WO2019086816A1 - Procede de production de composes fluores - Google Patents

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WO2019086816A1
WO2019086816A1 PCT/FR2018/052714 FR2018052714W WO2019086816A1 WO 2019086816 A1 WO2019086816 A1 WO 2019086816A1 FR 2018052714 W FR2018052714 W FR 2018052714W WO 2019086816 A1 WO2019086816 A1 WO 2019086816A1
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WO
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μιτι
less
compound
stream
hydrofluoric acid
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Application number
PCT/FR2018/052714
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English (en)
Inventor
Dominique Deur-Bert
Laurent Wendlinger
Original Assignee
Arkema France
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C17/00—Preparation of halogenated hydrocarbons
    • C07C17/093—Preparation of halogenated hydrocarbons by replacement by halogens
    • C07C17/20—Preparation of halogenated hydrocarbons by replacement by halogens of halogen atoms by other halogen atoms
    • C07C17/202—Preparation of halogenated hydrocarbons by replacement by halogens of halogen atoms by other halogen atoms two or more compounds being involved in the reaction
    • C07C17/206—Preparation of halogenated hydrocarbons by replacement by halogens of halogen atoms by other halogen atoms two or more compounds being involved in the reaction the other compound being HX
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C17/00—Preparation of halogenated hydrocarbons
    • C07C17/25—Preparation of halogenated hydrocarbons by splitting-off hydrogen halides from halogenated hydrocarbons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C21/00—Acyclic unsaturated compounds containing halogen atoms
    • C07C21/02—Acyclic unsaturated compounds containing halogen atoms containing carbon-to-carbon double bonds
    • C07C21/18—Acyclic unsaturated compounds containing halogen atoms containing carbon-to-carbon double bonds containing fluorine

Definitions

  • the present invention relates to a process for the production of fluorinated compounds, such as hydrofluoroolefins or hydrofluorocarbons for example, and an installation adapted to the implementation of this process.
  • hydrofluoroolefins or hydrofluorocarbons by fluorination of hydrochloro-olefins or hydrochlorocarbons in particular.
  • This fluorination is generally a catalytic fluorination using hydrofluoric acid as fluorinating agent.
  • the fluorination reaction should generally be carried out at a high temperature (over 300 ° C) in the gas phase. Therefore, it is known to heat, vaporize and overheat the reactants before the fluorination reaction, using heat exchangers.
  • WO 2014/120865 discloses a process for reducing the decomposition of chlorinated compounds.
  • WO 2015/055927 discloses a process for producing fluorinated compounds from chlorinated compounds, the latter being vaporized.
  • No. 6,034,288 also discloses a process for the vaporization of halocarbons.
  • the invention relates to a process for producing a fluorinated compound comprising the steps of:
  • step c) vaporizing said droplets produced in step c) by mixing with said gas stream, the resulting mixture being a gaseous mixture; e) the catalytic reaction of the chlorinated compound with hydrofluoric acid in the gas phase and the collection of a product stream;
  • step c) characterized in that the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 500 ⁇ .
  • the droplets produced have a mean diameter of less than 150 ⁇ , preferably less than 100 ⁇ .
  • more than 90% of the droplets produced have a mean diameter of less than 500 ⁇ .
  • the chlorinated compound is a chlorocarbon, a hydrochlorocarbon, a chlorofluorocarbon, a hydrochlorofluorocarbon, a chloroolefin, a hydrochloroolefin, a chlorofluoroolefin or a hydrochlorofluoroolefin; and wherein the fluorinated compound is a fluorocarbon, a hydrofluorocarbon, a chlorofluorocarbon, a hydrochlorofluorocarbon, a fluoroolefin, a hydrofluoroolefin, a chlorofluoroolefin or a hydrochlorofluoroolefin; preferably, the chlorinated compound is chosen from 1,1,2-trichloroethane, 1,1,1,2,3-pentachloropropane, 1,1,1,3,3-pentachloropropane, 1,1,2- 2,3-pentachloropropane, 2,3-
  • steps c) and d) are implemented in a spraying, spraying and mixing unit, the latter being a static mixer comprising one or more spray nozzles equipped with orifices capable of allow the formation of droplets of average diameter less than 500 ⁇ .
  • the method also comprises one or more steps of separation of the product stream, making it possible to collect, on the one hand, a stream of the fluorinated compound and, on the other hand, a recycling stream; preferably the recycle stream provides the gas stream comprising hydrofluoric acid, optionally after a supply of hydrofluoric acid or preferably a catalytic fluorination step of the recycle stream is carried out, where appropriate with a supply of hydrofluoric acid, the gas stream comprising of hydrofluoric acid being collected at the end of this fluorination step.
  • the method also comprises a step of heating the liquid stream of chlorinated compound at a temperature below the vaporization temperature thereof.
  • the method comprises, after step d), and before step e):
  • the invention relates to a plant for producing a fluorinated compound comprising:
  • a feed line for liquid flow of chlorinated compound A gas flow feed line comprising hydrofluoric acid;
  • a spraying, vaporization and mixing unit fed by the chlorinated compound liquid feed line and the gas flow supply line comprising hydrofluoric acid;
  • a product flow collection line at the outlet of the catalytic fluorination reactor A product flow collection line at the outlet of the catalytic fluorination reactor
  • the spraying, vaporizing and mixing unit is a static mixer comprising one or more spray nozzles equipped with orifices adapted to allow the formation of droplets with an average diameter of less than 500 ⁇ .
  • the chlorinated compound is a chlorocarbon, a hydrochlorocarbon, a chlorofluorocarbon, a hydrochlorofluorocarbon, a chloroolefin, a hydrochloroolefin or a hydrochlorofluoroolefin; and wherein the fluorinated compound is a fluorocarbon, a hydrofluorocarbon, a chlorofluorocarbon, a hydrochlorofluorocarbon, a fluoroolefin, a hydrofluoroolefin or a hydrochlorofluoroolefin; preferably, the chlorinated compound is chosen from 1,1,2-trichloroethane, 1,1,1,2,3-pentachloropropane, 1,1,1,3,3-pentachloropropane, 1,1,2- 2,3-pentachloropropane, 2,3-dichloro-1,1,1-trifluoropropane, perchlorethylene, 1,2-
  • the installation comprises at least one separation unit fed by the product flow collection pipe; and a fluorinated compound collection pipe and a recycle stream collection pipe at the outlet of the separation unit or units.
  • the recycle flow collection line and optionally a hydrofluoric acid supply line feed the gas flow supply line comprising hydrofluoric acid.
  • the installation comprises a catalytic fluorination reactor fed at least in part by the recycle flow collection line, where appropriate with a supply of hydrofluoric acid, the gas flow supply line. comprising hydrofluoric acid originating from the catalytic fluorination reactor.
  • the installation comprises heating means on the chlorinated compound liquid feed line. Said heating means make it possible to heat the liquid stream of chlorinated compound, without vaporizing it, the latter remaining in liquid form.
  • the installation comprises heating means or cooling means on the gas mixture collection pipe.
  • the present invention overcomes the disadvantages of the state of the art. It provides more particularly a process for producing fluorinated compounds limiting or avoiding the problem of coking the installation. This is accomplished by specifically spraying the main reagent (chlorinated compound to be fluorinated) to form droplets of a specific average diameter and then vaporizing the formed droplets by mixing it with a gaseous hot stream that contains hydrofluoric acid. . By specifically limiting the size of the droplets, problems of incomplete or late vaporization of the chlorinated compound are avoided, two factors favoring coking.
  • the main reagent chlorinated compound to be fluorinated
  • Figure 1 shows the spray angle ⁇ of a nozzle for spraying the liquid stream into droplets.
  • FIG. 2 schematically shows an embodiment of the installation according to the invention.
  • FIG. 3 schematically shows another embodiment of the installation according to the invention.
  • a process for producing a fluorinated compound comprises the steps of:
  • step d) vaporizing said droplets produced in step c) by mixing with said gas stream, the resulting mixture being a gaseous mixture;
  • the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 500 ⁇ .
  • the droplets produced in step c) have a mean diameter of less than 450 ⁇ , preferably less than 400 ⁇ , more preferably less than 350 ⁇ , in particular less than 300 ⁇ , more particularly less than 250 ⁇ , so less than 200 ⁇ , advantageously less than 150 ⁇ , of preferentially preferred way less than 100 ⁇ , particularly preferably less than 75 ⁇ .
  • more than 50% of the droplets produced have a mean diameter of less than 500 ⁇ .
  • more than 55% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 500 ⁇ , preferably more than 60% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 500 ⁇ , more preferably more than 65% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 500 ⁇ , in particular more than 70% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 500 ⁇ , more particularly more than 75% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 500 ⁇ , preferably more than 80% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 500 ⁇ , advantageously more preferably 85% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 500 ⁇ , preferentially preferred more than 90% of the droplets produced in step c) have a mean diameter of less than 500 ⁇ , particularly preferably more than 95% of the
  • more than 50% of the droplets produced have a mean diameter of less than 450 ⁇ .
  • more than 55% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 450 ⁇ , preferably more than 60% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 450 ⁇ , more preferably more than 65% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 450 ⁇ , in particular more than 70% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 450 ⁇ , more particularly more than 75% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 450 ⁇ , preferably more than 80% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 450 ⁇ , advantageously more preferably 85% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 450 ⁇ , preferentially preferred more than 90% of the droplets produced in step c) have a mean diameter of less than 450 ⁇ ,
  • more than 50% of the droplets produced have a mean diameter of less than 400 ⁇ .
  • more than 55% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 400 ⁇ , preferably more than 60%.
  • droplets produced in step c) have an average diameter of less than 400 ⁇ , more preferably more than 65% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 400 ⁇ , in particular more than 70% of the droplets.
  • produced in step c) have a mean diameter of less than 400 ⁇ , more particularly more than 75% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 400 ⁇ , preferably more than 80% of the droplets produced.
  • step c) have a mean diameter of less than 400 ⁇ , advantageously more than 85% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 400 ⁇ , preferably more than 90% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 400 ⁇ , particularly preferably more than 95% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 400 ⁇ .
  • more than 50% of the droplets produced have an average diameter of less than 350 ⁇ .
  • more than 55% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 350 ⁇ , preferably more than 60% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 350 ⁇ , more preferably more than 65% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 350 ⁇ , in particular more than 70% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 350 ⁇ , more particularly more than 75% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 350 ⁇ , preferably more than 80% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 350 ⁇ , advantageously more preferably 85% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 350 ⁇ , preferably more than 90% of the droplets produced in step c) have a mean diameter of less than 350 ⁇ , particularly preferably more than 95% of the droplets produced
  • more than 50% of the droplets produced have a mean diameter of less than 300 ⁇ .
