DD229112A1 - PROCESS FOR THE PREPARATION OF CHLORINE METHANE DERIVATIVES - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren der thermischen Chlorierung von Methan in der Gasphase zur Herstellung der vier Chlormethane. Die Aufgabe besteht darin, die Starttemperatur zu reduzieren, den Ablauf der Reaktion zu verbessern und den Chlorumsatz bei adiabatischer Reaktionsfuehrung wesentlich zu erhoehen. Erfindungsgemaess werden dem Reaktionsgasgemisch grosse Mengen Kohlenmonoxyd zugemischt. In Anwesenheit eines Katalysators setzt bereits bei 50C eine Reaktion ein. Es wird Phosgen gebildet. Als Katalysator dient Aktivkohle. Sobald durch diese stark exotherme Reaktion 250C erreicht worden sind, setzt parallel dazu die thermische Chlorierung von Methan ein. Durch entsprechende Chlorzugabe ist eine Endtemperatur von 550C zu erreichen. Bei diesen hohen Temperaturen wird Phosgen zersetzt, wobei Chlor an Methan angelagert wird und Kohlenmonoxyd frei wird.The invention relates to a method of thermal chlorination of methane in the gas phase for the preparation of the four chloromethanes. The task is to reduce the starting temperature, to improve the course of the reaction and to significantly increase the chlorine conversion with adiabatic Reaktionsfuehrung. According to the invention, large amounts of carbon monoxide are admixed with the reaction gas mixture. In the presence of a catalyst starts at 50C, a reaction. It is formed phosgene. The catalyst used is activated carbon. Once 250C has been achieved by this strongly exothermic reaction, the thermal chlorination of methane begins in parallel. By appropriate addition of chlorine, a final temperature of 550C can be achieved. At these high temperatures, phosgene is decomposed, whereby chlorine is attached to methane and carbon monoxide is released.
Description
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VEB CHEMIEKOMBBTAT BITTERPELDVEB CHEMIEKOMBBTAT BITTERPELD
26132613
Verfahren zur Herstellung von chlorierten MethanderivatenProcess for the preparation of chlorinated methane derivatives
Die Erfindung betrifft ein Verfahren der thermischen Chlorierung von Methan in der Gasphase zur Herstellung der vier Ghlormethane Mono-, Di-, Tri- und Tetrachlormethan.The invention relates to a method of thermal chlorination of methane in the gas phase for the preparation of the four Ghlormethane mono-, di-, tri- and tetrachloromethane.
Es ist bekannt, die Chlormethane durch thermische Chlorierung von Methan herzustellen. (Ulimann Enzyklopädie 4· Aufl. Bd. 9, S. 405, - Kirk Othmer, Enzyklopädie of Chemical Technology, See. Edith. 1963, Vol. 5, S. 100 ff - Mc Ketta Encyclopedia of Chemical Processing and Design, Vol. 8 S. 236 ff.) Es wenden überwiegend einstufige adiabatisch arbeitende Reaktoren verwendet, deren Belastbarkeit in relativIt is known to produce the chloromethanes by thermal chlorination of methane. 9, pp. 405, - Kirk Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, See, Edith, 1963, Vol.5, pp. 100 ff - McKetta Encyclopedia of Chemical Processing and Design, Vol. 8 p. 236 ff.). Most single-stage adiabatically operating reactors are used, their capacity in relative
