Способ разделения смеси

 

Сущность изобретения: способ разделения смесей, содержащих HF 2,2-дихлоро-1,1,1-трифторэтан /FC-123/ и/или 2-хлоро-1,1,1,2-тетрафторэтан /FH-124/ путем использования воздействия на смесь температуры примерно (-80) - (-40)С и давления примерно 0,1 - 3,55 МПа в сепарационной зоне, где в качестве нижнего слоя образуется органическая фаза, содержащая менее 15 мол. % HF, а в верхней части сепарационной зоны формируется кислая фаза, содержащая по меньшей мере 94 мол. % HF. 5 з. п. ф-лы, 14 табл. , 1 ил.

Изобретение относится к способам разделения смесей, содержащих фтористый водород (HF), 2,2-дихлоро-1,1,1-трифторэтан (FC-123) и/или 2-хлоро-1,1,1,2-тетрафторэтан (FC-124).

Предлагаемое изобретение представляет собой альтернативный путь отделения HF от FC-123 и FC-124 c использованием фазовой сепарации и дистилляции.

Предлагаемое изобретение относится к процессу разделения смеси, содержащей фтористый водород (HF), 2,2, дихлоро-1,1,1-трифторэтан (FC-123) и/или 2-хлоро-1,1,1,2-трифторэтан (FC-124), путем конденсирования смеси при температуре примерно (-80^оС)-(+40^оС) и давлении примерно 0,10-3,55 МПа в сепарационной зоне, где органическая фаза, содержащая менее 15 мол. % HF, образуется в качестве нижнего слоя сепарационной зоны, а кислая фаза, содержащая по меньшей мере 93 мол. % . HF формируется в виде верхнего слоя той же зоны.

Поскольку органическая фаза содержит не менее 85 мол. % по крайней мере одного из соединений FC-123, FC-124, и возможно, другие органические соединения, то HF, в количестве менее 15 мол. % может быть выведен из верхней части сепарационной зоны и подвергнут дистилляции с целью удаления остающегося HF. Дистиллят, содержащий HF, который получен с верха дистилляционной колонны может быть направлен в качестве рециркулята в сепарационную зону, если это требуется, для извлечения дополнительного количества HF. Кислая фаза, состоящая по меньшей мере на 93 мол. % из HF и содержащая менее 7 мол. % по крайней мере одного из соединений FC-123 и FC-124, и возможно, другие органические соединения может быть отведена с верха сепарационной зоны и подвергнута дистилляции с целью удаления остающихся FC-123, FC-124 и других, возможно присутствующих органических соединений. Дистиллят, содержащий HF, может быть извлечен с верха дистилляционной колонны и направлен в качестве рециркулята в сепарационную зону, если требуется по вышеуказанным причинам. Другие органические соединения, которые могут присутствовать, включают тетрахлорэтилен и прочно галогенированные продукты в незначительных количествах (например, менее 5 мол. % ).

Изобретение предназначено для практически полного отделения HF от органических компонентов за счет использования методов фазовой сепарации и дистилляции. Оно основано на обнаружении того факта, что HF, FC-123 и FC-124 образуют азеотропные смеси при по существу полном дистилляционном выпаривании HF из органической фазы и по существу полном дистилляционном выпаривании органических компонентов из кислой фазы, в результате чего становится возможным раздельное извлечение практически чистого HF и органических фракций.

В изобретении также полезно применено и еще одно открытие, заключающееся в том, что доли HF в азеотропных композициях (извлекаемых в процессе дистилляционного выпаривания кислой и органической фаз) выше, чем в жидкой органической фазе двухфазной системы, образовавшейся при конденсировании исходной сырьевой смеси. Точно также доли органических компонентов в азеотропных композициях выше, чем в жидкой кислой фазе двухфазной системы. Таким образом, рециркуляция азеотропных композиций на стадии конденсации сырьевой смеси приводит к общему увеличению степени сепарации и в конечном итоге к полному отделению HF и органических соединений друг от друга.