  • more than 55% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 300 ⁇ , preferably more than 60% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 300 ⁇ , more preferably more than 65% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 300 ⁇ , in particular more than 70% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 300 ⁇ , more particularly more than 75% of the droplets produced in step c) have a mean diameter of less than 300 ⁇ , more preferably 80% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 300 ⁇ , advantageously more than 85% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 300 ⁇ , preferentially preferred more than 90% of the droplets produced in step c) have a mean diameter of less than 300 ⁇ , particularly preferably more than 95% of the drop
  • more than 50% of the droplets produced have a mean diameter of less than 250 ⁇ .
  • more than 55% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 250 ⁇ , preferably more than 60% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 250 ⁇ , more preferably more than 65% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 250 ⁇ , in particular more than 70% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 250 ⁇ , more particularly more than 75% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 250 ⁇ , preferably more than 80% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 250 ⁇ , advantageously more preferably 85% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 250 ⁇ , preferably more than 90% of the droplets produced in step c) have a mean diameter of less than 250 ⁇ , particularly preferably more than 95% of the droplets
  • more than 50% of the droplets produced have a mean diameter of less than 200 ⁇ .
  • more than 55% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 200 ⁇ , preferably more than 60% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 200 ⁇ , more preferably more than 65% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 200 ⁇ , in particular more than 70% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 200 ⁇ , more particularly more than 75% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 200 ⁇ , preferably more than 80% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 200 ⁇ , advantageously more preferably 85% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 200 ⁇ , preferably more than 90% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 200 ⁇ , so Particularly preferred more than 95% of the droplets
  • more than 50% of the droplets produced have a mean diameter of less than 150 ⁇ .
  • more than 55% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 150 ⁇ , preferably more than 60% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 150 ⁇ , more preferably more than 65% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 150 ⁇ , in particular more than 70% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 150 ⁇ , more particularly more than 75% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 150 ⁇ , preferably more than 80% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 150 ⁇ , advantageously more preferably 85% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 150 ⁇ , preferably more than 90% of the droplets produced in step c) have a mean diameter of less than 150 ⁇ , particularly preferably more than 95% of the droplets
  • more than 50% of the droplets produced have a mean diameter of less than 100 ⁇ .
  • more than 55% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 100 ⁇ , preferably more than 60% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 100 ⁇ , more preferably more than 65% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 100 ⁇ , in particular more than 70% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 100 ⁇ , more particularly more than 75% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 100 ⁇ , preferably more than 80% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 100 ⁇ , advantageously more preferably 85% of the droplets produced in step c) have a mean diameter of less than 100 ⁇ , preferably more than 90% of the droplets produced in step c) have a mean diameter of less than 100 ⁇ , particularly preferably more than 95% of the drop
  • more than 50% of the droplets produced have a mean diameter of less than 75 ⁇ .
  • more than 55% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 75 ⁇ , preferably more than 60% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 75 ⁇ , more preferably more than 65% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 75 ⁇ , in particular more than 70% of the droplets produced.
  • step c) have a mean diameter of less than 75 ⁇ , more particularly more than 75% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 75 ⁇ , preferably more than 80% of the droplets produced at step c) have an average diameter of less than 75 ⁇ , advantageously more than 85% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 75 ⁇ , preferably more than 90% of the droplets produced in step c) have an average diameter of less than 75 ⁇ , particularly preferably more than 95% of the droplets produced in step c) have a diameter of average less than 75 ⁇ .
  • said droplets produced in step c) are sprayed at a spray angle of from 10 ° to 180 °, preferably from 20 ° to 170 °, in particular from 30 ° to 165 °.
  • the spray angle ⁇ corresponds to the angle of the jet emitted by an orifice 32 of a nozzle 31 determined at a distance d of 10 cm from all the orifices 32 of said nozzle 31 considered ( Figure 1).
  • the ratio between the volume median diameter (DMV) and the median diameter of the number (DMN) is between 1 and 3, preferably between 1 and 2.5, in particular between 1.2 and 2.
  • the median volume is the diameter of the droplet dividing all the others into two groups of equal volume, one consisting of the largest droplets and the other smaller.
  • the median diameter of the number is the diameter of the droplet on either side of which is 50% of the total number of droplets. More R is close to 1 and the droplet sizes are similar.
  • the nozzle is made of a material resistant to hydrofluoric acid, such as for example 316L stainless steel, alloys of Monel ® , Inconel ® or Hastelloy ® type or nickel-based alloys.
  • the partial pressure of the chlorinated compound during its vaporization is relatively moderate, and therefore the vaporization temperature is also relatively moderate, and in any case lower than the vaporization temperature in the room. where the chlorinated compound is vaporized independently.
  • the gaseous flow comprising hydrofluoric acid is at a temperature of 100 to 400 ° C., more particularly of 130 to 380 ° C., and advantageously of 250 to 380 ° C. at the time of its mixing with the liquid flow of chlorinated compound.
  • the temperature of the gaseous flow comprising hydrofluoric acid, at the time of its mixing with the liquid flow of chlorinated compound is chosen:
  • the temperature of the gaseous stream comprising hydrofluoric acid may be about 320 to 380 ° C.
  • the invention relates to the fluorination of a chlorinated compound with hydrofluoric acid to form a fluorinated compound.
  • chloro compound an organic compound comprising one or more chlorine atoms
  • fluorine compound means an organic compound comprising one or more fluorine atoms
  • the chlorinated compound may comprise one or more fluorine atoms, and that the fluorinated compound may comprise one or more chlorine atoms.
  • the number of chlorine atoms of the fluorinated compound is less than the number of chlorine atoms of the chlorinated compound; and the number of fluorine atoms of the fluorinated compound is greater than the number of fluorine atoms of the chlorinated compound.
  • the chlorinated compound may be an alkane or an alkene optionally having substituents selected from F, Cl, I and Br (preferably from F and Cl), and having at least one substituent Cl.
  • the fluoro compound may be an alkane or an alkene optionally having substituents selected from F, Cl, I and Br (preferably from F and Cl), and having at least one substituent F.
  • the chlorinated compound may especially be an alkane with one or more substituents chlorine (hydrochlorocarbon or chlorocarbon) or an alkane with one or more substituents chlorine and fluorine (hydrochlorofluorocarbon or chlorofluorocarbon) or an alkene with one or more substituents chlorine (chloroolefin or hydrochlorohefin) or an alkene with one or more substituents chlorine and fluorine (hydrochlorofluoroolefin or chlorofluoroolefin).
  • the fluorinated compound may in particular be an alkane with one or more fluorine substitutions (fluorocarbon or hydrofluorocarbon) or an alkane with one or more substituents chlorine and fluorine (hydrochlorofluorocarbon or chlorofluorocarbon) or an alkene with one or more fluorine substituents (fluoroolefin or hydrofluoroolefin) or an alkene with one or more substituents chlorine and fluorine (hydrochlorofluoroolefin or chlorofluoroolefin).
  • the chlorinated compound and the fluorinated compound may be linear or branched, preferably linear.
  • the chlorinated compound and the fluorinated compound comprise a single carbon atom.
  • the chlorinated compound and the fluorinated compound comprise two carbon atoms.
  • the chlorinated compound and the fluorinated compound comprise three carbon atoms.
  • the chlorinated compound and the fluorinated compound comprise four carbon atoms.
  • the chlorinated compound and the fluorinated compound comprise five carbon atoms.
  • the invention is particularly applicable to the following fluorination reactions:
  • the conversion of the chlorinated compound to the fluorinated compound may be a direct conversion (with a single reaction step or with a single set of reaction conditions ) or indirect conversion (with two or more reaction steps or using two or more sets of reaction conditions).
  • the fluorination reaction can be carried out:
  • At an absolute pressure ranging from atmospheric pressure to 20 bara, preferably from 2 to 18 bara, more preferably from 3 to 15 bara;
  • a temperature (catalytic bed temperature) of 200 to 450.degree. C., preferably of 250 to 400.degree. C., and more particularly of 280 to 380.degree.
  • the fluorination reaction is carried out in the presence of a catalytic composition.
  • the catalyst composition comprises a chromium catalyst.
  • the chromium catalyst may be a chromium oxide (eg CrO 2, CrO 3 or CT 2 O 3), a chromium oxyfluoride or a chromium fluoride (eg CrF 5) or a mixture thereof.
  • the chromium oxyfluoride may contain a fluorine content of between 1 and 60% by weight based on the total weight of the chromium oxyfluoride, advantageously between 5 and 55% by weight, preferably between 10 and 52% by weight, more preferably between 15 and 52% by weight, in particular between 20 and 50% by weight, more particularly between 25 and 45% by weight, preferably between 30 and 45% by weight, more preferably from 35 to 45% by weight. by weight of fluorine based on the total weight of the chromium oxyfluoride.
  • the catalyst composition may also comprise a co-catalyst selected from the group consisting of Ni, Co, Zn, Mg, Mn, Fe, Zn, Ti, V, Zr, Mo, Ge, Sn, Pb, Sb; preferably Ni, Co, Zn, Mg, Mn; in particular Ni, Co, Zn.
  • the content by weight of the cocatalyst is between 1 and 10% by weight based on the total weight of the catalytic composition.
  • the catalytic composition may also comprise a support such as alumina, for example in its alpha form, activated alumina, aluminum halides (AI F3 for example), aluminum oxyhalides, activated carbon, fluoride magnesium or graphite.
  • the catalytic composition has a specific surface area between 1 and 100 m 2 / g, preferably between 5 and 80 m 2 / g, more preferably between 5 and 70 m 2 / g, ideally between 5 and 50 m 2 / g. in particular between 10 and 50 m 2 / g, more particularly between 15 and 45 m 2 / g.
  • an oxidation agent for example oxygen or chlorine
  • a molar ratio of oxidation agent / organic compounds of 0.005 to 2 preferably from 0.01 to 1.5.
  • oxygen or chlorine oxygen or chlorine
  • the catalyst composition is preferably activated with air, oxygen or chlorine and / or with HF.
  • the catalytic composition Prior to its use, the catalytic composition is preferably subjected to activation with air or oxygen and HF at a temperature of 100 to 500 ° C, preferably 250 to 500 ° C and more preferably 300 to 500 ° C. at 400 ° C.
  • the activation time is preferably from 1 to 200 hours and more particularly from 1 to 50 hours.
  • This activation may be followed by a final fluorination activation step in the presence of an oxidizing agent, HF and organic compounds.
  • the molar ratio of HF / organic compounds is preferably from 2 to 40 and the molar ratio of oxidation agent / organic compounds is preferably from 0.04 to 25.
  • the temperature of the final activation is preferably from 300 to 400 ° C. C and its duration preferably from 6 to 100 h.
  • the plant according to the invention comprises a HCC-240db 2 liquid flow supply line and a gas flow supply line comprising HF 5, which feed a catalytic fluorination reactor 8.
  • HCC-240db liquid flow feed 2 is derived from a liquid HCC-240db stock 1.
  • the gas flow feed line comprising HF 5 can carry a pure HF stream (possibly in combination with an agent). as described above) or, alternatively, a mixture of HF and organic compounds, especially chlorinated and / or fluorinated organic compounds, as is the case in the example illustrated, and as will be described in more detail below.
