MXPA98005310A - Metodo para fabricar 1,1,1,3,3-pentafluoropropano - Google Patents

Abstract

El método de fabricación de 1,1,1,3,3-pentafluoropropano reivindicado, comprende el primer proceso, en donde se obtiene 1,1,1-trifluoro-3-cloro-2-propeno mediante la inducción de una reacción entre 1,1,1,3,3-pentafluoropropano y fluoruro dehidrógeno en la fase de vapor, y el segundo proceso en donde se obtiene el 1,1,1,3,3-pentafluoropropano mediante la inducción de una reacción entre 1,1,1-trifluoro-3-cloro-2-propeno y fluoruro de hidrógeno en la fase de vapor, y se suministra el 1,1,1-trifluoro-3-cloro-2-propeno obtenido en el primer proceso, al segundo proceso, después de remover los subproductos de HCl. Esta invención puede proporcionar un nuevo método económico para fabricar 1,1,1,3,3-pentafluropropano con un alto rendimiento y selectividad. La figura más representativa de la invención es la número 1.

Description

MÉTODO PARA FABRICAR 1, 1, 1,3, 3-PENTAFLUOROPROPANO Campos Industriales en Donde se Puede utilizar la Invención Esta invención se refiere a un método para producir 1, 1, 1, 3, 3-pentafluoropropano, que no destruye la capa de ozono, y es importante para los campos industriales, tales como agentes de soplado de hidrofluorocarbonos, refrigerantes y propelentes. Técnica Anterior Debido a estas ventajas, es urgentemente necesario que se establezca un método para producir 1, 1, 1, 3 , 3-penta-fluoropropano. Los métodos conocidos para producir 1,1,1,3,3-pentafluoropropano son como sigue. Se preparan tetracloruro de carbono y cloruro de vinilideno, y se desencadena una reacción de adición. El producto de reacción, 1, 1, 1, 3 , 3 , 3-hexacloropropano, se flúora para producir 1, 1, 1, 3, 3-pentafluoro-3-cloropropano, el cual se reduce con hidrógeno para producir 1, 1, 1, 3 , 3-pentafluoropropano (Publicación Internacional WO 95/04022) . El 1,1,1,3,3-pentafluoro-2 , 3-dicloropropano, ó bien el l,l,l,3,3-pentafluoro-2,2,3-tricloropropano se reduce con hidrógeno para producir 1, 1, 1, 3, 3-pentafluoropropano (Patente Europea Número 061174) . Sin embargo, estos métodos bien conocidos presentan problemas técnicos y de costo, debido a los procesos químicos prolongados que incluyen al proceso en donde se fluora el cloruro para producir un precursor, y el proceso en donde se reduce el compuesto obtenido con hidrógeno. Objeto de la Invención El objeto de esta invención es proporcionar un nuevo método eficiente por el costo para producir 1, 1, 1, 3 , 3-penta-fluoropropano, que dé un alto rendimiento y selectividad, sin los inconvenientes que son comunes con las técnicas de producción convencionales. Construcción de la Invención Con el objeto de resolver estos problemas, se investigó completamente un método de producción de 1,1,1,3,3-pentafluoropropano. Como resultado, los inventores descubrieron que, cuando se utiliza pentacloropropano como un material de partida, y éste se hace reaccionar con fluoruro de hidrógeno en la fase de vapor, un punto importante es que exista un equilibrio entre los intermediarios de la reacción, 1,1,1-trifluoro-3-cloro-2-propeno y 1, 1, 1, 3-tetrafluoro-2-propeno, y que cuando se fluore el 1, 1, 1, 3, 3-pentacloropropano en la fase de vapor, se obtenga 1, 1, 1-trifluoro-3-cloro-2-propeno, y se remueva el subproducto, cloruro de hidrógeno, y además se fluore 1,1, 1-trifluoro-3-cloro-2-propeno para producir 1, 1,1,3, 3-pentafluoropropano de una manera efectiva. Como un resultado de este experimento, se produce 1,1,1,3,3-pentafluoropropano con un alto rendimiento a partir de 1, 1, 1, 3,3-pentacloropropano, simplemente a través del proceso de fluoración. Esto da un método efectivo por el costo para producir 1, 1, 1,3, 3-pentafluoropropáno para realizar esta invención. Esta invención proporciona un método para fabricar 1, 1, 1, 3 , 3-pentafluoropropano, el cual comprende los siguientes dos procesos: un primer proceso para obtener una mezcla, la cual contiene principalmente 1, 1, 1-trifluoro-3-cloro-2-propeno, mediante la inducción de la reacción entre 1, 1, 1, 3,3-penta-cloropropano y fluoruro de hidrógeno en la fase gaseosa (vapor) , y un segundo proceso para remover el subproducto, cloruro de hidrógeno, de la mezcla obtenida en el primer proceso, que contiene principalmente 1, 1, 1-trifluoro-3-cloro-2-propeno, y para obtener 1, 1, 1, 3 , 3-pentafluoropropano mediante la inducción de una reacción entre * la mezcla restante y fluoruro de hidrógeno en la fase gaseosa (vapor) . De acuerdo con el método de fabricación reivindicado, la reacción química se desencadena en las siguientes dos etapas: Primera etapa (primer proceso) Segunda etapa (segundo proceso) F HF F- En la primera etapa (primer proceso) , en donde el 1, 1, 1, 3, 3-pentacloropropano se fluora con fluoruro de hidrógeno en la fase de vapor, existe un equilibrio entre el 1,1,1-trifluoro-3-cloro-2-propeno y el 1,1, 1, 3-tetrafluoro-2-propeno.