На чертеже представлена схематическая поточная диаграмма одного из воплощений процесса в соответствии с предлагаемым изобретением.

Способ осуществляют следующим образом.

Сырье, обрабатываемое в соответствии с предлагаемым изобретением может быть получено из различных источников, однако предпочтительным является вариант обработки поточной смеси, образующейся при получении FC-123 и FC-124 путем взаимодействия тетрахлорэтилена с HF таким образом, чтобы продукты реакции могли быть извлечены или подвергнуты рециркуляции, если требуется. Поточная смесь, образующаяся при этой реакции состоит в основном из HF, FC-123, FC-124, тетрахлорэтилена, НCl, и других галогенированных продуктов таких, как 1,2,2-трихлор-1,1-дифторэтин (FC-122) и петафторэтан (FC-125), в незначительных количествах. Низкокипящие компоненты такие, как HCl и FC-125 могут быть удалены традиционными способами. После этого остается смесь, состоящая в основном из фтороводорода (HF), FC-123, FC-124, тетрахлорэтилена и других галогенированных продуктов в незначительных количествах (менее 5 мол. % ), которая может быть эффективно обработана в соответствии с данным изобретением.

Заявители обнаружили, что две фазы образуются при различных температурах и давлениях. При атмосферном давлении и температуре -40^оС, HF и FC-123 образуют две фазы: кислую фазу, состоящую по существу на 98,3 мол. % (88,5 мас. % ) из HF и содержащую FC-123 в количестве 1,7 мол. % (11,8 мас. % ) и органическую фазу, состоящую на 98,6 мол. % (99,8% мас. % ) из FC-123 и содержащую HF в количестве 1,4% мол. % (0,2 мас. % ). При той же температуре и давлении HF- и FC-124 также образуют две фазы: кислую фазу, состоящую по существу на 84,9 мол. % (45,2 мас. % ) из НF и содержащую FC-124 в количестве 15,1 мол. % (54,8 мас. % ) и органическую фазу, состоящую на 97,6 мол. % (99,6 мас. % ) из FC-124 и содержащую HF в количестве 2,4 мол. % (0,4 мас. % ).

Используя эту информацию заявители установил, что воздействие на смеси, содержащие HF, FC-123, FC-124 и, возможно, другие органические соединения, температуры примерно (-80)-(40)^оС, предпочтительно (-40)-(0)^оС, и давления примерно 0,10-3,55 МПа, предпочтительно 0,10-1,83 МПа, в сепарационной зоне приводит к образованию органической фазы, содержащей менее 15 мол. % HF и кислой фазы, состоящей по меньшей мере на 94 мол. % из HF.

Органическая фаза образуется в нижней части сепарационной зоны и содержит менее 15 мол. % HF и не менее 85 мол. % по крайней мере одного из соединений FC-123 и FC-124 и, возможно, другие органические продукты. Кислая фаза образуется в верхней части сепарационной зоны и содержит не менее 93 мол. % HF и менее 7 мол. % по крайней мере одного из соединений FC-123 и FC-124, и возможно, другие органические продукты. Точные количества различных компонентов в органической и кислой фазах в установленных пределах значений параметров зависят от количества этих компонентов в исходной смеси и взаимной растворимости фаз при рабочих давлении и температуре.

Смесь 1, состоящая в основном из HF, FC-123, FC-124 и содержащая другие галогенированные продукты в незначительных количествах, пропускают через холодильник 2 при температуре примерно (-80)-(40)^оС и давлении примерно 0,10-3,55 МПа. Охлажденную смесь 3 направляют в сепарационную зону 4, где поддерживают температуру в пределах примерно (-80)-(40)^оС и давление примерно 0,10-3,55 МПа, в которой образуются органическая фаза 5, содержащая менее 15 мол. % HF и кислая фаза 6, содержащая по меньшей мере 94 мол. % HF. Кислую фазу 6 удаляют из верхней части сепарационной зоны 4 и пропускают через теплообменник 7 и регулятор давления 8. Образующуюся кислую фазу 9 направляют в многотарелочную дистилляционную колонну 10. В предпочтительном варианте температура на верху колонны 10 составляет примерно от -4 до -133^оС, а в наиболее предпочтительном от -4 до -97^оС. Давление в предпочтительном варианте составляет примерно 0,10-3,55 МПа, а в наиболее предпочтительном - 0,10-1,83 МПа, при этом точное значение температуры зависит от давления. Практически чистый HF 11 может быть удален с низу колонны 10, Рибойлер 12 обеспечивает подвод тепла к колонне за счет повторного испарения части смеси 11. Смесь, состоящая из HF, FC-123 и FC-124 и других галогенированных продуктов в незначительных количествах, может быть удалена с верха 13 колонны 10 и пропущена через конденсатор 14. Образующаяся смесь 15 может быть рециркулирована через холодильник 2 в сепарационную зону 4.