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engen Grenzen schwanken darf. Die thermische Stabilität der Reaktion hängt stark von den Strömungsverhältnissen im Reaktor ab» Reaktoren mit starker Rückvermischung sind thermisch stabiler als Reaktoren mit mhezu idealer Pfropfenströmung. Die Rückvermischung bewirkt jedoch einen erhöhten Anfall von höher chlorierten Chlormethanen im Verhältnis zu niedrig chlorierten Methanen, deshalb wird immer mehr zu Strömungsrohren übergegangen. Neben den Strömungsverhältnissen im Reaktor hat auch das Verhältnis Chlor zu !ethan einen großen Einfluß auf die Produktverteilung. Setzt man viel Methan um, so erhält man relativ größere Anteile an höher chlorierten Chlormethanen. Man fährt deshalb mit geringen Methanumsätzen, trennt· das umgesetzte Methan vom Reaktionsgasgemisch ab und bringt es zusammen mit dem zur Weiterchlorierung bestimmten Methylchlorid und mit Prischmethan erneut zur Reaktion. Diese Kreislaufführung des Methans verursacht hohe Betriebskosten. Die Reaktion im Strömungsrohr wird im allgemeinen adiäbatisch geführt. Die Reaktionspartner werden auf 250 bis 300 0C vorgeheizt, mit Chlor gemischt und reagieren binnen weniger Sekunden. Dabei stellt sich ein steiler Temperaturanstieg ein. Eine Kühlung in der Reaktionsphase durch Wärmeabfuhr ist kaum möglich. Nach oben hin ist die Reaktionstemperatur auf etwa 500 - 600 0C begrenzt, da sonst eine thermische Zersetzung (Rußbildung) einsetzt. Zur Verminderung der Kreislaufführung werden Maßnahmen zur Erhöhung des Methanumsatzes und zur Verringerung des Anfalles höher chlorierter Chlorkohlenwasserstoffe ergriffen.may fluctuate narrow limits. The thermal stability of the reaction depends strongly on the flow conditions in the reactor. »Reactors with strong backmixing are thermally more stable than reactors with a rather ideal plug flow. The backmixing, however, causes an increased attack of higher chlorinated chloromethanes in relation to low chlorinated methanes, so more and more is transferred to flow tubes. In addition to the flow conditions in the reactor, the ratio of chlorine to ethane also has a major influence on the product distribution. Substituting a lot of methane, so you get relatively larger proportions of higher chlorinated chloromethanes. Therefore, it is operated with low methane conversions, separates · the reacted methane from the reaction gas mixture and brings it together with the methyl chloride intended for further chlorination and again with Prischmethan to the reaction. This recycling of methane causes high operating costs. The reaction in the flow tube is generally performed adiabatically. The reactants are preheated to 250 to 300 0 C, mixed with chlorine and react within a few seconds. This causes a steep rise in temperature. Cooling in the reaction phase by heat removal is hardly possible. At the top, the reaction temperature is limited to about 500-600 0 C, otherwise a thermal decomposition (soot formation) begins. To reduce the circulation measures to increase the methane conversion and to reduce the attack of higher chlorinated chlorinated hydrocarbons are taken.
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Maßnahmen zur Erhöhung des Methanumsatzes sind:Measures to increase the methane conversion are:
- Erniedrigung der Starttemperatur der Reaktion- Lowering the starting temperature of the reaction
- Kühlung durch Einspeisen von Inerten- Cooling by feeding inerts
Die Erniedrigung der Starttemperatur ist durch Strahlungen möglich, was sich großtechnisch bisher nicht eingeführt hat.The lowering of the starting temperature is possible by radiation, which has not yet been introduced on an industrial scale.
