ES2645372T3 - Composiciones de 1,1,2,3,3-pentafluoropropeno similares a un azeótropo - Google Patents

Composiciones de 1,1,2,3,3-pentafluoropropeno similares a un azeótropo Download PDF

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ES2645372T3 ES08858945.2T ES08858945T ES2645372T3 ES 2645372 T3 ES2645372 T3 ES 2645372T3 ES 08858945 T ES08858945 T ES 08858945T ES 2645372 T3 ES2645372 T3 ES 2645372T3
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Abstract

Una composición similar a un azeótropo que comprende 1,1,2,3,3-pentafluoropropeno y uno cualquiera de 1,1,1,2-tetrafluoropropeno o el isómero Z de 1,1,1,2,3-pentafluoropropeno.

Description

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DESCRIPCION
Composiciones de 1,1,2,3,3-pentafluoropropeno similares a un azeotropo ANTECEDENTES DE LA INVENCION Campo de la invencion
La invencion se refiere a composiciones de 1,1,2,3,3-pentafluoropropeno (HFO-1225yc) similares a un azeotropo, y a uno cualquiera de 1,1,1,2-tetrafluoropropeno (HFO-l234yf) o el isomero Z de 1,1,1,2,3-pentafluoropropeno (HFO- 1225yeZ), y a sus usos.
Descripcion de la tecnica relacionada
Los fluidos a base de fluorocarbonos han encontrado un uso muy extendido en industria en un numero de aplicaciones, que incluyen como refrigerantes, propelentes de aerosoles, agentes de soplado, medios de transferencia de calor, y dielectricos gaseosos. Debido a los problemas medioambientales sospechados asociados con el uso de algunos de estos fluidos, incluyendo los potenciales de calentamiento global relativamente elevados asociados con ellos, es deseable usar fluidos que tengan un potencial bajo o incluso nulo de agotamiento del ozono. De este modo, es deseable el uso de fluidos que no contienen clorofluorocarbonos (“CFCs”) o hidroclorofluorocarbonos (“HCFCs”). Los compuestos que tienen un bajo potencial de agotamiento del ozono incluyen hidrofluorocarbonos (“HFCs”), especialmente hidrofluoroolefinas (“HFOs”). Tambien son deseables compuestos que tengan un bajo potencial de calentamiento global. A este respecto, tambien es deseable el uso de alquenos debido a su tiempo de vida atmosferico corto, lo que da como resultado un potencial de calentamiento global relativamente bajo. Adicionalmente, es deseable el uso de fluidos de un solo componente o mezclas azeotropicas, que no se fraccionen ni al hervir ni al evaporarse. Sin embargo, la identificacion de nuevas mezclas que no se fraccionan, medioambientalmente seguras, es complicada debido al hecho de que no es facilmente predecible la formacion de azeotropos.
La industria busca continuamente nuevas mezclas a base de fluorocarbonos que ofrezcan alternativas, y sean consideradas sustitutos medioambientalmente mas seguros para CFCs y HCFCs. Son de particular interes las mezclas que contienen hidrofluorocarbonos, fluoroolefinas y otros compuestos fluorados, que tienen un bajo potencial de agotamiento del ozono y un bajo potencial de calentamiento global. Tales mezclas son el objeto de esta invencion.
La patente U.S. 6.858.571 describe composiciones similares a un azeotropo que comprenden pentafluoropropeno (HFO-1225) y un fluido seleccionado del grupo que consiste en 3,3,3-trifluoropropeno (“HFO-1243zf”), 1,1- difluoroetano (“HFC-152a”), trans-1,3,3,3-tetrafluoropropeno (“HFO-1234ze”), y combinaciones de dos o mas de los mismos. Sin embargo, la patente U.S. 6.858.571 no muestra una composicion similar a un azeotropo que comprenda HFO-1225yc con HFO-1234yf o HFO-1225yeZ. La invencion se refiere a composiciones que ayudan a satisfacer la necesidad continuada de alternativas a CFCs y HCFCs. Las composiciones de la invencion exhiben potenciales de calentamiento global (“GWP”) relativamente bajos. En consecuencia, los solicitantes han reconocido que tales composiciones se pueden usar con gran ventaja en un numero de aplicaciones, que incluyen como sustitutos para CFCs, HCFCs, y HFCs en aplicaciones de refrigerantes, aerosoles, agentes de soplado, y otras aplicaciones.
DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION
En consecuencia, la presente invencion proporciona composiciones similares a un azeotropo que comprenden 1,1,2,3,3-pentafluoropropeno (HFO-1225yc) y uno cualquiera de 1,1,1,2-tetrafluoropropeno (HFo-1234yf) o el isomero Z de 1,1,1,2,3-pentafluoropropeno (HFO-1225yeZ). Una realizacion de la invencion proporciona una composicion similar a un azeotropo que comprende 1,1,2,3,3-pentafluoropropeno y 1,1,1,2-tetrafluoropropeno. Otra realizacion de la invencion proporciona una composicion similar a un azeotropo que comprende 1,1,2,3,3- pentafluoropropeno y el isomero Z de 1,1,1,2,3-pentafluoropropeno. Las composiciones similares a un azeotropo de la presente invencion exhiben propiedades que las hacen ventajosas para uso como, o en, un refrigerante.
La invencion proporciona ademas un metodo para modificar un aparato de refrigeracion, aparato de refrigeracion el cual comprende un refrigerante, refrigerante el cual comprende una combinacion de un clorofluorocarbono o un hidroclorofluorocarbono y un aceite mineral, que comprende eliminar al menos una porcion del clorofluorocarbono o hidroclorofluorocarbono del refrigerante y dejar un residuo que comprende el aceite mineral, y anadir a dicho residuo una composicion similar a un azeotropo que comprende 1,1,2,3,3-pentafluoropropeno y uno cualquiera de 1,1,1,2- tetrafluoropropeno o el isomero Z de 1,1,1,2,3-pentafluoropropeno.
Como se usa aqrn, la expresion “similar a un azeotropo” pretende incluir, en su sentido mas amplio, tanto composiciones que son estrictamente azeotropicas como composiciones que se comportan como mezclas azeotropicas. A partir de los principios fundamentales, el estado termodinamico de un fluido se define por la presion, la temperatura, la composicion del lfquido, y la composicion del vapor. Una mezcla azeotropica es un sistema de dos o mas componentes en el que la composicion del lfquido y la composicion del vapor son iguales a la presion y
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temperatura senaladas. En la practica, esto significa que los componentes de una mezcla azeotropica hierven a una temperatura constante y no se pueden separar durante un cambio de fase. Las composiciones similares a un azeotropo de la invencion pueden incluir componentes adicionales que no forman nuevos sistemas similares a un azeotropo, o componentes adicionales que no estan en el primer corte de destilacion. El primer corte de destilacion es el primer corte tomado despues de que la columna de destilacion presenta una operacion de estado estacionario en condiciones de reflujo total. Una forma de determinar si la adicion de un componente forma un nuevo sistema similar a un azeotropo para que este fuera de esta invencion es destilar una muestra de la composicion con el componente en las condiciones que senan de esperar para separar una mezcla no azeotropica en sus componentes separados. Si la mezcla que contiene el componente adicional no es similar a un azeotropo, el componente adicional fraccionara a partir de los componentes similares a un azeotropo. Si la mezcla es similar a un azeotropo, se obtendra cierta cantidad finita de un primer corte de destilacion que contiene todos los componentes de la mezcla que hierve a temperatura constante o se comporta como una unica sustancia. A partir de esto se sigue que otra caractenstica de las composiciones similares a un azeotropo es que existe un intervalo de composiciones que contienen los mismos componentes en proporciones variables que son similares a un azeotropo o que hierven a temperatura constante. Todas estas composiciones estan destinadas a estar cubiertas por las expresiones “similar a un azeotropo” y “que hierve a temperatura constante”. Como ejemplo, es bien sabido que a presiones diferentes, la composicion de un azeotropo dado variara al menos ligeramente, como lo hace el punto de ebullicion de la composicion. Asf, un azeotropo de A y B representa un tipo unico de relacion, pero con una composicion variable que depende de la temperatura y/o de la presion. Se concluye que, para composiciones similares a un azeotropo, existe un intervalo de composiciones que contienen los mismos componentes en proporciones variables que son similares a un azeotropo. Todas estas composiciones estan destinadas a estar cubiertas por la expresion similar a un azeotropo como se usa aqm. Esta bien reconocido en la tecnica que no es posible predecir la formacion de azeotropos (veanse, por ejemplo, la patente U.S. n° 5.648.017 (columna 3, lmeas 64-65) y la patente U.S. n° 5.182.040 (columna 3, lmeas 62-63), las cuales se incorporan aqm como referencia. Se ha descubierto inesperadamente que 1,1,2,3,3-pentafluoropropeno (HFO-1225yc) y uno cualquiera de 1,1,1,2-tetrafluoropropeno (HFO-1234yf) o el isomero Z de 1,1,1,2,3-pentafluoropropeno (HFO-1225yeZ) forman composiciones similares a un azeotropo.
