Brevet FR3135266A1 — publié le 20231110

La présente invention concerne un procédé de production du trifluoroéthylène dans un réacteur muni d’un lit catalytique fixe comprenant un catalyseur, ledit procédé comprenant une étape a) de réaction d’une composition A comprenant du chlorotrifluoroéthylène avec de l’hydrogène en présence d’un catalyseur et en phase gazeuse pour produire un courant B comprenant du trifluoroéthylène, caractérisé en ce que ladite composition A comprend également au moins l’un des composés additionnels C1 choisi parmi le groupe consistant en 1,1,1-trifluoroéthane, 1,1,1,2-tétrafluoroéthane, hexafluorocyclobutène, fluoroéthane, 2-chloro-1,1,1-trifluoroéthane, 1,2-dichlorohexafluorocyclobutane. La présente invention concerne également une composition de chlorotrifluoroéthylène. Procédé de production du trifluoroéthylène Domaine technique de l’invention La présente invention concerne un procédé de production d’hydrofluorooléfines. En particulier, la présente invention concerne un procédé de production du trifluoroéthylène (HFO-1123 ou VF 3 ) par hydrogénolyse du chlorotrifluoroéthylène. La présente invention concerne également une composition comprenant du chlorotrifluoroéthylène. Arrière-plan technologique de l’invention Les oléfines fluorées, comme le VF 3 , sont connues et sont utilisées comme monomères ou co-monomères pour la fabrication de polymères fluorocarbonés présentant des caractéristiques remarquables, en particulier une excellente tenue chimique et une bonne résistance thermique. Le trifluoroéthylène est un gaz dans les conditions normales de pression et de température. Les principaux risques liés à l’utilisation de ce produit concernent son inflammabilité, sa propension à l’auto-polymérisation lorsqu’il n’est pas stabilisé, son explosivité due à son instabilité chimique et sa supposée sensibilité à la peroxydation, par analogie avec d’autres oléfines halogénées. Le trifluoroéthylène présente la particularité d’être extrêmement inflammable, avec une limite inférieure d’explosivité (LIE) d’environ 10% et une limite supérieure d’explosivité (LSE) d’environ 30%. Le danger majeur est cependant associé à la propension du VF 3 à se décomposer violemment et de façon explosive dans certaines conditions de pression en présence d’une source d’énergie, même en l’absence d’oxygène. Compte tenu des principaux risques ci-dessus, la synthèse ainsi que le stockage du VF 3 posent des problèmes particuliers et imposent tout au long de ces processus des règles strictes de sécurité. Une voie connue de préparation du trifluoroéthylène utilise comme produits de départ le chlorotrifluoroéthylène (CTFE) et l’hydrogène en présence d’un catalyseur et en phase gazeuse. On connait par WO 2013/128102 un procédé de production du trifluoroéthylène par hydrogénolyse du CTFE en phase gazeuse et en présence d’un catalyseur à base d’un métal du groupe VIII à pression atmosphérique et à des températures peu élevées. On connait par EP 2 993 213 un procédé de production du trifluoroéthylène. Celui-ci peut être obtenu par hydrogénolyse du chlorotrifluoroéthylène ou par décomposition thermique du chlorodifluorométhane et du chlorofluorométhane. Le procédé de production implique la mise en œuvre d’une étape de distillation à une pression de 10 barg et par laquelle le trifluoroéthylène est récupéré par soutirage latérale. La mise en œuvre d’une distillation à haute pression nécessite la mise en place de conditions opératoires particulières compte tenu du caractère explosif du trifluoroéthylène au-delà de 3 bara. Il existe donc un besoin pour fournir un procédé plus simple et plus sûr de production du trifluoroéthylène tout en maintenant des rendements et des sélectivités élevées. Selon un premier aspect, la présente invention fournit un procédé de production du trifluoroéthylène dans un réacteur muni d’un lit catalytique fixe comprenant un catalyseur, ledit procédé comprenant une étape a) de réaction d’une composition A comprenant du chlorotrifluoroéthylène avec de l’hydrogène en présence d’un catalyseur et en phase gazeuse pour produire un courant B comprenant du trifluoroéthylène, caractérisé en ce que ladite composition A comprend également au moins l’un des composés additionnels C1 choisi parmi le groupe consistant en 1,1,1-trifluoroéthane, 1,1,1,2-tétrafluoroéthane, hexafluorocyclobutène, fluoroéthane, 2-chloro-1,1,1-trifluoroéthane, 1,2-dichloro-hexafluorocyclobutane. De manière surprenante, il a été observé que la productivité en trifluoroéthylène était augmentée en présence des composés additionnels C1 . La présence de ces composés en faible quantité en sus du chlorotrifluoroéthylène permet d’améliorer le procédé de production du trifluoroéthylène. La présente invention démontre qu’il n’est pas nécessaire d’avoir du chlorotrifluoroéthylène de haute pureté pour aboutir à des productivités importantes. Cela permet de simplifier le procédé de production et d’en limiter le coût global. Selon un mode de réalisation préféré, la teneur massique totale en ledit au moins l’un des composés additionnels C1 est inférieure à 15% sur base du poids total de ladite composition A , de préférence inférieure à 10% sur base du poids total de ladite composition A , en particulier inférieure à 5% sur base du poids total de ladite composition A . Selon un mode de réalisation préféré, ladite composition A comprend au moins 80% en poids de chlorotrifluoroéthylène sur base du poids total de ladite composition A , de préférence au moins 95% en poids de chlorotrifluoroéthylène sur base du poids total de ladite composition A , en particulier au moins 90% en