DE1290136B - Verfahren zur Herstellung von Vinylchlorid - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von VinylchloridInfo
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- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
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- C07C17/15—Preparation of halogenated hydrocarbons by replacement by halogens with oxygen as auxiliary reagent, e.g. oxychlorination
- C07C17/152—Preparation of halogenated hydrocarbons by replacement by halogens with oxygen as auxiliary reagent, e.g. oxychlorination of hydrocarbons
- C07C17/154—Preparation of halogenated hydrocarbons by replacement by halogens with oxygen as auxiliary reagent, e.g. oxychlorination of hydrocarbons of saturated hydrocarbons
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Description
Vinylchlorid kann durch katalytische Umsetzung von Acetylen mit Chlorwasserstoff oder durch Pyrolyse
von Äthylendichlorid, das durch Umsetzung von Äthylen und Chlor erhalten werden kann, hergestellt
werden. Es ist ferner bekannt, Vinylchlorid durch Oxy-Chlorierung von Äthan unter Verwendung eines Katalysators
vom Deacon-Typ, insbesondere eines auf einen Träger aufgebrachten Kupferchloridkatalysators,
herzustellen. Diese Katalysatoren haben jedoch bei den erforderlichen Reaktionstemperaturen im allgemeinen
nur eine begrenzte Lebensdauer, und die Ausbeute an Vinylchlorid unter den vorgeschlagenen
Reaktionsbedingungen ist verhältnismäßig niedrig.
Es wurde ferner vorgeschlagen, gesättigte Kohlenwasserstoffe oder chlorierte gesättigte Kohlen wasserstoffe
unter Verwendung verschiedener Typen von Dehydrierkatalysatoren und geringer Mengen Chlorwasserstoff
zu dehydrieren. Außerdem ist auch die Chlorierung von ungesättigten Kohlenwasserstoffen,
z. B. Olefinen, bekannt.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Vinylchlorid durch Umsetzung
von Äthan und Dichloräthan, Chlor und/oder Chlorwasserstoff mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhaitigen
Gas bei erhöhter Temperatur in Gegenwart eines Katalysators, das dadurch gekennzeichnet ist, daß
man die Umsetzung in Gegenwart von 2 bis 20 Mol Wasserdampf pro MoI Äthan durchführt.
Wasserdampf wurde bisher bei gewissen Dehydrierreaktionen lediglich als Kühlmittel und/oder Verdünnungsmittel
vorgeschlagen. Beim Verfahren gemäß der Erfindung in das Wasser in den genannten
Mengen jedoch als wesentliche Komponente an der Reaktion beteiligt. Es wird angenommen, daß das
Wasser die Menge des Metallchlorids lenkt, die sich auf der Katalysatoroberfläche bilden kann, wodurch
eine lange Lebensdauer aufrechterhalten und die Katalysatoraktivität so gesteuert wird, daß die gewünschte
doppelte Umsetzung begünstigt wird.
Das Wasser kann zu Beginn in flüssiger Form oder in Dampfform eingeführt werden.
Es wurde festgestellt, daß es durch Zusatz von Wasser in den hier genannten Mengen möglich ist,
beliebige Katalysatoren gegebenenfalls in Form eines flüchtigen Chlorids, z. B. FeCl3, einzusetzen, weil festgestellt
wurde, daß das Wasser in dieser Menge in der Reaktionszone das FeCl3 in eine zumindest teilweise
oxydierte Form umwandelt, die nicht leicht flüchtig ist. Noch wichtiger ist, daß im Gegensatz zu bekannten
Verfahren die Verwendung von Wasser in der genannten Menge die Umwandlung der Oxydationskatalysatoren,
z. B. Eisenoxyd, in ein flüchtiges Chlorid verhindert, das aus der Reaktionszone schnell verlorengeht
(vgl. Beispiel 10 mit Tabelle 8).
Die Reaktion kann bei Normaldruck, Unterdruck oder überdruck, z. B. bei Drücken bis zu 28 kg/cm2,
durchgeführt werden, wobei Drücke zwischen etwa 3,5 und 17,5 kg/cm2 absolut vorteilhaft sind. Die
Reaktionstemperatur liegt zwischen etwa 500 und C, vorzugsweise 550 und 675' C.
Wie nachstehend näher beschrieben, wird bei einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung
Älhylendichlorid im Kreislauf geführt. Es muß wenigstens 1 g-Atom Chlor je Mol Äthan verwendet
werden, wobei die Chlormenge im allgemeinen zwi- ('5
sehen 1 und 7,5 g-Atom je Mol Äthan, vorzugsweise zwischen 1,5 und 5 g-Atom je Mol Äthan, liegt.