Debido a que el subproducto de HCl promueve una fuerte tendencia hacia el 1, 1 , 1-trifluoro-3-cloro-2-propeno, el producto principal es 1, 1, 1-trifluoro-3-cloro-2-propeno, inclusive cuando se utilicen cantidades excesivas de fluoruro de hidrógeno. Aunque el intermediario, 1 , 1, 1, 3-tentrafluoro-propeno, y la sustancia objetivo, 1, 1, 1, 3, 3-pentafluoropropano, se pueden obtener a través de estas reacciones, su cantidad es pequeña . Sin embargo, en esta invención, después de remover el subproducto de HCl, el producto de reacción que contiene principalmente 1, 1, 1-trifluoro-3-cloro-2-propeno se fluora con fluoruro de hidrógeno en la fase de vapor en la segunda etapa (segundo proceso) . En consecuencia, se puede obtener la sustancia objetivo, 1, 1, 1, 3 , 3-pentafluoropropano con un alto rendimiento y selectividad. En la primera etapa, el 1,1,1-trifluoro-3-cloro-2-propeno producido en la primera etapa es útil para un intermediario de fármacos medicinales y químicos agrícolas, para introducir un grupo trifluoropropilo en los compuestos orgánicos. Modalidades de la Invención El método de fabricación reivindicado se explica con detalle. En la primera etapa descrita anteriormente, se agregan 1, 1, 1, 3 , 3-pentacloropropano y fluoruro de hidrógeno a un primer reactor, el cual se llena con un catalizador fluorador para inducir la reacción. Con el objeto de continuar con la reacción, la proporción molar del fluoruro de hidrógeno al primero debe ser mayor de tres veces aquélla del 1,1,1,3,3-pentacloropropano. Se recomienda la adición de un exceso de fluoruro de hidrógeno para completar la reacción, de tal manera que no haya problema y no afecte adversamente el funcionamiento del reactor. Si el fluoruro de hidrógeno excesivo agregado no es suficiente, el compuesto restante contiene demasiado cloro. Por consiguiente, la proporción molar del fluoruro de hidrógeno generalmente se establece en un nivel desde 5 hasta 20 veces aquélla del 1 , 1 , 1, 3 , 3-pentafluoropropano. Una tercera etapa sigue a las primera y segunda etapas (primero y segundo procesos) descritas anteriormente. El gas mezclado que contiene principalmente 1, 1, 1, 3 , 3-pentafluoro-propano se obtiene en la segunda etapa. Este gas contiene 1, 1, 1, 3-tetrafluoro-2-propeno y 1, 1, 1-trifluoro-3-cloro-2-propeno. Después de la separación del 1, 1, 1, 3 , 3-pentafluoropropano, estas dos sustancias se reciclan hacia el segundo proceso (el tercer proceso) . Debido a que existe un equilibrio entre el 1,1,1,3,3-pentafluoropropano y el 1, 1, 1, 3-tetrafluoro-2-propeno, es necesario el tercer proceso descrito anteriormente para obtener 1, 1, 1, 3 , 3-pentafluoropropano de una manera eficiente. Las siguientes fórmulas de reacción demuestran estos procesos.

