DE1293744B - Verfahren zur Herstellung von Allylchlorid - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Allylchlorid

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DE1293744B
DE1293744B DE1966E0032704 DEE0032704A DE1293744B DE 1293744 B DE1293744 B DE 1293744B DE 1966E0032704 DE1966E0032704 DE 1966E0032704 DE E0032704 A DEE0032704 A DE E0032704A DE 1293744 B DE1293744 B DE 1293744B
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Germany
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chloride
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propane
oxygen
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DE1966E0032704
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Inventor
Hayes William Bell
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El Paso Products Co
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El Paso Products Co
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C17/00Preparation of halogenated hydrocarbons
    • C07C17/093Preparation of halogenated hydrocarbons by replacement by halogens
    • C07C17/15Preparation of halogenated hydrocarbons by replacement by halogens with oxygen as auxiliary reagent, e.g. oxychlorination
    • C07C17/152Preparation of halogenated hydrocarbons by replacement by halogens with oxygen as auxiliary reagent, e.g. oxychlorination of hydrocarbons
    • C07C17/154Preparation of halogenated hydrocarbons by replacement by halogens with oxygen as auxiliary reagent, e.g. oxychlorination of hydrocarbons of saturated hydrocarbons

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Description

  • Olefinisch ungesättigte Kohlenwasserstoffhalogenide und insbesondere Allylhalogenide sind wertvolle chemische Zwischenprodukte. Beispielsweise werden Allylhalogenide zur Herstellung von Allylalkohol, Glycerin und Epichlorhydrin verwendet. In neuerer Zeit wurden Allylhalogenide und insbesondere Allylchlorid auch als Zwischenprodukte zur Herstellung der verschiedenen Arten von Superpolyamiden eingesetzt.
  • Aus der britischen Patentschrift 935 088 und der USA: Patentschrift 2 966 525 ist es bekannt, Allylchlorid durch Umsetzung von Propylen mit Chlorwasserstoff und Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas z. B. in Gegenwart von Lithiumchlorid oder einem Metallchlorid der TI. Gruppe des Periodensystems auf Bimsstein herzustellen.
  • Es ist ferner bekannt, gesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffe durch Umsetzung mit Chlorwasserstoff und Luft oder Sauerstoff zu chlorieren. Dieses Verfahren wird als Oxychlorierung bezeichnet. Das Verfahren wird gewöhnlich bei erhöhter Temperatur in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt, z. B. eines Deacon-Katalysators (CuC12). Hierbei werden chlorierte Kohlenwasserstoffe erhalten. Bei diesen Umsetzungen sind die Ausbeuten im allgemeinen sehr niedrig, weil die verschiedensten Chlorierungsreaktionen auftreten und man ein Gemisch von Produkten erhält.
  • Diese bekannten Oxychlorierungsverfahren verlaufen im allgemeinen über eine Umsetzung des Chlorwasserstoffs mit Sauerstoff in Gegenwart eines Katalysators unter Bildung eines Chlorierungsmittels, das dann mit dem Kohlenwasserstoff unter Bildung eines chlorierten Kohlenwasserstoffs reagiert. Wenn die Oxychlorierungsreaktion in Gegenwart eines halogenhaltigen Katalysators, wie Kupfer(II)-chlorid, durchgeführt und als Kohlenwasserstoff Methan eingesetzt wird, werden bei der Umsetzung Chlormethane, wie Tetrachlorkohlenstoff, Chloroform, Methylenchlorid und Methylchlorid, gebildet. Außerdem setzt sich ein Teil des Methans nicht um. Mit zunehmender Kettenlänge des . Alkans nimmt die Möglichkeit der Bildung weiterer halogenierter Derivate zu.
