Brevet FR3077572A1 — publié le 20190809

Composition azéotropique ou quasi-azéotropique ternaire comprenant HF, 2,3,3,3- tétrafluoropropène et 1,1,1,2,2-pentafluoropropane Domaine technique de l'invention La présente invention concerne une composition comprenant du fluorure d'hydrogène, 2,3,3,3-tétrafluoropropène et 1,1,1,2,2-pentafluoropropène. En particulier, la présente invention concerne une composition azéotropique ou quasi-azéotropique comprenant du fluorure d'hydrogène, 2,3,3,3-tétrafluoropropène et 1,1,1,2,2-pentafluoropropène Arrière-plan technologique de l'invention Les hydrofluorocarbones (HFC) et en particulier les hydrofluorooléfines, telles que le 2,3,3,3-tétrafluoro-1-propène (HFO 1234yf) sont des composés connus pour leurs propriétés de réfrigérants et fluides caloporteurs, extinctrices, 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. A la différence des CFC et des HCFC, qui sont potentiellement dangereux pour la couche d'ozone, les HFOs ne contiennent pas de chlore et donc ne posent pas de problème pour la couche d'ozone. On connaît plusieurs procédés de fabrication du 1234yf. Par exemple, WO 2011/010025 décrit le procédé de préparation de 2,3,3,3-tétrafluoropropène à partir de hexafluoropropylène. On connait également de WO 2013/088195 la préparation de 2,3,3,3-tétrafluoropropène à partir du 1,1,1,2,3-pentachloropropane. Outre les étapes réactionnelles proprement dites, les procédés de préparation de 2,3,3,3-tétrafluoropropène connus de l'art antérieur mettent en oeuvre une ou plusieurs étapes de purification incluant généralement une ou plusieurs distillations. Le fonctionnement d'une colonne de distillation peut être perturbé par la formation de compositions azéotropiques au cours de la mise en oeuvre de celle-ci. Ceci peut engendrer une baisse d'efficacité dans la séparation des différents composés. Cela peut également induire un mauvais design de la colonne de distillation avec des répercussions importantes sur l'efficacité globale du procédé à l'échelle industrielle. L'existence d'azéotropes entre le fluorure d'hydrogène et 2,3,3,3-tétrafluoropropène est connue de US 7,476,771. En outre, l'existence d'azéotropes entre le fluorure d'hydrogène et le 1,1,1,2,2-pentafluoropropane, sous-produit observé dans les procédés de préparation du 2,3,3,3-tétrafluoropropène est également connue de WO 2008/054781. 2 L'identification de nouvelles compositions azéotropiques est essentielle pour fournir un procédé de séparation ou de purification efficace. Résumé de l'invention 5 Selon un premier aspect, la présente invention concerne une composition azéotropique ou quasi-azéotropique comprenant du fluorure d'hydrogène, 2,3,3,3-tétrafluoropropène et 1,1,1,2,2-pentafluoropropane, caractérisée en ce que ladite composition a un point d'ébullition supérieur à 40°C, avantageusement supérieur à 45°C, de préférence supérieur à 50°C. Selon un mode de réalisation préféré, ladite composition est obtenue pour une pression 10 supérieure à 11 bara, avantageusement supérieure à 13 bara, de préférence supérieure à 15 bara. Selon un mode de réalisation préféré, ladite composition a un point d'ébullition compris entre 40°C et 100°C à une pression comprise entre 11 et 30 bara ; avantageusement un point d'ébullition compris entre 45°C et 100°C à une pression comprise entre 13 et 30 bara. 15 Selon un mode de réalisation préféré, la teneur en fluorure d'hydrogène est de 10 à 70 % en mole sur base de composition molaire de ladite composition. Selon un mode de réalisation