Brevet FR3000096A1 — publié le 20140627

- 1 - COMPOSITION COMPRENANT DU 2,3,3,3-TETRAFLUOROPROPENE La présente invention concerne des compositions comprenant du 2,3,3,3- tetrafluoropropène, utiles dans de nombreux domaines d'applications tels que réfrigération, agent d'expansion, solvants et aérosols. Un paramètre très important dans le choix d'une composition utile dans les domaines de la réfrigération, de l'air-conditionné et des pompes à chaleurs est son impact sur l'environnement. La fabrication du 2,3,3,3-tetrafluoropropène (HF0-1234yf) s'accompagnant d'une multitude de sous-produits, ayant un point d'ébullition proche du HF0-1234yf, conduit à des étapes de purification assez complexes et coûteuses. La difficulté rencontrée au cours de la purification du H F0-1234yf implique généralement une perte conséquente en produit recherché. De plus, ces sous-produits peuvent former des compositions binaires ou ternaires azéotropiques avec le HF0-1234yf, rendant la séparation par distillation simple impossible. La présente invention a pour objet une composition comprenant le composé HF0-1234yf et au moins un autre composé additionnel choisi parmi HCFC-240db, HCF0-1233xf, HCFC-243db, HCF0-1233zd, HCC-40, HCFC-114a, HCFC-115, HCFC-122, HCFC-123, HCFC-124, HCFC-124a, HFC-125, HCFC-133a, HCFC-142, HCFC-143, HFC-152a, HCFC-243ab, HCFC-244eb, HFC-281ea, HCO-1110, HCF0- 1111, HCFO-1113, HCF0-1223xd, HCF0-1224xe. De préférence, la totalité des composés additionnels représente au plus 1 % en poids de la composition comprenant le HF0-1234yf et avantageusement au plus 0,5 % en poids. Les composés tels que HCFC-115, HFC-152a et HCC-40 ont un point d'ébullition particulièrement proche de celui de HF0-1234yf. Selon un mode de réalisation de l'invention, la composition comprend le composé HF0-1234yf et au moins un autre composé additionnel choisi parmi le HCFC-115, HFC-152a, HCC-40, de préférence le HFC-152a et/ou le HCC-40. Avantageusement, le HCFC-115 et/ou HFC-152a et/ou HCC-40 lorsqu'il(s) est (sont) présent(s) dans la composition représente au plus 500 ppm et particulièrement préféré représente au plus 50 ppm. Selon ce mode de réalisation, la composition peut comprendre en outre au moins un composé choisi parmi le HCFC-240db, HCF0-1233xf, HCFC-243db, HCF0- 1233zd, HCFC-114a, HCFC-122, HCFC-123, HCFC-124, HCFC-124a, HFC-125, - 2 - HCFC-133a, HCFC-142, HCFC-143, HCFC-243ab, HCFC-244eb, HFC-281ea, HCO1110, HCFO-1111, HCFO-1113, HCF0-1223xd, HCF0-1224xe. Dans un mode de mise oeuvre, la composition selon l'invention peut aussi comprendre au moins un composé choisi parmi HF0-1234ze, HFC-245cb, HFC- 245eb, HFC-245fa, HFC-23, HFC-134a, HFC-143a, HFC-236fa, HCFC-244bb, HCFC- 244db, HFO-1132a, HFO-1223, HF0-1225zc, HF0-1225ye, HCF0-1232xf et HFO1243zf. Quelque soit le mode de réalisation, la totalité des composé(s) additionnel(s) représente au plus 1 % en poids de la composition comprenant le HF0-1234yf et avantageusement au plus 0,5 % en poids. A titre d'exemple on peut citer notamment les composés suivants dont les acronymes représentent : - HCFC-240db : 1,1,1,2,3-pentachloropropane ou CCI3-CHCI-CH2C1 - HCF0-1233xf : 3,3,3-trifluoro-2-chloropropene ou CF3-CCI=CH2 - HCFC-243db : 1,1,1-trifluoro-2,3-dichloropropane ou