ES2764702T3 - Procedimiento de producción de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno - Google Patents

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Abstract

Procedimiento de producción de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno que comprende: - una reacción de fluoración catalítica en fase gaseosa de un halopropano y/o un halopropeno para dar 2,3,3,3-tetrafluoropropeno por medio de fluoruro de hidrógeno; - la recuperación de un flujo gaseoso procedente de la reacción; - el enfriamiento y la condensación parcial del flujo gaseoso procedente de la reacción, para obtener un flujo parcialmente condensado; - la separación del flujo parcialmente condensado en una fracción gaseosa y una fracción líquida; - la compresión de la fracción gaseosa para obtener una fracción gaseosa comprimida; - la destilación de la fracción gaseosa comprimida para proporcionar un flujo que comprende por una parte HCL y por otra parte 2,3,3,3-tetrafluoropropeno, HF que no ha reaccionado, 2-cloro-3,3,3- trifluoropropeno y 1,1,1,2,2-pentafluoropropeno.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento de producción de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un procedimiento de producción de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (HFO-1234yf), en especial a partir de 1,1,1,2,3-pentacloropropano (HCC-240db) y/o de 1,1,2,2,3-pentacloropropano (HCC-240aa), así como a una instalación adaptada a la puesta en práctica de este procedimiento.
Antecedentes técnicos
El protocolo de Montreal para la protección de la capa de ozono ha conducido al abandono de la utilización de los clorofluorocarburos (CFC). De este modo, compuestos menos agresivos para la capa de ozono, tales como los hidrofluorocarburos (HFC) han sustituido a los clorofluorocarburos. Sin embargo, estos compuestos contribuyen de forma relativamente importante al efecto invernadero. Existe por tanto la necesidad de compuestos eficaces que presentan a la vez un bajo coeficiente ODP (potencial de disminución de ozono, por sus siglas en inglés) y un bajo coeficiente GWP (potencial de calentamiento climático, por sus siglas en inglés). Se han identificado como alternativas deseables las hidrofluoroolefinas (HFO), debido a sus bajos valores de ODP y de GWP.
En relación con ello, el compuesto 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (HFO-1234yf) es especialmente interesante.
Varios documentos se refieren a procedimientos de preparación de olefinas fluoradas a partir de pentacloropropano.
Por ejemplo, el documento de la patente de Estados Unidos 2009/0240090 describe la reacción del 1,1,1,2,3-pentacloropropano (HCC-240db) para dar 2-cloro-3,3,3-trifluoropropeno (HCFO-1233xf) en ausencia de oxígeno. El HCFO-1233xf así producido se convierte en 2-cloro-1,1,1,2-tetrafluoropropano (HCFC-244bb).
El documento de la patente WO 2009/015317 describe la reacción de un compuesto clorado tal como el 1,1,2,3-tetracloropropeno (HCO-1230xa), el HCC-240db o el 2,3,3,3-tetracloropropeno (HCO-1230xf) con fluoruro de hidrógeno (HF) en fase gaseosa. Este procedimiento permite obtener HCFO-1233xf.
El documento de la patente WO 2005/108334 describe la reacción del HCC-240db con HF para dar 2-cloro-1,1,1,3-tetrafluoropropano (HCFC-244db) que se deshidroclora a continuación para dar 1,3,3,3-tetrafluoropropeno (HFO-1234ze).
El documento de la patente WO 2010/123148 describe la fluoración del HCC-240db para dar HCFO-1233xf en ausencia de catalizador.
El documento WO 2011/077192 describe la fluoración del 2-cloro-3,3,3-trifluoropropeno para dar 2,3,3,3-tetrafluoropropeno por medio de fluoruro de hidrógeno.
La solicitud de patente PCT/IB2010/003028 depositada por el solicitante, describe la fluoración catalítica en fase gaseosa del HCC-240db o del 1,1,2,2,3-pentacloropropano (HCC-240aa) para dar HFO-1234yf.
Sin embargo, en el marco de este procedimiento, es necesario separar los compuestos obtenidos en la etapa de reacción, a saber, el producto buscado HFO-1234yf, de otros compuestos fluorados formados en la reacción, del ácido clorhídrico (HCl) formado también en la reacción, de los reactivos que no han reaccionado (especialmente HF), de productos de degradación o de los compuestos inertes.
Para hacer eso, se puede utilizar un conjunto de columnas de destilación que permiten obtener un flujo de HFO-1234yf, un flujo de HCl y un flujo destinado a ser reciclado a la reacción. Ahora bien, los puntos de ebullición de1HCl y del HFO-1234yf son relativamente bajos (-85 °C para el HCl a presión atmosférica y -29,1 °C para e1HFO-1234yf a presión atmosférica). La condensación de los gases en la cabeza de las columnas de destilación necesita por lo tanto una presión de funcionamiento elevada, con el fin de que la temperatura necesaria en la cabeza de columna no sea demasiado baja y, por lo tanto, a fin de que el procedimiento sea compatible con la utilización de grupos fríos estándar.
De manera típica, la presión de funcionamiento necesaria para la separación mediante destilación es superior a 5 bar, incluso superior a 7 bar. Por tanto, el reactor debe hacerse funcionar a una presión todavía más alta. Esto plantea problemas, en la medida en que, en ciertas configuraciones, es deseable funcionar a una presión relativamente baja en el reactor.