Bei der Angabe der vorstehenden Mengenverhältnisse ist als Chlor die für die Oxychlorierungsreaktion
als verfügbar angesehene Menge angegeben. Das gesamte Chlor aus HCl und Cl2 ist natürlich verfügbar,
aber aus dem eingeführten Äthylendichlorid wird nur 1 Atom je Molekül als verfügbar angesehen.
Der Sauerstoff wird zweckmäßig in Form von Luft zugeführt, jedoch kann auch elementarer Sauerstoff
verwendet werden. Der Sauerstoff sollte im allgemeinen in einer Menge von 0,5 bis 6 Mol je Mol Äthan
vorhanden sein, jedoch ist es wichtig, daß die obere Grenze der Sauerstoffmenge im Verhältnis zur Chlormenge
so eingestellt wird, daß das Verhältnis von 1 Mol Sauerstoff pro g-Atom verfügbarem Chlor
nicht überschritten wird.
Als Katalysatoren eignen sich für das Verfahren gemäß der Erfindung insbesondere die anorganischen
sauerstoffhaltigen Verbindungen mehrwertiger Metalle. Hierzu gehören nicht nur einfache Oxyde,
sondern auch Oxychloride. Die Katalysatoren können zu Beginn in Form von sauerstoffhaltigen Verbindungen,
z. B. als Carbonate, Nitrate, Phosphate oder Hydroxyde, eingeführt werden. Beispielsweise können
Metallphosphate in der Reaktionszone vorhanden sein, wenn der Katalysator z. B. in Form eines Phosphats,
z. B. als Eisenphosphat, eingesetzt wird. Unter den Begriff »mehrwertiges Metalloxyd« fallen nicht
nur einfache Oxyde, Oxychloride u. dgl., sondern auch komplexere anorganische sauerstoffhaltige Verbindungen
einschließlich solcher, die in situ gebildet werden können, z. B. aus anorganischen Verbindungen,
die gebundenen Sauerstoff enthalten.
Eine große Gruppe dieser mehrwertigen Metalle, die sich zur Bildung der für die Zwecke der Erfindung
geeigneten Katalysatoren eignen, bilden die mehrwertigen Metalle aus den Gruppen IVb, Vb, VIb,
VIIb, VIII, IVa, Va und VIa sowie die Reihe der Lanthanides Als Beispiele solcher mehrwertiger Metalle
seien insbesondere Eisen, Cer, Mangan, Uran, Vanadin, Nickel, Chrom und Kobalt und deren
Kombinationen erwähnt.
Den vorstehend genannten Katalysatorkomponenten auf Basis der mehrwertigen Oxyde können Aktivatoren
zugesetzt werden, z. B. anorganische Verbindungen von Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd,
B, In, P und Tl.
Beliebige bekannte Oxydationskatalysatoren, die aus einem mehrwertigen Metall gebildet werden,
können verwendet werden. Es hat den Anschein, daß die geeignetsten von diesen Oxydationskatalysatoren
wahrscheinlich in der Reaktionszone in einer Form vorliegen, in der sowohl Sauerstoff als auch Chlor
gebunden sind.
Katalysatoren, insbesondere die mehrwertigen Metalloxyde, werden häufig auf einem Träger, beispielsweise
auf Aluminiumoxyd, Siliciumcarbid, Quarz, Boroxyd enthaltendem Siliciumoxyd, Bimsstein, SiIikagel
oder MuIHt, verwendet. Der Katalysator kann auch als trägerloser Katalysator hergestellt werden.
Die den Katalysator bildenden Oxyde können aus einem löslichen Salz, z. B. einem Nitrat des in Frage
kommenden Elements auf den Träger aufgebracht werden. Beispielsweise können Eisen(III)-nitrat und
Lithiumnitrat in Wasser gegeben und der Katalysatorträger in das wäßrige Gemisch getaucht werden, das
zum Sieden gebracht wird. Das Erhitzen wird fortgesetzt, bis die Nitrate zersetzt sind und das Wasser
abgedampft ist.
Während dieses Prozesses werden die Katalysato-
3 4
ren auf dem Träger niedergeschlagen und sind dann Das Äthylen in dem äthylenhaltigen Gasstrom, der
fertig für den Einsatz, z. B. in einem Festbettreaktor. mit chloriertem Kohlenwasserstoff gewaschen wird,
Auch andere Katalysatorformen und Verfahren zur wird zu Äthylendichlorid umgesetzt.