CF3-CHCI-CH2CI - HCF0-1233zd : E/Z-3,3,3-trifluoro-1-chloropropene ou CF3-CH=CHCI - HCC-40 : chloromethane ou CH3CI - HCFC-114a : 1,1,1,2-tetrafluoro-2,2-dichloroethane ou CF3-CCI2F - HCFC-115 : 1,1,1,2,2-pentafluoro-2-chloroethane CF3-CCI F2 - HCFC-122 : 1,1,2-trichloro-2,2-difluoroethane ou CHCl2-CCIF2 - HCFC-123 : 1,1,1-trifluoro-2,2-dichloroethane ou CF3-CHCl2 - HCFC-124 : 1,1,1,2-tetrafluoro-2-chloroethane ou CF3-CHCIF - HCFC-124a : 1,1,2,2,-tetrafluoro-2-chloroethane ou CHF2-CCIF2 - HFC-125 : 1,1,1,2,2,-pentafluoroethane ou CF3-CH F2 - HCFC-133a : 1,1,1-trifluoro-2-chloroethane ou CF3-CH2CI - HCFC-142 : 1,1-difluoro-2-chloroethane ou CHF2-CH2CI - HCFC-143 : 1,1,2-trifluoroethane ou CHF2-CH2F - HFC-152a : 1,1-difluoroethane ou CHF2-CH3 - HCFC-243ab : 1,1,1-trifluoro-2,2-dichloropropane ou CF3-CCI2- CH3 - HCFC-244eb : 1,1,1,2-tetrafluoro-3-chloropropane ou CF3-CHF-CH2CI - HFC-281ea : 2-fluoropropane ou CH3-CFH-CH3 - HCO-1110 : 1,1,2,2-tetrachloroethylene ou 0012=0012 - HCFO-1111 : 1,1,2-trichloro-2-fluoroethylene ou CCI2=CCIF - HCFO-1113 : 1,1,2-trifluoro-2-chloroethylene ou CF2=CCIF - HCF0-1223xd : E/Z-3,3,3-trifluoro-1,2-dichloropropene ou CF3-CCI=CHCI - HCF0-1224xe : E/Z-1,3,3,3-tetrafluoro-2-chloropropene ou CF3-CCI=CHF - 3 - - HF0-1234ze : E/Z-1,3,3,3-tetrafluoropropene ou CF3-CH=CHF - HFC-245cb : 1,1,1,2,2-pentafluoropropane ou CF3-CF2-CH3 - HFC-245eb : 1,1,1,2,3-pentafluoropropane ou CF3-CHF-CH2F - HFC-245fa : 1,1,1,3,3-pentafluoropropane ou CF3-CH2-CH F2 - HFC-23 : trifluoromethane ou CHF3 - HFC-134a : 1,1,1,2-tetrafluoroethane ou CF3-CH2F - HFC-143a : 1,1,1-trifluoroethane ou CF3-CH3 - HFC-236fa : 1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane ou CF3-CH2-CF3 - HCFC-244bb : 1,1,1,2-tetrafluoro-2-chloropropane ou CF3-CFCI-CH3 - HCFC-244db : 1,1,1,3-tetrafluoro-2-chloropropane ou CF3-CHCI-CH2F - HFO-1132a : 1,2-difluoroethylene ou CHF=CHF - HFO-1223 : 3,3,3-trifluoropropyne ou CF3-CECH - HF0-1225zc : E/Z-1,1,3,3,3-pentafluoropropene ou CF3-CH=CF2 - HF0-1225ye : E/Z-1,2,3,3,3-pentafluoropropene ou CF3-CF=CHF - HCF0-1232xf : 3,3-difluoro-1,3-dichloropropene ou CCIF2-CCI=CH2 - HF0-1243zf : 3,3,3-trifluoropropene ou CF3-CH=CH2 Selon un mode de mise en oeuvre plus particulier, la composition selon l'invention peut comprendre un mélange ternaire, par exemple un mélange choisi parmi: - HF0-1234yf, HFC-152a, HFC-245cb - HF0-1234yf, HCC-40, HFC-245cb - HF0-1234yf, HCFC-115, HFC-245cb - HF0-1234yf, HFC-152a, HFC-134a - HF0-1234yf, HCC-40, HFC-134a - HF0-1234yf, HCFC-115, HFC-134a - HF0-1234yf, HFC-152a, HF0-1234ze - HF0-1234yf, HCC-40, HF0-1234ze - HF0-1234yf, HCFC-115, HF0-1234ze Selon un mode de réalisation plus particulier, la composition selon l'invention peut comprendre un mélange quaternaire, par exemple un mélange choisi parmi: - HF0-1234yf, HFC-152a, HCC-40, HFC-245cb - HF0-1234yf, HFC-152a, HCC-40, HFC-1234ze On ne sort pas du cadre de l'invention, lorsque la composition comprend un mélange de plus de quatre composés. - 4 - La composition selon l'invention peut être obtenue à partir du HCC-240db et en faisant appel à une ou plusieurs étapes réactionnelles. Ainsi, le HCC-240db peut être soumis à une étape réactionnelle en phase gaz avec un agent de fluoration, de préférence l'HF anhydre, pour