido, a temperatura constante, para diferentes composiciones binarias. Estas mediciones despues se redujeron a composiciones de vapor y lfquido en equilibrio en la celda usando la ecuacion NRTL.
La presion de vapor medida frente a las composiciones en la celda PTx para la mezcla de E-FO-1336mzz/HCFO- 1233xf se muestra en la figura 1, que ilustra de forma grafica la formacion de una composicion azeotropica que consiste esencialmente en E-FO-1336mzz y HCFO-1233xf, indicado por una mezcla de aproximadamente 81,6% en moles de E-FO-1336mzz y 18,4% en moles de HCFO-1233xf, que tiene la presion mas alta del intervalo de composiciones a aproximadamente 25,7°C.
Basandose en estos descubrimientos, se ha calculado que el E-FO-1336mzz y HCFO-1233xf forman composiciones azeotropicas en el intervalo de aproximadamente 60,2% en moles a aproximadamente 98,8% en moles de E-FO- 1336mzz y de aproximadamente 39,8% en moles a aproximadamente 1,2% en moles de HCFO-1233xf (que forman composiciones azeotropicas que hierven a una temperatura de aproximadamente -40°C a aproximadamente 120°C y a una presion de aproximadamente 10 kPa (1,5 psia) a aproximadamente 2261 kPa (328 psia)). Por ejemplo, a aproximadamente 25,7°C y aproximadamente 203 kPa (29,4 psia) la composicion azeotropica consiste esencialmente en 81,6% en moles de E-FO-1336mzz y aproximadamente 18,4% en moles de HCFO-1233xf. Para otro ejemplo, a aproximadamente 7,0°C y aproximadamente presion atmosferica (101 kPa, 14,7 psia) la composicion azeotropica consiste esencialmente en aproximadamente 76,3% en moles de E-FO-1336mzz y aproximadametne 23,7% en moles de HCFO-1233xf. Se indican algunas realizaciones de composiciones azeotropicas en la tabla 1.
Tabla 1. Composiciones azeotropicas
- Temperatura azeotropica (°C)
- Presion azeotropica, kPa (psia) E-FO-1336mzz (% en moles) HCFO-1233xf (% en moles)
- -40,0
- 10,07 (1,46) 60,2 39,8
- -30,0
- 17,93 (2,60) 64,1 35,9
- -20,0
- 30,34 (4,40) 67,7 32,3
- - 10,0
- 49,02 (7,11) 71,1 28,9
- 0,0
- 75,84 (11,0) 74,2 25,8
- 10,0
- 113,76 (16,5) 77,2 22,8
- 20,0
- 165,47 (24,0) 80,0
- 20,0
5
10
15
20
25
30
- Temperatura azeotropica (°C)
- Presion azeotropica, kPa (psia) E-FO-1336mzz (% en moles) HCFO-1233xf (% en moles)
- 25,7
- 202,71(29,4) 81,6 18,4
- 30,0
- 233,73 (33,9) 82,7 17,3
- 40,0
- 321,99 (46,7) 85,2 14,8
- 50,0
- 434,37 (63,0) 87,7 12,3
- 60,0
- 574,33 (83,3) 90,1 9,9
- 70,0
- 744,63 (108) 92,3 7,7
- 80,0
- 951,48 (138) 94,5 5,5
- 90,0
- 1206,58(175) 96,4 3,6
- 100,0
- 1503,06 (218) 97,9 2,1
- 110,0
- 1847,79 (268) 98,8 1,2
- 120,0
- 2261,48 (328) 98,2 1,8
Las composiciones azeotropicas de la presente invencion se pueden preparar por cualquier metodo conveniente que incluye la mezcla o combinacion de las cantidades deseadas. En una realizacion de esta invencion, una composicion azeotropica se puede preparar pesando las cantidades de los componentes deseados y despues combinandolos en una recipiente adecuado.