Si la reacción de fluoración se efectúa a una presión más baja, los gases procedentes de la reacción se deben comprimir, antes de la destilación. Sin embargo, esto implica un tamaño de compresor excesivo, debido al importante exceso de HF utilizado en la reacción de fluoración. Esto supone, por tanto, que hay que poner en práctica una tecnología muy compleja.
Por lo tanto, hay una necesidad real de poner a punto un procedimiento de producción de HFO-1234yf en el cual la reacción de fluoración se pueda llevar a cabo a una presión moderada.
Resumen de la invención
La invención se refiere en primer lugar a un procedimiento de producción de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno que comprende:
- una reacción de fluoración catalítica en fase gaseosa de un halopropano y/o un halopropeno para dar 2,3,3,3-tetrafluoropropeno por medio de fluoruro de hidrógeno;
- la recuperación de un flujo gaseoso procedente de la reacción;
- el enfriamiento y la condensación parcial del flujo gaseoso procedente de la reacción, para obtener un flujo parcialmente condensado;
- la separación del flujo parcialmente condensado en una fracción gaseosa y una fracción líquida;
- la compresión de la fracción gaseosa para obtener una fracción gaseosa comprimida;
- la destilación de la fracción gaseosa comprimida para proporcionar un flujo de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno, un flujo de ácido clorhídrico y un flujo de fluoruro de hidrógeno no reaccionado.
Según un modo de realización preferido, el halopropano y/o halopropeno es un cloropropano y/o un cloropropeno, y se escoge preferiblemente entre el 1,1,1,2,3-pentacloropropano, el 1,1,2,2,3-pentacloropropano, el 1,1,2,3-tetracloropropeno, el 2,3,3,3-tetracloropropeno, el 1,1,1-trifluoro-2-cloropropeno y el 1,1,1-trifluoro-2,3-dicloropropano y sus mezclas.
Según un modo de realización preferido, la separación del flujo parcialmente condensado en una fracción gaseosa y una fracción líquida se efectúa mediante destilación.
Según un modo de realización preferido, dicho procedimiento comprende igualmente una etapa de compresión de la fracción líquida para dar una fracción líquida comprimida.
Según un modo de realización preferido, el flujo de fluoruro de hidrógeno no reaccionado se recicla hacia la reacción de fluoración.
Según un modo de realización preferido, la reacción de fluoración se efectúa a una presión inferior a la de la destilación de la fracción gaseosa comprimida y de la fracción líquida comprimida.
Según un modo de realización preferido, la reacción de fluoración se efectúa a una presión de 0,1 a 10 bar absolutos y, preferiblemente, de 0,3 a 8 bar absolutos; y/o la destilación se lleva a cabo a una presión de 5 a 40 bar absolutos y, más preferentemente, de 7 a 25 bar absolutos.
La presente invención se refiere también a una instalación de producción de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno que comprende:
- al menos un reactor de fluoración (6) alimentado con halopropano y/o halopropeno y fluoruro de hidrógeno; - una línea (7) de gases de reacción, conectada a la salida del reactor de fluoración (6);
- medios de enfriamiento y de condensación parcial (8), alimentados por la línea (7) de los gases de reacción; - una línea (9) de transporte de flujo parcialmente condensado conectado a la salida de los medios de enfriamiento y de condensación parcial (8);
- un medio de separación (10) alimentado por la línea (9) de transporte de flujo parcialmente condensado; - una línea de trasiego de la fracción gaseosa (11, 13) y una línea de trasiego de la fracción líquida (18) conectadas a la salida del recipiente de separación (10);
- un compresor (14) alimentado por la línea de trasiego de la fracción gaseosa (11, 13);
- una línea de alimentación de la fracción gaseosa comprimida (15, 17) conectada a la salida del compresor (14);
- medios de destilación (21,23) alimentados por la línea de alimentación de fracción gaseosa comprimida (15, 17);
- una línea de trasiego de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (28), una línea de trasiego de ácido clorhídrico (26) y una línea de trasiego de fluoruro de hidrógeno no reaccionado (29).
Según un modo de realización preferido, la línea de trasiego de fluoruro de hidrógeno no reaccionado se conecta al reactor de fluoración.
Según un modo de realización preferido, la instalación comprende asimismo una bomba (19) alimentada por la línea de trasiego de la fracción líquida (18); y una línea de alimentación de fracción líquida comprimida (20) conectada a la salida de la bomba (19).
Según un modo de realización preferido, la línea de alimentación de fracción líquida comprimida (20) alimenta los medios de destilación (21).
Según un modo de realización, la instalación comprende medios de calentamiento (12) sobre la línea de trasiego de la fracción gaseosa (11, 13).
Según un modo de realización preferido, la línea de alimentación de fracción gaseosa comprimida (15, 17) y la línea de alimentación de fracción líquida comprimida (20) alimentan la primera columna de destilación (21) en etapas diferentes de la misma.
Según un modo de realización preferido, la línea de trasiego de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (28) alimenta medios adicionales de purificación, escogidos preferiblemente entre medios de lavado, de extracción, de decantación y de destilación.
La presente invención permite superar los inconvenientes del estado de la técnica. Más particularmente, proporciona un procedimiento de producción de HFO-1234yf en el cual la reacción de fluoración se puede poner en práctica a una presión moderada, y ello de manera sencilla y económica, y, en especial, sin tener que recurrir a un compresor capaz de comprimir un caudal de gas demasiado importante.