donner directement le HF0-1234yf, éventuellement accompagné de produits intermédiaires choisis parmi le HCF0-1233xf, HCFC-243db et HCF0-1233zd. La réaction de fluoration peut être mise en oeuvre en présence de catalyseur et de préférence à une température comprise entre 100 °C et 500 °C, plus préférentiellement comprise entre 200 et 450 °C. Après séparation du HF0-1234yf, notamment par décantation suivie de distillation, le(s) produit(s) intermédiaire(s) et le cas échéant le HCC-240db non réagi peuvent ensuite être recyclés à l'étape réactionnelle. La composition selon l'invention peut également être obtenue à partir du HCC240db au moyen d'au moins deux étapes réactionnelles. La première étape consiste en général à soumettre le HCC-240db à une réaction en phase gaz avec un agent de fluoration, de préférence de l'HF anhydre, pour donner au moins un produit intermédiaire tel que le HCF0-1233xf. Dans une deuxième étape, le produit intermédiaire réagit avec un agent de fluoration, de préférence de l'HF anhydre, pour donner une composition comprenant le HF0-1234yf et au moins un composé additionnel tel que décrit ci-dessus. A l'issue de la deuxième étape, la composition comprenant le HF0-1234yf et au moins un composé additionnel est soumise à une étape de séparation et/ou purification. Les deux étapes peuvent être mise en oeuvre en présence d'un catalyseur, le catalyseur pouvant être identique ou différent. Ces étapes peuvent être mise en oeuvre dans un même réacteur lorsque la réaction effectuée en phase gazeuse. Dans ce cas, le réacteur peut comprendre un lit catalytique supérieur différent de celui du lit inférieur. Lorsque la préparation est effectuée à l'aide de deux étapes réactionnelles, la température de réaction de la première étape est en général inférieure à celle de la deuxième étape et est de préférence comprise entre 100 °C et 500 °C, plus préférentiellement comprise entre 200 et 450 °C. En cas de besoin, après l'étape de séparation et/ou purification précitée, le flux comprenant du HF0-1234yf peut être soumis à une étape de distillation azéotropique et/ou d'adsorption par du charbon actif et/ou tamis moléculaire ou à une étape de photochloration. Selon un mode de réalisation de l'invention, la composition est obtenue par une série de réactions (figure 1). La figure 1 illustre une série de réactions pour la - 5 - production de HF0-1234yf. La série de réaction commence par une réaction d'hydrofluoration de HCC-240db, avec du fluorure d'hydrogène en HCF0-1233xf. Le composé HCF0-1233xf peut subir à son tour une réaction d'hydrofluoration en HFO1234yf. Le composé HF0-1234yf peut à son tour subir une réaction d'hydrofluoration en HFC-245cb. De multitudes de produits peuvent être obtenus par des réactions parallèles à cette série de réactions par exemple par des réactions d'isomérisation, d'addition d'HCI et de chloration. Les réactions décrites précédemment sont préférentiellement réalisées, en présence de catalyseur de fluoration supporté ou non, de préférence activé en présence de fluorure d'hydrogène et/ou d'air, comprenant des oxydes de chrome et éventuellement un co-catalyseur à base par exemple de nickel, de zinc, de titane, de magnésium et d'étain. La(les) réaction(s) d'hydrofluoration