FR2932798A1 - Procede de preparation de composes fluores - Google Patents
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Abstract
L'invention a pour objet un procédé de déhydrofluoration de 1,1,1,2,2,3-hexafluoropropane en 1,2,3,3,3-pentafluoropropène-1, en présence d'hydrogène.
Description
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DOMAINE DE L'INVENTION L'invention a pour objet un procédé de préparation de composés fluorés, notamment le composé fluoré 1,2,3,3,3-pentafluoropropène-1 (1225ye).
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Les hydrofluorocarbones (HFC) et en particulier les hydrofluorooléfines (HFOs) 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. Le document WO 2008/040969 décrit la préparation de (hydro) fluoroalcène ayant de trois à six atomes de carbone par déhydrohalogénation d'un hydro(halo)fluoroalcane ayant de trois à six atomes de carbone en présence d'un catalyseur comprenant un composé de chrome et/ou de zinc. Ce document enseigne que la déhydrofluoration peut être mise en oeuvre en l'absence de l'HF (acide fluorhydrique) mais il est préférable d'utiliser de l'HF pour éviter ou retarder la décomposition de la charge organique et/ou le cokage (encrassement par dépôt du coke) du catalyseur. Le document WO 2008/008350 décrit la préparation d'un mélange d'isomères E et Z du 1,2,3,3,3-pentafluoropropène-1 (1225ye)à partir d'un hexafluoropropane, choisi parmi le 1,1,1,2,3,3-hexafluoropropane (HFC 236ea)et le 1,1,1,2,2,3-hexafluoropropane (HFC 236cb), en présence d'un catalyseur d'oxyfluorure de chrome. L'exemple 1 de ce document illustre la réaction de déhydrofluoration de 1,1,1,2,2,3- 2
hexafluoropropane (HFC 236cb) en 1,2,3,3,3-pentafluoropropène-1 (1225ye) et montre qu'au bout de 26 heures de fonctionnement, la conversion du 236cb diminue fortement ainsi que la sélectivité en 1225ye. Pour rétablir l'activité catalytique ce document enseigne de régénérer le catalyseur par un traitement avec de l'air et de l'HF. Il existe donc un besoin d'un procédé de préparation de 1225ye à partir de 236cb permettant une stabilité dans le temps.
RESUME DE L'INVENTION L'invention fournit donc un procédé de déhydrofluoration de 1,1,1,2,2,3-hexafluoropropane en 1,2,3,3,3-pentafluoropropène-1, en présence d'hydrogène. Selon des modes de réalisation : la réaction est mise en oeuvre en phase gazeuse avec un ratio molaire H2/1,1,1,2,2,3-hexafluoropropane compris entre 0,3 et 30. la réaction est mise en oeuvre en phase 20 gazeuse avec un ratio molaire H2/1,1,1,2,2,3-hexafluoropropane compris entre 0,5 et 20, avantageusement entre 1 et 10. le procédé est mis en oeuvre en présence d'un catalyseur de déhydrofluoration. le catalyseur de déhydrofluoration est un catalyseur à base de chrome. le procédé est mis en oeuvre à une température comprise entre 150°C et 500°C, de préférence entre 300 et 400°C. le procédé est mis en oeuvre avec un temps de contact compris entre 0,1 et 100 secondes, 25 30 3
de préférence entre 1 et 50 secondes et avantageusement entre 5 et 40 secondes. DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION L'invention est basée sur la découverte que la réaction de déhydrofluoration du 236cb, lorsqu'elle est mise en oeuvre en présence d'hydrogène, offre une stabilité dans le temps, tant au niveau conversion que sélectivité en 1225ye. En général, de l'hydrogène est injecté avec la charge de départ, par exemple en continu ou de façon alternée. Le ratio molaire H2/charge départ peut varier dans de grandes mesures, notamment entre 0,3 et 30, notamment entre 0,5 et 20, avantageusement entre 1 et 10. La mise en