Esto se lleva a cabo previendo un enfriamiento y una condensación parcial de los gases obtenidos en la etapa de reacción y luego una separación de estos productos en una fracción líquida y una fracción gaseosa. De esta manera, solo una parte de los gases procedentes de la reacción (fracción gaseosa) se tiene que comprimir en un compresor, mientras que la fracción líquida (gases condensados) se puede extraer con una bomba, más sencilla de utilizar que un compresor.
Además, la fracción gaseosa tiene, de manera ventajosa, un contenido bajo de HF, ya que e1HF se encuentra de forma mayoritaria en la fracción líquida. Se simplifica la concepción del compresor, en especial en cuanto a la elección de los materiales, ya que este compresor no tiene que estar en contacto con una cantidad elevada de HF.
De este modo, la invención permite poder operar la reacción de fluoración y la separación de los productos obtenidos en la reacción a presiones óptimas e independientes.
Según un modo de realización especialmente ventajoso, la invención prevé la inyección de la fracción líquida y de la fracción gaseosa en etapas diferentes de una columna de separación, lo cual permite optimizar la concepción de la columna de separación en términos de número de etapas teóricas y de tasa de reflujo a poner en práctica. De esta forma se pueden minimizar el tamaño de la columna y la potencia térmica necesaria para el condensador y el evaporador, así como el tamaño del grupo frío asociado con el condensador.
Breve descripción de las figuras
La figura 1 representa de manera esquemática una instalación según un primer modo de realización de la invención. La figura 2 representa de manera esquemática una instalación según un segundo modo de realización de la invención.
Descripción de modos de realización de la invención
La invención se describe ahora con más detalle y de manera no limitadora en la descripción que sigue a continuación. Reacción de fluoración
Según un primer modo de realización, y haciendo referencia a la figura 1, una instalación según la invención tiene generalmente un reactor de fluoración 6. También se pueden utilizar dos o más de dos reactores dispuestos en serie. Este reactor de fluoración se alimenta de halopropano y/o halopropeno mediante una línea de alimentación de hidrohalogenocarburo 4 y de HF mediante una línea de alimentación de HF 2.
Como halopropano o halopropeno se puede utilizar en especial cualquier clorofluoropropano y/o clorofluoropropeno, o, según un modo de realización preferido, cualquier cloropropano y/o cloropropeno.
Por ejemplo, pueden convenir los halopropanos de fórmula CX3CHClCH2X o de fórmula CHX2CCKCH2X, los halopropenos de fórmula CX3CCl=CH2 o de fórmula CX2=CClCH2X, donde cada X representa, de forma independiente, F o Cl.
Los halopropanos y halopropenos preferidos son el HCC-240db, el HCC-240aa, e1HCO-1230xa y e1HCO-1230xf e incluso el HCFO-1233xf y el HCFC-243db (2,3-dicloro-1,1,1-trifuoropropano). También son posibles mezclas de estos compuestos.
La continuación de la descripción se efectúa en relación con el HCC-240db, entendiéndose que se pueden utilizar de manera análoga los otros halopropanos y/o halopropenos.
El HCC-240db se convierte en HFO-1234yf por reacción con HF en el reactor de fluoración 6. El contenido de HFO-1234yf en el flujo que sale de la reacción es preferiblemente de al menos 0,5 % molar, en especial de al menos 1 % molar y más preferiblemente de al menos 2 % molar o al menos 3 % molar.
Además del HCl, en el curso de la reacción se forman otros compuestos, por ejemplo, HCFO-1233xf y HFC-245cb (1,1,1,2,2-pentafluoropropano) en el caso de una reacción a partir del HCC-240db.
El reactor de fluoración 6 es un reactor catalítico que contiene un catalizador.
El catalizador se basa por ejemplo en un metal que comprende un óxido de metal de transición o un derivado o un halogenuro o un oxihalogenuro de tal metal. Ejemplos de catalizadores son FeCh, oxifluoruro de cromo, óxidos de cromo (sometidos eventualmente a tratamientos de fluoración), fluoruros de cromo y sus mezclas. Otros catalizadores posibles son los catalizadores soportados sobre carbono que se basan en antimonio y en aluminio. (AF3, AhO3, oxifluoruro de alúmina, fluoruro de aluminio). De manera general, los catalizadores que se pueden utilizar son el oxifluoruro de cromo, el fluoruro y el oxifluoruro de aluminio y los catalizadores soportados o no soportados que contienen un metal tal como Cr, Ni, Zn, Ti, V, Zr, Mo, Ge, Sn, Pb y Mg. Asimismo, se puede hacer referencia a los documentos de las patentes WO 2007/079431 en las páginas 7, I.1-5 y 28-32, EP 0939071 en el parágrafo [0022], WO 2008/054781 en p. 9 I.22-p.10 I.34 y WO 2008/040969 en la reivindicación 1, todos ellos incorporados como referencia.
Antes de su utilización, el catalizador se somete a una activación, típicamente con aire, oxígeno o cloro y/o HF, en condiciones apropiadas.
En un modo de realización preferido, se utiliza un catalizador mixto, que contiene a la vez cromo y níquel. La relación molar Cr:Ni, en elementos metálicos, es generalmente de 0,5 a 5, por ejemplo de 0,7 a 2, por ejemplo de aproximadamente 1. El catalizador puede comprender, en masa, de 0,5 a 20 % de cromo y de 0,5 a 20 % de níquel, preferiblemente de 2 a 10 % de cada metal.
El metal puede estar presente en forma metálica o en forma de un derivado, en especial óxido, halogenuro u oxihalogenuro. Estos derivados, en especial halogenuros y halogenuros óxidos, se obtienen por activación del metal catalítico. Si bien la activación del metal no es necesaria, se prefiere.