Eine weitere Möglichkeit ist die Einführung von Substanzen, die Chlorradikale im Bereich kurz unterhalb der Starttemperatur liefern. Ein bekanntes Beispiel ist der Zusatz bzw. die bewußte Anreicherung von Phosgen im Reaktionsprozeß (DE-OS 1 936 940). Die Beseitigung des Phosgens ist nicht befriedigend gelöst, so daß die Qualität der Chlorierungsprodukte mangelhaft ist. Das Einspeisen von Inerten zur Absenkung der Reaktions-endtemperatur ist vielfach angewendet worden. Das Einspeisen von flüssigem Chloroform und Tetrachlorkohlenstoff bewirkt infolge der hohen Verdampfungswärme dieser Komponenten beachtliche Aufnahme von Reaktionswärme. Yon Nachteil ist die anschließende Abtrennung dieser beiden Komponenten und die mögliche teilweise i""y Chlorierung von ChloroformAnother possibility is the introduction of substances that provide chlorine radicals in the range just below the starting temperature. A well-known example is the addition or deliberate accumulation of phosgene in the reaction process (DE-OS 1 936 940). The elimination of the phosgene is not satisfactorily solved, so that the quality of the chlorination products is poor. The feeding of inert to lower the reaction end temperature has been widely used. The feeding of liquid chloroform and carbon tetrachloride causes due to the high heat of vaporization of these components considerable absorption of heat of reaction. Yon disadvantage is the subsequent separation of these two components and the possible partial i "" y chlorination of chloroform
(..} Als inertes Kühlmedium werden auch Wasser oder wäßrige HCl empfohlen. Sofern man den Chlorwasserstoff sowieso mit Wasser auswäscht, ergibt sich kein Zusatzaufwand zur Abtrennung der Inerte. Das Einspeisen von Wasser bringt aber Korrosionsprobleme mit sich und das Starten der Reaktion wird unter Umständen nachteilig beeinflußt. (..} As an inert cooling medium, water or aqueous HCl is also recommended, and if the hydrogen chloride is washed out with water anyway, there is no additional effort to separate the inert substances adversely affected.
All diese Nachteile haben es mit sich gebracht, daß sich Methoden der Inert-Einspeisung zur Aufnahme eines Teiles der Reaktionswärme nicht großtechnisch eingeführt haben.All these disadvantages have brought with it that methods of inert feed for receiving a portion of the heat of reaction have not introduced on a large scale.
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Ziel der Erfindung ist es, das Verfahren der thermischen Chlorierung von Methan und weiterzuchlorierenden Chlormethanen durch Erhöhung des Chlorumsatzes zu verbessern.The aim of the invention is to improve the process of thermal chlorination of methane and weiterzuchlorierenden chloromethanes by increasing the chlorine conversion.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Starttemperatur abzusenken, den Ablauf der Reaktion zu verbessern und den Chlorumsatz bei adiäbatischer Reaktionsführung wesentlich zu erhohen. Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Gemisch von Methan, chlorierten Methanderivaten, Chlor und Kohlenmonoxid in Anwesenheit eines Aktiv-Kohle-Katalysators zur Reaktion gebracht wird. Die Aktivkohle ist mit Ammoniumsilicofluorid aktiviert. Mit Aktivkohle als Katalysator setzt bereits bei 50 0C die Reaktion zur Bildung von Phosgen ein. Diese Bildung von Phosgen ist stark exotherm und das Reaktionsgasgemisch erwärmt sich um einige hundert Grad Celsius·The invention has for its object to lower the starting temperature, to improve the course of the reaction and to increase the chlorine conversion in adiabatic reaction regime significantly. According to the invention the object has been achieved in that a mixture of methane, chlorinated methane derivatives, chlorine and carbon monoxide in the presence of an active carbon catalyst is reacted. The activated carbon is activated with ammonium silicofluoride. With activated carbon as a catalyst, the reaction starts at 50 ° C. to form phosgene. This formation of phosgene is highly exothermic and the reaction gas mixture heats up by a few hundred degrees Celsius.
Methan verhält sich in der Anfangsphase praktisch inert und dämpft so den Reaktionsablauf. Sobald die Starttemperatur der thermischen Chlorierung von Methan erreicht ist, etwa 250 0C - 300 0C, laufen beide Reaktionen parallel· . · Es wurde gefunden, daß es vorteilhaft ist, wenn der Anteil des Kohlenmonoxyds nur für die Phosgenbildung bis zum Erreichen der Starttemperatür der thermischen Chlorierung von Methan ausreicht.Methane behaves practically inert in the initial phase and thus dampens the reaction process. Once the starting temperature of the thermal chlorination of methane is reached, about 250 0 C - 300 0 C, both reactions run in parallel ·. It has been found that it is advantageous if the proportion of carbon monoxide is sufficient only for the formation of phosgene until the starting temperature of the thermal chlorination of methane is reached.