peut/peuvent être conduite(s) en phase gazeuse, éventuellement en présence d'une quantité suffisante d'oxygène. La production de HF0-1234yf peut être conduite dans un ou plusieurs réacteurs en séries. L'alimentation en HCC-240db peut être placée à l'entrée d'un des réacteurs ou à l'entrée du premier réacteur en série, ou à chacune des entrées de chacun des réacteurs en série. La(les) réaction(s) d'hydrofluoration peut(peuvent) être conduite(s) en continu, semi-continu. La production de HF0-1234yf peut être préférentiellement conduite à une pression absolue comprise entre 0,1 et 50 bars, plus préférentiellement entre 0,3 et 15 bars. Le temps de contact dans le réacteur est compris entre 1 et 100 secondes, préférentiellement compris entre 5 et 50 secondes. Le ratio molaire entre le fluorure d'hydrogène et les composés organiques sont compris entre 4:1 et 100:1, de préférence entre 5:1 et 50:1. Les compositions décrites selon l'invention peuvent contenir HF, HCI et des gaz inertes (azote, oxygène, dioxyde de carbone, monoxyde de carbone, etc). Des étapes de neutralisation/élimination d'HF et HCI peuvent être également conduites. Les compositions décrites selon l'invention peuvent également ne pas contenir ou contenir des traces d'HF et/ou d'HCI. En présence d'un large excès d'HF mis en jeu dans l'(les) étape(s) réactionnelle(s), la fabrication du HF0-1234yf peut comprendre, au moins une étape - 6 - de distillation pour récupérer une partie d'HF qui peut être recyclée à l'(les) étape(s) réactionnelle(s). Les compositions selon l'invention sont utiles dans de nombreux domaines d'applications, notamment en tant que fluide de transfert de chaleur, propulseurs, agents moussants, agents gonflants, diélectriques gazeux, milieu de polymérisation ou monomère, fluides supports, agents pour abrasifs, agents de séchage et fluides pour unité de production d'énergie. REVENDICATIONS1. Composition comprenant le composé HF0-1234yf et au moins un autre composé additionnel choisi parmi HCFC-240db, HCF0-1233xf, HCFC-243db, HCF0- 1233zd, HCC-40, HCFC-114a, HCFC-115, HCFC-122, HCFC-123, HCFC-124, HCFC-124a, HFC-125, HCFC-133a, HCFC-142, HCFC-143, HFC-152a, HCFC243ab, HCFC-244eb, HFC-281ea, HCO-1110, HCFO-1111, HCFO-1113, HCF0- 1223xd, HCF0-1224xe. 2. Composition selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comprend le composé HF0-1234yf et au moins un autre composé additionnel choisi parmi HCFC-115, HFC-152a, HCC-40, de préférence HFC-152a et/ou HCC-40. 3. Composition selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'elle comprend au moins un composé choisi parmi le HCFC-240db, HCF0-1233xf, HCFC-243db, HCF0- 1233zd, HCFC-114a, HCFC-122, HCFC-123, HCFC-124, HCFC-124a, HFC-125, HCFC-133a, HCFC-142, HCFC-143, HCFC-243ab, HCFC-244eb, HFC-281ea, HCO-1110, HCFO-1111, HCFO-1113, HCF0-1223xd, HCF0-1224xe. 4. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'elle comprend au moins un composé choisi parmi HF0-1234ze, HFC245cb, HFC-245eb, HFC-245fa, HFC-23, HFC-134a, HFC-143a, HFC-236fa, HCFC-244bb, HCFC-244db, HFO-1132a, HFO-1223, HF0-1225zc, HF0-1225ye, HCF0-1232xf et HF0-1243zf. 5. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comprend au plus 1 % en poids de la totalité des composé(s) additionnel(s).30