Preferiblemente, el soporte se prepara a partir de aluminio, por ejemplo, alúmina, alúmina activada o derivados de aluminio. Estos derivados comprenden los halogenuros de aluminio y los halogenuros óxidos de aluminio, por ejemplo, aquellos tales como los descritos en el documento de la patente US 4.902.838, o se obtienen por activación.
El catalizador puede comprender cromo y níquel en forma activada o no activada, sobre un soporte que se ha sometido o no a una activación.
Se puede hacer referencia al documento de la patente WO 2009/118628 y, en particular, a la descripción del catalizador de la p.4 I.30 a la p.7 I.16, que se incorpora aquí como referencia.
Según otro modo de realización particularmente preferido, el catalizador puede ser también de Cr con superficie específica elevada, que es preferiblemente no soportado. El catalizador puede tener un bajo contenido de uno o varios co-catalizadores tales como las sales de Co, Zn, Mn, Mg y Ni. Un co-catalizador preferido es el Ni. Otro co-catalizador preferido es Zn. Otro co-catalizador preferido es Mg. Una descripción del catalizador a base de Cr de superficie específica elevada figura en el documento de la patente WO 2009/158321, en p. 4 y 6.
El procedimiento según la invención se pone en práctica preferiblemente de manera continua, lo que es altamente ventajoso desde un punto de vista industrial.
En general, se utiliza una proporción molar de HF respecto de los compuestos orgánicos (hidrocarburos y derivados halogenados) que es de 4:1 a 100:1 y, preferiblemente, de 5:1 a 50:1. La utilización de relaciones sobreestequiométricas para la reacción de fluoración se enseña, por ejemplo, en los documentos de las patentes WO 2008/054781 y WO 2008/040969.
La reacción se puede llevar a cabo a una presión de 0,1 a 10 bar absolutos y, preferiblemente, de 0,3 a 8 bar absolutos.
La reacción se puede llevar a cabo a temperaturas de 100 a 500 °C, preferiblemente de 200 a 450 °C. La temperatura del lecho del reactor puede ser esencialmente uniforme o puede variar a lo largo del flujo, aumentando o disminuyendo.
El tiempo de contacto (volumen del catalizador dividido por el caudal total de reactivos y otros compuestos a la entrada, ajustado según la presión y la temperatura de reacción) es típicamente de 1 a 100 s, preferiblemente de 5 a 50 s.
Se puede prever también una alimentación con compuesto oxidante, en especial oxígeno o cloro, preferiblemente oxígeno, con el fin de prolongar la vida del catalizador. En el ejemplo ilustrado, el reactor de fluoración 6 se alimenta con oxígeno por una línea de alimentación de oxígeno 5.
La proporción molar de oxígeno respecto de los compuestos orgánicos es preferiblemente de 0,005 a 2 y más preferiblemente de 0,01 a 1,5. El oxígeno se puede introducir en forma casi pura o bien en forma de aire, o bien en forma de mezcla nitrógeno / oxígeno.
También se puede utilizar un inhibidor de polimerización para prolongar la vida del catalizador, típicamente a una concentración de 50 a 1000 ppm, más preferiblemente de 100 a 500 ppm. En especial, se puede escoger el mismo entre: p-metoxifenol, t-amilfenol, limoneno, d,1-limoneno, quinonas, hidroquinonas, epóxidos, aminas y sus mezclas. Se prefieren el p-metoxifenol y el t-amilfenol. La co-alimentación de inhibidor de polimerización (no representada en los dibujos) puede permitir controlar la polimerización de las cloroolefinas y de este modo prolongar en especial la vida del catalizador descrito en el documento de la patente US 5.714.651, que se incorpora aquí como referencia.
Tratamiento del flujo procedente de la reacción de fluoración
El flujo que sale de la reacción se recupera en una línea 7 de gases de reacción conectada a la salida del reactor de fluoración 6. Este flujo se enfría, y se condensa parcialmente, utilizando los medios de enfriamiento y de condensación parcial 8 (tales como intercambiadores y economizadores) que son alimentados por la línea 7 de los gases de reacción.
La temperatura del flujo tras el enfriamiento y la condensación parcial es de -50 a 100 °C, preferiblemente de -40 a 80 °C. La temperatura escogida depende de la presión utilizada (desde el vacío hasta aproximadamente 8 bar absolutos).
Una línea 9 de transporte del flujo parcialmente condensado se conecta a la salida de los medios de enfriamiento y de condensación parcial 8. Transporta el flujo procedente de la reacción, tras su enfriamiento y su condensación parcial.
La línea 9 de transporte del flujo parcialmente condensado alimenta un depósito de separación 10, que permite separar el flujo parcialmente condensado en una fracción gaseosa y una fracción líquida. El depósito de separación 10 es un recipiente horizontal o vertical capaz de separar físicamente los gases de los líquidos, preferiblemente sin necesidad de aportar energía.
La fracción líquida se recupera de la parte inferior del recipiente de separación 10 y se recoge con una línea de trasiego de la fracción líquida 18.
La fracción gaseosa se recupera en cabeza del recipiente de separación 10 y se recoge con una línea de trasiego de la fracción gaseosa 11, 13.
Preferiblemente, la fracción gaseosa representa del 25 al 60 % del flujo y la fase líquida del 40 al 75 % del flujo, en proporciones de masa.