В другом варианте воплощения изобретения органическая фаза 5 может быть направлена во вторую многотарелочную дистилляционную колонну 16 (фиг. 2), имеющую температуру верха примерно от -15 до -120^оС и давление примерно 0,10-3,55 МПа, предпочтительно 0,10-1,83 МПа. Смесь FC-123- FC-124 и возможно других органических соединений 17 (фиг. 2) может быть отведена с низу колонны 18 или рециркулирована через рибойлер 18 (фиг. 2) к колонне 16. Смесь FC-123 и FC-124 c HF 19 (фиг. 2) может быть удалена с верха колонны 16, охлаждена в конденсаторе и пропущена прямо через элемент к холодильнику 2 для рециркуляции в сепарационную зону 4. Конденсатор также обеспечивает жидких рефлюкс для колонны.

В следующих примерах все значения для соединений приведены в молях, температура - в градусах Цельсия. Все данные были получены расчетным путем с использованием измеренных и расчетных термодинамических параметров.

П р и м е р 1. Очистительная система с температурой в зоне сепарации -40^оС и одной многотарелочной дистилляционной колонной эксплуатировалась в соответствии со схемой на фиг. 1. Концентрация HF в кислой фазе составляет 97,4 мол. % , в органической фазе - 1,5 мол. % .

П р и м е р 2. Влияние варьирования температуры в сепарационной зоне показано в табл. 2, 3, 4 и 5.

П р и м е р 3. Влияние функционирования дистилляционной колонны при различных давлениях и температурах показано в табл. 6-8.

П р и м е р 4. Если очистительная система включает две многотарелочных дистилляционных колонны: (фиг. 2), то она функционирует в условиях, приведенных в табл. 9-14.

Формула изобретения

1. СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСИ, содержащей фторводород, 2,2-дихлоро-1,1,1-трифторэтан и/или 2-хлоро-1,1,1,2-тетрафторэтан, включающий охлаждение смеси в сепарационной зоне с образованием верхнего слоя, содержащего кислую фазу, обогащенную HF, и нижнего слоя, содержащего в основном органическую фазу, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности утилизации HF, охлаждение смеси ведут при -80 - +40^oС и 0,10 - 3,55 МПа с образованием в нижнем слое фазы, содержащей менее 15 мол. % HF, а в верхнем слое - по меньшей мере 93 мол. % HF.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при температуре смеси от -40 до 0^oС поддерживают давление 0,10 - 1,83 МПа.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью отделения HF от кислой фазы, с верха сепарационной зоны удаляют кислую фазу и подают ее в дистилляционную колонну при -4 - +133^oС и 0,10 - 3,5 МПа, а HF удаляют с низу первой дистилляционной колонны.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что с верха первой дистилляционной колонны извлекают дистиллят, содержащий HF и рециркулируют его в сепарационную зону.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью отделения HF от органической фазы, с низу сепарационной зоны удаляют органическую фазу и подают ее во вторую дистилляционную колонну при -15 - +120^oС и 0,10 - 3,55 МПа и с низу второй дистилляционной колонны удаляют органическую фазу.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что с верха второй дистилляционной колонны извлекают дистиллят, содержащий HF, и рециркулируют его в сепарационную зону.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5