CN103562163A - 生产氯化丙烯类的方法 - Google Patents

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CN103562163A CN201280026120.8A CN201280026120A CN103562163A CN 103562163 A CN103562163 A CN 103562163A CN 201280026120 A CN201280026120 A CN 201280026120A CN 103562163 A CN103562163 A CN 103562163A
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Abstract

本发明提供了氯化丙烯类的生产方法。本方法利用氯醇生产中的副产物,1,2-二氯丙烷,作为低成本起始材料,单独或与1,2,3-三氯丙烷组合。本方法还可以生成作为副产物的无水HCl,所述无水HCl可以从所述方法中除去并用作其它方法的原料,提供进一步的时间和成本节约。最后,所述方法有利地在液相中进行,从而与常规的气相方法相比,提供了额外的节约。

Description

生产氯化丙烯类的方法
技术领域
本发明涉及生产氯化丙烯类的方法。
背景技术
氢氟烃(HFC)产品在许多应用中广泛使用,包括致冷、空气调节、泡沫膨胀、和作为气溶胶产品包括医用气溶胶装置的推进剂。虽然已经证明HFC比其所代替的氯氟烃和氢氯氟烃更为气候友好,但现在已发现它们表现出可观的全球变暖潜力(GWP)。
对当前碳氟化合物产品更可接受的替代品的研究导致了氢氟烯烃(HFO)产品的出现。相对于它们的前任,预计HFO以与HFC相比对臭氧层更小或没有有害影响以及它们的低得多的GWP的形式,对大气施加较小的影响。有利地,HFO还表现出低易燃性和低毒性。
因为HFO的环境和进而的经济重要性已经成立,因此对它们的生产中使用的前体有需求。许多期望的HFO化合物,例如2,3,3,3-四氟丙-1-烯或1,3,3,3-四氟丙-1-烯,通常可以利用氯碳化合物的原料来生产,特别是氯化丙烯类,它还可以用作制造聚氨酯发泡剂、杀生物剂和聚合物的原料。
不幸的是,许多氯化丙烯可能市场供应有限,和/或可能只能以过高的高成本得到,这至少部分是由于它们的制造中通常使用的复杂的多步骤方法。这可能至少部分是由于制造它们的常规方法可能需要使用的起始材料对于制造商需要用作原料的大规模经济生产而言过于昂贵这一事实。另外,常规方法可能需要多个氯化和脱氯化氢步骤来达到最终产物中所需的氯化水平。脱氯化氢步骤通常用碱的水溶液进行,并导致产生含有大量氯化钠和/或氯化有机物的大量废水。该废水的处理既费时又昂贵,并导致低值副产物的回收。
因此,将希望提供在致冷剂及其他商业产品的合成中可用作原料的氯碳化合物前体的高生产力和/或连续生产的改进方法。更具体地,这样的方法如果它们在起始材料、加工时间、和/或实施和维持该方法需要的资金成本方面成本较低的话,将提供优于当前现有技术的改进。产生价值比氯化钠高、或实际上具有任何价值的副产物,如果这种方法中提供的话,将是进一步的优点。
发明内容
本发明提供生产氯化丙烯类的有效方法。有利地,所述方法利用氯醇生产中的副产物,1,2-二氯丙烷,作为低成本起始材料,单独或与1,2,3-三氯丙烷组合。通过采用相继的氯化步骤、利用离子氯化催化剂、和脱氯化氢步骤,所述方法的选择性比常规氯化法提高。因为1,2-二氯丙烷和1,2,3-三氯丙烷直接氯化成氯化丙烯异构体,需要的步骤比常规方法少,并提供了资金成本和节约时间。此外,因为通过苛性碱裂化(caustic cracking)处理较少量的氯化丙烷中间体,所以可以从所述方法中回收无水HCl,而不是通过多个苛性碱裂化步骤产生的价值较低的NaCl。因此生成的废水较少,提供了进一步的时间和成本节约。
在一个方面,本发明提供了从一种或多种氯化烷烃生产氯化丙烯类的方法。所述方法包括在自由基引发剂存在下进行的至少一个液相氯化步骤以及至少一个脱氯化氢步骤。所述一种或多种氯化烷烃包含1,2-二氯丙烷,并可以进一步包含1,2,3-三氯丙烷。所述氯化剂包括氯、SO2Cl2或这些的组合。所述自由基引发剂理想地包括偶氮二异丁腈(AIBN)、2,2'-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)、二甲基2,2'-偶氮双(2-甲基丙酸酯)、1,1'-偶氮双(环己烷-1-甲腈)或1,1'-偶氮双(环己烷甲腈)(ABCN)、紫外光或这些的组合。产生的氯化丙烯理想地包含3至5个氯原子,并且在一些实施方式中,可以是1,1,2,3-四氯丙烯。HCl由所述方法作为副产物生成,并且在一些实施方式中,可以以它的无水形式回收用于例如下游加工中。此外,一种或多种反应物可以在所述方法内或上游生成。