Segun ciertas realizaciones preferidas, las composiciones similares a un azeotropo de la presente invencion comprenden, y preferiblemente consisten esencialmente en, cantidades eficaces de 1,1,2,3,3-pentafluoropropeno (HFO-1225yc) y uno cualquiera de 1,1,1,2-tetrafluoropropeno (HFO-1234yf) o el isomero Z de 1,1,1,2,3- pentafluoropropeno (HFO-1225yeZ). La expresion “cantidades eficaces”, como se usa aqm, se refiere a la cantidad de cada componente que, al combinarlo con el otro componente, da como resultado la formacion de una composicion similar a un azeotropo de la presente invencion.
Las composiciones similares a un azeotropo de la presente invencion se pueden producir combinando cantidades eficaces de 1,1,2,3,3-pentafluoropropeno (HFO-1225yc) y uno cualquiera de 1,1,1,2-tetrafluoropropeno (HFO- 1234yf) o el isomero Z de 1,1,1,2,3-pentafluoropropeno (HFO-1225yeZ). Cualquiera de una amplia variedad de metodos conocidos en la tecnica para combinar dos o mas componentes para formar una composicion se puede adaptar para uso en los presentes metodos para producir una composicion similar a un azeotropo. Por ejemplo, el 1,1,2,3,3-pentafluoropropeno (HFO-1225yc) y uno cualquiera de 1,1,1,2-tetrafluoropropeno (HFO-1234yf) o el isomero Z de 1,1,1,2,3-pentafluoropropeno (HFO-1225yeZ), se pueden mezclar, amasar, o poner de otro modo en contacto manualmente y/o mediante una maquina, como parte de una reaccion y/o procedimiento discontinuo o continuo, o via combinaciones de dos o mas de tales etapas. A la luz de la descripcion aqm, los expertos en la tecnica seran capaces facilmente de preparar composiciones similares a un azeotropo segun la presente invencion sin experimentacion excesiva.
El 1,1,2,3,3-pentafluoropropeno (HFO-1225yc) y uno cualquiera de 1,1,1,2-tetrafluoropropeno (HFO-1234yf) o el isomero Z de 1,1,1,2,3-pentafluoropropeno (HFO-1225yeZ) estan presentes en cantidades eficaces para producir una composicion similar a un azeotropo. En una realizacion, el 1,1,2,3,3-pentafluoropropeno (HFO -1225yc) esta presente en la composicion similar a un azeotropo en una cantidad desde mayor que cero hasta alrededor de 25 por ciento en peso, preferiblemente desde mayor que cero hasta alrededor de 20 por ciento en peso, y mas preferiblemente desde alrededor de 2 hasta alrededor de 15 por ciento en peso. En una realizacion, el 1,1,1,2- tetrafluoropropeno (HFO-1234yf) o el isomero Z de 1,1,1,2,3-pentafluoropropeno (HFO-1225yeZ) esta presente en la composicion similar a un azeotropo en una cantidad desde alrededor de 75 hasta menos de 100 por ciento en peso, preferiblemente desde alrededor de 80 hasta menos de 100 por ciento en peso, y mas preferiblemente desde alrededor de 85 hasta alrededor de 98 por ciento en peso.