Behandlung der Reaktionsteilnehmer mit dem Kataly- Das Verhältnis von Äthan zu dem im Kreislauf gesator können angewendet werden, z. B. Wirbelschicht- 5 führten Äthylendichlorid kann innerhalb eines sehr verfahren unter Verwendung eines feinteiligen Kataly- weiten Bereichs variieren. So kann die Menge des sators, ein fließendes Bett von Katalysatorteilchen Äthans, die in den Hauptreaktor eingeführt wird, od. dgl. Die Kontaktzeit zwischen den Reaktionsteil- 1 bis 10 Mol je 10 Mol des Kreislauf-Äthylendichlonehmern und dem Katalysator unter den Reaktions- rids oder mehr betragen. Wenn eine Anlage zur Pyrobedingungen kann zwischen etwa 0,1 und 10 Sekunden 10 lyse von Äthylendichlorid vorhanden ist, kann das liegen. In gewissen Fällen kann wenigstens, eine der Äthylendichlorid getrennt pyrolysiert und der Chlor-Katalysatorkomponenten im geschmolzenen Zustand wasserstoff in den Hauptreaktor zurückgeführt wervorliegen, z.B. wenn eine erhebliche Lithiumchlorid- den. Es ist jedoch vorteilhaft, die Pyrolyse im Hauptmenge bei den höheren Reaktionstemperaturen ge- reaktor durchzuführen, um die Notwendigkeit der braucht wird. 15 getrennten Kreislaufführung des Chlorwasserstoffs
Behandlung der Reaktionsteilnehmer mit dem Kataly- Das Verhältnis von Äthan zu dem im Kreislauf gesator können angewendet werden, z. B. Wirbelschicht- 5 führten Äthylendichlorid kann innerhalb eines sehr verfahren unter Verwendung eines feinteiligen Kataly- weiten Bereichs variieren. So kann die Menge des sators, ein fließendes Bett von Katalysatorteilchen Äthans, die in den Hauptreaktor eingeführt wird, od. dgl. Die Kontaktzeit zwischen den Reaktionsteil- 1 bis 10 Mol je 10 Mol des Kreislauf-Äthylendichlonehmern und dem Katalysator unter den Reaktions- rids oder mehr betragen. Wenn eine Anlage zur Pyrobedingungen kann zwischen etwa 0,1 und 10 Sekunden 10 lyse von Äthylendichlorid vorhanden ist, kann das liegen. In gewissen Fällen kann wenigstens, eine der Äthylendichlorid getrennt pyrolysiert und der Chlor-Katalysatorkomponenten im geschmolzenen Zustand wasserstoff in den Hauptreaktor zurückgeführt wervorliegen, z.B. wenn eine erhebliche Lithiumchlorid- den. Es ist jedoch vorteilhaft, die Pyrolyse im Hauptmenge bei den höheren Reaktionstemperaturen ge- reaktor durchzuführen, um die Notwendigkeit der braucht wird. 15 getrennten Kreislaufführung des Chlorwasserstoffs
Die Aktivatorverbindungen, z. B. die Oxyde, kön- zu vermeiden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß
nen in bekannter Weise zugesetzt werden, z. B. als die Pyrolysereaktion von Äthylendichlorid endotherm
lösliches Salz, das in der beschriebenen Weise zersetzt ist und demzufolge die Reaktion insgesamt weniger
und in das Oxyd umgewandelt wird. Auch andere exotherm wird.
