Brevet FR3130788A1 — publié le 20230623

La présente invention concerne un procédé de production de trifluorure de bore gazeux comprenant les étapes de : a) Fourniture d’une composition A comprenant du trifluorure de bore (BF3) et un ou plusieurs composés additionnels volatils F1 , b) Dans un réacteur contenant de l’acide sulfurique, introduction d’une solution B comprenant de l’oléum et un ou plusieurs composé(s) additionnel(s) volatil(s) F2 pour former un mélange C d’acide sulfurique de titre supérieur à 100%, avantageusement supérieur à 101%, de préférence supérieur à 102%, plus préférentiellement supérieur à 105%, en particulier supérieur à 110%, plus particulièrement supérieur à 114%, c) Ajout de ladite composition A audit mélange C pour former une phase liquide L1 comprenant l’oléum, l’acide sulfurique et le trifluorure de bore et une phase gazeuse G1 comprenant lesdits un ou plusieurs composés additionnels volatils F1 et F2 , d) Mise sous vide du réacteur à une pression P1 comprise entre la pression de vapeur de l’acide sulfurique à la température de mise en œuvre de l’étape d) et la pression de mise en œuvre de l’étape c) pour éliminer la phase gazeuse G1 lesdits un ou plusieurs composés additionnels volatils F1 et F2 dudit réacteur, e) Ajout à ladite phase liquide L1 d’une solution D contenant de l’eau ou des hydrates de BF3 ou une solution aqueuse de BF3 pour produire un courant gazeux E de trifluorure de bore. La présente invention concerne également une composition comprenant plus de 99,99% en poids de trifluorure de bore. Procédé de production de trifluorure de bore de haute pureté Domaine technique de l’invention La présente invention concerne un procédé de production de trifluorure de bore. En particulier, la présente invention concerne un procédé de production de trifluorure de bore de haute pureté. La présente invention concerne également une composition de trifluorure de bore de haute pureté. Arrière-plan technologique de l’invention Le trifluorure de bore (BF 3 ) est un gaz qui est principalement utilisé dans l’industrie comme catalyseur dans un grand nombre de réactions : polymérisation, estérification, alkylation, isomérisation . Le trifluorure de bore gazeux et anhydre est généralement obtenu par réaction de l’acide fluorhydrique anhydre liquide avec l’acide borique dissout dans l’acide sulfurique et par ajout complémentaire d’oléum. Le trifluorure de bore gazeux est aussi obtenu par traitement à l’acide sulfurique ou sulfurique en mélange avec de l’oléum d’une solution aqueuse concentrée d’hydrate de BF 3 . Cependant, la présence d’impureté dans le trifluorure de bore gazeux et anhydre pose problème pour certaines applications nécessitant un grade de haute pureté. Reents, Anal. Chem. 1986, 58, 2797-2800 décrit les impuretés qui sont généralement présentes dans le trifluorure de bore. On trouve notamment du BF2OH, HCl, HF, N2, O2, F2, CO2, ou encore SiF4. Certaines de ces impuretés sont générées au cours du processus de fabrication du BF3 ou proviennent des matières premières utilisées ou de résidus de certaines de ces matières premières. Des teneurs dans les impuretés citées peuvent aller de quelques centaines de ppm à 1,5%. De telles teneurs ne sont pas acceptables dans le domaine de l’électronique. En effet, le trifluorure de bore est également utilisé dans des procédés de fabrication de microprocesseurs électroniques. Certains documents de l’art antérieur font apparaître des techniques de purification pour éliminer partiellement certaines de ces impuretés. On connait par JP59050018, un procédé de purification de BF3 utilisant H2O2 et de l’eau pour éliminer SO2 et SO3. On connait également par US 3,625,651 et FR 2 003 557 un procédé d’élimination de l’anhydride sulfureux du BF3 à l’aide de charbon actif à très basse température ; mais ce procédé tend à polluer le BF3 gazeux avec de l’azote. On connait également