  • a spraying, spraying and mixing unit 4 is supplied by both the HCC-240db 2 liquid flow supply line and the gas flow supply line comprising HF 5.
  • This unit is adapted mixing the gas stream and the liquid stream. It is preferably a static mixer to enable a continuous type process.
  • the static mixer comprises one or more spray nozzles equipped with orifices having a specific diameter. Said one or more spray nozzles allow spraying of the liquid stream into the static mixer before it is vaporized.
  • said one or more nozzles have orifices capable of allowing the formation of droplets with an average diameter of less than 500 ⁇ .
  • said one or more nozzles may have orifices capable of allowing the formation of droplets with an average diameter of less than 450 ⁇ , preferably less than 400 ⁇ , more preferably less than 350 ⁇ , in particular less than 300 ⁇ , more particularly less than 250 ⁇ , preferably less than 200 ⁇ , advantageously privileged less than 150 ⁇ , preferentially preferred less than 100 ⁇ , particularly preferably less than 75 ⁇ .
  • the gas stream comprising THF yields heat to the HCC-240db liquid stream, allowing vaporization of the HCC-240db.
  • Spray nozzles having the characteristics mentioned in the present application are therefore commercially available.
  • the inventors have surprisingly noticed that the use of nozzles specifically allowing the formation of droplets with a mean diameter of less than 500 ⁇ limits the formation of coke in equipment such as heat exchangers, supply lines or the reactor catalytic.
  • the mixture of HCC-240db, HF and possibly additional compounds is collected in a gaseous mixture collection line 6 at the outlet of the spraying, spraying and mixing unit 4, which transports the mixture to the reactor.
  • HCC-240db may undergo a preliminary heating step prior to mixing with the gas stream comprising HF.
  • this preliminary heating is performed at a temperature below the vaporization temperature of HCC-240db (and at a temperature below the degradation or decomposition temperature of this compound).
  • a product flow collection line 9 At the outlet of the catalytic fluorination reactor 8 is connected a product flow collection line 9.
  • a separation unit 10 or several successive separation units
  • This product of interest is recovered in a fluorinated compound collection line 11 at the outlet of the separation unit 10.
  • a recycling stream is recovered in a recycling flow collection line 12.
  • Other products can be eliminated elsewhere at this stage (in particular the hydrochloric acid generated during the fluorination reaction).
  • the recycling stream may contain in particular unreacted reagents, namely HF and chlorinated compound (in this case HCC-240db). It may also contain secondary products resulting from the reaction, that is to say fluorinated products obtained by fluorination of the chlorinated compound (HCC-240db) and other than the desired fluorinated compound.
  • the recycling stream contains in particular HCFO-1233xf, and optionally HFC-245cb (1,1,1,2,2-pentafluoropropane), obtained by fluorination of HCC-240db.
  • the recycling stream can be directly returned to the catalytic fluorination reactor 8. According to another possible embodiment, it can undergo a completely separate treatment, or even a separate recovery . According to another possible embodiment, it is partially returned to the catalytic fluorination reactor 8.
  • the recycle stream undergoes a complementary fluorination before being returned to the main catalytic fluorination reactor 8.
  • the recycling stream collection line 12 feeds a complementary catalytic fluorination reactor 16.
  • An HF supply line 13 may, as the case may be, as shown, be connected thereto in order to supply fresh THF.
  • An oxidizing agent supply line 14 may also, where appropriate, as shown, be connected to a recycle stream collection line 12 to ensure an addition of oxidizing agent capable of maintaining the catalytic activity of the catalyst.
  • Heating and vaporization means 15 may be provided on the recycle flow collection line 12 in order to bring the flow to the desired temperature for the complementary fluorination reaction, which is carried out in the complementary catalytic fluorination reactor 16.
  • the gaseous feed line comprising THF 5 (previously described) is directly from the complementary catalytic fluorination reactor 16.
  • the gas stream comprising THF contains, besides THF (and the case optionally of the oxidizing agent), fluorinated products resulting from the complementary fluorination reaction.
  • Fresh HF input and / or an oxidizing agent supply can be added to the gas flow supply line comprising HF 5 if necessary.
  • the gas stream comprising HF (which is used to vaporize the liquid flow of chlorinated compound) corresponds to a stream resulting from a fluorination reaction complementary to a recycling stream.
  • Other variants are possible:
  • the gas stream comprising HF may be a stream resulting from a fluorination reaction complementary to a recycle stream, supplemented with additional HF and / or additional oxidation agent;
  • the gas stream comprising HF may be directly a recycle stream or a partial recycle stream (without a complementary fluorination reaction stage);
  • the gas stream comprising HF can be directly a recycle stream (without complementary fluorination reaction step), supplemented with additional HF and / or additional oxidizing agent;
  • the gas stream comprising HF may be a fresh HF stream optionally comprising fresh oxidizing agent.
  • a recycle stream it may be introduced after the step of mixing the gas stream comprising HF with the liquid stream of chlorinated compound; and, if a fluorination reaction complementary to a recycle stream is used, the stream resulting from this reaction can be introduced after the step of mixing the gas stream comprising HF with the liquid stream of chlorinated compound.
  • FIG. 3 Another embodiment is now described with reference to FIG. 3: it is a method of producing HFC-125 from PE (as well as the installation allowing its implementation).
  • the plant has a gas flow supply line comprising HF 25 and a liquid flow supply line of PER 21, both of which feed a spray, spray and mix unit 22, which is a static mixer.
  • the static mixer comprises one or more spray nozzles equipped with orifices having a specific diameter. Said one or more nozzles Spraying allows spraying of the liquid stream into the static mixer before it is vaporized.
  • said one or more nozzles have orifices capable of allowing the formation of droplets with an average diameter of less than 500 ⁇ .
  • said one or more nozzles may have orifices capable of allowing the formation of droplets with an average diameter of less than 450 ⁇ , preferably less than 400 ⁇ , more preferably less than 350 ⁇ , in particular less than 300 ⁇ , more particularly less than at 250 ⁇ , advantageously less than 200 ⁇ , advantageously privileged less than 150 ⁇ , preferably preferentially less than 100 ⁇ , particularly preferably less than 75 ⁇ .
  • a gas mixture collection line 23 which feeds one or a series of several fluorination reactors (not shown).
  • Heating means 26a, 26b, 26c are provided on the gas flow supply line comprising HF 25.
  • Heating means 24a, 24b are provided on the gas mixture collection pipe 23.
  • the gas stream comprising HF is obtained by heating and optionally vaporization of a recycled stream collected after treatment and separation of a product stream from the catalytic fluorination reaction.
  • Some of the heating means 26a, 24a employed may be heat-saving exchangers.
  • the vaporization of the chlorinated compound and its mixture with hydrofluoric acid is achieved by substantially limiting the coking phenomenon. This makes it possible to maintain the productivity of the process on an industrial scale.
  • a gaseous stream 5 coming from a fluorination reactor 8 and comprising HF is mixed with a liquid stream 2 of 240db preheated to a temperature of 120 ° C. at a pressure of 4 to 6 bara.
  • the flow rate of the gas stream comprising HF from the fluorination reactor is 20 to 50 kg / h.
  • This gas stream is at a temperature of 320 ° C to 350 ° C and a pressure of 3 to 5 bara.
  • the flow rate of the 240db liquid flow is 3 to 4 kg / h.
  • the mixing between the two flows is carried out in a static mixer 4 which does not comprise spray nozzles (no droplet formation). After 500h, a visual inspection of the supply line at reactor is carried out and the formation of coke is observed.
  • the first layers of the catalytic bed in the reactor also have a coke deposit.
  • Example 1 is repeated using a static mixer 4 comprising a nozzle whose orifices form droplets with a mean diameter of less than 200 ⁇ . After 500 hours, visual inspection of the reactor feed line and first layers of the catalyst bed showed no coke deposits.
  • Example 3 (comparative)
  • the installation comprises a gas flow supply line comprising HF 25 and a liquid flow feed line of perchlorethylene 21, both of which supply a static mixer. 22.
  • the static mixer 22 comprises a nozzle whose orifices form droplets with an average diameter greater than 700 ⁇ . A visual inspection is performed after 1000 hours. Coke formation at the nozzle and in the static mixer is observed.
  • Example 3 is repeated with a static mixer 22 comprising a nozzle whose orifices form droplets with a mean diameter of less than 200 ⁇ .
  • a visual inspection is carried out after 8000 h. Inspection of the nozzle and the associated static mixer does not indicate fouling by coking.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de production d'un composé fluoré comprenant les étapes de fourniture d'un flux gazeux comprenant de l'acide fluorhydrique; fourniture d'au moins un flux liquide de composé chloré; pulvérisation dudit au moins un flux liquide de composé chloré pour former des gouttelettes; vaporisation desdites gouttelettes produites à l'étape c) par mélange avec ledit flux gazeux, le mélange résultant étant un mélange gazeux; la réaction catalytique du composé chloré avec l'acide fluorhydrique en phase gazeuse et la collecte d'un flux de produit; caractérisé en ce que les gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 500 μιτι. L'invention concerne également une installation propre à la mise en œuvre de ce procédé. 2

Description

Procédé de production de composés fluorés
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne un procédé de production de composés fluorés, tels que des hydrofluorooléfines ou des hydrofluorocarbures par exemple, et une installation adaptée à la mise en œuvre de ce procédé.
Arrière-plan technique de l'invention
Il est connu de produire des hydrofluorooléfines ou des hydrofluorocarbures par fluoration d'hydrochlorooléfines ou d'hydrochlorocarbures notamment. Cette fluoration est généralement une fluoration catalytique utilisant l'acide fluorhydrique comme agent fluorant.
La réaction de fluoration doit généralement être effectuée à une température élevée (plus de 300°C) en phase gazeuse. Par conséquent, il est connu de chauffer, de vaporiser et de surchauffer les réactifs avant la réaction de fluoration, en utilisant des échangeurs de chaleur.
Toutefois, cette étape préliminaire de chauffage, vaporisation et sur-chauffage des réactifs a tendance à conduire à la production de coke dans les échangeurs de chaleur. On connaît par WO 2014/120865 un procédé pour réduire la décomposition de composés chlorés. On connaît par WO 2015/055927 un procédé de production de composés fluorés à partir de composés chlorés, ces derniers étant vaporisés. On connaît également par US 6,034,288 un procédé de vaporisation d'halocarbures.
Il existe donc un besoin de mettre au point un procédé de production de composés fluorés limitant ou évitant le problème du cokage de l'installation.
Résumé de l'invention
Selon un premier aspect, l'invention concerne un procédé de production d'un composé fluoré comprenant les étapes de :
a) fourniture d'un flux gazeux comprenant de l'acide fluorhydrique ;
b) fourniture d'au moins un flux liquide de composé chloré ;
c) pulvérisation dudit au moins un flux liquide de composé chloré pour former des gouttelettes ;
d) vaporisation desdites gouttelettes produites à l'étape c) par mélange avec ledit flux gazeux, le mélange résultant étant un mélange gazeux ; e) la réaction catalytique du composé chloré avec l'acide fluorhydrique en phase gazeuse et la collecte d'un flux de produit ;
caractérisé en ce que les gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 500 μιτι.