Methoden, z. B. die Imprägnierung, können ange- 20
Methoden, z. B. die Imprägnierung, können ange- 20
wendet werden. Das Gewichtsverhältnis zwischen Beispiel 1
dem Aktivator und der mehrwertigen Oxydkomponente kann innerhalb sehr weiter Grenzen liegen. Aluminiumoxyd in Form von Pellets (3,2 mm) Bereits Mengen von nur 1 Gewichtsprozent erwiesen wurde über Nacht mit konzentrierter Salzsäure besieh als wirksam. Es ist auch möglich, daß die Akti- 25 handelt, dann mit destilliertem Wasser gewaschen und vatoren den überwiegenden Gewichtsanteil des Kata- bei 105"C getrocknet. Zu 100 ml destilliertem Wasser lysators ausmachen. in einem 800-ml-Becherglas wurden 49,5 g Cernitrat
dem Aktivator und der mehrwertigen Oxydkomponente kann innerhalb sehr weiter Grenzen liegen. Aluminiumoxyd in Form von Pellets (3,2 mm) Bereits Mengen von nur 1 Gewichtsprozent erwiesen wurde über Nacht mit konzentrierter Salzsäure besieh als wirksam. Es ist auch möglich, daß die Akti- 25 handelt, dann mit destilliertem Wasser gewaschen und vatoren den überwiegenden Gewichtsanteil des Kata- bei 105"C getrocknet. Zu 100 ml destilliertem Wasser lysators ausmachen. in einem 800-ml-Becherglas wurden 49,5 g Cernitrat
Für die Zwecke der Erfindung wird als Katalysa- Ce(NO3I3 ■ 6H2O mit 1,84 g Lithiumhydroxydmono-
tor Eisenoxyd bevorzugt, das als solches als mehr- hydrat gegeben. Dann wurden 115 g des mit Säure
wertiges Metalloxyd oder in Kombination mit an- 30 gewaschenen Aluminiumoxyds zugesetzt. Die Lösung
deren mehrwertigen Metalloxyden oder Verbindungen wurde unter Rühren bis zur Trockne erhitzt. Die
verwendet werden kann. Das Eisenoxyd wird vorteil- Aluminiumoxydpellets waren hellgelb und enthielten
haft mit einem der vorstehend genannten Aktivatoren, 14,4% aktive Bestandteile. Der Katalysator bestand
insbesondere mit Lithiumoxyd oder Lithiumchlorid, laut Berechnung aus 98% CeO2 und 2% Li2O.
aktiviert. 35 Der Katalysator wurde in Form eines Festbetts
Als gute Oxydationskatalysatoren sind auch Cer- bis zu einer Höhe von 30 cm in ein aus Silicaglas be-
und Manganmetalloxyde zu nennen. stehendes Rohr von 25 mm Durchmesser gefüllt. Das
Neben Vinylchlorid und Äthylen können Äthyl- Rohr wurde in einen Verbrennungsrohrofen ein-
chlorid, Methylchlorid, Acetylen und Kohlenstoff- gesetzt. Der Ofen besteht aus mehreren elektrischen
oxyde als Nebenprodukte anfallen. Das Äthylchlorid 40 Heizelementen, die so angeordnet sind, daß sie einen
kann zweckmäßig in den Prozeß zurückgeführt zentralen Röhrenreaktor umgeben. Die Temperatur
werden, und das Acetylen kann selektiv zu Äthylen des Katalysatorbetts wurde durch ein axiales Thermo-
hydriert werden, um die Gesamtausbeute an Äthylen element gemessen, das mit einem Temperaturregler
zu erhöhen. verbunden war. Der Regler diente zur Senkung der
Im allgemeinen wird durch eine Temperatur, die 45 Wärmezufuhr zum Ofen, sobald die Regeltemperatur
etwa 50 bis 100' C unter der optimalen Temperatur überschritten wurde.
für die Bildung von Vinylchlorid liegt, die Ausbeute Die Einsatzgase wurden aus Gasflaschen zugeführt,
an Äthylchlorid erhöht. Die Strömungsmengen wurden mit Hilfe von Kapillar-Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Er- Mengenmessern gemessen. Äthan, HCl, Luft und
findung wird das bei der Reaktion gebildete Äthylen 50 Wasserdampf wurden bei Normaldruck durch das
nach der Abtrennung vom Vinylchlorid in Äthyl- Rohr geleitet. Das Äthan wurde in einer Menge von
chlorid oder Äthylendichlorid umgewandelt und in 0,25 g-Mol/Std. zugeführt.