可以通过利用氯化丙烯类生产进一步的下游的产物、例如2,3,3,3-四氟丙-1-烯或1,3,3,3-四氟丙-1-烯,来发扬由本方法提供的优点。
附图说明
图1显示了在完全(>99%)PDC转化下,对1,1,2,3,3-五氯丙烷异构体(11233)、C3H4Cl4(C3Cl4)异构体、和C3H5Cl3异构体(C3Cl3)的选择性作为向五氯丙烷异构体的总转化率的函数的图形;
图2显示根据一种实施方式的方法示意图;
图3显示根据另一种实施方式的方法示意图;
图4显示根据另一种实施方式的方法示意图;
图5显示根据另一种实施方式的方法示意图;和
图6显示根据另一种实施方式的方法示意图。
具体实施方式
本说明书提供了某些定义和方法,以更好地定义本发明和指导本领域的普通技术人员实施本发明。对于具体的术语或短语提供或没有提供定义不意味着暗示任何特别的重要性、或没有重要性。而是,除非另外注明,术语将按照相关领域中普通技术人员的常规用法来理解。
术语“第一”、“第二”等等,在本文中使用时不指示任何次序、量或重要性,而是用来区别一个元素与另一个元素。同样,不带数量的指示不表示量的限制,而是表示存在至少一个所指称项,并且术语“前面”、“背面”、“底部”和/或“顶部”,除非另外注明,仅仅用于描述方便起见,并不限于任何一个位置或空间定向。
如果公开了范围,那么涉及相同组分或性质的所有范围的端点是包含性的并可独立组合(例如,“高达25wt%,或更具体地说,5wt%至20wt%”的范围包括端点和“5wt%至25wt%”范围中的所有中间值在内,等等)。在本文中使用时,百分比(%)转化率意味着表明反应器中反应物的摩尔或质量流量与引入的流量的比率改变,而百分比(%)选择性是指反应器中产物的摩尔流量改变与反应物摩尔流量改变的比率。
在整个说明书中提到“一种实施方式”或“实施方式”,是指结合所述实施方式描述的具体的特征、结构、或特性包含在至少一种实施方式中。因此,短语“在一种实施方式中”或“在实施方式中”在通篇说明书的各种地方出现不一定是指同一实施方式。此外,所述具体的特征、结构或特性可以在一种或多种实施方式中以任何合适的方式组合。
在有些情况下,“PDC”可以用作1,2-二氯丙烷的缩写,“TCP”可以用作1,2,3-三氯丙烷的缩写,和“TCPE”可以用作1,1,2,3-四氯丙烯的缩写。术语“裂化”和“脱氯化氢”在提到相同类型的反应时可互换使用,即通常通过在氯化烃反应剂中从相邻的碳原子去除氢和氯原子而导致产生双键的反应。
本发明提供生产氯化丙烯类的有效方法。本方法包括使用已知的自由基催化剂,对包含PDC的一种或多种氯化丙烷进行相继的自由基氯化和脱氯化氢步骤。使用许多氯醇方法中的副产物——PDC作为起始材料,比起可以结合一些常规氯醇方法所进行的通过焚烧来处置它,更有经济上的吸引力。
因为可以在较少的步骤中达到可销售的产物,导致与常规方法相比资金成本较低,所以本方法进一步有利。更具体地说,与利用气相热氯化反应生产氯化丙烯类的常规方法相比,在液相中使用自由基氯化实施本方法的事实是有利的,因为对于包含液相反应的方法而言,其中不需要蒸发反应物,所以生产效用成本较低。另外,在本液相反应中使用的较低的反应温度,与结合气相反应使用的较高温度相比,倾向于导致结垢速率较低。较高的结垢速率进而倾向于限制反应器寿命并可引起不希望的副产物的形成。
在一些实施方式中,与常规方法相比,本方法还可以提供苛性碱裂化步骤减少,因此,可以回收无水HCl。无水HCl比如果使用常规苛性碱裂化步骤时将作为副产物产生的氯化钠的价值更高。因此本方法导致产生的副产物可以被销售,或用作其它工艺、例如乙烯氧卤化以生产二氯乙烯的原料。
本方法可以利用一种或多种氯化烷烃来生产期望的氯化丙烯类。理想地,所述一种或多种氯化烷烃包含1,2-二氯丙烷,由于它作为许多氯醇工艺中的副产物产生,它可以以低成本利用。如果需要,所述加工原料还可以包含三氯丙烷、或其它氯化烷烃。并且,如果需要,所述一种或多种氯化烷烃可以例如作为氯醇工艺中的副产物在所述工艺内或上游生成,或通过本领域普通技术人员已知的任何其它方法生成。
可以利用本方法生产任何氯化丙烯,但是商业上更寻求具有3-5个氯原子的氯化丙烯,因此在一些实施方式中它们的生产可能是优选的。在一些实施方式中,所述方法可以用于生产1,1,2,3-四氯丙烯,它是作为致冷剂、聚合物、杀生物剂等的原料高度寻求的。
已知的自由基催化剂或引发剂被合乎需要地用来增强本方法。这样的催化剂通常可以包含一个或多个氯、过氧化物或偶氮-(R-N=N-R')基团和/或表现出反应器相流动性/活性。在本文中使用时,短语“反应器相流动性/活性”是指可提供相当量的催化剂或引发剂来产生足够能量的自由基,所述能量可以在所述反应器的设计限度内引发和扩展产物——氯化和/或氟化丙烯(类)的有效周转(turnover)。