du document EP 0 922 672 un procédé utilisant un traitement avec H2O2 pour éliminer le carbone organique non volatil et un traitement à l’air pour purifier le BF3 gazeux qui est recyclé dans de l’acide sulfurique par lavage du flux d’air et de BF3 de sorte à recycler le tri fluorure de bore à la production de gaz BF3 comprimé. Malgré ces procédés de purification, il y a toujours un besoin pour un procédé de production du trifluorure de bore permettant d’éliminer les impuretés volatiles telles que celles citées ci-dessus. Il y a également un besoin pour un procédé efficace et simple à mettre en œuvre permettant d’obtenir du trifluorure de bore de haute pureté. Selon un premier aspect, la présente invention fournit un procédé de production de trifluorure de bore gazeux comprenant les étapes de : Fourniture d’une composition A comprenant du trifluorure de bore (BF3) et un ou plusieurs composé(s) additionnel(s) volatil(s) F1 , Dans un réacteur contenant de l’acide sulfurique, introduction d’une solution B comprenant de l’oléum et un ou plusieurs composé(s) additionnel(s) volatil(s) F2 pour former un mélange C d’acide sulfurique de titre supérieur à 100%, avantageusement supérieur à 101%, de préférence supérieur à 102%, plus préférentiellement supérieur à 105%, en particulier supérieur à 110%, plus particulièrement supérieur à 114% Ajout de ladite composition A audit mélange C pour former une phase liquide L1 comprenant l’oléum, l’acide sulfurique et le trifluorure de bore et une phase gazeuse G1 comprenant lesdits un ou plusieurs composés additionnels volatils F 1 et F2 , Mise sous vide du réacteur à une pression P1 comprise entre la pression de vapeur de l’acide sulfurique à la température de mise en œuvre de l’étape d) et la pression de mise en œuvre de l’étape c) pour éliminer la phase gazeuse G1 lesdits un ou plusieurs composés additionnels volatils F1 et F2 dudit réacteur, Ajout à ladite phase liquide L1 d’une solution D contenant de l’eau ou des hydrates de BF3 ou une solution aqueuse de BF3 pour produire un courant gazeux E de trifluorure de bore. Le courant gazeux E obtenu est ainsi de haute pureté. Selon un mode de réalisation préféré, ledit courant gazeux E est récupéré dans un container. Selon un mode de réalisation préféré, la teneur en trifluorure de bore dans ledit courant gazeux E est supérieure à 99,9% en volume sur base du volume total du courant gazeux E . Selon un mode de réalisation préféré, l’ajout de ladite composition A dans ledit mélange C est mis en œuvre jusqu’à saturation de la phase liquide L1 en trifluorure de bore. Selon un mode de réalisation préféré, ladite composition A est une composition de BF3 comprenant un ou plusieurs composés additionnels volatils F 1 sélectionnés parmi le groupe consistant en H2O, N2, O2, CO2, SiF4, H2, et HCl. Selon un mode de réalisation préféré, le(s)dit(s) un ou plusieurs composé(s) additionnel(s) volatil(s) F2 sont sélectionnés parmi le groupe consistant en SO2, SO3 libre, CO2, N2 et O2. Selon un mode de réalisation préféré, à l’étape e), ladite solution D est ajoutée à la phase liquide L1 tant que celle-ci à un titre en acide sulfurique supérieur à 100%. Selon un mode de réalisation préféré, ladite composition A comprend également HF et BF2OH ; et en ce qu’à l’étape c) et e) HF et BF2OH sont contenus dans le phase liquide L1 . Selon un mode de réalisation préféré, le trifluorure de bore de la composition A est du BF3 gazeux BF3,xH2O, avec x=0, éventuellement en mélange avec BF2OH, ou un hydrate de trifluorure de bore BF3,xH2O avec x variant entre 0,5 et 4 ou une solution aqueuse de trifluorure de bore BF3,xH2O avec x supérieur à 4 ou est issu de la réaction entre un composé de bore sélectionné parmi B(OH)3, B2O3 ou HBO2 et un composé fluoré sélectionné par HF ou HSO3F. Selon un mode de réalisation préféré, lorsque le trifluorure de bore de la composition A est du BF3 gazeux