Selon un mode de réalisation préféré, les gouttelettes produites ont un diamètre moyen inférieur à 150 μιτι, de préférence inférieur à 100 μιτι.
Selon un mode de réalisation préféré, plus de 90% des gouttelettes produites ont un diamètre moyen inférieur à 500 μιτι.
Selon un mode de réalisation préféré, le composé chloré est un chlorocarbure, un hydrochlorocarbure, un chlorofluorocarbure, un hydrochlorofluorocarbure, une chlorooléfine, une hydrochlorooléfine, une chlorofluorooléfine ou une hydrochlorofluorooléfine ; et dans lequel le composé fluoré est un fluorocarbure, un hydrofluorocarbure, un chlorofluorocarbure, un hydrochlorofluorocarbure, une fluorooléfine, une hydrofluorooléfine, une chlorofluorooléfine ou une hydrochlorofluorooléfine ; de préférence le composé chloré est choisi parmi le 1,1,2-trichloroéthane, le 1,1,1,2,3-pentachloropropane, le 1,1,1,3,3- pentachloropropane, le 1,1,2,2,3-pentachloropropane, le 2,3-dichloro-l,l,l-trifluoropropane, le perchloroéthylène, le 1,2-dichloroéthylène, le 1,1,2,3-tétrachloropropène, le 2,3,3,3- tetrachloropropène, le 1,1,3,3-tétrachloropropène, le 1,3,3,3-tétrachloropropène, le 2-chloro- 3,3,3-trifluoropropène, le l-chloro-3,3,3-trifluoropropène et leurs mélanges ; plus préférentiellement le composé fluoré est choisi parmi le pentafluoroéthane, le l-chloro,2,2- difluoroéthane, le 1,3,3,3-tétrafluoropropène, le 2,3,3,3-tétrafluoropropène, le 2-chloro-3,3,3- trifluoropropène, le l-chloro-3,3,3-trifluoropropène, le 1,1,1,2,2-pentafluoropropane, le 1,1,1,3,3-pentafluoropropane et leurs mélanges ; de manière plus particulièrement préférée le composé chloré est le perchloroéthylène et le composé fluoré est le pentafluoroéthane, ou le composé chloré est le 1,1,1,2,3-pentachloropropane et le composé fluoré est le 2,3,3,3- tétrafluoropropène.
Selon un mode de réalisation préféré, les étapes c) et d) sont mises en œuvre dans une unité de pulvérisation, de vaporisation et de mélange, cette dernière étant est un mélangeur statique comprenant une ou plusieurs buses de pulvérisation équipées d'orifices aptes à permettre la formation de gouttelettes de diamètre moyen inférieur à 500 μιτι.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend également une ou des étapes de séparation du flux de produit, permettant de collecter d'une part un flux du composé fluoré et d'autre part un flux de recyclage ; de préférence le flux de recyclage fournit le flux gazeux comprenant de l'acide fluorhydrique, éventuellement après un apport d'acide fluorhydrique ou de préférence une étape de fluoration catalytique du flux de recyclage est mise en œuvre, le cas échéant avec un apport d'acide fluorhydrique, le flux gazeux comprenant de l'acide fluorhydrique étant collecté à l'issue de cette étape de fluoration.
Selon un mode de réalisation préféré, le procédé comprend également une étape de chauffage du flux liquide de composé chloré à une température inférieure à la température de vaporisation de celui-ci.
Selon un mode de réalisation préféré, le procédé comprend, après l'étape d), et avant l'étape e) :
· une étape de chauffage du mélange ; ou
• une étape de refroidissement du mélange.
Selon un second aspect, l'invention concerne une installation de production d'un composé fluoré comprenant :
• une conduite d'amenée de flux liquide de composé chloré ; · une conduite d'amenée de flux gazeux comprenant de l'acide fluorhydrique ;
• une unité de pulvérisation, de vaporisation et de mélange alimentée par la conduite d'amenée de flux liquide de composé chloré et la conduite d'amenée de flux gazeux comprenant de l'acide fluorhydrique ;
· une conduite de collecte de mélange gazeux en sortie de l'unité de pulvérisation, de vaporisation et de mélange;
• un réacteur de fluoration catalytique alimenté par la conduite de collecte de mélange gazeux ; et
• une conduite de collecte de flux de produit en sortie du réacteur de fluoration catalytique ;
caractérisée en ce que l'unité de pulvérisation, de vaporisation et de mélange est un mélangeur statique comprenant une ou plusieurs buses de pulvérisation équipées d'orifices aptes à permettre la formation de gouttelettes de diamètre moyen inférieur à 500 μιτι.
Selon un mode de réalisation préféré, le composé chloré est un chlorocarbure, un hydrochlorocarbure, un chlorofluorocarbure, un hydrochlorofluorocarbure, une chlorooléfine, une hydrochlorooléfine ou une hydrochlorofluorooléfine ; et dans lequel le composé fluoré est un fluorocarbure, un hydrofluorocarbure, un chlorofluorocarbure, un hydrochlorofluorocarbure, une fluorooléfine, une hydrofluorooléfine ou une hydrochlorofluorooléfine ; de préférence le composé chloré est choisi parmi le 1,1,2- trichloroéthane, le 1,1,1,2,3-pentachloropropane, le 1,1,1,3,3-pentachloropropane, le 1,1,2,2,3-pentachloropropane, le 2,3-dichloro-l,l,l-trifluoropropane, le perchloroéthylène, le 1,2-dichloroéthylène, le 1,1,2,3-tétrachloropropène, le 2,3,3,3-tetrachloropropène, le 1,1,3,3- tétrachloropropène, le 1,3,3,3-tétrachloropropène, le 2-chloro-3,3,3-trifluoropropène, le 1- chloro-3,3,3-trifluoropropène et leurs mélanges ; plus préférentiellement le composé fluoré est choisi parmi le pentafluoroéthane, le l-chloro,2,2-difluoroéthane, le 1,3,3,3- tétrafluoropropène, le 2,3,3,3-tétrafluoropropène, le 2-chloro-3,3,3-trifluoropropène, le 1- chloro-3,3,3-trifluoropropène, le 1,1,1,2,2-pentafluoropropane, le 1,1,1,3,3- pentafluoropropane et leurs mélanges ; de manière plus particulièrement préférée le composé chloré est le perchloroéthylène et le composé fluoré est le pentafluoroéthane, ou le composé chloré est le 1,1,1,2,3-pentachloropropane et le composé fluoré est le 2,3,3,3- tétrafluoropropène.
Selon un mode de réalisation préféré, l'installation comprend au moins une unité de séparation alimentée par la conduite de collecte de flux de produits ; et une conduite de collecte de composé fluoré et une conduite de collecte de flux de recyclage en sortie de la ou les unités de séparation.
Selon un mode de réalisation préféré, la conduite de collecte de flux de recyclage et éventuellement une conduite d'apport d'acide fluorhydrique alimentent la conduite d'amenée de flux gazeux comprenant de l'acide fluorhydrique.
Selon un mode de réalisation préféré, l'installation comprend un réacteur de fluoration catalytique alimenté au moins en partie par la conduite de collecte de flux de recyclage, le cas échéant avec un apport d'acide fluorhydrique, la conduite d'amenée de flux gazeux comprenant de l'acide fluorhydrique étant issue du réacteur de fluoration catalytique.
Selon un mode de réalisation préféré, l'installation comprend des moyens de chauffage sur la conduite d'amenée de flux liquide de composé chloré. Lesdits moyens de chauffage permettent de chauffer le flux liquide de composé chloré, sans le vaporiser, celui-ci restant sous forme liquide.
Selon un mode de réalisation préféré, l'installation comprend des moyens de chauffage ou des moyens de refroidissement sur la conduite de collecte de mélange gazeux.
La présente invention permet de surmonter les inconvénients de l'état de la technique. Elle fournit plus particulièrement un procédé de production de composés fluorés limitant ou évitant le problème du cokage de l'installation. Cela est accompli en pulvérisant de manière spécifique le principal réactif (composé chloré destiné à être fluoré) pour former des gouttelettes d'un diamètre moyen spécifique puis en vaporisant les gouttelettes formées en le mélangeant avec un flux chaud gazeux qui contient de l'acide fluorhydrique. En limitant spécifiquement la taille des gouttelettes, on s'affranchit des problèmes liés à une vaporisation incomplète ou tardive du composé chloré, deux facteurs favorisant le cokage.
Brève description des figures
La figure 1 représente l'angle de pulvérisation a d'une buse servant à pulvériser le flux liquide en gouttelettes.
La figure 2 représente de manière schématique un mode de réalisation de l'installation selon l'invention.
La figure 3 représente de manière schématique un autre mode de réalisation de l'installation selon l'invention.
Description détaillée de l'invention
L'invention est maintenant décrite plus en détail et de façon non limitative dans la description qui suit.
Selon un premier aspect de la présente invention, un procédé de production d'un composé fluoré est fourni. Ledit procédé comprend les étapes de :
a) fourniture d'un flux gazeux comprenant de l'acide fluorhydrique ;
b) fourniture d'au moins un flux liquide de composé chloré ;
c) pulvérisation dudit au moins un flux liquide de composé chloré pour former des gouttelettes ;
d) vaporisation desdites gouttelettes produites à l'étape c) par mélange avec ledit flux gazeux, le mélange résultant étant un mélange gazeux ;
e) la réaction catalytique du composé chloré avec l'acide fluorhydrique en phase gazeuse et la collecte d'un flux de produit.
De préférence, les gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 500 μιτι. Avantageusement, les gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 450 μιτι, de préférence inférieur à 400 μιτι, plus préférentiellement inférieur à 350 μιτι, en particulier inférieur à 300 μιτι, plus particulièrement inférieur à 250 μιτι, de manière privilégiée inférieur à 200 μιτι, de manière avantageusement privilégiée inférieur à 150 μιτι, de manière préférentiellement privilégiée inférieur à 100 μιτι, de manière particulièrement privilégiée inférieur à 75 μιτι.
Selon un mode de réalisation préféré, plus de 50% des gouttelettes produites ont un diamètre moyen inférieur à 500 μιτι. Avantageusement, plus de 55% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 500 μιτι, de préférence plus de 60% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 500 μιτι, plus préférentiellement plus de 65% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 500 μιτι, en particulier plus de 70% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 500 μιτι, plus particulièrement plus de 75% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 500 μιτι, de manière privilégiée plus de 80% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 500 μιτι, de manière avantageusement privilégiée plus de 85% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 500 μιτι, de manière préférentiellement privilégiée plus de 90% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 500 μιτι, de manière particulièrement privilégiée plus de 95% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 500 μιτι.