  • Oxyhalogenierungsreaktionen haben bis jetzt noch keine wirtschaftliche Bedeutung zur Herstellung von halogenierten Kohlenwasserstoffen erlangt, weil diese Verfahren nicht selektiv verlaufen und sich eine nahezu unbegrenzte Anzahl von Produkten bildet, insbesondere bezüglich der Bildung bestimmter olefinisch ungesättigter Kohlenwasserstoffhalogenide.- ; Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Allylchlorid durch katalytische Oxychlorierung von Propan, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein Gemisch aus Propan, Chlorwasserstoff und Sauerstoff, oder einem freien. Sauerstoff enthaltenden Gas bei etwa 480 bis 595° C in Gegenwart eines Eisen(III)-salzes als Katalysator und bei einer Verweilzeit von 0,1 bis 50 Sekunden umsetzt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist eine Kombination eines Dehydrierungs- und Oxychlorierungsverfahrens, bei dem Allylchlorid in einem einstufigen Verfahren in guter Ausbeute und Selektivität hergestellt werden kann. Die Bildung von Nebenprodukten ist auf ein Mindestmaß beschränkt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der überraschenden Feststellung, daß unter den vorstehend genannten Reaktionsbedingungen und in Gegenwart eines Eisen(III)-Salzes als Katalysator sowohl eine Dehydrierung als auch eine Oxychlorierung unter Bildung von Allylchlorid erfolgt. Bei den bekannten analogen Umsetzungen erfolgte lediglich eine Chlorierung des Kohlenwasserstoffs durch Umsetzung des Sauerstoffs mit dem Chlorwasserstoff in Gegenwart eines Deacon-Katalysators, z. B. CuCl2, wobei sich elementares Chlor bildet.
  • Somit gestattet das neue Verfahren der Erfindung die Herstellung von Allylchlorid in einer Stufe. Es ist außerdem nicht notwendig, zuerst Propylen aus Propan herzustellen und dieses hierauf in der Allylstellung zu chlorieren.
  • Im Verfahren der Erfindung werden die Reaktionsteilnehmer in einem Mengenverhältnis von vorzugsweise 1 Mol Propan zu 1 Mol Chlorwasserstoff zu 1 Mol Sauerstoff verwendet. Der Chlorwasserstoff wird in das Reaktionssystem in wasserfreier, gasförmiger Form eingeleitet.
  • Der Sauerstoff kann in elementarer Form oder im # Gemisch mit inerten Verdünnungsmitteln, wie Stickstoff, verwendet werden. Bevorzugt wird Luft.
  • Ein kritisches Merkmal der anfänglichen Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der verwendete Katalysator. Es wurde festgestellt, daß ein Katalysatorsystem aus Eisen(III)-chlorid auf einem geeigneten Träger selektiv die dehydrierende Oxychlorierungsreaktion unter Bildung von Allylchlorid beschleunigt. Der Katalysator wird vorzugsweise hergestellt durch Imprägnieren eines inerten Trägers mit möglichst großer Oberfläche mit einer Lösung eines Eisen(III)-salzes. Als Träger können die verschiedenen bekannten Stoffe verwendet werden, wie Aluminiumoxyd, Kieselsäuregel, Kieselgur oder Bimsstein. Ein besonders bevorzugter Katalysator ist Eisen(III)-chlorid auf einem Träger. Man kann auch Eisen oder andere Eisen(III)-salze, wie Eisen(III)-sulfat, als Katalysatoren verwenden, da diese Katalysatoren in situ durch Umsetzung mit dem Chlorwasserstoff in Eisen(III)-chlorid umgewandelt werden.
  • Ein anderes kritisches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die angewandte Reaktionstemperatur. Es ist entscheidend, daß die Temperatur in der Reaktionszone oberhalb etwa 480° C gehalten wird, damit das Verfahren selektiv abläuft. Der bevorzugte Temperaturbereich liegt zwischen etwa 480 und 595° C, insbesondere zwischen etwa 535 und 570° C. Reaktionstemperaturen unterhalb dieses Bereichs führen zur überwiegenden Bildung von chlorierten gesättigten Kohlenwasserstoffen, während bei höheren Temperaturen zu starke Pyrolyse unter Bildung unerwünschter cyclischer Produkte erfolgt.
