DE1152391B - Verfahren zur Herstellung von 1, 2-Dichloraethan durch Umsetzung von AEthylen mit Chlorwasserstoff in Gegenwart von Sauerstoff - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von 1, 2-Dichloraethan durch Umsetzung von AEthylen mit Chlorwasserstoff in Gegenwart von SauerstoffInfo
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Description
Es ist bekannt, 1,2-Dichloräthan in der Weise herzustellen,
daß man Äthylen mit Chlorwasserstoff und Sauerstoff oder Luft in Gegenwart von Katalysatoren,
insbesondere Kupferchlorid, bei etwa 250° C zur Reaktion bringt (vgl. deutsche Patentschrift
430539 und Chemical Engineering Progress, 46, S. 483 bis 485). Arbeitet man dabei mit fest angeordneten
Katalysatoren, so bilden sich im Reaktionsraum stark überhitzte Zonen mit Temperaturen von
700 bis 800° C aus, und es werden dort unerwünschte höherchlorierte Verbindungen gebildet,
oder das Äthylen wird teilweise verbrannt, wodurch die Ausbeute stark beeinträchtigt wird. Außerdem
wird an solchen Stellen der Kontakt durch Sublimation von CuCl2 unwirksam. Um eine einheitliche
Temperaturverteilung im Kontaktraum zu erreichen, wurde deshalb vorgeschlagen, den Kontakt im
Fließbett anzuordnen (vgl. USA.-Patentschrift 2644 846 und französische Patentschrift 918 985).
Dabei ergeben sich jedoch wieder andere Schwierigkeiten. Der zugeführte Chlorwasserstoff wird nicht
vollständig umgesetzt, und außerdem tritt durch Abrieb des Kontaktträgers eine Verstaubung des Kontaktes
ein, die kaum zu bewältigen ist. Man hat auch versucht, die Ausbildung überhitzter Reaktionszonen
dadurch zu verhindern, daß man den Katalysator durch Zumischen von inertem Trägermaterial, insbesondere
Siliciumcarbid, verdünnt (vgl. deutsche Auslegeschrift 1 047 760). Mit einer solchen Anordnung
geht aber ein großer Teil des verfügbaren Reaktionsraumes verloren. Außerdem wird die freiwerdende
Wärme trotzdem nicht rasch genug vom fest angeordneten Katalysatorträger an die wärmeabführende
Reaktionswand geleitet, so daß man einen Reaktor benutzen muß, der aus einer Vielzahl von Rohren
mit kleinem Durchmesser besteht.
Es wurde nun gefunden, daß sich die erwähnten Nachteile bei der Herstellung von 1,2-Dichloräthan
bei der Umsetzung von Äthylen mit Chlorwasserstoff in Gegenwart von Sauerstoff und fest angeordneten
Katalysatoren vermeiden lassen, indem man die zugeführten Ausgangsstoffe vor dem Eintritt in den
Umsetzungsraum mit so viel dampfförmigem 1,2-Dichloräthan verdünnt, daß die theoretisch errechnete
adiabatische Temperatursteigerung im Umsetzungsraum den Wert von 200 bis 3000C nicht überschreitet.
Um Im3 Äthylenchloriddampf bei 200° C um
1° C erwärmen, werden rund 1,2 Kcal gebraucht, während beispielsweise Stickstoff, den man für den
gleichen Zweck verwenden könnte, nur 0,3 Kcal pro Kubikmeter und Grad Celsius aufnehmen kann.
Verfahren zur Herstellung
von 1,2-Dichloräthan durch Umsetzung
von Äthylen mit Chlorwasserstoff
in Gegenwart von Sauerstoff
Anmelder:
Farbwerke Hoechst Aktiengesellschaft
vormals Meister Lucius & Brüning,
Frankfurt/M.
Dr. Kurt Fischer, Neuötting/Inn,
und Dr. Eugen Reindl, Burgkirchen/Alz,
sind als Erfinder genannt worden
Um also eine gegebene Wärmemenge abzuführen, genügt bei Äthylenchlorid der vierte Teil des Volumens,
das bei Anwendung von Stickstoff benötigt würde.