此外,所述催化剂/引发剂应该具有足够的均裂解离能,使得在所述方法的温度/停留时间下从给定的引发剂生成理论最大量的自由基。特别有用的是使用的自由基引发剂处于由于低浓度或反应性初期自由基的自由基氯化被防止的浓度。令人惊讶地,这样的利用不导致增加所述方法产生的杂质,但是却提供了至少50%、或高达60%、高达70%并且在一些实施方式中高达80%或甚至更高的对所述氯化丙烯类的选择性。
这样的自由基引发剂是本领域技术人员公知的,并且综述在例如"Aspects of some initiation and propagation processes,"Bamford,ClementH.Univ.Liverpool,Liverpool,UK.,Pure and Applied Chemistry,(1967),15(3-4),333-48和Sheppard,C.S.;Mageli,O.L."Peroxides and peroxycompounds,organic,"Kirk-Othmer Encycl.Chem.Technol,第三版(1982),17,27-90中。
考虑到以上所述,合适的包含氯的催化剂/引发剂的例子包括但是不限于四氯化碳、六氯丙酮、氯仿、六氯乙烷、光气、亚硫酰氯、磺酰氯、三氯甲苯、全氯化烷基芳基官能团、或有机和无机次氯酸盐或酯包括次氯酸、和次氯酸叔丁酯、次氯酸甲酯、氯化胺(氯胺)和二氯酰胺或磺酰胺例如
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等等。包含一个或多个过氧基团的催化剂/引发剂的合适例子包括过氧化氢、次氯酸、脂族和芳族过氧化物或氢过氧化物,包括二叔丁基过氧化物、过氧化苯甲酰、过氧化异丙苯等等。二过氧化物提供不能传播竞争性过程(例如PDC向TCP(及其异构体)和四氯丙烷的自由基氯化)的优点。另外,化合物,例如偶氮二异丁腈(AIBN)或1,1'-偶氮双(环己烷甲腈)(ABCN),在本发明条件下实现PDC向三氯丙烷和四氯丙烷的氯化中可具有效用。也可以使用它们任何的组合。
所述方法或反应器区可以经受波长适合于诱导所述自由基催化剂/引发剂光解的脉冲激光器或连续UV/可见光源,如Breslow,R.在OrganicReaction Mechanisms W.A.Benjamin Pub,New York p223-224中的教导。波长300至700nm的光源足以解离可商购的自由基引发剂。这样的光源包括,例如,合适波长或能量的被构造成照射反应器室的Hanovia UV放电灯、太阳灯或甚至脉冲激光束。或者,可以从微波放电在引入反应器的溴氯甲烷进料源中生成氯丙基自由基,如Bailleux等在Journal ofMolecular Spectroscopy,2005,vol.229,140-144页中的教导。
在一些实施方式中,本方法的脱氯化氢步骤可以在催化剂存在下进行,以便提高反应速率并且还从所述方法中减少或甚至消除苛性液的使用。这样的实施方式是更为有利的,因为产生了无水HCl,它是比HCl水溶液价值更高的副产物。如果需要使用催化剂,则合适的脱氯化氢催化剂包括但是不限于氯化铁(FeCl3)作为苛性碱的替代物。
在其它实施方式中,本方法的脱氯化氢步骤可以在苛性液存在下进行。虽然蒸汽相脱卤化氢有利地引起形成比液相脱卤化氢价值更高的副产物,但是液相脱卤化氢反应因为不需要蒸发反应物,可以提供成本节约。液相反应中使用较低的反应温度,也可以比结合气相反应使用较高的温度引起较低的结垢速率,因此当使用至少一个液相脱氯化氢时,也可以优化反应器寿命。
许多化学碱是本领域已知可用于这种目的的,它们的任何都可以使用。例如,合适的碱包括但是不限于,碱金属氢氧化物,例如氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙;碱金属碳酸盐,例如碳酸钠;碳酸锂、碳酸铷、和碳酸铯,或这些的组合。还可以添加相转移催化剂例如季铵和季鏻盐以提高使用这些化学碱的脱氯化氢反应速率。
所述方法中使用的任何或所有所述催化剂都可以以本体或与基质结合来提供,所述基质例如活性碳、石墨、二氧化硅、氧化铝、沸石、氟化石墨和氟化氧化铝。无论所需要的催化剂(如果有的话)或其形式是什么,本领域普通技术人员将充分知道确定合适的形式的方法及其引入方法。例如,许多催化剂通常作为单独的进料、或在与其它反应物的溶液中被引入反应器区。
使用的任何自由基氯化和/或脱氯化氢催化剂的量将取决于所选择的具体催化剂以及其它反应条件。一般而言,在需要使用催化剂的本发明的那些实施方式中,应该使用足够的催化剂来提供对反应过程条件(例如降低需要的温度)或实现的产物的一些改善,但是如果只为了经济实用性的原因,再多将不提供任何额外利益。