Primera etapa (primer proceso) Ci Segunda etapa (segundo proceso) Actualmente, el gas obtenido en la segunda etapa contiene 1 , 1 , 1-trifluoro-3-cloro-2-propeno, 1,1,1,3-tetrafluoro-2-propeno, 1, 1, 1, 3, 3-pentafluoropropano, HCl, y el fluoruro de hidrógeno excesivamente agregado. Después de remover de la sustancia objetivo, 1, 1, 1, 3 , 3-pentafluoropropano y el HCl de esta mezcla, se debe introducir el residuo a un segundo reactor. El HCl, que tiene un punto de ebullición más bajo que los otros productos, se puede remover fácilmente mediante destilación. También se pueden emplear otras técnicas para remover el HCl, además de la destilación. Aunque el gas obtenido se puede lavar con agua para remover el HCl, simultáneamente se remueve el fluoruro de hidrógeno. En este caso, se debe recuperar el fluoruro de hidrógeno removido. Cuando se introduce la mezcla que consiste en 1,1,1-trifluoro-3-cloro-2-propeno y 1, 1, 1, 3-tetrafluoropropeno y fluoruro de hidrógeno en el segundo reactor, la proporción molar del fluoruro de hidrógeno debe exceder a aquélla de la mezcla, de tal manera que el equilibrio entre el 1,1,1,3-tetrafluoro-2-propeno y el 1, 1, l, 3 , 3-pentafluoropropano conduzca hacia la sustancia objetivo. En este caso, se puede utilizar directamente el fluoruro de hidrógeno extra agregado al primer reactor. Se puede agregar fluoruro de hidrógeno adicional según sea necesario. La proporción molar del fluoruro de hidrógeno generalmente se establece en un nivel de 5 a 20 veces la de la mezcla. El gas obtenido en el segundo reactor contiene la sustancia objetivo, 1, 1, 1,3, 3-pentafluoropropano, 1,1,1,3- tetrafluoro-2-propeno, y 1, 1, 1-trifluoro-3-cloro-2-propeno. Estas sustancias se pueden separar fácilmente mediante destilación. Idealmente, se deben reintroducir el 1,1,1,3- tetrafluoro-2-propeno y el 1, 1, 1-trifluoro-3-cloro-2-propeno al segundo reactor. En los procesos descritos anteriormente, se puede ' utilizar cualquier tipo de catalizador de fluoración, y el método utilizado para producir el catalizador no está particularmente restringido. Los catalizadores de fluoración incluyen óxido de fluoruro de cromo, fluoruro' de alúmina, y sustancias tales como alúmina fluorada que lleven cuando menos uno de los siguiente elementos: Cr, .Zn, Ti, V, Zr, Mo, Ge, Sn y Pb. El óxido de fluoruro de cromo se prepara mediante el siguiente tratamiento. Los hidratos de hidróxido de cromo (III) y trifluoruro de cromo (III) se tratan con calor, y las sustancias obtenidas se fluoran con fluoruro de hidrógeno para producir óxido de fluoruro de cromo. Se produce fluoruro de alúmina mediante la fluoración de alúmina con fluoruro de hidrógeno. Aunque no es necesaria una temperatura de reacción específica, la temperatura de reacción debe ajustarse a la escala de temperatura de 100°C a 400°C. La temperatura óptima es de 200°C a 300°C. Es difícil promover la reacción a temperaturas menores de 100°C. Si la temperatura de reacción excede a 400°C, puede declinar la selectividad, debido al incremento en los subproductos. Las temperaturas del primer reactor y del segundo reactor deben ajustarse a los niveles apropiados, y no necesariamente tienen que establecerse a la misma temperatura. Si la temperatura de reacción es extremadamente baja, es necesario un equipo a gran escala para producir una cantidad objetivd de la sustancia objetivo. No es preferible una temperatura de reacción extremadamente alta, debido a que el equilibrio entre el 1, 1, 1, 3, 3-pentafluoropropano y el 1,1,1,3-tetrafluoro-2-propeno conduce hacia el 1, 1, 1, 3-tetrafluoro-2-propeno. Aunque no hay restricción sobre la presión de la reacción, la presión de reacción óptima es desde la presión atmosférica hasta 20 kg/cm2. Se puede utilizar cualquier tipo de equipo de reacción en este proceso. Debido a que esta invención se basa en la reacción catalítica entre un gas y un sólido, el equipo generalmente utilizado es un reactor de lecho fijo de múltiples tubos, ó bien un reactor de lecho fluidizado. También es adecuado un reactor de lecho movible, etc. Se pueden utilizar di-ferentes tipos de reactor como los primero y segundo reactores.