Die Verdünnung der zugeführten Reaktionsteilnehmer mit Äthylenchlorid bietet auch noch zwei
weitere Vorteile. Einmal führt diese Verdünnung dazu, daß die Füllung des Reaktionsraumes weit
außerhalb der Explosionsgrenzen von Äthylen mit Luft bzw. Sauerstoff liegt. Ferner wird dadurch auch
das Aufarbeiten der den Reaktionsraum verlassenden Reaktionsgase bedeutend erleichtert und technisch
vorteilhaft gestaltet, besonders wenn man Sauerstoff und nicht Luft als Oxydationsmittel verwendet. Bei
Durchführung der Oxychlorierung mit Luft als Sauerstoffquelle, wobei zwecks vollständiger Umsetzung
sogar mit Luftüberschuß gearbeitet werden muß, wird infolge der verhältnismäßig hohen Dampfspannung
von 1,2-Dichloräthan (23° C/70 mm Hg) ein großer Teil des gebildeten 1,2-Dichloräthans nach
Abkühlung der Reaktionsgase tensionsmäßig mit dem Stickstoff der Luft bzw. überschüssiger Luft
weggeführt und kann nur durch umständliche und teure Operationen daraus zurückgewonnen werden.
Man müßte entweder die Reaktionsgase tief kühlen oder komprimieren bzw. kostspielige Absorptionsanlagen mit Aktivkohle oder dergleichen Adsorbentien
betreiben. Führt man dagegen die Reaktion nur mit Äthylen, Sauerstoff und Chlorwasserstoff in Verdünnung
mit Äthylenchloriddampf durch, so läßt sich durch bloßes Kühlen mit Wasser praktisch das ge-
309 650/259
samte vorhandene Äthylenchlorid — nämlich sowohl das bei der Reaktion entstandene als auch zur Verdünnung
eingeschleuste — niederschlagen und gewinnen. Das im Kreislauf zu führende Äthylenchlorid
kann aus dem Rohanfall direkt jeweils durch die Abwärme der Reaktionsgase wieder verdampft
werden, so daß zusätzliche Kosten für diese Verdampfung nicht auftreten.
Vorteilhaft für die technische Durchführung wird die Arbeitsweise so gewählt, daß aus dem Reaktionsgas nur das Reaktionswasser abgeschieden und der
Anteil von Äthylenchlorid herauskondensiert wird, der bei der Reaktion neu entstanden ist. Praktisch
erfolgt diese Teilkondensation in einem auf bestimmte Temperatur gehaltenen Kühler. Das dabei
nicht kondensierte, für die Temperaturhaltung erforderliche Äthylenchlorid bleibt dampfförmig,
passiert noch warm das Kreislaufgebläse und tritt dann nach Zumischung der Reaktionsteilnehmer
wieder in den Reaktor ein. Im Rahmen des Verfahrens der Erfindung ist die Funktion des als Verdünnungsmittel
zugeführten Äthylenchlorids sehr spezifisch. Es läßt sich nicht ohne weiteres durch
einen anderen chlorierten Kohlenwasserstoff von hoher Wärmekapazität ersetzen, weil beispielsweise
Tetrachlorkohlenstoff, Chloroform od. dgl. den beabsichtigten Reaktionsablauf hemmen oder sich unter
den Reaktionsbedingungen chemisch verändern würden, was wider Erwarten bei Äthylenchlorid nicht
der Fall ist.
1001 Äthylen, 601 Sauerstoff und 2001 Chlorwasserstoff
werden mit 6001 dampfförmigem 1,2-Dichloräthan vermischt, auf 1800C vorgeheizt und
dann in einen Röhrenreaktor über einen Kontakt von Kupferchlorid auf aktivierter Tonerde geleitet.