那么只为了说明,预期所述自由基引发剂的有用浓度范围将从0.001至20重量%,或从0.01%至10%,或从0.1至5wt%。如果脱氯化氢催化剂用于一个或多个脱氯化氢步骤的话,在70℃至200℃的温度下,有用的浓度范围可以从0.01wt%至5wt%,或从0.05wt%至2wt%。如果化学碱用于一个或多个脱氯化氢步骤,它们的有用浓度范围将从0.01至20克摩尔/升、或从0.1克摩尔/升至15克摩尔/升、或从1克摩尔/升至10克摩尔/升,包括其间的所有子范围在内。每种催化剂/碱的相对浓度相对于所述进料给出,所述进料例如1,2-二氯丙烷单独或与1,2,3-三氯丙烷组合。
所述方法的氯化步骤可以利用任何氯化剂进行,若干所述氯化剂是本领域已知的。例如,合适的氯化剂包括但是不限于氯、和/或磺酰氯(SO2Cl2)。氯化剂的组合也可以使用。Cl2和磺酰氯任一者或二者在使用前述离子氯化催化剂辅助时可以特别有效。
在另外的实施方式中,可以优化所述方法的一个或多个反应条件,以提供更进一步的优点,即反应副产物的产量、选择性或转化率的改善。在某些实施方式中,优化多个反应条件,并且可以看出所产生的反应副产物的产量、选择性和转化率的更进一步改善。
所述方法可以优化的反应条件包括便于调节的任何反应条件,例如,可以通过使用制造足迹(manufacturing footprint)中已经存在的设备和/或材料进行调节,或者可以在低资源成本下达到。这样的条件的例子可以包括,但是不限于,对温度、压力、流速、反应物摩尔比、机械混合等的调节。
也就是说,本文中描述的每个步骤使用的具体条件不是关键的,并且容易由本领域普通技术人员确定。重要的是PDC用作起始材料,和/或在液相中进行至少一个氯化步骤和/或提供了对无水HCl的回收。以下反应步骤的次序不重要,本领域普通技术人员将能够容易地确定每个步骤的合适设备,以及可以进行卤素交换、氯化、脱卤化氢、分离、干燥和异构化步骤的具体条件。然而,在氯化之前发生脱氯化氢的那些实施方式中,可能不可能回收同样多的、或者任何HCl,并且与在一次或多次脱氯化氢之前进行氯化步骤的那些实施方式相比,反应的收率或选择性可能稍低。
在本方法中,利用在自由基催化剂/引发剂存在下进行的至少一个氯化步骤,将包含单独或在一些实施方式中与其它烷烃例如1,2,3-三氯丙烷组合的PDC的进料流转化为TCPE。
在一种示例性实施方式中,将PDC进给到液相氯化反应器,例如具有内部冷却盘管的分批或连续搅拌釜压热反应器。还可以使用壳和多管式换热器后接汽液分离罐或容器。合适的反应条件包括例如温度30℃至150℃、压力100kPa至1000kPa。理想地,控制PDC转化,使得六氯丙烷和1,1,2,3,3-五氯丙烷产生的产量被最小化。如图1所示,如果PDC向五氯化丙烷的转化率保持小于或等于30%,则对不太期望的五氯化丙烷异构体(1,1,2,3,3-五氯丙烷)的选择性小于5%。
所述方法可以不掺他物、即在没有溶剂的情况下进行,或者可以向所述氯化反应器提供一种或多种溶剂,并且可以作为原料提供,或从一个或多个可操作地布置以接收来自氯化反应器的流的分离塔再循环。例如,一氯丙烯中间体可以从一个分离塔再循环回到氯化反应器,三-和四氯丙烷中间体可以从另一个分离塔再循环和/或所述氯化反应器可以具有任何合适的氯化反应溶剂进料,例如四氯化碳、磺酰氯、1,1,2,3,3-五氯丙烷、1,1,2,2,3,3-六氯丙烷、其它六氯丙烷异构体、或其它合适的水基或醇基溶剂、或这些的组合。
出自氯化反应器的塔顶蒸气被冷却、冷凝并进给到第一分离塔。该塔在有效地向其塔顶管线提供无水HCl并通过塔底再循环管线提供氯的条件下运行。
更具体地,这样的塔的塔顶温度通常可以设置在低于0℃,或更优选可以设置在-70℃至-10℃的温度。该塔的塔底温度理想地设置在10℃至150℃,或30℃至100℃,确切的温度一定程度上取决于塔底混合物组成。该塔的压力理想地设置在超过200kPa,或优选500kPa至2000kPa,或更优选500kPa至1000kPa。在这样的条件下运行的塔的塔底流预期将含有过量的氯、未反应的PDC和一氯丙烯中间体,而塔顶流预期将包含无水HCl。
出自氯化反应器的所述液体产物流可以进给到第二分离塔,所述第二分离塔在将三氯化丙烷和四氯化丙烷与五氯化丙烷有效分离的条件下运行。出自该分离塔的包含三氯化丙烷和四氯化丙烷的塔顶流,可以再循环回到氯化反应器用于进一步转化/氯化,而预期包含五氯丙烷和重质副产物例如六氯丙烷的异构体的塔底流可以提供给另一个分离塔。
该第三分离塔将期望的五氯丙烷、即1,1,2,2,3-五氯丙烷、1,1,1,2,3-五氯丙烷和1,1,1,2,2-五氯丙烷与不太期望的1,1,2,3,3-五氯丙烷和重质组分分离开,后者作为塔底流被清除。