En la línea de trasiego 11, 13 de la fracción gaseosa se prevén medios de calentamiento 12, con el fin de recalentar la fracción gaseosa y evitar de este modo cualquier condensación cuando se produzca la compresión posterior.
La línea de trasiego de la fracción gaseosa 11, 13 alimenta un compresor 14. El compresor se fabrica con materiales resistentes a la corrosión, tales como acero inoxidable 316L, Hastelloy® o Inconel®.
A la salida del compresor 14, la presión es preferiblemente de 5 a 40 bar absolutos y más preferiblemente de 7 a 25 bar absolutos.
La fracción gaseosa comprimida se recoge con una línea de alimentación de fracción gaseosa comprimida 15, 17, conectada a la salida del compresor 14. Se pueden prever medios de enfriamiento 16 sobre la línea de alimentación de la fracción gaseosa comprimida 15, 17, con el objetivo de enfriar y eventualmente condensar de forma parcial la fracción gaseosa comprimida antes de las etapas de separación y purificación.
Preferiblemente, la fracción gaseosa comprimida se enfría de este modo a una temperatura de -10 a 50 °C.
La línea de trasiego de la fracción líquida 18 desemboca en una bomba 19. Esta bomba 19 permite enviar la fracción líquida hasta los medios de separación y purificación, a través de una línea de alimentación de la fracción líquida comprimida 20.
Los medios de separación y purificación del flujo procedente de la reacción comprenden principalmente medios de destilación.
Preferiblemente, los medios de destilación se hacen funcionar a una presión de 5 a 40 bar absolutos y, más preferiblemente, de 7 a 25 bar absolutos.
En el modo de realización ilustrado, los medios de destilación comprenden una primera columna de destilación 21 y una segunda columna de destilación 23.
Cada columna de destilación está provista de un evaporador en la parte inferior y de un sistema de condensación y de reflujo en cabeza, de la manera que se conoce habitualmente.
La primera columna de destilación 21 es alimentada por el flujo procedente de la reacción. Preferiblemente, la fracción líquida comprimida (aportada por la línea de alimentación de fracción líquida comprimida 20) y la fracción gaseosa comprimida (aportada por la línea de alimentación de la fracción gaseosa comprimida 15, 17) alimentan la primera columna de destilación 21 en niveles distintos, en particular según sus composiciones respectivas.
La función de la primera columna de destilación 21 es separar el HCl y el HFO-1234yf por una parte y e1HF y compuestos orgánicos (clorados y/o fluorados) por otra.
Así, se conecta una línea de trasiego de flujo intermedio 22 a la cabeza de la primera columna de destilación 21 y una línea de trasiego de fluoruro de hidrógeno no reaccionado 1 se conecta a la parte inferior de la primera columna de destilación 21.
El flujo intermedio transportado en la línea de trasiego de flujo intermedio 22 contiene principalmente HCl, HFO-1234yf, así como compuestos ligeros, a saber: nitrógeno, oxígeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono y otros derivados oxigenados. Asimismo, puede contener HFC-245cb, procedente de la reacción de fluoración, que posteriormente se podrá reciclar al reactor de fluoración, y una baja cantidad de HF ligada a la existencia de azéotropos.
El flujo aquí denominado “flujo de fluoruro de hidrógeno no reaccionado”, transportado en la línea de trasiego de fluoruro de hidrógeno no reaccionado 1, contiene no solo HF sino también otros compuestos orgánicos clorados y/o fluorados, como HCFO-1233xf y HFC-245cb, que son intermedios de reacción o compuestos orgánicos procedentes de reacciones secundarias.
Este flujo de fluoruro de hidrógeno no reaccionado se recicla hacia el reactor de fluoración 6. Se prevén medios de calentamiento 3 (tales como intercambiadores y economizadores) en la línea de transvase de fluoruro de hidrógeno no reaccionado 1 con el fin de recalentar y vaporizar el flujo antes de su entrada en el reactor de fluoración 6.
La línea de alimentación de hidrohalógenocarburo 4, la línea de alimentación de HF 2 y/o la línea de alimentación de oxígeno 5 pueden estar, por ejemplo, conectadas a la línea de trasiego de fluoruro de hidrógeno no reaccionado 1 por encima y/o por debajo de los medios de calentamiento 3, con el fin de que el reactor de fluoración 6 esté alimentado por una única conducción. De forma alternativa, el reactor de fluoración 6 se puede alimentar por las respectivas líneas, en diferentes lugares. Asimismo, se puede prever una línea de reciclaje directo desde la salida del reactor de fluoración 6 hacia la entrada (o hacia una entrada) del mismo, con los medios apropiados, como medios de calentamiento, de enfriamiento y/o de compresión.
Se puede prever un acoplamiento energético entre los medios de calentamiento 3 y los medios de enfriamiento y de condensación parcial 8, con el fin de que las calorías recuperadas en el enfriamiento y la condensación parcial del flujo gaseoso procedente de la reacción se reempleen para el calentamiento y la vaporización del flujo en la entrada del reactor de fluoración 6.
El flujo intermedio es objeto de una separación en la segunda columna de destilación 23, a fin de recuperar por una parte el producto de interés HFO-1234yf y, por otra, el HCl con los compuestos ligeros. Con este objetivo, la segunda columna de destilación 23 se alimenta en entrada mediante la línea de trasiego de flujo intermedio 22. En salida de esta segunda columna de destilación 23 se conectan, en cabeza, una línea de trasiego de ácido clorhídrico 24 y, en la parte inferior, una línea de trasiego de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno 25.