Der Reaktor wird dabei mittels einer Badflüssigkeit von außen auf einer konstanten Temperatur von
1800C gehalten. Unmittelbar am Kontakt werden
Reaktionstemperaturen von 210 bis 23O0C, im Durchschnitt 220° C, gemessen. Die Reaktionsgase
verlassen den Reaktor mit einer Temperatur von 200 bis 210° C. Bei dieser Arbeitsweise werden
90% des eingesetzten Äthylens zu 1,2-Dichloräthan umgesetzt. Die theoretisch errechnete adiabatische
Temperatursteigerung würde bei 100°/oigem Äthylenumsatz 280° C betragen. Aus dem den Kontaktofen
verlassenden Gemisch von Dämpfen und Gasen wird durch Kühlung mit Wasser praktisch das gesamte
1,2-Dichloräthan niedergeschlagen. Es wird jeweils stündlich eine Menge 1,2-Dichloräthan abgezweigt,
die im dampfförmigen Zustand 6001 entspricht, und zur Eintrittsseite des Kontaktofens zurückgeführt.
Diese Menge stellt das erforderliche Kreislaufvolumen
des Verdünnungsmittels dar.
Bei einem unter gleichen Bedingungen durchgeführten Versuch, der mit 3001 Luft und 3601 Stickstoff,
insgesamt also mit 6001 Stickstoff an Stelle von Äthylenchloriddampf als Verdünnungsmittel ausgeführt
wurde, errechnete sich theoretisch eine adiabatische Temperatursteigerung von 730° C, und
bei der praktischen Durchführung ergaben sich die eingangs geschilderten störenden Nebenerscheinungen.
Schon nach kurzer Zeit bildete sich im ersten Drittel des Kontaktofens eine überhitzte Reaktionszone
aus (über 500° C und mehr), und der größte Teil des Äthylens verbrannte zu CO und CO2.
Die Menge 1,2-Dichloräthan, mit welcher erfindungsgemäß das Reaktionsgemisch verdünnt werden
muß, um die theoretisch errechnete adiabatische Temperatursteigerung im Reaktionsraum 200 bis
300° C nicht überschreiten zu lassen, errechnet sich aus den nachstehenden Gegebenheiten:
1001 Äthylen ergeben bei 100°/oiger Umsetzung zu 1,2-Dichloräthan theoretisch eine Wärmetönung
von 245 000 cal.
Die Wärmekapazität von 1001 Äthylen, 601
Sauerstoff und 2001 Chlorwasserstoff beträgt auf Grund der entsprechenden c„-Werte 146,7 cal für
1° C Temperatursteigerung.
Die erforderliche Wärmekapazität X1 (für theoretische
adiabatische Temperatursteigerung von 200° C) bzw. X2 (für theoretische adiabatische Temperatursteigerung
von 300° C), die erfindungsgemäß durch Zusatz von 1,2-Dichloräthylen bereitgestellt
werden muß, errechnet sich aus den Gleichungen
245 000 cal
146,7 + X1
146,7 + X1
245 000 cal
lA6,7~+~x2
lA6,7~+~x2
Daraus ergeben sich die Werte
Jt1 = 1078,3 cal/° C, entsprechend rund 9401
1,2-Dichloräthan (dampfförmig),
1,2-Dichloräthan (dampfförmig),
bzw.
X2 = 670 cal/° C, entsprechend rund 6001
1,2-Dichloräthan (dampfförmig).
1,2-Dichloräthan (dampfförmig).
Aus der anschließenden Tabelle sind dementsprechend für 40- bis 100%ige Umsetzung des
Äthylens die jeweiligen Einsatzverhältnisse von Äthylen zu 1,2-Dichloräthan (dampfförmig) abzulesen.