den Prozeß zurückgeführt, um die Ausbeute an Vinyl- Die Temperatur an der Meßstelle wurde bei 650 C
chlorid zu erhöhen. gehalten. Das Molverhältnis von Chlorwasserstoff,
Das aus dem Reaktor austretende Reaktionspro- 55 Sauerstoff, Äthan und Wasserdampf wurde in der
dukt wird gekühlt, und das Wasser und der Chlor- in Tabelle 1 angegebenen Weise variiert,
wasserstoff werden durch Kondensation entfernt. Die Analyse der Produkte wurde im allgemeinen Restlicher Chlorwasserstoff und Kohlendioxyd wer- durch Dampfphasenchromatographie unter Verwenden durch Waschen mit alkalischen Lösungen ent- dung mehrerer verschiedener Säulen zur Identifiziefernt. Dann wird das Gas komprimiert und zur Ent- 60 rung und Bestimmung der Menge jenes Produkts fernung chlorierter Kohlenwasserstoffe gewaschen. durchgeführt. Periodisch wurde das Restgas zur Ent-Geeignet hierfür sind Dichloräthylen, Trichloräthylen fernung von CO2 und HCl gewaschen und dann der oder Tetrachloräthan. Die Entfernung des Vinyl- Absorption mit einem Lösungsmittel unterworfen, um chlorids kann durch Absorption bei etwa 3,5 bis das Vinylchlorid und Methylchlorid abzutrennen. 7 kg/cnr und bei etwa 0 C erfolgen. Die chlorierten fts Diese Komponenten wurden durch Destillation geProdukte wurden durch Erhitzen des Lösungsmittels trennt. Das Vinylchlorid wurde durch Behandlung gewonnen, das Lösungsmittel wird gekühlt und in mit festem Ätzkaligranulat gereinigt. Die erhaltenen den Absorber zurückgeführt. Ergebnisse sind nachstehend in Tabelle 1 aufgeführt.
wasserstoff werden durch Kondensation entfernt. Die Analyse der Produkte wurde im allgemeinen Restlicher Chlorwasserstoff und Kohlendioxyd wer- durch Dampfphasenchromatographie unter Verwenden durch Waschen mit alkalischen Lösungen ent- dung mehrerer verschiedener Säulen zur Identifiziefernt. Dann wird das Gas komprimiert und zur Ent- 60 rung und Bestimmung der Menge jenes Produkts fernung chlorierter Kohlenwasserstoffe gewaschen. durchgeführt. Periodisch wurde das Restgas zur Ent-Geeignet hierfür sind Dichloräthylen, Trichloräthylen fernung von CO2 und HCl gewaschen und dann der oder Tetrachloräthan. Die Entfernung des Vinyl- Absorption mit einem Lösungsmittel unterworfen, um chlorids kann durch Absorption bei etwa 3,5 bis das Vinylchlorid und Methylchlorid abzutrennen. 7 kg/cnr und bei etwa 0 C erfolgen. Die chlorierten fts Diese Komponenten wurden durch Destillation geProdukte wurden durch Erhitzen des Lösungsmittels trennt. Das Vinylchlorid wurde durch Behandlung gewonnen, das Lösungsmittel wird gekühlt und in mit festem Ätzkaligranulat gereinigt. Die erhaltenen den Absorber zurückgeführt. Ergebnisse sind nachstehend in Tabelle 1 aufgeführt.
Molverhältnis des Einsatzes
HCl 3
O2 1
C2H6 1
Wasserdampf 6,2
QHe-Umsatz*), % 98,5
Selektivität**), %
Vinylchlorid 21,4
Äthylen 52,4
CO + CO2 9,2
Äthylenchlorid 3,6
Molverhältnis des Einsatzes
2,5
98,5
26,3
43,4
10,1
5,9
*) Umsatz = in Produkte umgewandeltes Äthan in Mol pro
Mol des in den Reaktor eingesetzten Athans. **) Selektivität = in Produkt A umgewandelte Äthanmenge in
Mol pro Mol des in Produkte umgewandelten Athans.
Ein Eisenoxyd - Lithiumoxyd - Katalysator (95% Fe2O3 — 5% Li2O) wurde auf Aluminiumoxyd unter
Verwendung von Fe(NO3J3 ■ 9 H2O und LiNO3 auf
die im Beispiel 1 beschriebene Weise hergestellt. Der Katalysator enthielt 12,7% aktive Bestandteile und
hatte eine rostrote Farbe. Er hatte eine Oberfläche von 2,6 rtf/g.
Dieser Katalysator wurde auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise unter Verwendung von Luft als
Sauerstoffquelle erprobt. Die zugeführte Äthanmenge betrug 0,25 Mol/Std. Mehrere Versuchswerte sind
nachstehend in Tabelle 2 zusammengestellt.
HCl 2 3
O2 2 2
C2H6 1 1 .