  • Der bei der Umsetzung angewandte Druck kann bei oder in der Nähe von Atmosphärendruck liegen oder bis zu etwa 14 bis 21 kg/cm2 betragen, je nach dem Reaktionsverlauf, den Reaktionsteilnehmern und anderen Reaktionsbedingungen. Die Anwendung verhältnismäßig niedriger Arbeitsdrücke ist in technischer Hinsicht günstig, da hierdurch die Größe und die Kosten der Vorrichtung verringert werden.
  • In der Praxis wird der Eisen(III)-salz-Katalysator in den Reaktionsbehälter gegeben und dessen Temperatur auf den angegebenen Wert, z. B. etwa 535° C, erhöht. Danach werden das Propylen, der Chlorwasserstoff und Sauerstoff oder Luft in den Reaktionsbehälter und über den Katalysator bei 480 bis 595° C geleitet. Die Reaktionsteilnehmer werden so lange auf dem angegebenen Temperaturbereich gehalten, daß die Umsetzung vollständig abläuft. Deshalb wird die Verweilzeit schwanken. Eine Verweilzeit von etwa 0,1 bis 50 Sekunden ist ausreichend. Eine besonders bevorzugte Verweilzeit beträgt etwa 0,1 bis 20 Sekunden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung von Eisen(III)-chlorid als Katalysator kann z. B. in einem Wirbelbett, einem bewegten Bett, einem Festbett oder in einem rohrförmigen Reaktionsgefäß durchgeführt werden. Ein besonders bevorzugtes Verfahren wird nach dem Wirbelbettverfahren durchgeführt, da das Eisen(III)-chlorid unter den Verfahrenstemperaturen flüchtig ist. Bei diesem Verfahren werden die Beschickungsgase durch das Katalysatorwirbelbett geführt. Während der Umsetzung wird das Eisen(III)-chlorid aus dem Bett abgetrennt und tritt mit den ausströmenden Gasen aus. Nach dem Verlassen des Reaktionsgefäßes werden die Gase zunächst durch einen Kühler geführt, in welchem eine wäßrige Lösung des Katalysators wiedergewonnen und anschließend zurück auf die heißen Trägerteilchen gesprüht wird. Das Wasser verdampft rasch, und es hinterbleibt der Katalysator auf dem Träger.
  • Ein Reaktionsgefäß mit bewegtem Katalysatorbett kann ebenfalls verwendet werden. Bei diesem Verfahren werden die Eisenchloridteilchen kontinuierlich mit Hilfe eines Luftstroms im Kreislauf geführt. Nachdem die Luft von den Trägerteilchen abgetrennt ist, wird die wäßrige Eisenchloridlösung wieder auf den Träger gesprüht. Dieses Verfahren erlaubt nicht nur eine richtige Einstellung der Eisenchloridmenge im Reaktionsgefäß, sondern auch eine wirksame Steuerung der Reaktionstemperatur durch Einstellung der verwendeten Menge an im Kreislauf geführtem Wasser.
  • Die Reaktionsteilnehmer können vordem Einleiten in die Reaktionszone vorgemischt oder getrennt zuführt werden. Im allgemeinen ist es jedoch erwünscht, die Reaktionsteilnehmer vor dem Einleiten in die Reaktionszone gründlich miteinander zu vermischen. In den meisten Fällen ist es auch vorteilhaft, die Reaktionsteilnehmer entweder getrennt oder im Gemisch auf eine Temperatur unterhalb der Arbeitstemperatur vorzuerhitzen, bevor sie in die Reaktionszone eingeleitet werden.
  • Die aus dem Reaktionsgefäß austretenden Produkte bestehen zur Hauptsache aus Allylchlorid mit unterschiedlichen Mengen an olefinischen Kohlenwasserstoffen, gesättigten Kohlenwasserstoffen, chlorierten Kohlenwasserstoffen und Chlorwasserstoff. ; Das Allylchlorid und die Nebenprodukte können nach bekannten Methoden isoliert werden, z. B. durch fraktionierte Destillation oder Extraktion. Nicht umgesetzes Propan und Propylen können nach Abtrennung vom Chlorwasserstoff wieder in den Re- ; aktor zurückgeführt werden.