oeuvre de la réaction de déhydrofluoration en présence d'hydrogène permet une stabilité élevée dans le temps. La présence d'hydrogène permet aussi de réduire la production de lourds au cours de la réaction. La réaction de déhydrofluoration est mise en oeuvre avec un catalyseur de déhydrofluoration. Ce catalyseur est par exemple un catalyseur à base d'un métal notamment d'un métal de transition ou un dérivé oxyde ou halogénure ou oxyhalogénure d'un tel métal. Des catalyseurs sont par exemple FeC13, oxyfluorure de chrome, Ni (incluant les treillis de Ni), NiC12, CrF3, et leurs mélanges. D'autres catalyseurs possibles sont les catalyseurs supportés sur carbone, les catalyseurs à base d'antimoine, les catalyseurs à base d'aluminium (tel que A1F3 et Al2O3 et oxyfluorure d'aluminium et alumine fluorée), de palladium, de platine, de rhodium et de ruthénium. On pourra se référer à la liste donnée dans le document US-P-5396000, colonne 1, ligne 50 à colonne 2, ligne 2 ou à la liste donnée dans WO2007/056194, page 16, lignes 13-23. 4
Selon une variante, on utilise un catalyseur mixte, contenant à la fois du chrome et du nickel. Le ratio molaire Cr:Ni, par rapport à l'élément métallique, est généralement compris entre 0,5 et 5, par exemple entre 0,7 et 2, notamment voisin de 1. Le catalyseur peut contenir en poids de 0,5 à 20% de chrome et de 0,5 à 20% de nickel et, de préférence, entre 2 et 10% de chacun des métaux. Le métal peut être présent sous forme métallique ou sous forme de dérivés, notamment oxyde, halogénure ou oxyhalogénure, ces dérivés, notamment halogénure et oxyhalogénure, étant obtenus par activation du métal catalytique. Bien que l'activation du métal ne soit pas nécessaire, elle est préférée. Le support est à base d'aluminium. On peut citer plusieurs supports possibles comme l'alumine, l'alumine activée ou les dérivés d'aluminium. Ces dérivés d'aluminium sont notamment des halogénures ou oxyhalogénures d'aluminium, décrits par exemple dans US-P-4902838, ou obtenus par le procédé d'activation décrit ci-dessous.
Le catalyseur peut comprendre le chrome et du nickel sous une forme non-activée ou sous forme activée, sur un support qui a subi aussi l'activation du métal ou non. Le catalyseur peut être préparé à partir d'alumine (en général une alumine dite activée ; cette alumine activée est une alumine à porosité élevée, et est distincte de l'alumine ayant subi le traitement d'activation du métal). Dans une première étape l'alumine est transformée en fluorure d'aluminium ou en mélange de fluorure d'aluminium et d'alumine, par fluoration à l'aide d'air et d'acide fluorhydrique, le taux de transformation de l'alumine en fluorure d'aluminium dépendant essentiellement de la température à laquelle est effectuée la fluoration de l'alumine (en général entre 200°C et 450°C, de préférence entre 250°C et 400°C). Le support est ensuite imprégné à l'aide de solutions aqueuses de sels de chrome et de nickel ou à l'aide de solutions aqueuses d'acide chromique, de sel de nickel et de méthanol (servant de réducteur au chrome). 5 Comme sels de chrome et de nickel, on peut employer des chlorures, ou d'autres sels tels que, par exemple, les oxalates, formiates, acétates, nitrates et sulfates ou le bichromate de nickel, pour autant que ces sels soient solubles dans la quantité d'eau susceptible d'être absorbée par le support. Le catalyseur peut aussi être préparé par imprégnation directe de l'alumine (qui en général est activée) à l'aide des solutions des composés de chrome et de nickel ci-dessus mentionnées. Dans ce cas, la transformation d'au moins une partie (par exemple 