préféré, la teneur en 2,3,3,3-tétrafluoropropène est de 10 à 90 % en mole sur base de composition molaire de ladite composition. Selon un mode de réalisation préféré, la teneur en 1,1,1,2,2-pentafluoropropane est de 20 1 à 50 % en mole sur base de composition molaire de ladite composition. Selon un mode de réalisation préféré, le point d'ébullition de ladite composition azéotropique ou quasi-azéotropique est compris entre 45°C et 65°C à une pression comprise entre 13 et 20 bara, avantageusement entre 50°C et 65°C à une pression comprise entre 15 et 20 bara. 25 Selon un mode de réalisation préféré, ladite composition azéotropique ou quasi- azéotropique consiste en fluorure d'hydrogène, 2,3,3,3-tétrafluoropropène et 1,1,1,2,2- pentafluoropropane. Selon un mode de réalisation préféré, la composition azéotropique ou quasi-azéotropique comprend 31 mol.% de fluorure d'hydrogène, 66 mol.% de 2,3,3,3- 30 tétrafluoropropène et 3 mol.% de 1,1,1,2,2-pentafluoropropane, et a un point d'ébullition de 60°C à une pression de 18 bara. 3 Selon un second aspect, la présente invention concerne un procédé de séparation d'une composition comprenant du fluorure d'hydrogène, 2,3,3,3-tétrafluoropropène et 1,1,1,2,2- pentafluoropropane caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : i) fourniture d'une composition comprenant du fluorure d'hydrogène, 2,3,3,3- 5 tétrafluoropropène et 1,1,1,2,2-pentafluoropropane ; ii) distillation de ladite composition fournie à l'étape i) à une température en pied de colonne de distillation inférieure à 45°C, de préférence inférieure à 40°C, pour former et récupérer un premier courant, avantageusement en tête de colonne de distillation, comprenant 2,3,3,3-tétrafluoropropène et du fluorure d'hydrogène et un second courant, avantageusement 10 en pied de colonne de distillation, comprenant 1,1,1,2,2-pentafluoropropane et du fluorure d'hydrogène. La mise en oeuvre du procédé selon le second aspect de la présente invention permet d'éviter la formation de la composition azéotropique ternaire selon la présente invention, et ainsi de séparer efficacement le 2,3,3,3-tétrafluoropropène du 1,1,1,2,2-pentafluoropropane 15 par distillation. Description détaillée de l'invention Selon un premier aspect de la présente invention, une composition azéotropique ou quasi-azéotropique est fournie. De préférence, ladite composition azéotropique ou quasi- 20 azéotropique comprend du fluorure d'hydrogène, 2,3,3,3-tétrafluoropropène et 1,1,1,2,2- pentafluoropropane. Le demandeur a identifié de manière surprenante la formation d'une composition azéotropique ternaire HF/HF0-1234yVHFC-245cb dans des conditions particulières de température. La formation de cette composition ternaire au cours d'étapes de distillation d'un 25 flux réactionnel peut perturber leur bon fonctionnement et empêcher une séparation efficace entre le 2,3,3,3-tétrafluoropropène et le 1,1,1,2,2-pentafluoropropane lorsqu'une telle séparation est recherchée. De préférence, ladite composition azéotropique ou quasi-azéotropique comprend du fluorure d'hydrogène, 2,3,3,3-tétrafluoropropène et 1,1,1,2,2-pentafluoropropane et a un point 30 d'ébullition supérieur à 40°C. En particulier, ladite composition azéotropique ou quasi- azéotropique a un point d'ébullition supérieur à 41°C ou supérieur à 42°C ou supérieur à 43°C ou supérieur à 44°C ou supérieur à 45°C ou supérieur à 46°C ou supérieur à 47°C ou supérieur à 48°C ou supérieur à 49°C ou supérieur à 50°C. 4 En particulier, ladite composition azéotropique ou