La Figura 1 muestra una planta que se puede utilizar para realizar el método reivindicado. La materia prima utilizada en el método de producción reivindicado es 1, 1, 1, 3 , 3-pentacloropropano, que se obtiene fácilmente mediante una reacción de adición entre tetracloruro de carbono y cloruro de vinilo (Journal of Molecular Catalysis, Volumen 77.51, 1992; Magazine of Industrial Chemistry, Volumen 72, No. 7, 1526, 1969) . Disponibilidad Industrial de la Invención El método de fabricación reivindicado comprende los siguientes dos procesos. En el primer proceso, se hacen reaccionar 1, 1, 1, 3, 3-pentacloropropano y fluoruro de hidrógeno en la fase gaseosa (vapor) para obtener 1, 1, 1-trifluoro-3-cloro-2-propeno. En el segundo proceso, se hacen reaccionar el 1, 1, 1-trifluoro-3-cloro-2-propeno y el fluoruro de hidrógeno en la fase gaseosa (vapor), para producir 1, 1, 1, 3 , 3-pentafluoropropano. El gas obtenido en el primer proceso, que contiene principalmente 1, 1, l-trifluoro-3-cloro-2-propeno, se suministra al segundo proceso después de remover el subproducto, HCl. Esta técnica es efectiva para la producción de 1, 1, 1, 3 , 3-penta-fluoropropano con una alta selectividad. En consecuencia, se puede producir 1, 1, 1, 3 , 3-pentafluoropropano a partir de 1, 1, 1, 3,3-pentacloropropano económicamente y de una manera efectiva, simplemente a través del proceso de fluoración. " El método reivindicado se adopta para producir una sustancia: 1, 1, 1, 3 , 3-pentafluoropropano, que no destruye la capa de ozono, y que es importante para uso industrial como agentes de soplado de hidrofluorocarbonos, refrigerantes y propelentes. En el primer proceso, se produce 1, 1, 1-trifluoro-3-cloro-2-propeno. Esta sustancia es útil para un intermediario de fármacos medicinales y químicos agrícolas para introducir el grupo trifluoropropilo en los compuestos orgánicos. Breve Descripción del Dibujo La Figura 1 da un flujo esquemático de un ejemplo del equipo utilizado para realizar el método de producción de la presente invención. Ejemplos La presente invención se explicará en los siguientes ejemplos. Ejemplo l Un primer reactor: Se mezclaron una solución acuosa de nitrato de cromo y amoniaco acuoso para formar un precipitado de hidróxido de cromo. Se obtuvo un catalizador de fluoración mediante tratamiento por calor del hidróxido de cromo. El catalizador se fluoró mediante un pretratamiento solamente con fluoruro de hidrógeno pasando a través del mismo antes de la reacción. Un tubo de reacción Hastelloy C (diámetro interno: 20 milímetros, longitud: 700 milímetros) se llenó con 20 gramos del catalizador, y se incrementó la temperatura a 250 °C en una corriente de nitrógeno. Después de que se terminó la corriente de nitrógeno, se introdujeron 1, 1, 1, 3 , 3-pentacloropropano y fluoruro de hidrógeno a velocidades de flujo de 20 cc/minuto y de 200 cc/minuto, respectivamente. El gas obtenido se lavó con agua y se secó, y luego la composición del gas producido se analizó mediante cromatografía de gas. Se obtuvo un gas mixto de la siguiente composición: 1,1,1, 3-tetrafluoro-2-propeno 2.1% 1, 1, 1, 3 , 3-pentafluoropropano 5.0% 1, 1, l-trifluoro-3-cloro-2-propeno 92.9% Un segundo reactor: El gas obtenido en el primer reactor se lavó con agua para remover el cloruro de hidrógeno (HCl) . Después de secarse, la mezcla de reacción, que contenía principalmente 1,1,1-trifluoro-3-cloropropeno, se agregó a un segundo reactor, a una velocidad de flujo de 20 cc/minuto, acompañada por 200 cc/minuto de fluoruro de hidrógeno. Las condiciones del segundo reactor se ajustaron para concordar con aquéllas del primer reactor, y se indujo una reacción adicional. El gas obtenido se lavó con agua, y la composición se analizó mediante cromatografía de gas. Se obtuvo el gas mixto de la siguiente composición. 