poids de chlorotrifluoroéthylène sur base du poids total de ladite composition A . Selon un mode de réalisation préféré, ladite composition A comprend également du trifluoroéthylène, de préférence dans une teneur massique inférieure à 5% sur base du poids total de ladite composition A . Selon un mode de réalisation préféré, ladite composition A comprend également au moins l’un des composés additionnels C2 sélectionné parmi le groupe consistant en 1,1,2-trifluoroéthane, 1-chloro-1,1,2-trifluoroéthane, 1-chloro-2,2-difluoroéthylène, E/Z-1-chloro-1,2-difluoroéthylène, 1-chloro-1,2,2-trifluoroéthane. Selon un mode de réalisation préféré, la teneur massique en ledit au moins l’un des composés additionnels C2 est inférieure à 5% sur base du poids total de ladite composition A . Selon un mode de réalisation préféré, le catalyseur comprend du palladium supporté sur de l’alumine alpha. Selon un mode de réalisation préféré, le chlorotrifluoroéthylène et l’hydrogène sont sous forme anhydre. Selon un mode de réalisation préféré, ledit procédé comprend une étape i’) d’activation du catalyseur, mise en œuvre préalablement à l’étape a), par mise en contact de celui-ci avec un flux gazeux comprenant un agent réducteur, un gaz inerte ou un mélange de ceux-ci. Selon un mode de réalisation préféré, au cours de ladite étape i’) : la température du lit catalytique est augmentée d’une température T1 à une température T2 supérieure à T1 avec un gradient de température inférieure à 0,5°C/min ; ou la température du lit catalytique est augmentée d’une température T1 à une température T2 supérieure à T1 par paliers. Selon un second aspect, la présente invention fournit une composition comprenant au moins 80% en poids de chlorotrifluoroéthylène et au moins l’un des composés additionnels choisi parmi le groupe consistant en 1,1,1-trifluoroéthane, 1,1,1,2-tétrafluoroéthane, hexafluorocyclobutène, fluoroéthane, 2-chloro-1,1,1-trifluoroéthane, 1,2-dichloro-hexafluorocyclobutane ; la teneur massique totale en ledit au moins l’un des composés additionnels est inférieur à 15% sur base du poids total de ladite composition. Procédé de production du trifluoroéthylène dans un réacteur muni d’un lit catalytique fixe comprenant un catalyseur, ledit procédé comprenant une étape a) de réaction d’une composition A comprenant du chlorotrifluoroéthylène avec de l’hydrogène en présence d’un catalyseur et en phase gazeuse pour produire un courant B comprenant du trifluoroéthylène, caractérisé en ce que ladite composition A comprend également au moins l’un des composés additionnels C1 choisi parmi le groupe consistant en 1,1,1-trifluoroéthane, 1,1,1,2-tétrafluoroéthane, hexafluorocyclobutène, fluoroéthane, 2-chloro-1,1,1-trifluoroéthane, 1,2-dichlorohexafluorocyclobutane. Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce que la teneur massique totale en ledit au moins l’un des composés additionnels C1 est inférieure à 15% sur base du poids total de ladite composition A , de préférence inférieure à 10% sur base du poids total de ladite composition A , en particulier inférieure à 5% sur base du poids total de ladite composition A . Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite composition A comprend au moins 80% en poids de chlorotrifluoroéthylène sur base du poids total de ladite composition A , de préférence au moins 85% en poids de chlorotrifluoroéthylène sur base du poids total de ladite composition A , en particulier au moins 90% en poids de chlorotrifluoroéthylène sur base du poids total de ladite composition A . Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite composition A comprend également du trifluoroéthylène, de préférence dans une teneur massique inférieure à 5% sur base du poids total de ladite composition A . Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite composition A comprend également au moins l’un des composés additionnels C2 sélectionné parmi le groupe consistant en 1,1,2-trifluoroéthane, 1-chloro-1,1,2-trifluoroéthane, 1-chloro-2,2-difluoroéthylène, E/Z-1-chloro-1,2-difluoroéthylène, 1-chloro-1,2,2-trifluoroéthane. Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce que la teneur massique en ledit au moins l’un des composés additionnels C2 est inférieure à 5% sur base du poids total de ladite composition A . Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le catalyseur comprend du palladium supporté sur de l’alumine alpha. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le chlorotrifluoroéthylène et l’hydrogène sont sous forme anhydre. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit procédé comprend une étape i’) d’activation du catalyseur, mise en œuvre préalablement à l’étape a), par mise en contact de celui-ci avec un flux gazeux comprenant un agent réducteur, un gaz inerte ou un mélange de ceux-ci. Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce que au cours de ladite étape i’) : la température du lit catalytique est augmentée d’une température T1 à une température T2 supérieure à T1 avec un gradient de température inférieure à 0,5°C/min ; ou la température du lit catalytique est augmentée d’une température T1 à une température T2 supérieure à T1 par paliers. Composition comprenant au moins 80% en poids de chlorotrifluoroéthylène et au moins l’un des composés additionnels choisi parmi le groupe consistant en 1,1,1-trifluoroéthane, 1,1,1,2-tétrafluoroéthane, hexafluorocyclobutène, fluoroéthane, 2-chloro-1,1,1-trifluoroéthane, 1,2-dichloro-hexafluorocyclobutane ; la teneur massique totale en ledit au moins l’un des composés additionnels est inférieure à 15% sur base du poids total de ladite composition.