quasi-azéotropique a un point d'ébullition inférieur à 100°C, avantageusement inférieur à 90°C, de préférence inférieure à 80°C, en particulier inférieur à 70°C. Ainsi, ladite composition azéotropique ou quasi-azéotropique a un point d'ébullition inférieur à 100°C ou inférieur à 99°C ou inférieur à 98°C ou 5 inférieur à 97°C ou inférieur à 96°C ou inférieur à 95°C ou inférieur à 94°C ou inférieur à 93°C ou inférieur à 92°C ou inférieur à 91°C ou inférieur à 90°C ou inférieur à 89°C ou inférieur à 88°C ou inférieur à 87°C ou inférieur à 86°C ou inférieur à 85°C ou inférieur à 84°C ou inférieur à 83°C ou inférieur à 82°C ou inférieur à 81°C ou inférieur à 80°C ou inférieur à 79°C ou inférieur à 78°C ou inférieur à 77°C ou inférieur à 76°C ou inférieur à 75°C ou inférieur à 74°C ou inférieur à 73°C ou 10 inférieur à 72°C ou inférieur à 71°C ou inférieur à 70°C. Plus préférentiellement, ladite composition azéotropique ou quasi-azéotropique a un point d'ébullition inférieur à 69°C ou inférieur à 68°C ou inférieur à 67°C ou inférieur à 66°C ou inférieur à 65°C. De préférence, ladite composition azéotropique ou quasi-azéotropique a un point 15 d'ébullition supérieur à 40°C ou supérieur à 41°C ou supérieur à 42°C ou supérieur à 43°C ou supérieur à 44°C ou supérieur à 45°C ou supérieur à 46°C ou supérieur à 47°C ou supérieur à 48°C ou supérieur à 49°C ou supérieur à 50°C; et inférieur à 100°C, avantageusement inférieur à 90°C, de préférence inférieure à 80°C, en particulier inférieur à 70°C. En particulier, ladite composition azéotropique ou quasi-azéotropique a un point 20 d'ébullition supérieur à 40°C ou supérieur à 41°C ou supérieur à 42°C ou supérieur à 43°C ou supérieur à 44°C ou supérieur à 45°C ou supérieur à 46°C ou supérieur à 47°C ou supérieur à 48°C ou supérieur à 49°C ou supérieur à 50°C; et inférieur à 100°C ou inférieur à 99°C ou inférieur à 98°C ou inférieur à 97°C ou inférieur à 96°C ou inférieur à 95°C ou inférieur à 94°C ou inférieur à 93°C ou inférieur à 92°C ou inférieur à 91°C ou inférieur à 90°C ou inférieur à 89°C ou 25 inférieur à 88°C ou inférieur à 87°C ou inférieur à 86°C ou inférieur à 85°C ou inférieur à 84°C ou inférieur à 83°C ou inférieur à 82°C ou inférieur à 81°C ou inférieur à 80°C ou inférieur à 79°C ou inférieur à 78°C ou inférieur à 77°C ou inférieur à 76°C ou inférieur à 75°C ou inférieur à 74°C ou inférieur à 73°C ou inférieur à 72°C ou inférieur à 71°C ou inférieur à 70°C. Plus particulièrement, ladite composition azéotropique ou quasi-azéotropique a un 30 point d'ébullition supérieur à 40°C ou supérieur à 41°C ou supérieur à 42°C ou supérieur à 43°C ou supérieur à 44°C ou supérieur à 45°C ou supérieur à 46°C ou supérieur à 47°C ou supérieur à 48°C ou supérieur à 49°C ou supérieur à 50°C ; et inférieur à 69°C ou inférieur à 68°C ou inférieur à 67°C ou inférieur à 66°C ou inférieur à 65°C. 5 En particulier, ladite composition azéotropique ou quasi-azéotropique a un point d'ébullition compris entre 45°C et 65°C. Plus particulièrement, ladite composition azéotropique ou quasi-azéotropique a un point d'ébullition compris entre 50°C et 65°C. Selon un mode de réalisation préféré, la composition azéotropique ou quasi- 5 azéotropique est obtenue pour une pression comprise entre 11 et 30 bara, avantageusement entre 11 et 25 bara, de préférence entre 11 et 24 bara, plus préférentiellement entre 12 et 23 bara, en particulier entre 12 et 22 bara, plus particulièrement entre 12 et 21 bara, de manière privilégiée entre 12 et 20 bara, de manière plus