Selon un mode de réalisation préféré, plus de 50% des gouttelettes produites ont un diamètre moyen inférieur à 450 μιτι. Avantageusement, plus de 55% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 450 μιτι, de préférence plus de 60% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 450 μιτι, plus préférentiellement plus de 65% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 450 μιτι, en particulier plus de 70% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 450 μιτι, plus particulièrement plus de 75% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 450 μιτι, de manière privilégiée plus de 80% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 450 μιτι, de manière avantageusement privilégiée plus de 85% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 450 μιτι, de manière préférentiellement privilégiée plus de 90% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 450 μιτι, de manière particulièrement privilégiée plus de 95% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 450 μιτι.
Selon un mode de réalisation préféré, plus de 50% des gouttelettes produites ont un diamètre moyen inférieur à 400 μιτι. Avantageusement, plus de 55% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 400 μιτι, de préférence plus de 60% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 400 μιτι, plus préférentiellement plus de 65% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 400 μιτι, en particulier plus de 70% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 400 μιτι, plus particulièrement plus de 75% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 400 μιτι, de manière privilégiée plus de 80% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 400 μιτι, de manière avantageusement privilégiée plus de 85% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 400 μιτι, de manière préférentiellement privilégiée plus de 90% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 400 μιτι, de manière particulièrement privilégiée plus de 95% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 400 μιτι.
Selon un mode de réalisation préféré, plus de 50% des gouttelettes produites ont un diamètre moyen inférieur à 350 μιτι. Avantageusement, plus de 55% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 350 μιτι, de préférence plus de 60% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 350 μιτι, plus préférentiellement plus de 65% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 350 μιτι, en particulier plus de 70% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 350 μιτι, plus particulièrement plus de 75% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 350 μιτι, de manière privilégiée plus de 80% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 350 μιτι, de manière avantageusement privilégiée plus de 85% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 350 μιτι, de manière préférentiellement privilégiée plus de 90% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 350 μιτι, de manière particulièrement privilégiée plus de 95% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 350 μιτι.
Selon un mode de réalisation préféré, plus de 50% des gouttelettes produites ont un diamètre moyen inférieur à 300 μιτι. Avantageusement, plus de 55% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 300 μιτι, de préférence plus de 60% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 300 μιτι, plus préférentiellement plus de 65% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 300 μιτι, en particulier plus de 70% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 300 μιτι, plus particulièrement plus de 75% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 300 μιτι, de manière privilégiée plus de 80% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 300 μιτι, de manière avantageusement privilégiée plus de 85% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 300 μιτι, de manière préférentiellement privilégiée plus de 90% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 300 μιτι, de manière particulièrement privilégiée plus de 95% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 300 μιτι.
Selon un mode de réalisation préféré, plus de 50% des gouttelettes produites ont un diamètre moyen inférieur à 250 μιτι. Avantageusement, plus de 55% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 250 μιτι, de préférence plus de 60% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 250 μιτι, plus préférentiellement plus de 65% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 250 μιτι, en particulier plus de 70% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 250 μιτι, plus particulièrement plus de 75% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 250 μιτι, de manière privilégiée plus de 80% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 250 μιτι, de manière avantageusement privilégiée plus de 85% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 250 μιτι, de manière préférentiellement privilégiée plus de 90% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 250 μιτι, de manière particulièrement privilégiée plus de 95% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 250 μιτι.
Selon un mode de réalisation préféré, plus de 50% des gouttelettes produites ont un diamètre moyen inférieur à 200 μιτι. Avantageusement, plus de 55% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 200 μιτι, de préférence plus de 60% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 200 μιτι, plus préférentiellement plus de 65% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 200 μιτι, en particulier plus de 70% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 200 μιτι, plus particulièrement plus de 75% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 200 μιτι, de manière privilégiée plus de 80% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 200 μιτι, de manière avantageusement privilégiée plus de 85% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 200 μιτι, de manière préférentiellement privilégiée plus de 90% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 200 μιτι, de manière particulièrement privilégiée plus de 95% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 200 μιτι.
Selon un mode de réalisation préféré, plus de 50% des gouttelettes produites ont un diamètre moyen inférieur à 150 μιτι. Avantageusement, plus de 55% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 150 μιτι, de préférence plus de 60% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 150 μιτι, plus préférentiellement plus de 65% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 150 μιτι, en particulier plus de 70% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 150 μιτι, plus particulièrement plus de 75% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 150 μιτι, de manière privilégiée plus de 80% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 150 μιτι, de manière avantageusement privilégiée plus de 85% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 150 μιτι, de manière préférentiellement privilégiée plus de 90% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 150 μιτι, de manière particulièrement privilégiée plus de 95% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 150 μιτι.
Selon un mode de réalisation préféré, plus de 50% des gouttelettes produites ont un diamètre moyen inférieur à 100 μιτι. Avantageusement, plus de 55% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 100 μιτι, de préférence plus de 60% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 100 μιτι, plus préférentiellement plus de 65% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 100 μιτι, en particulier plus de 70% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 100 μιτι, plus particulièrement plus de 75% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 100 μιτι, de manière privilégiée plus de 80% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 100 μιτι, de manière avantageusement privilégiée plus de 85% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 100 μιτι, de manière préférentiellement privilégiée plus de 90% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 100 μιτι, de manière particulièrement privilégiée plus de 95% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 100 μιτι.
Selon un mode de réalisation préféré, plus de 50% des gouttelettes produites ont un diamètre moyen inférieur à 75 μιτι. Avantageusement, plus de 55% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 75 μιτι, de préférence plus de 60% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 75 μιτι, plus préférentiellement plus de 65% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 75 μιτι, en particulier plus de 70% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 75 μιτι, plus particulièrement plus de 75% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 75 μιτι, de manière privilégiée plus de 80% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 75 μιτι, de manière avantageusement privilégiée plus de 85% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 75 μιτι, de manière préférentiellement privilégiée plus de 90% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 75 μιτι, de manière particulièrement privilégiée plus de 95% des gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 75 μιτι.
De préférence, lesdites gouttelettes produites à l'étape c) sont pulvérisées suivant un angle de pulvérisation a de 10° à 180°, de préférence de 20° à 170°, en particulier de 30° à 165°. L'angle de pulvérisation a correspond à l'angle du jet émis par un orifice 32 d'une buse 31 déterminé à une distance d de 10 cm de l'ensemble des orifices 32 de ladite buse 31 considérée (Figure 1).
De préférence, le rapport entre le diamètre médian du volume (DMV) et le diamètre médian du nombre (DMN) est compris entre 1 et 3, de préférence ente 1 et 2,5, en particulier entre 1,2 et 2. Le diamètre médian du volume est le diamètre de la gouttelette divisant l'ensemble des autres en deux groupes d'égal volume, l'un constitué des plus grosses gouttelettes et l'autre des plus petites. Le diamètre médian du nombre est le diamètre de la gouttelette de part et d'autre de laquelle se trouve 50% du nombre total de gouttelettes. Plus R est proche de 1 et plus les tailles des gouttelettes sont similaires.
De préférence, la buse est faite d'un matériau résistant à l'acide fluorhydrique, tel que par exemple l'inox 316L, les alliages de type Monel®, Inconel® ou Hastelloy® ou les alliages à base de nickel.
Par ailleurs, du fait de cette l'étape de mélange, la pression partielle du composé chloré lors de sa vaporisation est relativement modérée, et donc la température de vaporisation est également relativement modérée, et en tout cas inférieure à la température de vaporisation dans l'hypothèse où le composé chloré est vaporisé de manière indépendante. Cela permet notamment de limiter les risques de dégradation du composé chloré pouvant générer la formation de coke. De préférence, le flux gazeux comprenant de l'acide fluorhydrique est à une température de 100 à 400°C, plus particulièrement de 130 à 380°C, et avantageusement de 250 à 380°C au moment de son mélange avec le flux liquide de composé chloré.
De manière générale, la température du flux gazeux comprenant de l'acide fluorhydrique, au moment de son mélange avec le flux liquide de composé chloré, est choisie :
• inférieure, supérieure ou égale à la température de la réaction catalytique ;
• supérieure ou égale à la température de vaporisation du flux gazeux comprenant de l'acide fluorhydrique, qui est fonction de la pression et de la composition de ce flux (notamment teneur en HF).
Par exemple, dans le cadre de la production de HFO-1234yf (telle que décrite plus en détail ci-dessous), la température du flux gazeux comprenant de l'acide fluorhydrique peut être d'environ 320 à 380°C.
Comme mentionné ci-dessus, l'invention concerne la fluoration d'un composé chloré par de l'acide fluorhydrique, pour former un composé fluoré.
Par composé chloré, on entend un composé organique comprenant un ou plusieurs atomes de chlore, et par composé fluoré, on entend un composé organique comprenant un ou plusieurs atomes de fluor.
Il est entendu que le composé chloré peut comprendre un ou plusieurs atomes de fluor, et que le composé fluoré peut comprendre un ou plusieurs atomes de chlore. De manière générale, le nombre d'atomes de chlore du composé fluoré est inférieur au nombre d'atomes de chlore du composé chloré ; et le nombre d'atomes de fluor du composé fluoré est supérieur au nombre d'atomes de fluor du composé chloré.
Le composé chloré peut être un alcane ou un alcène ayant éventuellement des substituants choisis parmi F, Cl, I et Br (de préférence parmi F et Cl), et comportant au moins un substituant Cl.
Le composé fluoré peut être un alcane ou un alcène ayant éventuellement des substituants choisis parmi F, Cl, I et Br (de préférence parmi F et Cl), et comportant au moins un substituant F.
Le composé chloré peut notamment être un alcane avec un ou plusieurs substituants chlore (hydrochlorocarbure ou chlorocarbure) ou un alcane avec un ou plusieurs substituants chlore et fluor (hydrochlorofluorocarbure ou chlorofluorocarbure) ou un alcène avec un ou plusieurs substituants chlore (chlorooléfine ou hydrochlorooléfine) ou un alcène avec un ou plusieurs substituants chlore et fluor (hydrochlorofluorooléfine ou chlorofluorooléfine). Le composé fluoré peut notamment être un alcane avec un ou plusieurs substituants fluor (fluorocarbure ou hydrofluorocarbure) ou un alcane avec un ou plusieurs substituants chlore et fluor (hydrochlorofluorocarbure ou chlorofluorocarbure) ou un alcène avec un ou plusieurs substituants fluor (fluorooléfine ou hydrofluorooléfine) ou un alcène avec un ou plusieurs substituants chlore et fluor (hydrochlorofluorooléfine ou chlorofluorooléfine).
Le composé chloré et le composé fluoré peuvent être linéaires ou ramifiés, de préférence linéaires.
Selon un mode de réalisation, le composé chloré et le composé fluoré comportent un seul atome de carbone.
Selon un mode de réalisation, le composé chloré et le composé fluoré comportent deux atomes de carbone.