La composicion similar a un azeotropo de 1,1,2,3,3-pentafluoropropeno y 1,1,1,2-tetrafluoropropeno tiene un punto de ebullicion a alrededor de 100 kPa (14,5 psia) desde alrededor de -29°C hasta alrededor de -27,5°C, preferiblemente desde alrededor de -29°C hasta alrededor de -28°C.
La composicion similar a un azeotropo de 1,1,2,3,3-pentafluoropropeno y el isomero Z de 1,1,1,2,3- pentafluoropropeno tiene un punto de ebullicion a alrededor de 100 kPa (14,5 psia) desde alrededor de -19,2°C hasta alrededor de -18,9°, preferiblemente desde alrededor de -19,2°C hasta alrededor de -19°C.
Las presentes composiciones similares a un azeotropo tienen utilidad en un amplio intervalo de aplicaciones. Por
ejemplo, como una composicion refrigerante.
Segun otras ciertas realizaciones, la presente invencion proporciona sistemas de refrigeracion que comprenden un refrigerante de la presente invencion, y metodos para producir calentamiento o enfriamiento al condensar y/o evaporar una composicion de la presente invencion. En ciertas realizaciones preferidas, los metodos para enfriar un 5 artmulo segun la presente invencion comprenden condensar una composicion refrigerante que comprende una
composicion similar a un azeotropo de la presente invencion, y despues evaporar dicha composicion refrigerante en la vecindad del artmulo a enfriar. Ciertos metodos preferidos para calentar un artmulo comprenden condensar una composicion refrigerante que comprende una composicion similar a un azeotropo de la presente invencion en la vecindad del artmulo a calentar, y despues evaporar dicha composicion refrigerante. A la luz de la descripcion aqm, 10 los expertos en la tecnica seran capaces facilmente de calentar y enfriar artmulos segun la presente invencion sin experimentacion excesiva.
EJEMPLOS
Los siguientes ejemplos no limitantes sirven para ilustrar la invencion.
EJEMPLO 1
15 Se usa un ebullometro que consiste en un tubo encamisado a vacfo con un condensador en la parte superior, que esta equipado ademas con un termometro Quartz. Se cargan alrededor de 9,54 g de HFO-1234yf en el ebullometro, y despues se anade HFO-1225yc en incrementos medidos pequenos. Se observa depresion de temperatura cuando se anade HFO-1225yc a HFO-1234yf, que indica que se forma un azeotropo de punto de ebullicion mmimo binario. Desde mayor que alrededor de 0 hasta alrededor de 21 por ciento en peso de HFO-1225yc, el punto de ebullicion de 20 la composicion permanece por debajo o alrededor del punto de ebullicion de HFO-l234yf. La temperatura de ebullicion de HFO-1225yc es alrededor de 2°C a 14,71 psia. Se estudiaron las mezclas binarias mostradas en la Tabla 1, y el punto de ebullicion de las composiciones no supero el punto de ebullicion de HFO-1234yf. Las composiciones exhiben propiedades azeotropicas y/o similares a las azeotropicas a lo largo de este intervalo.
TABLA 1
25 Composiciones de HFO-1234yf/HFO-1225yc a 101 kPa (14,7 psia)
T (°C)
% en peso de HFO-1234yf % en peso de HFO-1225yc
-27,860
100,00 0,00
-28,435
99,58 0,42
-28,691
98,55 1,45
-28,873
97,15 2,85
-28,871
94,55 5,45
-28,763
92,62 7,38
-28,649
91,38 8,62
-28,482
89,33 10,67
-28,349
87,44 12,56
-28,090
81,75 18,25
-27,742
78,91 21,09
-27,529
76,75 23,25
-27,182
73,44 26,56
-26,966
68,49 31,51
-26,820
61,95 38,05
-26,572
59,74 40,26
EJEMPLO 2 COMPARATIVO
Su usa un ebullometro que consiste en un tubo encamisado a vacfo con un condensador en la parte superior, que esta equipado ademas con un termometro Quartz. Se cargan alrededor de 17,92 g de 1,3,3,3-tetrafluoropropeno 30 (trans-HFO-1234ze) en el ebullometro, y despues se anade HFO-1225yc en incrementos medidos pequenos. Se observa depresion de la temperatura cuando se anade HFO-1225yc a Trans-1234ze, que indica que se forma un azeotropo de punto de ebullicion mmimo binario. Desde mayor que alrededor de 0 hasta alrededor de 7 por ciento en peso de HFO-1225yc, el punto de ebullicion de la composicion permanece por debajo o alrededor del punto de ebullicion de Trans-1234ze. Se estudiaron las mezclas binarias mostradas en la Tabla 2, y el punto de ebullicion de 35 las composiciones no supero el punto de ebullicion de Trans-1234ze. Las composiciones exhiben propiedades azeotropicas y/o similares a las azeotropicas a lo largo de este intervalo.