privilégiée entre 13 et 20 bara. De préférence, ladite composition azéotropique ou quasi-azéotropique comprend du 10 fluorure d'hydrogène, 2,3,3,3-tétrafluoropropène et 1,1,1,2,2-pentafluoropropane et a un point d'ébullition compris entre 40°C et 100°C à une pression comprise entre 11 et 30 bara, avantageusement un point d'ébullition entre 45°C et 90°C à une pression comprise entre 13 et 28 bara, de préférence un point d'ébullition entre 45°C et 80°C à une pression comprise entre 13 et 25 bara, plus préférentiellement un point d'ébullition entre 45°C et 70°C à une pression 15 comprise entre 13 et 21 bara, en particulier un point d'ébullition entre 45°C et 65°C à une pression comprise entre 13 et 20 bara, plus particulièrement un point d'ébullition entre 50°C et 65°C à une pression comprise entre 15 et 20 bara. Selon un mode de réalisation préféré, la teneur en fluorure d'hydrogène est de 10 à 70 % en mole sur base de composition molaire de ladite composition, de préférence de 15 à 65 % 20 en mole, en particulier de 20 à 60% en mole, plus particulièrement de 25 à 55% en mole sur base de composition molaire de ladite composition. Selon un mode de réalisation préféré, la teneur en 2,3,3,3-tétrafluoropropène est de 10 à 90 % en mole sur base de composition molaire de ladite composition, de préférence de 15 à 85 % en mole, en particulier de 20 à 80% en mole, plus particulièrement de 20 à 75% en mole, 25 de manière privilégiée de 20 à 70 % en mole sur base de composition molaire de ladite composition. Selon un mode de réalisation préféré, la teneur en 1,1,1,2,2-pentafluoropropane est de 1 à 50 % en mole sur base de composition molaire de ladite composition, de préférence de 1 à 45 % en mole, en particulier de 1 à 40% en mole, plus particulièrement de 2 à 35% en mole, de 30 manière privilégiée de 2 à 30 % en mole sur base de composition molaire de ladite composition. De préférence, ladite composition azéotropique ou quasi-azéotropique comprend de 10 à 70 % en mole de fluorure d'hydrogène, de 10 à 90 % en mole de 2,3,3,3-tétrafluoropropène et 6 de 1 à 50% en mole de 1,1,1,2,2-pentafluoropropane sur base de composition molaire de ladite composition. En particulier, ladite composition azéotropique ou quasi-azéotropique comprend de 10 à 70 % en mole, de préférence de 15 à 65 % en mole, en particulier de 20 à 60% en mole, plus 5 particulièrement de 25 à 55% en mole de fluorure d'hydrogène ; de 10 à 90 % en mole, de préférence de 15 à 85 % en mole, en particulier de 20 à 80% en mole, plus particulièrement de 20 à 75% en mole, de manière privilégiée de 20 à 70 % en mole de 2,3,3,3-tétrafluoropropène ; et de 1 à 50 % en mole, de préférence de 1 à 45 % en mole, en particulier de 1 à 40% en mole, plus particulièrement de 2 à 35% en mole, de manière privilégiée de 2 à 30 % en mole de 10 1,1,1,2,2-pentafluoropropane sur base de composition molaire de ladite composition. Plus particulièrement, ladite composition consiste en : - de 10 à 70 % en mole, de préférence de 15 à 65 % en mole, en particulier de 20 à 60% en mole, plus particulièrement de 25 à 55% en mole de fluorure d'hydrogène ; - de 10 à 90 % en mole, de préférence de 15 à 85 % en mole, en particulier de 20 à 80% 15 en mole, plus particulièrement de 20 à 75% en mole, de manière privilégiée de 20 à 70 % en mole de 2,3,3,3-tétrafluoropropène ; et - de 1 à 50 % en mole, de préférence de 1 à 45 % en mole, en particulier de 1 à 40% en mole, plus particulièrement de 2 à 35% en mole, de manière privilégiée de 2 à 30 % en mole de 