Las composiciones azeotropicas de la presente invencion se pueden usar en una amplia variedad de aplicaciones, incluyendo su uso como propulsores de aerosoles, disolventes refrigerantes, agentes de limpieza, agentes de soplado (agentes de expansion de espumas) para espumas termoplasticas y termoestables, medios de transferencia de calor, dielectricos gaseosos, agentes de extincion y supresion de incendios, fluidos de trabajo de ciclos de energfa, medios de polimerizacion, fluidos de eliminacion en partfculas, fluidos transportadores, agentes abrasivos de pulido, y agentes de secado de desplazamiento.
Una realizacion de esta invencion proporciona un procedimiento para preparar una espuma termoplastica o termoestable. El procedimiento comprende usar una composicion azeotropica como un agente de soplado, en donde dicha composicion azeotropica consiste esencialmente en E-1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-buteno y HCFO-1233xf.
Otra realizacion de esta invencion proporciona un procedimiento para producir refrigeracion. El procedimiento comprende condensar una composicion azeotropica y despues evaporar dicha composicion azeotropica en las proximidades del cuerpo a enfriar, en donde dicha composicion azeotropica consiste esencialmente en E-1,1,1,4,4,4- hexafluoro-2-buteno y HCFO-1233xf.
Otra realizacion de esta invencion proporciona un procedimiento que usa una composicion azeotropica como un disolvente, en donde dicha composicion azeotropica consiste esencialmente en E-1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-buteno y HCFO-1233xf.
Otra realizacion de esta invencion proporciona un procedimiento para producir un producto en aerosol. El procedimiento comprende usar una composicion azeotropica como un propulsor, en donde dicha composicion azeotropica consiste esencialmente en E-1,1,1,4 4,4-hexafluoro-2-buteno y HCFO-1233xf.
Otra realizacion de esta invencion proporciona un procedimiento que usa una composicion azeotropica como medio de transferencia de calor, en donde dicha composicion azeotropica consiste esencialmente en E-1,1,1,4,4,4- hexafluoro-2-buteno y HCFO-1233xf.
Otra realizacion de esta invencion proporciona un procedimiento para extinguir o suprimir un incendio. El procedimiento comprende usar una composicion azeotropica como un agente de extincion o supresion de incendio, en donde dicha composicion azeotropica consiste esencialmente en E-1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-buteno y HCFO- 1233xf.
Otra realizacion de esta invencion proporciona un procedimiento que usa una composicion azeotropica como dielectrico, en donde dicha composicion azeotropica consiste esencialmente en E-1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-buteno y HCFO-1233xf.
Claims (6)
- REIVINDICACIONES1. - Una composicion azeotropica que consiste esencialmente en de 60,2% en moles a 98,8% en moles de E- 1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-buteno y de 39,8% en moles a 1,2% en moles de 2-cloro-3,3,3-trifluoropropeno, que tiene una temperatura del punto de ebullicion de desde -40°C a 120°C a una presion de desde 10,3 kPa a 2,26 kPa (1,55 psia a 328 psia).
- 2. - Un procedimiento para preparar una espuma termoplastica o termoestable que comprende usar el azeotropo de la reivindicacion 1 como un agente de soplado.
- 3. - Un procedimiento para producir refrigeracion que comprende condensar el azeotropo de la reivindicacion 1 y despues evaporar dicho azeotropo en las proximidades del cuerpo a enfriar.10 4.- Un procedimiento comprende usar el azeotropo de la reivindicacion 1 como un disolvente.
- 5. - Un procedimiento para producir un producto en aerosol que comprende usar el azeotropo de la reivindicacion 1 como un propulsor.
- 6. - Un procedimiento que comprende usar el azeotropo de la reivindicacion 1 como medio de transferencia de calor.15 7.- Un procedimiento para extinguir o suprimir un incendio que comprende usar el azeotropo de la reivindicacion 1como un agente de extincion o supresion de incendio.
- 8.- Un procedimiento que comprende usar el azeotropo de la reivindicacion 1 como dielectrico.
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