Selon un mode de réalisation, le composé chloré et le composé fluoré comportent trois atomes de carbone.
Selon un mode de réalisation, le composé chloré et le composé fluoré comportent quatre atomes de carbone.
Selon un mode de réalisation, le composé chloré et le composé fluoré comportent cinq atomes de carbone.
L'invention trouve notamment à s'appliquer pour les réactions de fluoration suivantes :
• fluoration du perchloroéthylène (PE ) en pentafluoroéthane (HFC-125) ;
• fluoration du 1,1,1,2,3-pentachloropropane (HCC-240db) en 2-chloro-3,3,3- trifluoropropène (HCFO-1233xf) ;
• fluoration du 1,1,1,2,3-pentachloropropane (HCC-240db) en 2,3,3,3- tétrafluoropropène (HFO-1234yf) ;
• fluoration du 1,1,1,2,3-pentachloropropane (HCC-240db) en 1,1,1,2,2- pentafluoropropane (HFC-245cb) ;
• fluoration du 1,1,1,3,3-pentachloropropane (HCC-240fa) en 1,3,3,3- tétrafluoropropène (HFO-1234ze) ;
• fluoration du 1,1,1,3,3-pentachloropropane (HCC-240fa) en l-chloro-3,3,3- trifluoropropène (HCFO-1233zd) ;
• fluoration du 1,1,1,3,3-pentachloropropane (HCC-240fa) en 1,1,1,3,3- pentafluoropropane (HFC-245fa) ; • fluoration du 2-chloro-3,3,3-trifluoropropène (HCFO-1233xf) en 2,3,3,3- tétrafluoropropène (HFO-1234yf);
• fluoration du 2-chloro-3,3,3-trifluoropropène (HCFO-1233xf) en 1,1,1,2,2- pentafluoropropane (HFC-245cb) ;
· fluoration du l-chloro-3,3,3-trifluoropropène (HCFO-1233zd) en 1,1,1,3,3- pentafluoropropane (HFC-245fa) ;
• fluoration du 1,3,3,3-tétrafluoropropène (HFO-1234ze) en 1,1,1,3,3- pentafluoropropane (HFC-245fa) ;
• fluoration du 1,1,2,2,3-pentachloropropane (HCC-240aa) en 2,3,3,3- tétrafluoropropène (HFO-1234yf) ;
• fluoration du 1,1,2,2,3-pentachloropropane (HCC-240aa) en 1,1,1,2,2- pentafluoropropane (HFC-245cb) ;
• fluoration du 1,1,2,2,3-pentachloropropane (HCC-240aa) en 2-chloro-3,3,3- trifluoropropène (HCFO-1233xf) ;
· fluoration du 2,3-dichloro-l,l,l-trifluoropropane (HCFC-243db) en 2,3,3,3- tétrafluoropropène (HFO-1234yf) ;
• fluoration du 2,3-dichloro-l,l,l-trifluoropropane (HCFC-243db) en l-chloro-3,3,3- trifluoropropène (HCFO-1233zd) ;
• fluoration du 2,3-dichloro-l,l,l-trifluoropropane (HCFC-243db) en 1,3,3,3- tétrafluoropropène (HFO-1234ze) ;
• fluoration du 2,3-dichloro-l,l,l-trifluoropropane (HCFC-243db) en 2-chloro-3,3,3- trifluoropropène (HCFO-1233xf) ;
• fluoration du 2,3-dichloro-l,l,l-trifluoropropane (HCFC-243db) en 1,1,1,2,2- pentafluoropropane (HFC-245cb) ;
· fluoration du 3,3-dichloro-l,l,l-trifluoropropane (HCFC-243fa) en l-chloro-3,3,3- trifluoropropène (HCFO-1233zd) ;
• fluoration du 3,3-dichloro-l,l,l-trifluoropropane (HCFC-243fa) en 1,3,3,3- tétrafluoropropène (HFO-1234ze) ;
• fluoration du 3,3-dichloro-l,l,l-trifluoropropane (HCFC-243fa) en 1,1,1,3,3- pentafluoropropane (HFC-245fa) ;
• fluoration du 1,1,2,3-tétrachloropropène (HCO-1230xa) en 2,3,3,3- tétrafluoropropène (HFO-1234yf) ; fluoration du 1,1,2,3-tétrachloropropène (HCO-1230xa) en 1,1,1,2,2- pentafluoropropane (HFC-245cb) ;
fluoration du 1,1,2,3-tétrachloropropène (HCO-1230xa) en 2-chloro-3,3,3- trifluoropropène (HCFO-1233xf) ;
fluoration du 2,3,3,3-tetrachloropropène (HCO-1230xf) en 2,3,3,3- tétrafluoropropène (HFO-1234yf) ;
fluoration du 2,3,3,3-tetrachloropropène (HCO-1230xf) en 1,1,1,2,2- pentafluoropropane (HFC-245cb) ;
fluoration du 2,3,3,3-tétrachloropropène (HCO-1230xf) en 2-chloro-3,3,3- trifluoropropène (HCFO-1233xf) ;
fluoration du 1,1,3,3-tétrachloropropène (HCO-1230za) en l-chloro-3,3,3- trifluoropropène (HCFO-1233zd) ;
fluoration du 1,1,3,3-tétrachloropropène (HCO-1230za) en 1,3,3,3- tétrafluoropropène (HFO-1234ze) ;
fluoration du 1,1,3,3-tétrachloropropène (HCO-1230za) en 1,1,1,3,3- pentafluoropropane (HFC-245fa) ;
fluoration du 1,3,3,3-tétrachloropropène (HCO-1230zd) en 1,1,1,3,3- pentafluoropropane (HFC-245fa) ;
fluoration du 1,3,3,3-tétrachloropropène (HCO-1230zd) en l-chloro-3,3,3- trifluoropropène (HCFO-1233zd) ;
fluoration du 1,3,3,3-tétrachloropropène (HCO-1230zd) en 1,3,3,3- tétrafluoropropène (HFO-1234ze) ;
fluoration du l-chloro-3,3,3-trifluoropropène (HCFO-1233zd) en 1,3,3,3- tétrafluoropropène (HFO-1234ze) ;
fluoration du 1,1,2-trichloroéthane en l-chloro,2,2-difluoroéthane (HCFC-142) ; fluoration du 1,2-dichloroéthylène en l-chloro-2,2-difluoroéthane (HCFC-142) La conversion du composé chloré en composé fluoré peut être une conversion directe (avec une seule étape de réaction ou avec un seul ensemble de conditions réactionnelles) ou une conversion indirecte (avec deux ou plus de deux étapes de réaction ou en utilisant deux ou plus de deux ensembles de conditions réactionnelles).
La réaction de fluoration peut être effectuée :
• avec un rapport molaire HF / composé chloré de 1:1 à 150:1, de préférence de 2:1 à 125:1 et de manière plus particulièrement préférée de 3:1 à 100:1 ; • avec un temps de contact de 1 à 100 s, de préférence 2 à 75 s et plus particulièrement 3 à 50 s (volume de catalyseur divisé par le flux entrant total, ajusté à la température et à la pression de fonctionnement) ;
• à une pression absolue allant de la pression atmosphérique à 20 bara, de préférence de 2 à 18 bara, plus préférentiellement de 3 à 15 bara ;
• à une température (température au lit catalytique) de 200 à 450°C, de préférence de 250 à 400°C, et plus particulièrement de 280 à 380°C.
La réaction de fluoration est effectuée en présence d'une composition catalytique. La composition catalytique comprend un catalyseur à base de chrome. De préférence, le catalyseur à base de chrome peut être un oxyde de chrome (par exemple CrÛ2, CrÛ3 ou CT2O3), un oxyfluorure de chrome ou un fluorure de chrome (par exemple CrFs) ou un mélange de ceux-ci. L' oxyfluorure de chrome peut contenir une teneur en fluor comprise entre 1 et 60% en poids sur base du poids total de l'oxyfluorure de chrome, avantageusement entre 5 et 55% en poids, de préférence entre 10 et 52% en poids, plus préférentiellement entre 15 et 52% en poids, en particulier entre 20 et 50% en poids, plus particulièrement entre 25 et 45% en poids, de manière privilégiée entre 30 et 45% en poids, de manière plus privilégiée de 35 à 45% en poids de fluor sur base du poids total de l'oxyfluorure de chrome. La composition catalytique peut également comprendre un co-catalyseur choisi parmi le groupe consistant en Ni, Co, Zn, Mg, Mn, Fe, Zn, Ti, V, Zr, Mo, Ge, Sn, Pb, Sb ; de préférence Ni, Co, Zn, Mg, Mn ; en particulier Ni, Co, Zn. La teneur en poids du co-catalyseur est comprise entre 1 et 10% en poids sur base du poids total de la composition catalytique. La composition catalytique peut également comprendre un support tel que l'alumine, par exemple sous sa forme alpha, de l'alumine activée, les halogénures d'aluminium (AI F3 par exemple), les oxyhalogénures d'aluminium, du charbon actif, fluorure de magnésium ou du graphite. De préférence, la composition catalytique a une surface spécifique entre 1 et 100 m2/g, de préférence entre 5 et 80 m2/g, plus préférentiellement entre 5 et 70 m2/g, idéalement entre 5 et 50 m2/g, en particulier entre 10 et 50 m2/g, plus particulièrement entre 15 et 45 m2/g.
Afin d'éviter une désactivation du catalyseur lors de la réaction, un agent d'oxydation (par exemple de l'oxygène ou du chlore) peut être ajouté, par exemple dans un rapport molaire agent d'oxydation / composés organiques de 0,005 à 2, de préférence de 0,01 à 1,5. On peut par exemple utiliser un flux d'oxygène pur ou de chlore pur, ou un mélange oxygène / azote ou chlore / azote. Avant son utilisation, la composition catalytique est de préférence soumise à une activation avec de l'air, de l'oxygène ou du chlore et/ou avec de l'HF.
Avant son utilisation, la composition catalytique est de préférence soumise à une activation avec de l'air ou de l'oxygène et du HF à une température de 100 à 500°C, de préférence de 250 à 500°C et plus particulièrement de 300 à 400°C. La durée d'activation est de préférence de 1 à 200 h et plus particulièrement de 1 à 50 h.
Cette activation peut être suivie d'une étape d'activation de fluoration finale en présence d'un agent d'oxydation, d'HF et de composés organiques.
Le rapport molaire HF / composés organiques est de préférence de 2 à 40 et le rapport molaire agent d'oxydation / composés organiques est de préférence de 0,04 à 25. La température de l'activation finale est de préférence de 300 to 400°C and sa durée de préférence de 6 à 100 h.
En faisant référence à la figure 2, un mode de réalisation de l'invention est maintenant décrit dans le cas particulier d'un procédé de production de HFO-1234yf à partir de HCC- 240db, étant entendu qu'il vaut de manière analogue avec d'autres couples de composés chlorés / composés fluorés.