éventuellement en mélange avec BF2OH, on introduit 100% de la quantité de la composition A susceptible de se dissoudre dans le mélange C dans les conditions de mise en œuvre de l’étape c). Selon un autre mode de réalisation, lorsque le trifluorure de bore de la composition A est du BF3,3H2O, on introduit 50% de la quantité de la composition A susceptible de se dissoudre dans le mélange C dans les conditions de mise en œuvre de l’étape c). Selon un mode de réalisation préféré, ladite solution D est un hydrate de trifluorure de bore BF3,xH2O avec x de 0,5 à 4 ou de l’eau ou une solution aqueuse de BF3 ; ladite solution D étant dégazée préalablement à la mise en œuvre de l’étape e). Selon un mode de réalisation préféré, l’étape e) est mise en œuvre avec une solution D dépourvue desdits composés additionnels volatils F1 . Selon un mode de réalisation préféré, la solubilité du trifluorure de bore dans ladite phase liquide L1 est supérieure à 4% à une température comprise entre 20 et 130°C. Selon un mode de réalisation préféré, l’étape c) et/ou l’étape d) et/ou l’étape e) est (sont) mise(s) en œuvre à une température comprise entre 30°C et 120°C, de préférence entre 70°C et 120°C, en particulier entre 80°C et 110°C. Selon un mode de réalisation préféré, le présent procédé est mis en œuvre dans au moins deux réacteurs disposés en parallèle fonctionnant en décalé pour produire ledit courant gazeux E en continu. Selon un second aspect, la présente invention fournit une composition comprenant au moins 99,99% en poids de trifluorure de bore et comprenant N2, O2 et CO2 ; la somme des teneurs massiques en N2, O2 et CO2 étant inférieure à 30 ppm, de préférence inférieure à 20 ppm sur base du poids total de la composition. Selon un mode de réalisation préféré, ladite composition du HF dans une teneur massique inférieure à 1 ppm, ou du BF2OF dans une teneur massique inférieure à 1 ppm ou du SiF4 dans une teneur massique inférieure à 10 ppm sur base du poids total de la composition. Selon un mode de réalisation préféré, ladite composition est dépourvue de HF, SiF4 et BF2OH. Le fait d’éliminer la totalité de ces impuretés, fréquemment présentes dans les procédés habituels de production du trifluorure de bore utilisant de l’acide sulfurique représente un avantage important de la présente invention. La représente schématiquement une installation pour la mise en œuvre du procédé de production de trifluorure de bore en continu selon un mode de réalisation particulier de la présente invention. Procédé de production de trifluorure de bore gazeux comprenant les étapes de : Fourniture d’une composition A comprenant du trifluorure de bore (BF3) et un ou plusieurs composés additionnels volatils F 1 , Dans un réacteur contenant de l’acide sulfurique, introduction d’une solution B comprenant de l’oléum et un ou plusieurs composé(s) additionnel(s) volatil(s) F2 pour former un mélange C d’acide sulfurique de titre supérieur à 100%, avantageusement supérieur à 101%, de préférence supérieur à 102%, plus préférentiellement supérieur à 105%, en particulier supérieur à 110%, plus particulièrement supérieur à 114%, Ajout de ladite composition A audit mélange C pour former une phase liquide L1 comprenant l’oléum, l’acide sulfurique et le trifluorure de bore et une phase gazeuse G1 comprenant lesdits un ou plusieurs composés additionnels volatils F1 et F2 , Mise sous vide du réacteur à une pression P1 comprise entre la pression de vapeur de l’acide sulfurique à la température de mise en œuvre de l’étape d) et la pression de mise en œuvre de l’étape c) pour éliminer la phase gazeuse G1 lesdits un ou plusieurs composés additionnels volatils F1 et F2 dudit réacteur, Ajout à ladite phase liquide L1 d’une solution D contenant de l’eau ou des hydrates de BF3 ou une solution aqueuse de BF3 pour produire un courant gazeux E de trifluorure de bore. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit courant gazeux E est récupéré dans un container. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la teneur en trifluorure de bore dans ledit courant gazeux E est supérieure à 99,9% en volume sur base du volume total du courant gazeux E . Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l’ajout de ladite composition A dans ledit mélange C est mis en œuvre jusqu’à saturation de la phase liquide L1 en trifluorure de bore. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite composition A est une composition de BF3 comprenant un ou plusieurs composés additionnels volatils F 1 sélectionnés parmi le groupe consistant en H2O, N2, O2, CO2, SiF4, H2 et HCl. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le(s)dit(s) un ou plusieurs composé(s) additionnel(s) volatil(s) F2 sont sélectionnés parmi le groupe consistant en SO2, SO3 libre, CO2, N2 et O2. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu’à l’étape e), ladite solution D est ajoutée à la phase liquide L1 tant que celle-ci à un titre en acide sulfurique supérieur à 100%. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite composition A comprend également HF et BF2OH ; et en ce qu’à l’étape c) et e) HF et BF2OH sont contenus dans le phase liquide L1 . Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le trifluorure de bore de la composition A est du BF3 gazeux BF3,xH2O avec x = 0 éventuellement en mélange avec BF2OH, ou un hydrate de trifluorure de bore BF3,xH2O avec x variant entre 0,5 et 4 ou une solution aqueuse de trifluorure de bore BF3,xH2O avec x supérieur à 4 ou est issu de la réaction entre un composé de bore sélectionné parmi B(OH)3, B2O3 ou HBO2 et un composé fluoré sélectionné par HF ou HSO3F. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que : - lorsque le trifluorure de bore de la composition A est du BF3 gazeux éventuellement en mélange avec BF2OH, on introduit 100% de la quantité de la composition A susceptible de se dissoudre dans le mélange C dans les conditions de mise en œuvre de l’étape c) ; ou - lorsque le trifluorure de bore de la composition A est du BF3,3H2O, on introduit 50% de la quantité de la composition A susceptible de se dissoudre dans le mélange C dans les conditions de mise en œuvre de l’étape c). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite solution D est un hydrate de trifluorure de bore BF3,xH2O avec x de 0,5 à 4 ou de l’eau ou une solution aqueuse de BF3 ; ladite solution D étant dégazée préalablement à la mise en œuvre de l’étape e). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite solution D est dépourvue de N2, O2, CO2, SiF4, H2 et HCl. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la solubilité du trifluorure de bore dans ladite phase liquide L1 est supérieure à 4% à une température comprise entre 20 et 130°C. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l’étape c) et/ou l’étape d) et/ou l’étape e) est (sont) mise(s) en œuvre à une température comprise entre 30°C et 120°C, de préférence entre 70°C et 120°C, en particulier entre 80°C et 110°C. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu’il est mis en œuvre dans au moins deux réacteurs disposés en parallèle fonctionnant en décalé pour produire ledit courant gazeux E en continu. Composition comprenant au moins 99,99% en poids de trifluorure de bore et comprenant N2, O2 et CO2 ; la somme des teneurs massiques en N2, O2 et CO2 étant inférieure à 30 ppm, de préférence inférieure à 20 ppm sur base du poids total de la composition. Composition selon la revendication précédente caractérisée en ce qu’elle comprend du HF dans une teneur massique inférieure à 1 ppm, ou du BF2OF dans une teneur massique inférieure à 1 ppm ou du SiF4 dans une teneur massique inférieure à 10 ppm sur base du poids total de la composition. Composition selon la revendication 16 ou 17 caractérisée en ce qu’elle est dépourvue de HF, SiF4 et BF2OH.