  • Die Beispiele erläutern die Erfindung. Beispiel 1 Das in diesem Versuch verwendete Reaktionsgefäß bestand aus einem gegenüber Hitze und Chemikalien widerstandsfähigen Glasrohr mit einem Innendurchmesser von 19 mm und einer Länge von 1030 mm. Im Zentrum des Glarohres befand sich ein Thermoelement. Das Reaktionsgefäß wurde mit einem Katalysator aus Eisen(III)-chlorid imprägniert auf Aluminiumoxyd, gefüllt. Dann wird das Glasrohr in einen zylindrischen Aluminiumbronzeblock im Inneren eines elektrischen Heizofens eingesetzt.
  • Der in das Reaktionsgefäß eingefüllte Katalysator wurde hergestellt durch Sättigen von Aluminiumoxyd mit einer wäßrigen Lösung von Eisen(III)-chlorid (9,1 Gewichtsprozent FeCl3 . 6 H20). Überschüssige Flüssigkeit wird ablaufen gelassen, und anschließend wird das imprägnierte Aluminiumoxyd in einem Ofen bei etwa 204° C getrocknet.
  • Propan in einer Menge von 0,75 g/Min., Chlorwasserstoff in einer Menge von 0,6 g/Min. und Sauerstoff in einer Menge von 0,25 g/Min. werden durch Rotameter in den Kopf des Reaktors eingeleitet und dort vermischt. Die Temperatur des Aluminiumbronzeblocks wird bei 540° C gehalten. Die Maximaltemperatur des Katalysatorbetts beträgt bei einer Tiefe von 38 cm 577° C. Die Verweilzeit beträgt etwa 0,1 Sekunden.
  • Proben der aus dem Reaktionsgefäß ausströmenden Gase werden aufgefangen und gaschromatographisch analysiert. Der Umwandlungsgrad des Propans beträgt etwa 54%. Es haben sich 73% Propylen gebildet, das zur Chlorierung im Kreislauf zurückgeführt werden kann. Ferner sind 11,5% Allylchlorid und 1,6% 1,5-Hexadien entstanden. Das nicht umgesetzte Propan wird ebenfalls im Kreislauf zurückgeführt. Beispiel 2 Die Versuchsbedingungen sind in diesem Beispiel die gleichen wie im Beispiel 1, jedoch wird Eisen(III)-sulfat an Stelle von Eisen(III)-chlorid als Katalysator verwendet. Der Katalysator wird gemäß Beispiel 1 hergestellt. Nach dem Einfüllen des Katalysators in das Reaktionsgefäß wird das Eisensulfat in situ in das Chlorid umgewandelt. In diesem Beispiel beträgt die Temperatur des Aluminiumbronzeblocks 540° C und die Maximaltemperatur des Katalysators 575° C bei einer Bettiefe von 42 cm.
  • Die Analyse der aus dem Reaktionsgefäß austretenden Produkte ergab folgende Ergebnisse: Der Umwandlungsgrad des Propans beträgt 52%. Von dem umgewandelten Propan haben sich 64% Propylen und 11% Allylchlorid gebildet. Bezogen auf umgewandelten Chlorwasserstoff haben sich 50% Allylchlorid gebildet.

Claims (5)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von Allylchlorid durch katalytische Oxychlorierung von Propan, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gemisch aus Propan, Chlorwasserstoff und Sauerstoff oder einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas bei etwa 480 bis 595° C in Gegenwart eines Eisen(III)-salzes als Katalysator und bei einer Verweilzeit von 0,1 bis 50 Sekunden umsetzt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung bei 535 bis 570° C durchführt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung bei einem Molverhältnis von Propan zu Chlorwasserstoff zu Sauerstoff von etwa 1 :1 :1 durchführt.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktionsteilnehmer vor dem Eintritt in die Reaktionszone vorerhitzt.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in Gegenwart von Eisen(III)-chlorid als Katalysator durchführt.
DE1966E0032704 1966-06-07 1966-10-21 Verfahren zur Herstellung von Allylchlorid Pending DE1293744B (de)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB935088A (en) * 1959-05-19 1963-08-28 Monsanto Chemicals Production of allyl chloride

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB935088A (en) * 1959-05-19 1963-08-28 Monsanto Chemicals Production of allyl chloride

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SE346532B (de) 1972-07-10
NL6615758A (de) 1967-12-08
LU52249A1 (de) 1967-02-24
ES332723A1 (es) 1967-12-01

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