Wasserdampf — —
QH^-Umsatz, % 100 100
Selektivität, %
Vinylchlorid 24,0 32,3
Äthylen 57,4 48,8
CO + CO2 8,5 8,6
Äthylchlorid 0,9 0,9
B ei sp i e1 4
Katalysatoren, die Manganoxyd enthielten, wurden aus Mangan(II)-nitratlösung unter Verwendung von
Aluminiumoxydgranulat von 3,2 mm Durchmesser hergestellt. In einem Fall wurde Cadmiumnitrat der
Manganlösung vor dem Eindampfen und dem Auftrag auf die Trägerteilchen zugesetzt. Die schwarzen Katalysatorteilchen
enthielten 20% aktive Bestandteile und wurden vor der Erprobung in einem Muffelofen
bei 6500C gebrannt. Diese Katalysatoren wurden unter Verwendung der im Beispiel 1 beschriebenen
Apparatur unter Anwendung der ebenfalls dort beschriebenen Methode erprobt. Die Ergebnisse sind
nachstehend in Tabelle 4 zusammengestellt.
40
Molverhältnis des Einsatzes
HCl
O2
C2H6
Wasserdampf
QHft-Umsatz, %
Selektivität, %
Vinylchlorid
Äthylen
CO + CO2
Äthylchlorid
Temperatur
600" C
3 1 1
6,2 91,1
18,2 30,7
34,8
650° C
2 2 1
2,5 99,9
32,9
47,6 6,9 4,3
3 2 1
2,5 99,2
42,4
43,2
8,0
0,8 Temperatur,"C ..
Molverhältnis des
Einsatzes
Einsatzes
HCl
O2
C2He
H2O
C2H6-UmSHtZ, % .
Selektivität, %
Vinylchlorid ...
Äthylen
Selektivität, %
Vinylchlorid ...
Äthylen
Katalysator
Mn2O3 — Aluminiumoxyd
500
1 1
10 32,5
28,3 41,6
95% Mn2O3 -
5% CdO-Aluminiumoxyd
500
10
72,2
28,3 24,8
60 B e i s ρ i e 1 '5
Äthylchlorid wurde in Gegenwart von Sauerstoff, Chlorwasserstoff und Wasserdampf (Molverhältnis
Der Katalysator gemäß Beispiel 1 wurde unter 1:1:10, bezogen auf Äthylchlorid) umgesetzt. Das
Verwendung von Sauerstoff an Stelle von Luft erprobt. 65 Äthylchlorid wurde in einer Menge von 0,5 Mol/Std.
Das Wasserdampf-Äthan-Verhältnis betrug 10. Die zugeführt. Die Versuchsanordnung war die gleiche,
Ergebnisse bei 650cC sind nachstehend in Tabelle 3 wie im Beispiel 1 beschrieben. Typische Ergebnisse
zusammengestellt. sind nachstehend in Tabelle 5 angegeben.
Katalysator
CeO2 (97%) — Li2O (3%) auf Aluminiumoxyd
10 Mn2O3 · CeO2 auf Aluminiumoxyd
Mn2O3 (97%) -Li2O (3%)
Fe2O3 (95%)-Li2O (5%)
Temperatur 0C
Molverhältnis des Einsatzes
HCl O2 H2O EtCl
HCl O2 H2O EtCl
1
1
1
15
10
10
10*)
10
10
10*)
Ausbeute an Vinylchlorid
50,0
41,0
38,9
41,0
38,9
54
*) Bei diesem Versuch wurde Äthylchlorid in einer Menge von 0,25 Mol/Std. eingesetzt. Als Sauerstoffquelle diente Luft, als Verdünnungsmittel
7,5 MoI N2 + 2,5 Mol H2O.
B e i s pi e1
Der gemäß Beispiel 2 hergestellte Katalysator wurde auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise erprobt. Als
Sauerstoffquelle wurde Luft verwendet. Mehrere Versuchsergebnisse sind nachstehend in Tabelle 6 zusammengestellt
:
HCl | Molverhältnis des Einsatzes | C2H,, | H2O + N2 | CjHfe-Umsatz | Selektivität, % | Vinylchlorid | |
Temperatur | 1 | 1 | 10 | % | 2,1 | ||
2 | O2 | 1 | 10 | 67 | Äthylchlorid | 14 | |
550 | 3 | 1 | 1 | 10 ' | 81 | 62 | 18 |
600 | 1 | 91 | 30 | ||||
1 | 35 | ||||||
Aluminiumoxydgranulat (3,2 mm) wurde über Nacht mit konzentrierter Salzsäure behandelt, dann
mit destilliertem Wasser gewaschen und bei 1050C getrocknet. Zu 100 ml destilliertem Wasser in einem
800 - ml - Becherglas wurden 48,4 g Cernitrat (Ce(NO3J3 · 6 H2O) mit 1,40 g Lithiumhydroxyd
(LiOH · H2O) gegeben. Dem Gemisch wurden 115 g
des mit Säure gewaschenen Aluminiumoxyds zugesetzt. Die Lösung wurde unter Rühren bis zur
Trockne erhitzt. Das Aluminiumoxydgranulat war hellgelb und enthielt 19,6% aktive Bestandteile.