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TABLA 2
Composiciones de Trans-1234ze/1225yc a 100 kPa (14,5 psia)
T(°C)
-18,353 -18,420 -18,461 -18,458 -18,315
EJEMPLO 3
Su usa un ebullometro que consiste en un tubo encamisado a vado con un condensador en la parte superior, que esta equipado ademas con un termometro Quartz. Se cargan alrededor de 19,57 g de HFO-1225yeZ en el ebullometro, y despues se anade HFO-1225yc en incrementos medidos pequenos. Se observa depresion de la temperature cuando se anade HFO-1225yc a HFO-1225yeZ, indicando que se forma un azeotropo de punto de ebullicion irnnimo binario. Desde mayor que alrededor de 0 hasta alrededor de 5 por ciento en peso de HFO-1225yc, el punto de ebullicion de la composicion permanece por debajo o alrededor del punto de ebullicion de HFO-1225yeZ. Se estudiaron las mezclas binarias mostradas en la Tabla 3, y el punto de ebullicion de las composiciones no supero el punto de ebullicion de HFO-1225yeZ. Las composiciones exhiben propiedades azeotropicas y/o similares a las azeotropicas a lo largo de este intervalo.
% en peso de Trans-HFO-1234ze 100,00 99,01 96,66 95,43 92,81
% en peso de HFO-1225yc 0,00 0,99 3,34 4,57 7,19
TABLA 3
Composiciones de HFO-1225yeZ/ HFO-1225ye a 100 kPa (14,5 psia)
T(°C)
% en peso de HFO-225yeZ % en peso de HFO-1225yc
-18,854
100,00 0,00
-18,909
98,89 1,11
-18,989
97,56 2,44
-19,154
96,07 3,93
-19,124
95,37 4,63
EJEMPLO 4 (COMPARATIVO)
Su usa un ebullometro que consiste en un tubo encamisado a vado con un condensador en la parte superior, que esta equipado ademas con un termometro Quartz. Se cargan alrededor de 15,11 g de 3,3,3-trifluoropropeno en el ebullometro, y despues se anade HFO-1225yc en incrementos medidos pequenos. Se observa depresion de la temperatura cuando se anade HFO-1225yc a 3,3,3-trifluoropropeno, que indica que se forma un azeotropo de punto de ebullicion irnnimo binario. Desde mayor que alrededor de 0 hasta alrededor de 10 por ciento en peso de HFO- 1225yc, el punto de ebullicion de la composicion permanece por debajo o alrededor del punto de ebullicion de 3,3,3- trifluoropropeno. Se estudiaron las mezclas binarias mostradas en la Tabla 4, y el punto de ebullicion de las composiciones no supero el punto de ebullicion de 3,3,3-trifluoropropeno. Las composiciones exhiben propiedades azeotropicas y/o similares a las azeotropicas a lo largo de este intervalo.
TABLA 4
Composiciones de 3,3,3-trifluoropropeno/HFO-1225yc a 100 kPa (14,5 psia)
T (°C)
% en peso de 3,3,3- % en peso de HFO-1225yc
-24,601
100,00 0,00
-24,607
99,87 0,13
-24,877
95,51 4,49
-24,864
93,50 6,50
-24,646
89,20 10,80

Claims (14)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    REIVINDICACIONES
    1. Una composicion similar a un azeotropo que comprende 1,1,2,3,3-pentafluoropropeno y uno cualquiera de
    1.1.1.2- tetrafluoropropeno o el isomero Z de 1,1,1,2,3-pentafluoropropeno.