| C2H4- Umsatz Vo |
{ | Adiabatische Temperatur steigerung 0C |
Errechnetes Verhältnis C2H4: C2H4Cl2 |
( | } | Praktisches Verhältnis ^2H4 ι C2H4CI2 |
| 40 | 200 300 |
1:3,5 1:2 |
I | 1:2 | ||
| 50 45 |
{ | 200 300 |
1:4,4 1:2,6 |
1 ί |
1:3 | |
| 60 | 200 300 |
1:5,5 1:3,5 |
I | 1:4,5 | ||
| 70 | ί | 200 300 |
1:6,4 1:4,0 |
} | 1:5 | |
| 80 | ( | 200 300 |
1:7,5 1:4,5 |
1
I |
1:6 | |
| 90 | J | 200 300 |
1:8,4 1:5,2 |
I | 1:7 | |
| 55 100 |
200 300 |
1:9,2 1:5,9 |
1:8 | |||
Durch einen auf 175° C gehaltenen Röhrenreaktor mit Kupferchlorid als Katalysator werden stündlich
4,8 m3 Äthylen, 2,3 m3 Sauerstoff, 9,4 m3 trockener
Chlorwasserstoff und 35 m3 Äthylenchloriddampf geleitet. Bei 100%igem Äthylenumsatz errechnet
sich theoretisch eine adiabatische Temperatursteigerung von 2500C. Die Gaseintrittstemperatur
beträgt ebenfalls 175° C. Es wird eine durchschnittliche
Reaktionstemperatur von 220 ° C gemessen.
98°/o des eingesetzten Äthylens werden zu Äthylenchlorid
umgesetzt, so daß etwa 4,7 m3 Äthylenchloriddampf stündlich neu entstehen. Mit einem auf etwa
75c C gehaltenen Kühler wird stündlich die dem neu
entstandenen Äthylenchlorid entsprechende Menge (21 kg) zusammen mit dem Reaktionswasser kondensiert.
Das restliche Äthylenchlorid (35 m3, dampfförmig) geht noch heiß (über 85° C) über ein Kreislaufgebläse
und einen Vorerhitzer (1750C) in den Reaktor zurück.
Ein 2 m langer Röhrenreaktor, der mit 801 des im Beispiel 1 genannten Katalysator gefüllt ist, wird
stündlich mit einem auf 1700C vorgeheizten Gemisch
von 5,6 m3 Äthylen, 8,4 m3 Luft und 5,6 m3 Chlorwasserstoff beschickt, dem noch 14 m3 Dichloräthandampf
zugesetzt sind. Der Äthylenumsatz beträgt 50 »/0.
Aus dem den Reaktor verlassenden Gas werden durch Wasserkühlung und anschließende Tiefkühlung
das gesamte Reaktionswasser und praktisch das gesamte 1,2-Dichloräthan (flüssig) abgeschieden. Von
letzterem werden stündlich 12,3 kg gewonnen, und der Rest wird nach Verdampfung zur Aufrechterhaltung
der Adiabatik dem aus Äthylen, Luft und Chlorwasserstoff bestehenden Reaktionsgas zugesetzt.
Die theoretisch errechnete Temperatursteigerung
würde 290° C (von 170 auf 460° C) betragen. Praktisch
wird eine Umsetzungstemperatur von 225° C gemessen.
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung von 1,2-Dichloräthan durch Umsetzung von Äthylen mit
Chlorwasserstoff in Gegenwart von Sauerstoff über fest angeordnete Katalysatoren, dadurch
gekennzeichnet, daß man die Ausgangsstoffe vor dem Eintritt in den Umsetzungsraum mit so viel
dampfförmigem 1,2-Dichloräthan verdünnt, daß die theoretisch errechnete adiabatische Temperatursteigerung
im Umsetzungsraum den Wert von 200 bis 300° C nicht überschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das gesamte gebildete
Äthylenchlorid abscheidet und die Reaktionswärme dazu ausnutzt, den Teil wieder zu verdampfen,
der zur Verdünnung der Reaktionsteilnehmer notwendig ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man durch fraktionierte Kondensation
nur das Reaktionswasser und die neugebildete Äthylenchloridmenge abscheidet und das zur Temperaturregelung notwendige Äthylenchlorid
im Kreislauf beläßt.
309 650/259 7.
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1962
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Also Published As
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