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Es wurde gefunden, daß oberhalb 450 0C Biosgen merklich, zersetzt wird. Das dabei frei werdende Chlor reagiert mit Methan. Es bildet sich ein Gleichgewicht !Phosgen zu Kohlenmonoxyd heraus. Bei Temperaturen um 550 0C ist das !Phosgen nahezu völlig zersetzt und das freigewordene Chlor wird an Methan bzw. an dessen Chlorderivate angelagert. Die Umlagerung des Chlors verläuft schwach endotherm, so daß große Mengen Phosgen nahezu ohne Beeinflussung der Tempe- j ratur des Reaktionsgemisches umgesetzt werden C") können. Eine Endtemperatur von mindestens 550 0C wirdIt has been found that above 450 0 C Biosgen noticeably, decomposed. The released chlorine reacts with methane. It forms a balance! Phosgene out to carbon monoxide. At temperatures around 550 0 C, the! Phosgene is almost completely decomposed and the released chlorine is attached to methane or to its chlorine derivatives. The rearrangement of chlorine extends slightly endothermic, so that large amounts of phosgene can be reacted with virtually no influence on the temperature-j temperature of the reaction mixture C ") can. A final temperature of at least 550 0 C.
ν durch die Zufuhr von Chlor zu der exotherm verlaufenden Reaktion der Methanchlorierung eingestellt. Das freigewordene Kohlenmonoxyd kann zusammen mit dem nicht umgesetzten Methan im Kreislauf gefahren werden· Verluste an Kohlenmonoxyd werden durch Zuspeisung zum Frischmethan ausgeglichen.ν is adjusted by the addition of chlorine to the exothermic reaction of methane chlorination. The released carbon monoxide can be recycled together with the unreacted methane. • Losses of carbon monoxide are compensated by adding fresh methane.
Die Erfindung wird an den nachfolgenden zwei Beispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail in the following two examples.
1^ Beispiel 1 1 ^ Example 1
Der Reaktor ist röhrenförmig und mit einem säurefesten Material ausgekleidet. Sein unterer Teil ist mit Aktivkohle gefüllt, die mit Ammoniumsilicofluorid aktiviert ist. Der Gasdurchsatz beträgt 600 Hm^/h. Das Gas hat folgende Zusammensetzung (in Vol.-JS): 53 % Methan, 21 % CH3Cl, 22 % Chlor, 3,5 % CO, 0,5 % inerte.The reactor is tubular and lined with an acid-proof material. Its lower part is filled with activated carbon activated with ammonium silicofluoride. The gas flow rate is 600 Hm ^ / h. The gas has the following composition (in Vol. JS): 53 % methane, 21 % CH 3 Cl, 22 % chlorine, 3.5 % CO, 0.5 % inert.
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Das Verhältnis COtCl2:(CH.+CH3Gl) beträgt 0,16:1:3,36. Methan und Monochlormethan werden so vorgeheizt, daß nach der Mischung mit Chlor und Kohlenmonoxyd eine Temperatur von 190 0C bei Reaktoreintritt erhalten wird. Die Reaktion setzt sehr schnell ein. lach ca. 2 see. Verweilzeit wird die Katalysatorschicht verlassen. Dabei ist meist schon eine Temperatur von 560 0C erreicht. Oberhalb der , Katalysatorschicht befindet sich ein langer schlanker Reaktionsteil, der dem üblichen Reaktor zur thermischen Chlorierung entspricht. Der Reaktionsdruck beträgt 0,3 MPa. Die Gesamtverweilzeit beträgt 4 see.The ratio COtCl 2 : (CH 3 + CH 3 Gl) is 0.16: 1: 3.36. Methane and monochloromethane are preheated so that after the mixture with chlorine and carbon monoxide, a temperature of 190 0 C is obtained at reactor inlet. The reaction starts very fast. laugh about 2 see. Residence time will leave the catalyst layer. It is usually already reached a temperature of 560 0 C. Above the catalyst layer is a long, slender reaction section which corresponds to the conventional thermal chlorination reactor. The reaction pressure is 0.3 MPa. The total residence time is 4 see.