1 Mol Äthylchlorid wurde in Gegenwart von 1 Mol Sauerstoff, 1 Mol Chlorwasserstoff und 10 Mol
Wasserdampf in der im Beispiel 1 beschriebenen Anordnung bei einer Temperatur von 550cC unter
Verwendung des vorstehend beschriebenen Katalysators umgesetzt. Der Umsatz betrug 89%, die Selektivität
46% (Vinylchlorid).
hydrierung von Äthan auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise durchgeführt. An Stelle von Chlorwasserstoff
wurde Chlor verwendet. Chlor, Sauerstoff, Äthan und Stickstoff+Wasserdampf wurden im Molverhältnis
von 1,5 : 2:1 :10 eingesetzt. Bei einer Temperatur
von 6000C wurden 100% desÄthans umgesetzt.
Die Selektivität betrug 33%, bezogen auf Vinylchlorid. Die Selektivität zu Äthylen betrug 32,6%·
Unter Verwendung des im Beispiel 2 beschriebenen FejO^-LijO-Katalysators wurde die oxydative De-B
e i s ρ i e 1 9
Unter Verwendung eines 22% aktive Bestandteile enthaltenden Katalysators, der die Zusammensetzung
Fe2O3 (95%) — Li2 O (5%) hatte, auf die im Beispiel 2
beschriebene Weise hergestellt worden war und eine Oberfläche von 3,7 m2/g hatte, wurde Äthan bei
650° C mit einem Einsatz von Äthan, HCl, O2,
N2 + H2O im Mol verhältnis von 1 :3 :2:10 in Vinylchlorid
umgewandelt. In einem Fall wurde die Luft zusammen mit den anderen Komponenten am Eintritt
des Reaktors zugesetzt. Bei einem zweiten Versuch wurde die Hälfte der Luft in Katalysatorbettmitte
eingeblasen. Die folgenden Ergebnisse wurden erhalten:
Luftzufuhr | C2H(,-Umsatz % |
Vinylchlorid | Selekt Äthylchlorid |
vität, % CO + CO2 |
Äthylen |
Normal | 100 100 |
38,0 44,3 |
3,5 0,5 |
21,8 19,8 |
31,7 30,5 |
Aufgeteilt |
909510/1232
Ein Katalysator, der 14% Fe2O3 enthielt, wurde
durch Eindampfen einer Fe(NO3)3-Lösung mit Aluminiumoxyd
von 3,2 mm Durchmesser hergestellt. Der Katalysator hatte eine Oberfläche von 8,9 m2/g.
Dieser Katalysator wurde bei einem Versuch zur Umwandlung von Äthan in Vinylchlorid in dem im
Beispiel 1 beschriebenen Reaktor verwendet. Bei 650° C wurden bei Einsatz von HCl, O2, N2 und Äthan im
Molverhältnis von 5:3 :11,4:1 mit 0, 3 bzw. 7,6 Mol
Wasserdampf die folgenden Ergebnisse erhalten:
C2-Umsatz | Selektivität, \ | Vinyl chlorid |
Äthyl chlorid |
CO + CO2 | Äthylen | 43,7 | 4,8 | 6,8 | 42,8 | |
H2OZC2 | % | Messungen infolge Wandlung des | 48,2 | 9,3 | 11,1 | 26,2 | ||||
keine | Eisenchlorids | |||||||||
0 | ||||||||||
3 | 98,4 | |||||||||
7,6 | 100 | |||||||||
20
B e i s ρ i e 1 11
Äthan wurde unter Kreislaufführung von Äthylendichlorid kontinuierlich in Vinylchlorid umgewandelt.
Der Hauptreaktor war 2,4 m lang und bestand aus einem mit einem Keramiküberzug versehenen Rohr
aus einer Nickellegierung. Er war in einer Reihe von vier Verbrennungsrohröfen angeordnet. Der Katalysatoreinsatz
für diesen Reaktor enthielt 14% aktive Bestandteile aus Eisenoxyd—Lithiumoxyd. Die Temperatur
des Reaktorbetts wurde mit einem axial eingeführten Thermoelement überwacht.