然后将包含1,1,2,2,3-五氯丙烷、1,1,1,2,3-五氯丙烷、和1,1,1,2,2-五氯丙烷的塔顶流提供给反应器,在其中它被脱氯化氢以提供2,3,3,3-四氯丙烯和1,1,2,3-四氯丙烯。更具体地说,脱氯化氢反应器通常可以是分批或连续搅拌釜式反应器。所述混合可以通过例如机械或射流混合进料流来进行。本领域普通技术人员能够容易地确定用于运行脱氯化氢反应器以便进行前述脱氯化氢的合适条件。
出自所述脱氯化氢反应器的反应流可以任选提供到干燥塔,并将从其而来的干燥流提供给另一个反应器以在合适的条件下将2,3,3,3-四氯丙烯异构化为1,1,2,3-四氯丙烯。例如,可以利用催化剂帮助异构化,在这种情况下,合适的催化剂包括但是不限于(i)具有极性表面的硅质颗粒,包括高岭石、膨润土和坡缕石;(ii)其它二氧化硅无机盐,例如皂石、石英,(iii)硅质非矿物质,例如硅胶、火成二氧化硅和玻璃,或这些中任何的组合。如美国专利No.3,926,758证明,用于这些反应流的干燥塔的合适条件也是本领域普通技术人员已知的。
图2显示了这种方法的示意图。如图2所示,方法200将利用氯化反应器202,分离塔204、216和220、脱氯化氢反应器224、干燥器226和异构化反应器228。运行中,1,2-二氯丙烷(单独或与三氯丙烷组合)、需要的氯化剂(例如氯、SO2Cl2、或这些的组合)和一种或多种自由基催化剂例如过氧化二苯甲酰和/或AIBN被进给、或以其它方式提供给氯化反应器202,所述氯化反应器可以在提供用于将PDC氯化为三-、四-和五氯化丙烷的任何可操作的条件设置下运行。在一些实施方式中,如上所述,氯化反应器202可以在有效提供对1,1,2,3,3-五氯丙烷的选择性小于5%的条件下运行。
反应器202的塔顶蒸气流被冷却、冷凝并进给到分离塔204,所述分离塔理想地可以是蒸馏塔。分离塔204在通过塔顶管线提供无水HCl以及提供氯、PDC和一氯丙烯中间体返回到氯化反应器202的有效条件下运行。
反应器202的塔底流被进给到分离塔216,所述分离塔在将三-和四氯化丙烷与五氯化丙烷分离的有效条件下运行。所述三-和四氯化丙烷返回进给到氯化反应器202用于进一步转化/氯化,而出自分离塔216的塔底流被进给到分离塔220。
分离塔220将出自分离塔216的塔底流分离成包含期望的五氯丙烷异构体(1,1,1,2,2-五氯丙烷、1,1,2,2,3-五氯丙烷和1,1,1,2,3-五氯丙烷)的塔顶流和包含不太期望的1,1,2,3,3-五氯丙烷、六氯丙烷和重质副产物的塔底流。所述塔顶流被进给到脱氯化氢反应器224,而所述塔底流被适当处置[未显示]。
在脱氯化氢反应器224内,利用氢氧化钠将所述期望的五氯丙烷异构体脱氯化氢或裂化,以提供2,3,3,3-四氯丙烯和1,1,2,3-四氯丙烯,并且这样做的条件是本领域普通技术人员公知的、或容易确定的。一般而言,脱氯化氢反应器224可以装有浓度为0.01克摩尔/升至100克摩尔/升、或0.1克摩尔/升至10克摩尔/升的50%苛性钠水溶液,并且在环境至400kPa的压力和40℃至150℃、或60℃至120℃的温度和小于3小时的停留时间下运行。脱氯化氢反应器224的产物流被进给到干燥单元226,然后进给到异构化反应器228,在所示异构化反应器228中,干燥的2,3,3,3-四氯丙烯利用如例如美国专利No.3,926,758所述的催化剂被异构化为TCPE。
图3显示了所述方法的另一种实施方式的示意图。如图3所示,方法300可以在包含氯化反应器302和314、分离塔304、316、320、332、334和336、脱氯化氢反应器324和330、干燥器326和异构化反应器328的设备上运行。因此,与方法200相比,图3所示的方法利用了一个附加的氯化反应器314和裂化反应器330,然而以大致相同的方式运行。
运行中,1,2-二氯丙烷(单独或与三氯丙烷组合)和所需的氯化剂(例如氯)、和引发剂(例如AIBN和/或过氧化二苯甲酰、或这些的组合)进给到氯化反应器302,所述氯化反应器302可以在提供用于将PDC氯化成三、四和五氯化丙烷的任何可操作条件设置下运行。
反应器302的塔顶流被进给到分离塔304,所述分离塔可能理想地是蒸馏或分馏塔。分离塔304在通过塔顶管线提供无水HCl以及向第二氯化反应器314提供氯的有效条件下运行。第二氯化反应器314用来更具选择性地将1,1,2,3-四氯丙烷转化成期望的五氯丙烷异构体,即1,1,1,2,3-五氯丙烷和1,1,2,2,3-五氯丙烷,同时最小化1,1,2,3,3-五氯丙烷的形成。在第二个氯化反应器314中放出的有价值的副产物HCl在使用的条件下是气态的。这种副产物和塔顶流中过剩的Cl2被返回进给到塔304供回收。