Das aus dem Reaktor kommende Gas hat folgende Zusammensetzung: 43,5 % Methan, 21 % CH3Cl, 7,8 % CH2Cl2, 1,7 % GEQIy 0,2 % CCl4, 21,6 % HCl, 3,2 % CO, 1 % Inerte.The gas coming out of the reactor has the following composition: 43.5% methane, 21 % CH 3 Cl, 7.8 % CH 2 Cl 2 , 1.7 % GEQIy 0.2 % CCl 4 , 21.6 % HCl, 3 , 2 % CO, 1% inert.
Der Reaktor und der Katalysator sind identisch mit Beispiel 1. Bs werden 600 Im /h Gas durchgesetzt. Das Eingangsgasgemisch hat folgende Zusammensetzung (in Vol.-%): 4?,5 % Methan, 19 % CH3Cl, 24,5 %,Chlor,The reactor and the catalyst are identical to Example 1. Bs are enforced 600 in / h gas. The input gas mixture has the following composition (in% by volume): 4 % , 5 % methane, 19 % CH 3 Cl, 24.5%, chlorine,
8,5 % CO, 0,5 % Inerte.8.5 % CO, 0.5% inert.
Das Verhältnis CO: Cl2: (CH^CH3Cl) ergibt: 0,345:1:2,71.The ratio CO: Cl 2 : (CH 3 CH 3 Cl) gives: 0.345: 1: 2.71.
Methan und Monochlorinethan werden so vorgeheizt, daß nach der Mischung mit Chlor und Kohlenmonoxid eine Temperatur von 100 0C erhalten wird. Mit dieser Temperatur tritt das Gas in den Reaktor ein.Methane and monochloroethane are preheated so that after the mixture with chlorine and carbon monoxide, a temperature of 100 0 C is obtained. At this temperature, the gas enters the reactor.
Im unteren mit Katalysator gefülltem Teil des Reaktors setzt die Reaktion sehr schnell ein. Hach ca. 2 see. Verweilzeit wird die Katalysatorschicht verlassen. Dabei ist meist eine ReaktionstemperaturIn the lower catalyst-filled part of the reactor, the reaction starts very quickly. Hach about 2 see. Residence time will leave the catalyst layer. It is usually a reaction temperature
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von 560 C erreicht. Im oberen Teil des Reaktors, der keinen Katalysator enthält, kann das Reaktionsgasgemisch gegebenenfalls nachreagieren. Der Reaktionsdruck beträgt 0,3 MPa und die Verweilzeit beträgt 4 see.reached from 560C. In the upper part of the reactor, which contains no catalyst, the reaction gas mixture may optionally react. The reaction pressure is 0.3 MPa and the residence time is 4 seconds.
Das aus dem Reaktor kommende Gas hat folgende Zusammensetzung: 37 % Methan, 19 % CH3Cl, 8,3 % CH2Cl2, 2,2 % CHCl3, 0,35 % CCl4, 24,5 % HCl, 7,3 % CO, 1,35 % Inerte.The gas coming out of the reactor has the following composition: 37 % methane, 19% CH 3 Cl, 8.3% CH 2 Cl 2 , 2.2 % CHCl 3 , 0.35 % CCl 4 , 24.5 % HCl, 7 , 3% CO, 1.35 % inert.
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DD26982484A DD229112A1 (en) | 1984-11-23 | 1984-11-23 | PROCESS FOR THE PREPARATION OF CHLORINE METHANE DERIVATIVES |
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Cited By (1)
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CN106699503A (en) * | 2016-12-22 | 2017-05-24 | 山东东岳氟硅材料有限公司 | Energy-saving thermal chlorination technology |
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1984
- 1984-11-23 DD DD26982484A patent/DD229112A1/en unknown
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CN106699503A (en) * | 2016-12-22 | 2017-05-24 | 山东东岳氟硅材料有限公司 | Energy-saving thermal chlorination technology |
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