1,1,1, 3-tetrafluoro-2-propeno 23.4% 1,1, 1,3 , 3-pentafluoropropano 52.3% 1,1, l-trifluoro-3-cloro-2-propeno 24.3% Como se demuestra en este ejemplo, la sustancia objetivo, 1, 1, 1, 3, 3-pentafluoropropano, se produjo económicamente con una alta selectividad, simplemente a través del proceso de fluoración, utilizando 1, 1, 1, 3, 3-pentacloro-propano como la materia prima. Ejemplo 2 El proceso de reacción adoptado en este ejemplo fue el mismo que se adoptó en el Ejemplo 1, con la excepción de que se utilizó alúmina fluorada como el catalizador. El gas obtenido en el segundo reactor se lavó con agua, y su composición se analizó mediante cromatografía de gas, y se obtuvo un gas mixto de la siguiente composición: 1,1, 1, 3-tetrafluoro-2-propeno 22.9% 1, 1, 1, 3, 3-pentafluoropropano 51.8% 1,1, 1-trifluoro-3-cloro-2-propeno 25.3% Como se demuestra también en este ejemplo, la sustancia objetivo, 1, 1, 1, 3 , 3-pentafluoropropano, se produjo económicamente con una alta selectividad, simplemente a través del proceso de fluoración, utilizando 1 , 1, 1, 3 , 3-pentacloro-propano como la materia prima. Ejemplo 3 Como se muestra en el Ejemplo 1, el primer reactor se llenó con un catalizador. Se conectó un destilador marca SUS (segundo reactor) a la salida del primer reactor, de tal manera que se pudiera rectificar el gas obtenido. En este sistema, se introdujeron 1, 1, 1-trifluoro-3-cloropropeno y fluoruro de hidrógeno a velocidades de 20 cc/minuto y de 200 cc/minuto, respectivamente. Los productos se introdujeron a la columna de destilación. En adición al 1 , 1 , 1 , 3-tetrafluoropropeno con un bajo punto de ebullición, y al 1, 1, 1-trifluoro.-3-cloropropeno sin reaccionar con un alto punto de ebullición, se introdujo fluoruro de hidrógeno extra en la columna de destilación para el reciclado. A medida que se estabilizaba la reacción en la columna de destilación, gradualmente se disminuyó la cantidad de introducción de fluoruro de hidrógeno, hasta que se estabilizó todo el sistema de reacción. Cuando el sistema estuvo estable, se recolectó la muestra de gas desde la salida del segundo reactor. La muestra recolectada se lavó con agua y se analizó mediante cromatografía de gas, y se encontró que se obtuvo un gas mixto de la siguiente composición. 1, 1, 1, 3-tetrafluoropropeno 28.6% 1,1,1,3, 3-pentafluoropropano 61.3% 1, 1, 1-trifluoro-3-cloro-2-propeno 10.1% El gas obtenido a partir de la salida media de la columna de destilación se lavó con agua, y se analizó mediante cromatografía de gas, y se obtuvo un gas mixto de la siguiente composición: 1, 1, 1, 3-tetrafluoropropeno 1.6% 1,1,1,3, 3-pentafluoropropano 98.4% Después de recolectar el gas producido durante un período de tiempo específico, la cuota de recuperación fue del 97 por ciento. Como se demuestra en este ejemplo, se produjo económicamente la sustancia objetivo, 1, 1, 1, 3 , 3-pentafluoropropano con una alta selectividad, aunque se reciclaron las sustancias en el segundo reactor.

Claims (3)

1. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la invención que antecede, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES 1. Un método para fabricar 1, 1, 1, 3 , 3-pentafluoropropano, el cual comprende un primer proceso en donde se obtiene principalmente l, 1, 1-trifluoro-3-cloro-2-propeno mediante una reacción de 1, 1, 1,3, 3-pentacloropropano y fluoruro de hidrógeno en la fase gaseosa, y un segundo proceso en donde se obtiene 1, 1, 1, 3, 3-pentafluoropropano mediante una reacción de fluoruro de hidrógeno y el gas obtenido en el primer proceso, a partir del cual se ha removido el cloruro de hidrógeno en la fase gaseosa.
2. 2. Un método de fabricación de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 1, caracterizado porque tiene un tercer proceso en donde se recupera 1, 1, 1, 3 , 3-pentafluoropropano, y se remueve el cloruro de hidrógeno del gas recolectado en el segundo proceso, y se recicla el gas residual que contiene principalmente 1, 1, 1, 3-tetrafluoro-2-propeno y 1, 1, 1-trifluoro-3-cloro-2-propeno hacia el segundo proceso.
3. 3. Un método de fabricación de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque las reacciones se realizan en la presencia de catalizadores fluoradores en los primero y segundo procesos.