分离塔316的运行条件可以调节,使得塔顶流含有的所述三氯丙烷和期望的四氯丙烷异构体比不太期望的沸点低于1,1,2,3-四氯丙烷(178℃)的1,1,2,3-四氯丙烷异构体多,所述1,1,2,3-四氯丙烷异构体例如1,1,1,2-四氯丙烷(Bp150℃)、和1,1,2,2-四氯丙烷(Bp155℃),和1,2,2,3-四氯丙烷(Bp164℃)。(参见C.L.Yaws,"ThermophysicalProperties of Chemicals and Hydrocarbons,"2008)。所述1,1,2,3-四氯丙烷和重质产物和副产物被进给到分离塔332。
分离塔332向氯化反应器314提供1,1,2,3-四氯丙烷(参见,例如,US3,382,195),并将所生成的五氯丙烷返回进给到分离塔332。出自分离塔332的塔底流包含五氯丙烷和重质副产物,被进给到分离塔320,分离塔从中分离并清除所述重质副产物。
期望的1,1,1,2,3-五氯丙烷异构体被进给到脱氯化氢反应器324并例如利用FeCl3催化裂化,产生TCPE和HCl,允许通过分离塔334的塔顶管线回收HCl。然后可以从分离塔336的塔顶管线移除TCPE,并且剩余的五氯丙烷中间体可以在脱氯化氢反应器330中利用例如氢氧化钠进行苛性裂化。如结合图2描述的方法,出自脱氯化氢反应器330的2333e和TCPE产物在干燥器326中干燥,并将2333e在异构化反应器328中异构化为TCPE。
所述方法的又一种实施方式显示在图4中。更具体地,如图4所示的方法与图3所示的方法300类似地运行,除了1,1,2,3-四氯丙烷不再循环回到第一氯化反应器,而是在分离塔432的塔顶流中回收。因此,在方法400中,1,1,2,3-四氯丙烷不进一步氯化,而是在脱氯化氢反应器430中被苛性裂化以提供三氯丙烯例如1,2,3-三氯丙烯。该产物流然后进给到干燥器438,然后进给到氯化反应器414,以产生五氯丙烷(对1,1,2,2,3-五氯丙烷具有高选择性)。
出自氯化反应器414的产物流被提供到脱氯化氢反应器424,在此它与出自分离塔420的含有其它期望的五氯丙烷中间体的塔顶流结合,并进一步脱氯化氢。
方法400其余如方法200和300进行,即出自脱氯化氢反应器424的有机层在干燥器426中干燥并且异构体2333e在异构化反应器428中转化为TCPE。图4显示的方法预计表现出比方法300更好的TCPE收率,因为该方法进一步最小化11233产生。然而,由于在两个脱氯化氢反应器424和430内利用了液相脱氯化氢,预计回收的无水HCl较少。
所述方法的又一种实施方式显示在图5中。在方法500中,可以在氯化反应器502中使用磺酰氯(SO2Cl2)代替氯。氯化反应器502的蒸气塔顶馏出物因此将含有SO2、HCl副产物和一些一氯丙烯中间体。在通过分离塔504的塔顶流除去这些之后,出自分离塔504的包含大部分SO2的塔底流被进给到第二氯化反应器514并氯化以产生SO2Cl2,所述SO2Cl2然后可以再循环回到氯化反应器502。使用SO2Cl2是有益的,因为在氯化反应器502中有或者没有TCP时SO2Cl2都与PDC更易混溶,因此可能提供更好的加工收率和生产率。方法500其他方面与图2显示的方法200同样进行。
本方法的又一种实施方式显示在图6中。如图6所示,方法600将在包含氯化反应器602、614和646、脱氯化氢反应器624、630、640和650、和分离塔616、620、622、634、636、638、642、644、648、652和654的设备上运行。方法600示出了在氯化步骤之前发生脱氯化氢步骤的一种实施方式。
在方法600中,PDC在脱氯化氢反应器624中,在50℃至100℃的温度、小于两小时的停留时间和100kPa至200kPa的压力下,利用苛性碱溶液脱氯化氢,成为顺式/反式-1-氯丙烯、2-氯丙烯和烯丙基氯的混合物。包含一氯丙烯、水、氯化钠、多余的苛性碱和未反应的PDC的产物流被进给到分离塔616。一氯丙烯和PDC在塔顶流中回收,而氯化钠、苛性碱和水溶液作为塔底流从分离塔616清除。
出自分离塔616的塔顶流被进给到分离塔620,所述分离塔将未反应的PDC作为塔底流提供给脱氯化氢反应器624。出自分离塔620的包含一氯丙烯中间体的塔顶流与新鲜的氯化剂例如Cl2一起(未显示),被进给到氯化反应器602。可以是例如连续搅拌釜式反应器的氯化反应器602,在30℃至100℃的温度和100kPa的压力下运行小于一小时的停留时间。包含三氯丙烷异构体的反应产物作为塔底流从氯化反应器602取出并进给到分离塔622。
分离塔622回收来自氯化反应器602的塔底流的未反应的一氯丙烯,并将它们通过塔顶流再循环回到氯化反应器602,同时出自分离塔622的包含三氯丙烷异构体和三氯丙烷异构体的混合物的塔底流被进给到脱氯化氢反应器630。