70% ou plus) de l'alumine en fluorure d'aluminium ou oxyfluorure d'aluminium s'effectue lors de l'étape d'activation du métal du catalyseur. Les alumines activées susceptibles d'être utilisées pour la préparation du catalyseur sont des produits bien connus, disponibles dans le commerce. Elles sont généralement préparées par calcination d'hydrates d'alumine (hydroxydes d'aluminium) à une température comprise entre 300°C et 800°C. De préférence, mais sans que cela soit nécessaire, le catalyseur est conditionné ou activé, c'est-à-dire transformé en constituants actifs et stables (aux conditions réactionnelles) par une opération préalable dite d'activation. Ce traitement peut être réalisé soit "in situ" (dans le réacteur de déhydrofluoration) ou bien dans un appareillage adéquat conçu pour résister aux conditions d'activation. Cette étape d'activation comprend en général les étapes suivantes . 6
Une étape de séchage. Cette étape de séchage est effectuée à haute température (250°C à 450°C, de préférence 300°C à 350°C) en général sous courant d'azote ou d'air. Cette étape peut être éventuellement précédée dans un premier temps d'une première étape de séchage à basse température (100°C à 150°C, de préférence 110°C à 120°C) en présence d'air ou d'azote. La durée de l'étape de séchage peut être comprise entre 1 et 50 heures. Une étape de fluoration. Cette étape de fluoration est mise en oeuvre à basse température (180°C à 350°C) au moyen d'un mélange d'acide fluorhydrique et d'azote, en contrôlant la teneur 15 en HF de façon que la température ne dépasse pas 350°C. La durée de l'étape de fluoration peut être comprise entre 1 et 50 heures. Eventuellement une étape de finition sous courant d'acide fluorhydrique pur ou dilué par de l'azote 20 à une température pouvant aller jusqu'à 450°C. La durée de l'étape de finition peut être comprise entre 1 et 15 heures. Pendant cette opération, les précurseurs catalytiques (par exemple halogénures de nickel et de chrome, chromate 25 ou bichromate de nickel, oxyde de chrome) sont transformés en fluorures et/ou oxyfluorures correspondants, ce qui entraîne un dégagement d'eau et/ou d'acide chlorhydrique. L'analyse chimique des éléments (chrome, nickel, fluor, aluminium, oxygène), après cette activation, permet de 30 vérifier la composition minérale du catalyseur. Un tel catalyseur est décrit dans EP-A-486333, en particulier page 3, lignes 11-48, exemples 1A, 2A et 4A, passages auxquels il est renvoyé. 10 7
La réaction de déhydrofluoration est mise en oeuvre en général en phase gazeuse. Le catalyseur peut être présent sous toute forme appropriée, par exemple sous forme de lit fixe ou fluidisé, de préférence en lit fixe. La direction de flux peut être de haut en bas ou de bas en haut. La température peut être comprise entre 150°C et 600°C, de préférence entre 300 et 500°C et avantageusement entre 300 et 450°C.
La pression peut être atmosphérique, ou inférieure ou supérieure à cette pression atmosphérique. Le temps de contact (rapport entre le volume de catalyseur et le flux total de la charge) est en général compris entre 0,1 et 100 secondes, de préférence entre 1 et 50 secondes et avantageusement entre 5 et 40 secondes. Un gaz diluant (azote, hélium ou argon) peut être utilisé dans la réaction. La réaction est mise en oeuvre dans un réacteur dédié aux réactions impliquant des halogènes. De tels réacteurs sont connus de l'homme du métier, et peuvent comprendre des revêtements intérieurs à base par exemple de Hastelloy , Inconel , Monel ou de fluoropolymères. Le réacteur peut aussi comprendre des moyens d'échange de chaleur, si besoin.