El flujo de HFO-1234yf recuperado en la parte inferior de la columna puede contener HFC-245cb, así como una baja cantidad de HF.
El flujo de HCl recuperado en la parte superior de la columna contiene en general asimismo los compuestos ligeros O2, N2, CO2 y CO (y/u otros derivados oxigenados).
Si es necesario, se pueden emplear etapas adicionales de purificación del flujo de HFO-1234yf, que se basan por ejemplo en un lavado, una extracción, una decantación, una destilación o una combinación de estas operaciones.
Preferiblemente, el HF y los compuestos orgánicos clorados o fluorados distintos de1HFO-1234yf que se recuperan en esas etapas adicionales se reciclan hacia el reactor de fluoración 6 (no representado).
Un segundo modo de realización del tratamiento del flujo procedente de la reacción se ilustra en la figura 2. Según esta variante, la función de la primera columna de destilación 21 es separar por una parte e1HCl y, por la otra, e1HFO-1234yf, el HF y los compuestos orgánicos (clorados y/o fluorados).
De este modo, se conecta una línea de trasiego de flujo intermedio 27 en la parte inferior de la primera columna de destilación 21 y se conecta una línea de trasiego de ácido clorhídrico 26 en cabeza de la primera columna de destilación 21.
El flujo de HCl recuperado en cabeza de la columna contiene en general asimismo los compuestos ligeros O2, N2, CO2 y CO (y/u otros derivados oxigenados).
El flujo intermedio transportado en la línea de trasiego de flujo intermedio 27 contiene principalmente HFO-1234yf, HF, así como otros compuestos orgánicos clorados y/o fluorados, tales como HFC-245cb o HCFO-1233xf.
El flujo intermedio es objeto de una separación en la segunda columna de destilación 23, con el fin de recuperar por una parte el producto de interés HFO-1234yf y, por otra, los otros compuestos orgánicos fluorados y/o clorados. Con este objetivo, la segunda columna de destilación 23 se alimenta en entrada mediante la línea de trasiego de flujo intermedio 27. En salida de esta segunda columna de destilación 23 se conectan, en cabeza, una línea de trasiego de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno 28 y, en la parte inferior de la columna, una línea de trasiego de flujo de fluoruro de hidrógeno no reaccionado 29.
El flujo de HFO-1234yf recuperado en cabeza puede contener HFC-245cb, así como una baja cantidad de HF. El flujo de fluoruro de hidrógeno no reaccionado, transportado en la línea de trasiego de fluoruro de hidrógeno no reaccionado 29, contiene no solamente HF, sino también otros compuestos clorados y/o fluorados, tales como HCFO-1233xf y HFC-245cb, que son productos intermedios de la reacción de fluoración o compuestos orgánicos procedentes de reacciones secundarias (de la misma forma que en el primer modo de realización). Se recicla hacia el reactor de fluoración 6 de la misma manera que para el primer modo de realización.
Entre las numerosas variantes posibles de la invención, se puede citar, en especial, la posibilidad de reemplazar los equipos únicos por conjuntos de numerosos equipos que funcionan en paralelo o en serie, por ejemplo, varios reactores de fluoración y/o varias primeras columnas de destilación y/o varias segundas columnas de destilación. Las líneas que conectan los diferentes equipos se adaptan en consecuencia.
Modo de realización 1: Procedimiento de producción de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno que comprende:
- una reacción de fluoración de un halopropano y/o halopropeno para dar 2,3,3,3-tetrafluoropropeno por medio de fluoruro de hidrógeno;
- la recuperación de un flujo gaseoso procedente de la reacción;
- el enfriamiento y la condensación parcial del flujo gaseoso procedente de la reacción, para obtener un flujo parcialmente condensado;
- la separación del flujo parcialmente condensado en una fracción gaseosa y una fracción líquida;
- la compresión de la fracción gaseosa para obtener una fracción gaseosa comprimida;
- la compresión de la fracción líquida para dar una fracción líquida comprimida;
- la destilación de la fracción gaseosa comprimida y de la fracción líquida comprimida para proporcionar un flujo de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno, un flujo de ácido clorhídrico y un flujo de fluoruro de hidrógeno no reaccionado.
Modo de realización 2: Procedimiento según el modo de realización 1, en el cual el flujo de fluoruro de hidrógeno no reaccionado comprende también compuestos orgánicos intermedios de la reacción de fluoración y/o compuestos orgánicos procedentes de reacciones secundarias
Modo de realización 3: Procedimiento según el modo de realización 1 o 2, en el cual el flujo de fluoruro de hidrógeno no reaccionado se recicla hacia la reacción de fluoración.
Modo de realización 4: Procedimiento según uno de los modos de realización 1 a 3, en el cual la reacción de fluoración es una reacción de fluoración catalítica en fase gaseosa.
Modo de realización 5: Procedimiento según uno de los modos de realización 1 a 4, en el cual la reacción de fluoración se efectúa a una presión inferior a la de la destilación de la fracción gaseosa comprimida y de la fracción líquida comprimida.
Modo de realización 6: Procedimiento según uno de los modos de realización 1 a 5, en el cual la reacción de fluoración se efectúa a una presión de 0,1 a 10 bar absolutos y, preferiblemente de 0,3 a 8 bar abs; y/o la destilación se efectúa a una presión de 5 a 40 bar abs y más preferiblemente de 7 a 25 bar abs.