  2. 2. La composicion similar a un azeotropo de la reivindicacion 1, que comprende 1,1,2,3,3-pentafluoropropeno y
    1.1.1.2- tetrafluoropropeno.
  3. 3. La composicion similar a un azeotropo de la reivindicacion 1, que comprende 1,1,2,3,3-pentafluoropropeno y el isomero Z de 1,1,1,2,3-pentafluoropropeno.
  4. 4. La composicion similar a un azeotropo de la reivindicacion 1, que comprende desde mayor que cero hasta alrededor de 25 por ciento en peso de 1,1,2,3,3-pentafluoropropeno, y de alrededor de 75 a menos de 100 por ciento en peso de 1,1,1,2-tetrafluoropropeno o el isomero Z de 1,1,1,2,3-pentafluoropropeno.
  5. 5. La composicion similar a un azeotropo de la reivindicacion 1, que comprende desde mayor que cero hasta alrededor de 20 por ciento en peso de 1,1,2,3,3-pentafluoropropeno, y de alrededor de 80 a menos de 100 por ciento en peso de 1,1,1,2-tetrafluoropropeno o el isomero Z de 1,1,1,2,3-pentafluoropropeno.
  6. 6. La composicion similar a un azeotropo de la reivindicacion 1, que comprende de alrededor de 2 a alrededor de 15 por ciento en peso de 1,1,2,3,3-pentafluoropropeno, y de alrededor de 85 a menos de 98 por ciento en peso de
    1.1.1.2- tetrafluoropropeno o el isomero Z de 1,1,1,2,3-pentafluoropropeno.
  7. 7. Una composicion similar a un azeotropo de cualquier reivindicacion anterior, que consiste en 1,1,2,3,3- pentafluoropropeno y 1,1,1,2-tetrafluoropropeno o el isomero Z de 1,1,1,2,3-pentafluoropropeno.
  8. 8. La composicion similar a un azeotropo de la reivindicacion 2, que tiene un punto de ebullicion de alrededor de - 29°C a alrededor de -27,5°C a una presion de alrededor de 100 kPa (14,5 psia).
  9. 9. La composicion similar a un azeotropo de la reivindicacion 3, que tiene un punto de ebullicion de alrededor de - 19,2°C a alrededor de -18,9°C a una presion de alrededor de 100 kPa (14,5 psia).
  10. 10. Una composicion refrigerante que comprende la composicion similar a un azeotropo de cualquier reivindicacion anterior.
  11. 11. Un metodo para enfriar un artfculo, que comprende condensar una composicion refrigerante de la reivindicacion 10, y despues evaporar dicha composicion refrigerante en la vecindad del artfculo a enfriar.
  12. 12. Un metodo para calentar un artfculo, que comprende condensar una composicion refrigerante de la reivindicacion 10 en la vecindad del artfculo a calentar, y despues evaporar dicha composicion refrigerante.
  13. 13. Un metodo para recargar un sistema refrigerante que contiene un refrigerante a sustituir y un lubricante, que comprende las etapas de: (a) eliminar al menos una porcion del refrigerante a sustituir del sistema de refrigeracion mientras se retiene una porcion sustancial del lubricante en dicho sistema; y (b) introducir en el sistema una composicion refrigerante de la reivindicacion 10.
  14. 14. Un metodo para modificar un aparato de refrigeracion, aparato de refrigeracion el cual comprende un refrigerante, refrigerante el cual comprende una combinacion de un clorofluorocarbono o un hidroclorofluorocarbono y un aceite mineral, que comprende eliminar al menos una porcion del clorofluorocarbono o hidroclorofluorocarbono del refrigerante y dejar un residuo que comprende el aceite mineral, y anadir a dicho residuo una composicion similar a un azeotropo que comprende 1,1,2,3,3-pentafluoropropeno y uno cualquiera de 1,1,1,2-tetrafluoropropeno o el isomero Z de 1,1,1,2,3-pentafluoropropeno.
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