L'installation selon l'invention comprend une conduite d'amenée de flux liquide de HCC-240db 2 et une conduite d'amenée de flux gazeux comprenant de l'HF 5, qui alimentent un réacteur de fluoration catalytique 8. La conduite d'amenée de flux liquide de HCC-240db 2 est issue d'une réserve de HCC-240db liquide 1. La conduite d'amenée de flux gazeux comprenant de l'HF 5 peut transporter un flux de HF pur (éventuellement en combinaison avec un agent d'oxydation tel que décrit ci-dessus) ou, alternativement, un mélange de HF et de composés organiques, notamment de composés organiques chloré et/ou fluorés, comme c'est le cas dans l'exemple illustré, et comme cela sera décrit plus en détail ci-dessous.
Une unité de pulvérisation, de vaporisation et de mélange 4 est alimentée à la fois par la conduite d'amenée de flux liquide de HCC-240db 2 et la conduite d'amenée de flux gazeux comprenant de l'HF 5. Cette unité est adaptée à mélanger le flux gazeux et le flux liquide. Il s'agit de préférence d'un mélangeur statique afin de permettre un procédé de type continu. Le mélangeur statique comprend une ou plusieurs buses de pulvérisation équipées d'orifices ayant un diamètre spécifique. Lesdites une ou plusieurs buses de pulvérisation permettent la pulvérisation du flux liquide dans le mélangeur statique avant sa vaporisation. De préférence, lesdites une ou plusieurs buses ont des orifices aptes à permettre la formation de gouttelettes de diamètre moyen inférieur à 500 μιτι. Ainsi, lesdites une ou plusieurs buses peuvent avoir des orifices aptes à permettre la formation de gouttelettes de diamètre moyen inférieur à 450 μιτι, de préférence inférieur à 400 μιτι, plus préférentiellement inférieur à 350 μιτι, en particulier inférieur à 300 μιτι, plus particulièrement inférieur à 250 μιτι, de manière privilégiée inférieur à 200 μιτι, de manière avantageusement privilégiée inférieur à 150 μιτι, de manière préférentiellement privilégiée inférieur à 100 μιτι, de manière particulièrement privilégiée inférieur à 75 μιτι. Dans cette unité, le flux gazeux comprenant de THF cède de la chaleur au flux liquide de HCC-240db, ce qui permet la vaporisation du HCC-240db. Des buses de pulvérisation ayant les caractéristiques mentionnées dans la présente demande sont donc disponibles commercialement. Les inventeurs ont remarqué de manière surprenante que l'utilisation de buses permettant spécifiquement la formation de gouttelettes ayant un diamètre moyen inférieur à 500 μιτι limitait la formation de coke dans les équipements tel que les échangeurs de chaleur, les conduites d'amenée ou le réacteur catalytique.
Le mélange du HCC-240db, du HF et éventuellement de composés supplémentaires est collecté dans une conduite de collecte de mélange gazeux 6 en sortie de l'unité de pulvérisation, de vaporisation et de mélange 4, qui transporte le mélange jusqu'au réacteur de fluoration catalytique 8.
Le HCC-240db peut subir une étape de chauffage préliminaire avant le mélange avec le flux gazeux comprenant de l'HF. Dans ce cas, ce chauffage préliminaire est effectué à une température inférieure à la température de vaporisation du HCC-240db (et à une température inférieure à la température de dégradation ou de décomposition de ce composé). A cet effet, on peut prévoir des moyens de chauffage 3 sur la conduite d'amenée de flux liquide de HCC- 240db 2.
Entre le mélange du HCC-240db avec le flux comprenant de l'HF et la réaction de fluoration, on peut, selon les cas, prévoir un chauffage complémentaire du mélange ou au contraire un refroidissement de celui-ci, en prévoyant soit des moyens de chauffage soit, comme illustré sur la figure, des moyens de refroidissement 7 sur la conduite de collecte de mélange gazeux 6. Le choix du chauffage ou du refroidissement dépend de la température souhaitée pour la réaction de fluoration, en comparaison de la température du mélange gazeux issu de l'unité de pulvérisation, de vaporisation et de mélange 4.
En sortie du réacteur de fluoration catalytique 8 est connectée une conduite de collecte de flux de produits 9. Celle-ci alimente une unité de séparation 10 (ou plusieurs unités de séparation successives) permettant notamment de séparer le produit d'intérêt (composé fluoré, ici le HFO-1234yf) du reste du flux de produits. A cet égard, on peut notamment utiliser une ou plusieurs colonnes de distillation, ou des unités de décantation, extraction, lavage ou autres. Ce produit d'intérêt est récupéré dans une conduite de collecte de composé fluoré 11 en sortie de l'unité de séparation 10. Par ailleurs, un flux de recyclage est récupéré dans une conduite de collecte de flux de recyclage 12. D'autres produits indésirables peuvent être éliminés par ailleurs à ce stade (notamment l'acide chlorhydrique généré lors de la réaction de fluoration).
Le flux de recyclage peut contenir notamment des réactifs non réagis, à savoir HF et composé chloré (ici le HCC-240db). Il peut également contenir des produits secondaires issus de la réaction, c'est-à-dire des produits fluorés obtenus par fluoration du composé chloré (HCC-240db) et autres que le composé fluoré désiré. Dans le cas illustré, le flux de recyclage contient notamment du HCFO-1233xf, et éventuellement du HFC-245cb (1,1,1,2,2- pentafluoropropane), obtenus par fluoration du HCC-240db.
Selon un mode de réalisation possible, le flux de recyclage peut être directement retourné vers le réacteur de fluoration catalytique 8. Selon un autre mode de réalisation possible, il peut faire l'objet d'un traitement complètement distinct, voire d'une valorisation séparée. Selon un autre mode de réalisation possible, il est partiellement retourné au réacteur de fluoration catalytique 8.
Selon un autre de mode réalisation, qui est celui illustré ici, le flux de recyclage subit une fluoration complémentaire avant d'être retourné vers le réacteur de fluoration catalytique 8 principal.
Ainsi, la conduite de collecte de flux de recyclage 12 alimente un réacteur de fluoration catalytique 16 complémentaire. Une conduite d'apport d'HF 13 peut le cas échéant, comme illustré, être connectée sur celle-ci afin d'apporter de THF frais. Une conduite d'apport d'agent oxydant 14 peut aussi, le cas échéant, comme illustré, être connectée sur conduite de collecte de flux de recyclage 12 afin d'assurer un apport en agent oxydant propre à maintenir l'activité catalytique du catalyseur.
Des moyens de chauffage et de vaporisation 15 peuvent être prévus sur la conduite de collecte de flux de recyclage 12 afin de porter le flux à la température souhaitée pour la réaction de fluoration complémentaire, qui est effectuée dans le réacteur de fluoration catalytique 16 complémentaire.
Dans l'exemple illustré, la conduite d'amenée de flux gazeux comprenant de THF 5 (précédemment décrite) est directement issue du réacteur de fluoration catalytique 16 complémentaire. Ainsi, le flux gazeux comprenant de THF contient, outre de THF (et le cas échéant de l'agent oxydant), des produits fluorés issus de la réaction de fluoration complémentaire.
Un apport de HF frais et/ou un apport d'agent oxydant peuvent être ajoutés dans la conduite d'amenée de flux gazeux comprenant de l'HF 5 si besoin.
Le principe d'un procédé de production comprenant deux étapes distinctes de fluoration catalytique, l'alimentation en réactif chloré (HCC-240db) s' effectuant entre ces deux étapes, est décrit en détail dans le document WO 2013/088195, auquel il est renvoyé à titre de référence.
Le flux gazeux comprenant du HF (qui est utilisé pour vaporiser le flux liquide de composé chloré) correspond à un flux issu d'une réaction de fluoration complémentaire d'un flux de recyclage. D'autres variantes sont possibles :
• le flux gazeux comprenant du HF peut être un flux issu d'une réaction de fluoration complémentaire d'un flux de recyclage, additionné de HF supplémentaire et/ou d'agent d'oxydation supplémentaire ;
« le flux gazeux comprenant du HF peut être directement un flux de recyclage ou un flux partiel de recyclage (sans étape de réaction de fluoration complémentaire);
• le flux gazeux comprenant du HF peut être directement un flux de recyclage (sans étape de réaction de fluoration complémentaire), additionné de HF supplémentaire et/ou d'agent d'oxydation supplémentaire ;
· le flux gazeux comprenant du HF peut être un flux de HF frais comprenant éventuellement de l'agent d'oxydation frais.
Dans ce dernier cas, si un flux de recyclage est présent, il peut être introduit après l'étape de mélange du flux gazeux comprenant du HF avec le flux liquide de composé chloré ; et, si on met en œuvre une réaction de fluoration complémentaire d'un flux de recyclage, le flux issu de cette réaction peut être introduit après l'étape de mélange du flux gazeux comprenant du HF avec le flux liquide de composé chloré.
Un autre mode de réalisation est maintenant décrit en faisant référence à la figure 3 : il s'agit d'un procédé de production de HFC-125 à partir de PE (ainsi que l'installation permettant sa mise en œuvre). L'installation comporte une conduite d'amenée de flux gazeux comprenant du HF 25 et une conduite d'amenée de flux liquide de PER 21, qui alimentent toutes deux une unité de pulvérisation, de vaporisation et de mélange 22, qui est un mélangeur statique. Le mélangeur statique comprend une ou plusieurs buses de pulvérisation équipées d'orifices ayant un diamètre spécifique. Lesdites une ou plusieurs buses de pulvérisation permettent la pulvérisation du flux liquide dans le mélangeur statique avant sa vaporisation. De préférence, lesdites une ou plusieurs buses ont des orifices aptes à permettre la formation de gouttelettes de diamètre moyen inférieur à 500 μιτι. Ainsi, lesdites une ou plusieurs buses peuvent avoir des orifices aptes à permettre la formation de gouttelettes de diamètre moyen inférieur à 450 μιτι, de préférence inférieur à 400 μιτι, plus préférentiellement inférieur à 350 μιτι, en particulier inférieur à 300 μιτι, plus particulièrement inférieur à 250 μιτι, de manière privilégiée inférieur à 200 μιτι, de manière avantageusement privilégiée inférieur à 150 μιτι, de manière préférentiellement privilégiée inférieur à 100 μιτι, de manière particulièrement privilégiée inférieur à 75 μιτι. En sortie du mélangeur statique est connectée une conduite de collecte de mélange gazeux 23, qui alimente un ou une série de plusieurs réacteurs de fluoration (non représentés). Des moyens de chauffage 26a, 26b, 26c sont prévus sur la conduite d'amenée de flux gazeux comprenant du HF 25. Des moyens de chauffage 24a, 24b sont prévus sur la conduite de collecte de mélange gazeux 23. Selon un mode de réalisation, le flux gazeux comprenant du HF est obtenu par chauffage et le cas échéant vaporisation d'un flux de recyclage collecté après traitement et séparation d'un flux de produits issu de la réaction de fluoration catalytique. Certains des moyens de chauffage 26a, 24a employés peuvent être des échangeurs économiseurs de chaleur.