Modo de realización 7: Procedimiento según uno de los modos de realización 1 a 6, en el cual la fracción gaseosa representa de 25 a 60 % del flujo parcialmente condensado, y la fracción líquida representa de 40 a 75 % del flujo parcialmente condensado, en proporciones de masa.
Modo de realización 8: Procedimiento según uno de los modos de realización 1 a 7, en el cual la etapa de destilación comprende:
- una primera destilación de la fracción gaseosa comprimida y de la fracción líquida comprimida; - la recuperación del flujo de fluoruro de hidrógeno no reaccionado a la salida de la primera destilación; - la recuperación de un flujo intermedio a la salida de la primera destilación;
- una segunda destilación del flujo intermedio;
- la recuperación del flujo de ácido clorhídrico a la salida de la segunda destilación; y
- la recuperación del flujo de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno a la salida de la segunda destilación.
Modo de realización 9: Procedimiento según uno de los modos de realización 1 a 7, en el cual la etapa de destilación comprende:
- una primera destilación de la fracción gaseosa comprimida y de la fracción líquida comprimida; - la recuperación del flujo de ácido clorhídrico a la salida de la primera destilación;
- la recuperación de un flujo intermedio a la salida de la primera destilación;
- una segunda destilación del flujo intermedio;
- la recuperación del flujo de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno a la salida de la segunda destilación y - la recuperación del flujo de fluoruro de hidrógeno no reaccionado a la salida de la segunda destilación.
Modo de realización 10: Procedimiento según uno de los modos de realización 1 a 9, en el cual la fracción gaseosa comprimida y la fracción líquida comprimida se introducen en diferentes localizaciones de una columna de destilación. Modo de realización 11: Procedimiento según uno de los modos de realización 1 a 10, en el cual el flujo de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno se somete a una o varias etapas de purificación adicionales, escogidas preferiblemente entre un lavado, una extracción, una decantación y una destilación.
Modo de realización 12: Procedimiento según uno de los modos de realización 1 a 11, en el cual el halopropano y/o halopropeno es un cloropropano y/o cloropropeno, y se escoge preferiblemente entre 1,1,1,2,3-pentacloropropano, 1,1,2,2,3-pentacloropropano, 1,1,2,3-tetracloropropeno, 2,3,3,3-tetracloropropeno, 1,1,1-trifluoro-2-cloropropeno y 1,1,1-trifluoro-2,3-dicloropropano y sus mezclas.
Modo de realización 13: Instalación de producción de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno que comprende:
- al menos un reactor de fluoración (6) alimentado con halopropano y/o halopropeno y fluoruro de hidrógeno; - una línea (7) de gases de reacción, conectada a la salida del reactor de fluoración (6);
- medios de enfriamiento y de condensación parcial (8), alimentados por la línea (7) de los gases de reacción; - una línea (9) de transporte de flujo parcialmente condensado conectado a la salida de los medios de enfriamiento y de condensación parcial (8);
- un depósito de separación (10) alimentado por la línea (9) de transporte de flujo parcialmente condensado; - una línea de trasiego de la fracción gaseosa (11, 13) y una línea de trasiego de la fracción líquida (18) conectadas a la salida del recipiente de separación (10);
- un compresor (14) alimentado por la línea de trasiego de la fracción gaseosa (11, 13);
- una línea de alimentación de la fracción gaseosa comprimida (15, 17) conectada a la salida del compresor (14);
- una bomba (19) alimentada por la línea de trasiego de fracción líquida (18);
- una línea de alimentación de fracción líquida comprimida (20) conectada a la salida de la bomba (19); - medios de destilación (21, 23) alimentados por la línea de alimentación de fracción gaseosa comprimida (15, 17) y por la línea de alimentación de fracción líquida comprimida (20);
- una línea de trasiego de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (25, 28), una línea de trasiego de ácido clorhídrico (24, 26) y una línea de trasiego de fluoruro de hidrógeno no reaccionado (1, 29), conectadas a la salida de los medios de destilación (21, 23).
Modo de realización 14: Instalación según el modo de realización 13, en la cual la línea de trasiego de fluoruro de hidrógeno no reaccionado (1, 29) alimenta el reactor de fluoración (6).
Modo de realización 15: Instalación según el modo de realización 13 o 14, que comprende medios de calentamiento (12) sobre la línea de trasiego de fracción gaseosa (11, 13).
Modo de realización 16: Instalación según uno de los modos de realización 13 a 15, en la cual los medios de destilación (21,23) comprenden una primera columna de destilación (21) y una segunda columna de destilación (23), alimentando la línea de alimentación de fracción gaseosa comprimida (15, 17) y la línea de alimentación de la fracción líquida comprimida (20) la primera columna de destilación (21).
Modo de realización 17: Instalación según el modo de realización 16, en la cual:
- la línea de trasiego de fluoruro de hidrógeno no reaccionado (1) se conecta en la parte inferior de la primera columna de destilación (21);
- una línea de trasiego de flujo intermedio (22) se conecta en cabeza de la primera columna de destilación (21) y alimenta la segunda columna de destilación (23);
- la línea de trasiego de ácido clorhídrico (24) se conecta en cabeza de la segunda columna de destilación (23) y
- la línea de trasiego de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (25) se conecta en la parte inferior de la segunda columna de destilación (23).