1,1,1,2,2-pentafluoropropane 20 sur base de composition molaire de ladite composition. Ainsi, dans un mode de réalisation particulièrement préféré, la présente invention fournit une composition azéotropique ou quasi-azéotropique comprenant : - de 10 à 70 % en mole, de préférence de 15 à 65 % en mole, en particulier de 20 à 60% en mole, plus particulièrement de 25 à 55% en mole de fluorure d'hydrogène ; 25 - de 10 à 90 % en mole, de préférence de 15 à 85 % en mole, en particulier de 20 à 80% en mole, plus particulièrement de 20 à 75% en mole, de manière privilégiée de 20 à 70 % en mole de 2,3,3,3-tétrafluoropropène ; et - de 1 à 50 % en mole, de préférence de 1 à 45 % en mole, en particulier de 1 à 40% en mole, plus particulièrement de 2 à 35% en mole, de manière privilégiée de 2 à 30 % en 30 mole de 1,1,1,2,2-pentafluoropropane sur base de composition molaire de ladite composition ; ladite composition ayant un point d'ébullition compris entre 40°C et 100°C à une pression comprise entre 11 et 30 bara, avantageusement un point d'ébullition entre 45°C et 90°C à une pression comprise entre 13 et 7 28 bara, de préférence un point d'ébullition entre 45°C et 80°C à une pression comprise entre 13 et 25 bara, plus préférentiellement un point d'ébullition entre 45°C et 70°C à une pression comprise entre 13 et 21 bara, en particulier un point d'ébullition entre 45°C et 65°C à une pression comprise entre 13 et 20 bara, plus particulièrement un point d'ébullition entre 50°C et 5 65°C à une pression comprise entre 15 et 20 bara. En particulier, la présente invention fournit une composition azéotropique ou quasi-azéotropique consistant en : - de 10 à 70 % en mole, de préférence de 15 à 65 % en mole, en particulier de 20 à 60% en mole, plus particulièrement de 25 à 55% en mole de fluorure d'hydrogène ; 10 - de 10 à 90 % en mole, de préférence de 15 à 85 % en mole, en particulier de 20 à 80% en mole, plus particulièrement de 20 à 75% en mole, de manière privilégiée de 20 à 70 % en mole de 2,3,3,3-tétrafluoropropène ; et - de 1 à 50 % en mole, de préférence de 1 à 45 % en mole, en particulier de 1 à 40% en mole, plus particulièrement de 2 à 35% en mole, de manière privilégiée de 2 à 30 % en 15 mole de 1,1,1,2,2-pentafluoropropane sur base de composition molaire de ladite composition ; ladite composition ayant un point d'ébullition compris entre 45°C et 65°C à une pression comprise entre 13 et 20 bara, avantageusement un point d'ébullition compris entre 50°C et 65°C à une pression comprise entre 15 et 20 bara. 20 De manière privilégiée, la composition azéotropique comprend, de préférence consiste en, 31% mol. fluorure d'hydrogène, 66% mol. 2,3,3,3-tétrafluoropropène et 3% mol. 1,1,1,2,2- pentafluoropropane, et a un point d'ébullition de 60°C à une pression de 18 bara. Selon un second aspect, un procédé de séparation d'une composition comprenant du fluorure d'hydrogène, 2,3,3,3-tétrafluoropropène et 1,1,1,2,2-pentafluoropropane est fourni. 25 Ledit procédé comprend les étapes de : i) fourniture d'une composition comprenant du fluorure d'hydrogène, 2,3,3,3- tétrafluoropropène et 1,1,1,2,2-pentafluoropropane ; ii) distillation de ladite composition fournie à l'étape i) à une température en pied de colonne de distillation inférieure à 45°C, de préférence inférieure à 40°C, pour former et 30 récupérer un premier courant, avantageusement en tête de colonne de distillation, comprenant 2,3,3,3-tétrafluoropropène et du fluorure d'hydrogène et un second courant, avantageusement en pied de colonne de distillation, comprenant 1,1,1,2,2-pentafluoropropane et du fluorure d'hydrogène. 