脱氯化氢反应器630在与用于脱氯化氢反应器624相似的条件下运行,并且有机产物被进给到分离塔634,在其中它被分离成包含未转化的三氯丙烷的塔顶流以及包含NaCl、水和多余NaOH的塔底流。出自分离塔634的塔顶流被进给到分离塔636,而所述塔底流被处置掉。
分离塔636将未转化的三氯丙烷与二氯丙烯中间产物分离,并将未转化的三氯丙烷再循环到脱氯化氢反应器630。所述二氯丙烯中间体,即1,1-二氯丙烯、1,2-二氯丙烯和2,3-二氯丙烯,被进给到氯化反应器614。
氯化反应器614在与氯化反应器602相似的条件运行,除了四氯丙烷的混合物可以用作该反应器中的溶剂。在氯化反应器614中,所述二氯丙烯被转化为1,1,1,2-四氯丙烷、1,1,2,2-四氯丙烷和1,2,2,3-四氯丙烷的混合物。氯化反应器614的产物被进给到分离塔638。
分离塔638可能理想地在小于100kPa的压力下运行。出自分离塔638的未反应的二氯丙烯被再循环回到氯化反应器614。分离塔638的塔底流中的四氯丙烷中间体然后被进给到脱氯化氢反应器640。脱氯化氢反应器640在与用于脱氯化氢反应器624和630相似的条件下运行,并将所述四氯丙烷转化为三氯丙烯,即3,3,3-三氯丙烯、1,1,2-三氯丙烯和1,2,3-三氯丙烯。
出自脱氯化氢反应器640的包含未反应的四氯丙烯和三氯丙烯和水性副产物的产物流被进给到分离塔642以回收未反应的三-和四氯丙烯并将它们提供到分离塔644。出自分离塔644的塔底流被再循环回到脱氯化氢反应器640,而包含三氯丙烯的塔顶流被提供到氯化反应器646。
氯化反应器646在与用于氯化反应器602和614相似的条件下运行,除了产物五氯丙烷充当氯化反应器646内的稀释剂。出自氯化反应器646的包含1,1,1,2,3-五氯丙烷、1,1,1,2,2-五氯丙烷和1,1,2,2,3-五氯丙烷的产物流被作为塔底流移除并提供到在<100kPa下运行的分离塔648,以在塔顶流中回收未反应的三氯丙烯(被再循环到氯化反应器646)和在塔底流中回收四氯丙烷异构体。所述塔底流然后被进给到脱氯化氢反应器650,其在与脱氯化氢反应器624、630和640相似的条件下运行,以产生2,3,3,3-四氯丙烷和TCPE。
出自脱氯化氢反应器650的产物流被提供到在真空下运行的分离塔652,其中四氯丙烯和未反应的五氯丙烷作为塔顶流被回收。所述四氯丙烯作为塔顶流由在<40kPa下运行的分离塔654纯化。出自分离塔654的包含未反应的五氯丙烷的塔底流被再循环回到脱氯化氢反应器650。2,3,3,3-四氯丙烯然后根据本领域普通技术人员已知的方法被异构化为TCPE。(图6未显示)。
同时这种例子需要许多单元操作,但它仍然确定了当脱氯化氢用作第一个步骤并且其中自由基引发剂用于后续的氯化步骤时,可以从包含PDC的一种或多种氯化烷烃产生TCPE。
通过本方法产生的氯化和/或氟化丙烯通常可以被加工,以提供更下游的产物,包括氢氟烯烃,例如1,3,3,3-四氟丙-1-烯(HFO-1234ze)。因为本发明提供了生产氯化和/或氟化丙烯的改进的方法,设想所提供的改善将推进到提供对这些下游的加工和/或产物的改进。因此在本文中还提供用于生产氢氟烯烃例如2,3,3,3-四氟丙-1-烯(HFO-1234yf)的改进的方法。
氯化和/或氟化丙烯转化以提供氢氟烯烃可以广义上包含涉及式C(X)mCCl(Y)n(C)(X)m的化合物氟化成式CF3CF=CHZ的至少一种化合物的单个反应或两个或更多个反应,其中每个X、Y和Z独立地是H、F、Cl、I或Br,并且每个m独立地是1、2或3并且n是0或1。更具体的例子可以包括多步骤方法,其中氯化和/或氟化丙烯的原料在催化的气相反应中被氟化,形成化合物例如1-氯-3,3,3-三氟丙烯(1233zd)。1-氯-2,3,3,3-四氟丙烷然后通过催化的气相反应脱氯化氢成为1,3,3,3-四氟丙烯。
在下面的实施例中,各个氯丙烷异构体通过参考氯原子的位置来鉴别,即112指示1,1,2-三氯丙烷,1123指示1,1,2,3-四氯丙烷,11223指示1,1,2,2,3-五氯丙烷等等。
实施例I
在这个实施例中,液体SO2Cl2和PDC(1,2-二氯丙烷)混合在100ml烧瓶中,其在水浴中被加热以保持55℃至60℃的温度。放置回流塔以将被SO2和HCl副产物洗提的未反应的磺酰氯和PDC返回到所述反应烧瓶。
表1显示了在接近完全PDC转化下,在各种SO2Cl2和/或AIBN引发剂浓度下,通过GC/MS确定的产物分布。如表1和图1二者所示,这种利用高度过量的SO2Cl2的方法,在向五氯丙烷异构体的总转化率为45%时,提供了对不太期望的五氯丙烷——1,1,2,3,3-五氯丙烷(11233)的选择性小于8摩尔%。
表1.