Le produit final de la réaction est séparé de façon classique, et les réactifs n'ayant pas réagi sont avantageusement recyclés dans le procédé. On rappellera que : le taux de conversion est le % du produit de départ ayant réagi (nombre mole de produit départ ayant réagi/nombre mole produit départ introduit); 8
la sélectivité en produit recherché est le ratio nombre de mole de produit recherché formé/nombre mole produit départ ayant réagi ; le rendement en produit recherché est le ratio nombre de mole de produit recherché formé/nombre mole produit départ introduit, le rendement en produit recherché pouvant encore être défini comme le produit de la conversion et de la sélectivité. le temps de contact est l'inverse de la vitesse spatiale VVH (ou GHSV en langue anglaise). la vitesse spatiale est le rapport entre le débit volumique total sur le volume du lit catalytique, dans les conditions normales de température et de pression. La productivité est exprimée en masse de produit recherché obtenu par unité de temps et par unité de catalyseur (masse ou volume) cette productivité est liée au temps de contact. 20 EXEMPLES Les exemples suivants illustrent l'invention sans la limiter. Exemple 1. Préparation du catalyseur. Le catalyseur utilisé est un catalyseur Ni-Cr/AlF3 25 préparé comme suit. Dans un évaporateur rotatif, on place 343g d'un support obtenu dans une étape précédente par fluoration d'alumine GRACE HSA en lit fixe vers 280°C à l'aide d'air et d'acide fluorhydrique (concentration volumique de 5 à 30 10 % de cet acide dans l'air). L'alumine GRACE HSA de départ présente les caractéristiques physicochimiques suivantes . forme : billes de 0,5-2 mm de diamètre 10 15
9
surface BET : 220 m2/g volume poreux : 1,3 cm3/g On prépare par ailleurs deux solutions aqueuses séparées . (a) solution chromique additionnée de chlorure de nickel contenant : anhydride chromique chlorure de nickel hexahydraté eau 55 g 130 g 63 g (b) Solution méthanolique contenant : - méthanol - eau 81 g 8 g Ces deux solutions sont introduites simultanément à une température de 40°C sous pression atmosphérique et en 2 heures environ, sur le support en agitation. Après une étape de maturation sous azote, le catalyseur est séché sous azote, puis sous vide à 65°C puis vers 90°C pendant 6 heures. On charge 500g de solide imprégné dans un réacteur tubulaire en inconel. Le catalyseur est tout d'abord séché sous balayage d'azote à basse température puis jusqu'à 320°C, à pression atmosphérique. Il est ensuite fluoré en présence d'un mélange acide fluorhydrique / azote (concentration volumique de 5 à 10 % de cet acide dans l'azote) à 320°C puis jusqu'à 390°C. L'alimentation d'HF est alors coupée. Le balayage à l'azote est maintenu pendant 15 minutes à 390°C puis le catalyseur est refroidi jusqu'à 60°C sous balayage d'azote. Les caractéristiques du catalyseur après activation sont les suivantes . surface BET : 40 m2/g volume poreux : 0,4 cm3/g composition chimique pondérale : ^ Al : 25 % ^ F . 0 58 ° ^ Cr : 0 5,3 % Ni : 0 ^ 6,4 % Exemple 2. Déhydrofluoration de 236cb en 1225ye. On utilise un réacteur d'un volume de 50cm3 et de 2,1 cm de diamètre, contenant 20g de catalyseur sous forme d'un lit fixe d'une hauteur de 6,6 cm. La pression est de 1 bar. La température est de 375°C. On y introduit 100 mmol de 236cb par heure et 450 mmol d'hydrogène par heure, soit un ratio molaire hydrogène/ 236cb = 4,5. Le temps de contact est de 6,7 secondes.
Au bout de 100 heures de fonctionnement, la conversion de 236cb et la sélectivité en 1225ye restent constantes.
Claims (7)
- REVENDICATIONS1. Procédé de déhydrofluoration de 1,1,1,2,2,3- hexafluoropropane en 1,2,3,3,3-pentafluoropropène-1, en présence d'hydrogène.
- 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la réaction est mise en oeuvre en phase gazeuse avec un ratio molaire H2/1,1,1,2,3,3-hexafluoropropane compris entre 0,3 et 30.
- 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la réaction est mise en oeuvre en phase gazeuse avec un ratio molaire H2/1,1,1,2,2,3-hexafluoropropane compris entre 0,5 et 20, avantageusement entre 1 et 10.
- 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, mis en oeuvre en présence d'un catalyseur de déhydrofluoration.
- 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le catalyseur de déhydrofluoration est un catalyseur mixte à base de chrome et de nickel sur un support à base d'aluminium.
- 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, mis en oeuvre à une température comprise entre 150°C et 500°C, de préférence entre 300 et 400°C.
- 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, mis en oeuvre avec un temps de contact compris entre 0,1 et 100 secondes, de préférence entre 1 et 50 secondes et avantageusement entre 5 et 40 secondes.
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