8 Avantageusement, ledit premier courant comprend au moins 90%, de préférence au moins 95%, plus préférentiellement au moins 98%, en particulier au moins 99% du 2,3,3,3- tétrafluoropropène présent dans ladite composition de l'étape i). Avantageusement, ledit premier courant comprend moins de 40%, de préférence moins 5 de 30%, plus préférentiellement moins de 20%, en particulier moins de 15%, plus particulièrement moins de 10%, de manière privilégiée moins de 5% du 1,1,1,2,2- pentafluoropropane présent dans ladite composition de l'étape i). Exemple A 60°C et 18 bara, la composition comprenant 31% molaire de HF, 66% molaire de HFO1234yf et 3% REVENDICATIONS1. Composition azéotropique ou quasi-azéotropique comprenant du fluorure d'hydrogène, 2,3,3,3-tétrafluoropropène et 1,1,1,2,2-pentafluoropropane, caractérisée en ce que ladite composition a un point d'ébullition supérieur à 40°C, avantageusement supérieur à 45°C, de préférence supérieur à 50°C. 2. Composition selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle est obtenue pour une pression supérieure à 11 bara, avantageusement supérieure à 13 bara, de préférence supérieure à 15 bara. 3. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle a un point d'ébullition compris entre 40°C et 100°C à une pression comprise entre 11 et 30 bara ; avantageusement un point d'ébullition compris entre 45°C et 100°C à pression comprise entre 13 et 30 bara. 4. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que la teneur en fluorure d'hydrogène est de 10 à 70 % en mole sur base de composition molaire de ladite composition. 5. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que la teneur en 2,3,3,3-tétrafluoropropène est de 10 à 90 % en mole sur base de composition molaire de ladite composition. 6. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que la teneur en 1,1,1,2,2-pentafluoropropane est de 1 à 50 % en mole sur base de composition molaire de ladite composition. 7. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le point d'ébullition de ladite composition azéotropique ou quasi-azéotropique est compris entre 45°C et 65°C à une pression comprise entre 13 et 20 bara, avantageusement entre 50°C et 65°C à une pression comprise entre 15 et 20 bara. 10 8. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comprend 31 % mol. fluorure d'hydrogène, 66% mol. 2,3,3,3-tétrafluoropropène et 3 % mol. 1,1,1,2,2-pentafluoropropane, et a un point d'ébullition de 60°C à une pression de 18 bara. 5 9. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle consiste en fluorure d'hydrogène, 2,3,3,3-tétrafluoropropène et 1,1,1,2,2- pentafluoropropane. 10. Procédé de séparation d'une composition comprenant du fluorure d'hydrogène, 2,3,3,3- 10 tétrafluoropropène et 1,1,1,2,2-pentafluoropropane caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : i) fourniture d'une composition comprenant du fluorure d'hydrogène, 2,3,3,3- tétrafluoropropène et 1,1,1,2,2-pentafluoropropane ; ii) distillation de ladite composition fournie à l'étape i) à une température en pied de 15 colonne de distillation inférieure à 45°C, de préférence inférieure à 40°C, pour former et récupérer un premier courant, avantageusement en tête de colonne de distillation, comprenant 2,3,3,3-tétrafluoropropène et du fluorure d'hydrogène et un second courant, avantageusement en pied de colonne de distillation, comprenant 1,1,1,2,2-pentafluoropropane et du fluorure d'hydrogène. 20