Modo de realización 18: Instalación según el modo de realización 16, en la cual:
- la línea de trasiego de ácido clorhídrico (26) se conecta en cabeza de la primera columna de destilación (21);
- una línea de trasiego de flujo intermedio (27) se conecta en la parte inferior de la primera columna de destilación (21) y alimenta la segunda columna de destilación (23);
- la línea de trasiego de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (28) se conecta en cabeza de la segunda columna de destilación (23) y
- la línea de trasiego de fluoruro de hidrógeno no reaccionado (29) se conecta en la parte inferior de la segunda columna de destilación (23).
Modo de realización 19: Instalación según uno de los modos de realización 13 a 18, en la cual la línea de alimentación de fracción gaseosa comprimida (15, 17) y la línea de alimentación de fracción líquida comprimida (20) alimentan la primera columna de destilación (21) en etapas diferentes de la misma.
Modo de realización 20: Instalación según uno de los modos de realización 13 a 19, en la cual la línea de trasiego de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (25, 28) alimenta medios de purificación adicionales, escogidos preferiblemente entre medios de lavado, de extracción, de decantación y de destilación.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento de producción de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno que comprende:
- una reacción de fluoración catalítica en fase gaseosa de un halopropano y/o un halopropeno para dar 2,3,3,3-tetrafluoropropeno por medio de fluoruro de hidrógeno;
- la recuperación de un flujo gaseoso procedente de la reacción;
- el enfriamiento y la condensación parcial del flujo gaseoso procedente de la reacción, para obtener un flujo parcialmente condensado;
- la separación del flujo parcialmente condensado en una fracción gaseosa y una fracción líquida; - la compresión de la fracción gaseosa para obtener una fracción gaseosa comprimida;
- la destilación de la fracción gaseosa comprimida para proporcionar un flujo que comprende por una parte HCL y por otra parte 2,3,3,3-tetrafluoropropeno, HF que no ha reaccionado, 2-cloro-3,3,3-trifluoropropeno y 1,1,1,2,2-pentafluoropropeno.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el cual el halopropano y/o halopropeno es un cloropropano y/o un cloropropeno, y se escoge preferiblemente entre el 1,1,1,2,3-pentacloropropano, el 1,1,2,2,3-pentacloropropano, el 1,1,2,3-tetracloropropeno, el 2,3,3,3-tetracloropropeno, el 1,1,1-trifluoro-2-cloropropeno y el 1,1,1-trifluoro-2,3-dicloropropano y sus mezclas.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el cual la separación del flujo parcialmente condensado en una fracción gaseosa y una fracción líquida se efectúa por destilación.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, de forma que dicho procedimiento comprende también una etapa de compresión de la fracción líquida para obtener una fracción líquida comprimida.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el cual el flujo de fluoruro de hidrógeno no reaccionado se recicla hacia la reacción de fluoración.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el cual la reacción de fluoración se efectúa a una presión inferior a la de la destilación de la fracción gaseosa comprimida y de la fracción líquida comprimida.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el cual la reacción de fluoración se efectúa a una presión de 0,1 a 10 bar absolutos, y, preferiblemente, de 0,3 a 8 bar absolutos; y/o la destilación se efectúa a una presión de 5 a 40 bar abs y, más preferiblemente, de 7 a 25 bar abs.
8. Instalación de producción de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno que comprende:
- al menos un reactor de fluoración (6) alimentado con halopropano y/o halopropeno y con fluoruro de hidrógeno;
- una línea (7) de gases de reacción, conectada a la salida del reactor de fluoración (6);
- medios de enfriamiento y de condensación parcial (8), alimentados por la línea (7) de los gases de reacción;
- una línea de transporte (9) del flujo parcialmente condensado conectada a la salida de los medios de enfriamiento y de condensación parcial (8):
- un medio de separación (10) alimentado por la línea de transporte (9) del flujo parcialmente condensado;
- una línea de trasiego de la fracción gaseosa (11, 13) y una línea de trasiego de la fracción líquida (18) conectadas a la salida del recipiente de separación (10);
- un compresor (14) alimentado por la línea de trasiego de la fracción gaseosa (11, 13);
- una línea de alimentación de fracción gaseosa comprimida (15, 17) conectada a la salida del compresor (14);
- medios de destilación (21, 23) alimentados por la línea de alimentación de fracción gaseosa comprimida (15, 17);
- una línea de trasiego de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (28), una línea de trasiego de ácido clorhídrico (26) y una línea de trasiego de fluoruro de hidrógeno no reaccionado (29).
9. Instalación según la reivindicación 8, caracterizada porque la línea de trasiego de fluoruro de hidrógeno no reaccionado está conectada al reactor de fluoración.
10. Instalación según la reivindicación 8 o la reivindicación 9 caracterizada porque comprende también una bomba (19) alimentada por la línea de trasiego de fracción líquida (18); y una línea de alimentación de fracción líquida comprimida (20) conectada a la salida de la bomba (19).
11. Instalación según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizada porque la línea de alimentación de fracción líquida comprimida (20) alimenta los medios de destilación (21).
12. Instalación según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, que comprende medios de calentamiento (12) sobre la línea de trasiego de fracción gaseosa (11, 13).
13. Instalación según una de las reivindicaciones 8 a 12, en la cual la línea de alimentación de fracción gaseosa comprimida (15, 17) y la línea de alimentación de fracción líquida comprimida (20) alimentan la primera columna de destilación (21) en etapas diferentes de la misma.
14. Instalación según una de las reivindicaciones 8 a 13, en la cual la línea de trasiego de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (28) alimenta medios de purificación adicionales, preferiblemente escogidos entre medios de lavado, de extracción, de decantación y de destilación.
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