Grâce à la mise en œuvre du procédé selon la présente invention, la vaporisation du composé chloré et son mélange avec l'acide fluorhydrique est réalisée en limitant substantiellement le phénomène de cokage. Ceci permet de maintenir la productivité du procédé à l'échelle industrielle.
Exemples Exemple 1 (comparatif)
On utilise une installation telle que décrite en relation avec la figure 2. Un flux gazeux 5 issu d'un réacteur de fluoration 8 et comprenant de l'HF est mélangé à un flux liquide 2 de 240db préalablement préchauffé à une température de 120°C à une pression de 4 à 6 bara. Le débit du flux gazeux 5 comprenant de l'HF issu du réacteur de fluoration est de 20 à 50 kg/h. Ce flux gazeux est à une température de 320°C à 350°C et à une pression 3 à 5 de bara. Le débit du flux liquide de 240db est de 3 à 4 kg/h. Le mélange entre les deux flux est effectué dans un mélangeur statique 4 ne comportant pas de buses de pulvérisation (pas de formation de gouttelettes). Au bout de 500h, une inspection visuelle de la conduite d'amenée au réacteur est effectuée et la formation de coke est observée. En outre, les premières couches du lit catalytique au sein du réacteur présentent également un dépôt de coke.
Exemple 2 (invention)
On répète l'exemple 1 en utilisant un mélangeur statique 4 comprenant une buse dont les orifices forment des gouttelettes d'un diamètre moyen inférieur à 200 μιτι. Au bout de 500 h, l'inspection visuelle de la conduite d'amenée au réacteur et des premières couches du lit catalytique ne montre aucun dépôt de coke. Exemple 3 (comparatif)
On utilise une installation telle que décrite en relation avec la figure 3. L'installation comporte une conduite d'amenée de flux gazeux comprenant du HF 25 et une conduite d'amenée de flux liquide de perchloroéthylène 21, qui alimentent toutes deux un mélangeur statique 22. Le mélangeur statique 22 comprend une buse dont les orifices forment des gouttelettes d'un diamètre moyen supérieur à 700 μιτι. Une inspection visuelle est réalisée au bout de 1000 h. La formation de coke au niveau de la buse et dans le mélangeur statique est observée.
Exemple 4 (invention)
On répète l'exemple 3 avec un mélangeur statique 22 comprenant une buse dont les orifices forment des gouttelettes d'un diamètre moyen inférieur à 200 μιτι. Une inspection visuelle est réalisée au bout de 8000 h. L'inspection de la buse et du mélangeur statique associé ne font pas état d'un encrassement par cokage.

Claims

Revendications
1. Procédé de production d'un composé fluoré comprenant les étapes de :
a) fourniture d'un flux gazeux comprenant de l'acide fluorhydrique ;
b) fourniture d'au moins un flux liquide de composé chloré ;
c) pulvérisation dudit au moins un flux liquide de composé chloré pour former des gouttelettes ;
d) vaporisation desdites gouttelettes produites à l'étape c) par mélange avec ledit flux gazeux, le mélange résultant étant un mélange gazeux ;
e) la réaction catalytique du composé chloré avec l'acide fluorhydrique en phase gazeuse et la collecte d'un flux de produit ;
caractérisé en ce que les gouttelettes produites à l'étape c) ont un diamètre moyen inférieur à 500 μιτι.
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les gouttelettes produites ont un diamètre moyen inférieur à 150 μιτι, de préférence inférieur à 100 μιτι.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que plus de 90% des gouttelettes produites ont un diamètre moyen inférieur à 500 μιτι.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel :
- le composé chloré est un chlorocarbure, un hydrochlorocarbure, un chlorofluorocarbure, un hydrochlorofluorocarbure, une chlorooléfine, une hydrochlorooléfine, une chlorofluorooléfine ou une hydrochlorofluorooléfine ; et dans lequel le composé fluoré est un fluorocarbure, un hydrofluorocarbure, un chlorofluorocarbure, un hydrochlorofluorocarbure, une fluorooléfine, une hydrofluorooléfine, une chlorofluorooléfine ou une hydrochlorofluorooléfine ; et
- de préférence le composé chloré est choisi parmi le 1,1,2-trichloroéthane, le 1,1,1,2,3-pentachloropropane, le 1,1,1,3,3-pentachloropropane, le 1,1,2,2,3- pentachloropropane, le 2,3-dichloro-l,l,l-trifluoropropane, le perchloroéthylène, le 1,2- dichloroéthylène, le 1,1,2,3-tétrachloropropène, le 2,3,3,3-tetrachloropropène, le 1,1,3,3- tétrachloropropène, le 1,3,3,3-tétrachloropropène, le 2-chloro-3,3,3-trifluoropropène, le 1- chloro-3,3,3-trifluoropropène et leurs mélanges ; - de préférence le composé fluoré est choisi parmi le pentafluoroéthane, le 1- chloro,2,2-difluoroéthane, le 1,3,3,3-tétrafluoropropène, le 2,3,3,3-tétrafluoropropène, le 2-chloro-3,3,3-trifluoropropène, le l-chloro-3,3,3-trifluoropropène, le 1,1,1,2,2- pentafluoropropane, le 1,1,1,3,3-pentafluoropropane et leurs mélanges ;
- de manière plus particulièrement préférée le composé chloré est le perchloroéthylène et le composé fluoré est le pentafluoroéthane, ou le composé chloré est le 1,1,1,2,3-pentachloropropane et le composé fluoré est le 2,3,3,3-tétrafluoropropène.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les étapes c) et d) sont mises en œuvre dans une unité de pulvérisation, de vaporisation et de mélange, cette dernière étant est un mélangeur statique comprenant une ou plusieurs buses de pulvérisation équipées d'orifices aptes à permettre la formation de gouttelettes de diamètre moyen inférieur à 500 μιτι.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une ou des étapes de séparation du flux de produit, permettant de collecter d'une part un flux du composé fluoré et d'autre part un flux de recyclage ; de préférence le flux de recyclage fournit le flux gazeux comprenant de l'acide fluorhydrique, éventuellement après un apport d'acide fluorhydrique ou de préférence une étape de fluoration catalytique du flux de recyclage est mise en œuvre, le cas échéant avec un apport d'acide fluorhydrique, le flux gazeux comprenant de l'acide fluorhydrique étant collecté à l'issue de cette étape de fluoration.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une étape de chauffage du flux liquide de composé chloré à une température inférieure à la température de vaporisation de celui-ci.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant, après l'étape d), et avant l'étape e) :
• une étape de chauffage du mélange ; ou
· une étape de refroidissement du mélange.
9. Installation de production d'un composé fluoré comprenant :
• une conduite d'amenée de flux liquide de composé chloré (2) ; • une conduite d'amenée de flux gazeux comprenant de l'acide fluorhydrique (5) ;
• une unité de pulvérisation, de vaporisation et de mélange, (4) alimentée par la conduite d'amenée de flux liquide de composé chloré (2) et la conduite d'amenée de flux gazeux comprenant de l'acide fluorhydrique (5) ;
• une conduite de collecte de mélange gazeux (6) en sortie de l'unité de pulvérisation, de vaporisation et de mélange (4) ;
• un réacteur de fluoration catalytique (8) alimenté par la conduite de collecte de mélange gazeux (6) ; et
• une conduite de collecte de flux de produit (9) en sortie du réacteur de fluoration catalytique (8) ;
caractérisée en ce que l'unité de pulvérisation, de vaporisation et de mélange (4) est un mélangeur statique comprenant une ou plusieurs buses de pulvérisation équipées d'orifices aptes à permettre la formation de gouttelettes de diamètre moyen inférieur à 500 μιτι.
10. Installation selon la revendication 9, dans laquelle :
• le composé chloré est un chlorocarbure, un hydrochlorocarbure, un chlorofluorocarbure, un hydrochlorofluorocarbure, une chlorooléfine, une hydrochlorooléfine ou une hydrochlorofluorooléfine ; et dans lequel le composé fluoré est un fluorocarbure, un hydrofluorocarbure, un chlorofluorocarbure, un hydrochlorofluorocarbure, une fluorooléfine, une hydrofluorooléfine ou une hydrochlorofluorooléfine ; et
• de préférence le composé chloré est choisi parmi le 1,1,2-trichloroéthane, le 1,1,1,2,3-pentachloropropane, le 1,1,1,3,3-pentachloropropane, le 1,1,2,2,3- pentachloropropane, le 2,3-dichloro-l,l,l-trifluoropropane, le perchloroéthylène, le 1,2-dichloroéthylène, le 1,1,2,3-tétrachloropropène, le 2,3,3,3- tetrachloropropène, le 1,1,3,3-tétrachloropropène, le 1,3,3,3-tétrachloropropène, le 2-chloro-3,3,3-trifluoropropène, le l-chloro-3,3,3-trifluoropropène, et leurs mélanges ;
• de préférence le composé fluoré est choisi parmi le pentafluoroéthane, le 1- chloro,2,2-difluoroéthane, le 1,3,3,3-tétrafluoropropène, le 2,3,3,3- tétrafluoropropène, le 2-chloro-3,3,3-trifluoropropène, le l-chloro-3,3,3- trifluoropropène, le 1,1,1,2,2-pentafluoropropane, le 1,1,1,3,3- pentafluoropropane et leurs mélanges ;
• de manière plus particulièrement préférée le composé chloré est le perchloroéthylène et le composé fluoré est le pentafluoroéthane, ou le composé chloré est le 1,1,1,2,3-pentachloropropane et le composé fluoré est le 2,3,3,3- tétrafluoropropène.
11. Installation selon l'une des revendications 9 ou 10, comprenant :
• au moins une unité de séparation (10) alimentée par la conduite de collecte de flux de produits (9) ; et
• une conduite de collecte de composé fluoré (11) et une conduite de collecte de flux de recyclage (12) en sortie de la ou les unités de séparation (10).
12. Installation selon la revendication 11, dans laquelle la conduite de collecte de flux de recyclage (12) et éventuellement une conduite d'apport d'acide fluorhydrique (13) alimentent la conduite d'amenée de flux gazeux comprenant de l'acide fluorhydrique (5).
13. Installation selon la revendication 11, comprenant un réacteur de fluoration catalytique (16) alimenté au moins en partie par la conduite de collecte de flux de recyclage (12), le cas échéant avec un apport d'acide fluorhydrique, la conduite d'amenée de flux gazeux comprenant de l'acide fluorhydrique (5) étant issue du réacteur de fluoration catalytique (16).
14. Installation selon l'une des revendications 9 à 13, comprenant des moyens de chauffage (3) sur la conduite d'amenée de flux liquide de composé chloré (2).
15. Installation selon l'une des revendications 9 à 14, comprenant des moyens de chauffage ou des moyens de refroidissement (9) sur la conduite de collecte de mélange gazeux (6).
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