实施例II
在这个实施例中,PDC(10ml)在100mL压力反应器中与2,2'-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)(100mg)、二甲基2,2'-偶氮双(2-甲基丙酸酯)(100mg)或1,1'-偶氮双(环己烷-1-甲腈)(100mg)在四氯化碳溶剂(37.2mL)中混合。反应器利用加热罩加热到~70℃的温度。N2中的气态Cl2流(30%v/v,STP下)以约100sccm的速率通过所述混合物用于剩余的合成。实验期间保持反应器压力~130psig。1H NMR光谱术用来测定产物组成。
表2显示了氯通过溶液约200和300分钟之后的氯化产物分布。如同样在表2或图1中所示,观察到在所有转化下,对不太期望的副产物1,1,2,3,3-五氯丙烷(11233)的选择性小于8摩尔%。
表2.
Figure BDA0000424684080000181
实施例III
在这个实施例中,100ml压力反应器装有四氯化碳(45ml)并且在N2中的气态Cl2流(30%v/v,STP下)在保持在大约150psig的压力下通过所述混合物,直到达到饱和。反应器利用加热罩加热到~70℃的温度,同时压力保持在大约150psig。然后,添加含有PDC(10mL)和自由基引发剂二甲基2,2'-偶氮双(2-甲基丙酸酯)(100mg)的溶液。1HNMR光谱术用来测定产物组成。
表3显示了在各种PDC转化率下氯化C3产物分布。如同样在图1中所示,观察到在所有转化下,对不太期望的副产物1,1,2,3,3-五氯丙烷(11233)的选择性小于8摩尔%。
表3.
Figure BDA0000424684080000191
实施例IV
在这个实施例中,100ml压力反应器装有四氯化碳(45ml),并且在N2中的气态Cl2流(30%v/v,STP下)在压力保持在大约150psig下通过所述混合物。反应器利用加热罩加热到~70℃的温度,同时压力保持在大约150psig。然后,添加含有1123-四氯丙烷(3mL)、四氯化碳(7mL)和二甲基2,2'-偶氮双(2-甲基丙酸酯)(100mg)的溶液。1H NMR光谱术用来测定产物组成。
表4显示了各种转化率下的氯化C3产物分布。当保持1123的低转化率时,不希望的11233-五氯丙烷异构体的产量被最小化。
表4.
Figure BDA0000424684080000201
实施例V
在这个实施例中,100ml压力反应器装有四氯化碳(45ml),并且在N2中的气态Cl2流(30%v/v,STP下)在压力保持在大约150psig下通过所述混合物。反应器利用加热罩加热到~70℃的温度,同时压力保持在大约150psig。然后,添加含有1223-四氯丙烷(3mL)、四氯化碳(7mL)和二甲基2,2'-偶氮双(2-甲基丙酸酯)(100mg)的溶液。1H NMR光谱术用来测定产物组成。
表5显示了各种转化率下的氯化C3产物分布。在所观察的转化率范围内,只形成了期望的11223-五氯丙烷,选择性相对于六氯丙烷>90%。
表5.
Figure BDA0000424684080000202

Claims (15)

1.从包含1,2-二氯丙烷的一种或多种氯化烷烃生产氯化丙烯类的方法,所述方法包括在自由基引发剂存在下进行的至少一个液相氯化步骤以及至少一个脱氯化氢步骤。
2.权利要求1的方法,其中所述一种或多种氯化烷烃还包含1,2,3-三氯丙烷。
3.权利要求1或2的方法,其中所述氯化步骤产生三氯丙烷、四氯丙烷和五氯丙烷的混合物。
4.权利要求1、2或3的方法,其中所述氯化剂包括氯或SO2Cl2、或这些的组合。
5.权利要求1、2、3或4的方法,其中所述自由基引发剂包括一种或多种偶氮化合物和/或过氧化合物、紫外光、或这些的组合。
6.权利要求1的方法,其中所述氯化丙烯包括1,1,2,3-四氯丙烯。
7.权利要求1、2、3、4或5的方法,其中HCl作为副产物生成并作为无水HCl回收。
8.权利要求1的方法,其还包括在所述氯化步骤中使用溶剂,其中所述溶剂包括PDC、三氯丙烷异构体、四氯丙烷异构体、四氯化碳或这些的组合。
9.权利要求1的方法,其中至少一个氯化步骤产生包含未反应的Cl2、一氯化丙烯类和HCl的流,所述HCl作为无水HCl被从所述流分离并且所述未反应的Cl2被从所述流分离并再循环到所述氯化步骤。
10.权利要求1的方法,其中所述至少一个氯化步骤产生包含三氯丙烷异构体、四氯丙烷异构体、五氯丙烷异构体和未反应的PDC的塔底流。
11.权利要求10的方法,其中所述三氯丙烷异构体、四氯丙烷异构体和未反应的PDC被从塔底流分离并再循环回到所述氯化步骤。
12.权利要求10的方法,其中所述五氯丙烷异构体被从所述塔底流分离并进一步分离成包含1,1,2,2,3-五氯丙烷和1,1,1,2,2-五氯丙烷的第一流以及包含1,1,2,3,3-五氯丙烷的第二流。
13.权利要求12的方法,其包含苛性碱裂化1,1,2,2,3-五氯丙烷和1,1,1,2,2-五氯丙烷以提供1,1,2,3-四氯丙烯和2,3,3,3-四氯丙烯。
14.权利要求1的方法,其中所述脱氯化氢步骤被首先进行。
15.权利要求1的方法,其中生成所述一种或多种氯化烷烃用于所述方法。
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