Dem Reaktor wurden Äthan, Chlorwasserstoff, Sauerstoff und Wasserdampf im Molverhältnis von
1:2,3:1:6 zugeführt. Das im Kreislauf geführte
Äthylendichlorid wurde dem Reaktor an einer Stelle unterhalb der Oberseite der Katalysatorfüllung zugeführt.
Die maximale Temperatur des Katalysatorbetts betrug 620 bis 6300C.
Die aus dem Hauptreaktor austretenden Produkte wurden gekühlt, mit Wasser und dann mit Ätzkali
gewaschen. Das Vinylchlorid und eine Spur Äthylchlorid wurden durch Absorption in Dichlorethylen
bei 4,5 kg/cm2 und —14° C abgetrennt.
Während einer Laufzeit von 22 Stunden wurde eine Ausbeute von durchschnittlich 81% Vinylchlorid
aus Äthan gemessen.
Der im Beispiel 11 genannte Hauptreaktor wurde
bei einem mit Äthylenkreislauf durchgeführten Versuch eingesetzt. Das Vinylchlorid wurde mit dem
gleichen Absorptionssystem gewonnen. In den Reaktor wurden Äthan, Chlorwasserstoff, Sauerstoff und
Wasserdampf im Molverhältnis von 1: 2,4:1: 8 eingesetzt.
Das äthylenhaltige Gas wurde mit Calciumsulfat getrocknet. Diesem Strom wurde trockener Chlorwasserstoff
im molaren Überschuß von 12% zudosiert. Das Gasgemisch wurde auf 16,1 kg/cm2
absolut komprimiert und einem mit Mantel versehenen Reaktor aus nichtrostendem Stahl zugeführt,
der einen Katalysator enthielt, der aus Kupferchlorid mit Zinkchlorid als Aktivator auf Aluminiumoxyd als
Träger bestand. Die Temperatur im Reaktor wurde durch Kondensation von Dichlorbenzol bei 185°C
gehalten. Der Druck des Produktstroms wurde gesenkt. Restliche Chlorwasserstoffsäure wurde durch
Waschen mit Wasser entfernt. Das Äthylchlorid wurde kondensiert und in den Hauptreaktor zurückgeführt.
Bei einer Versuchsdauer von 34 Stunden betrug die mittlere Ausbeute von Vinylchlorid aus Äthan
78%.
Uranylnitrat (UO2(NO3)2 · 6 H2O) wurde aus der
Schmelze, die Siliciumcarbid in Form von Granulat von 3,2 mm Durchmesser enthielt, thermisch zersetzt.
Der Katalysator wurde vor der Abkühlung auf 475° C erhitzt. Gravimetrische Messungen zeigten, daß der
Katalysator 17,3% aktive Bestandteile enthielt.
Ein Vanadinoxydkatalysator wurde hergestellt, indem eine Suspension von Vanadinpentoxyd auf
u-Aluminiumoxyd von 3,2 mm Teilchendurchmesser eingedampft wurde.
Ein Chromoxyd - Magnesiumoxyd - Katalysator wurde aus einer Aufschlämmung von Chromnitrat
und Magnesiumoxyd und granuliertem u-Aluminiumoxyd einer Teilchengröße von 3,2 mm (spezifische
Oberfläche 9,2 m2/g) hergestellt. Die Aufschlämmung
wurde unter ständigem Rühren der Katalysatorteilchen zur Trockne eingedampft. Der getrocknete
Katalysator wurde vor dem Gebrauch 18 Stunden bei 700'C gehalten. Er enthielt 9,1% aktive Bestandteile,
die aus 82% Cr2O3 und 18% MgO bestanden.
Aus wäßrigen Lösungen, die M2O3 und Li2O im
Verhältnis von 95 : 5 enthielten, wurden zwei Katalysatoren hergestellt. Als Träger diente Aluminiumoxyd.
M war in einem Fall Co und im anderen Fall Ni.
Die gemäß den Beispielen 13 bis 16 hergestellten Katalysatoren können zur Umwandlung von Äthan
in Vinylchlorid auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise verwendet werden.
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Herstellung von Vinylchlorid durch Umsetzung von Äthan und Dichloräthan, Chlor und/oder Chlorwasserstoff mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas bei erhöhter Temperatur in Gegenwart eines Katalysators, d adurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in Gegenwart von 2 bis 2Ö Mol Wasserdampf pro Mol Äthan durchführt.
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