DE1960063C3 - Verfahren zur Herstellung von Allylchlorid - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Allylchlorid

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DE1960063C3 DE19691960063 DE1960063A DE1960063C3 DE 1960063 C3 DE1960063 C3 DE 1960063C3 DE 19691960063 DE19691960063 DE 19691960063 DE 1960063 A DE1960063 A DE 1960063A DE 1960063 C3 DE1960063 C3 DE 1960063C3
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C17/00Preparation of halogenated hydrocarbons
    • C07C17/093Preparation of halogenated hydrocarbons by replacement by halogens
    • C07C17/10Preparation of halogenated hydrocarbons by replacement by halogens of hydrogen atoms

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Description

Es ist bekannt, daß durch die thermische Chlorierung von Propylen in der Gasphase gleichzeitig auch 1,2-Dichlorpropan durch Addition an der Doppelbindung und Allylchlorid durch Substitution eines Allylwasserstoffs entsteht.
Bei niederen Temperaturen überwiegt die Additionsreaktion, während eine Temperatursteigerung die Substitution begünstigt Wenn jedoch die Reaktionstemperatur zu hoch ist, beobachtet man die Bildung erheblicher Mengen an polychlorierten Derivaten und Nebenreaktion der Pyrolyse, weiche die Bildung von Teer und Ruß begünstigt.
Weil die substituierende Chlorierungsreaktion stark exotherm ist (28,6 Kilokalorien pro Mol), bringt die Aufrechterhaltung günstiger Reaktionstemperaturen erhebliche Schwierigkeiten.
Um insbesondere die übermäßige Bildung von di- und trichlorierten Produkten zu vermeiden, benutzt man üblicherweise ein erhöhtes Propylen zu Chlor·Verhältnis. Jedoch infolge des notwendigen bedeutenden Überschusses an Propylen ist die Menge des umgewandelten Propylens sehr gering, und die Abtrennung der Reaktionsgase und die Rückführung des nicht umgesetzten Propylens daraus sind um so kostspieliger.
Man kennt gleichfalls thermische Chlorierungsverfahren des Propylens, wobei man kugelige, zylindrische oder zyklonarlige Reaktoren verwendet, Worin inän das Chlor durch mehrere verschiedene Düsen in einer Weise einführt, durch die eine turbulente Bewegung im Innern des Reaktors hervorgerufen wird. Diese Verfahren benötigen eine komplizierte Apparatur und sind sehr heikel im Einsatz.
Es ist gleichfalls bekannt, Propylen und Chlor in Anwesenheit von Wärmeaustauschteilchen, welche in
40
60
65 Suspension gehalten oder frei fallend sind, reagieren zu lassen. Aber es ist dann notwendig, die Reaktionsprodukte von den festen Teilchen, die mitgenommen wurden, zu trennen.
Es war daher wesentlich, ein Verfahren zu finden, welches die Nachteile der bekannten Verfahren nicht besitzt und insbesondere die Bildung übermäßiger Mengen an polychlorierten Derivaten, Teer und Ruß vermeidet
Es wurde jetzt ein einfaches und wirksames Verfahren gefunden, um die lokalen Oberhitzungen zu vermeiden und die Ausbeute an Allylchlorid zu erhöhen.
Nach diesem Verfahren werden Propylen und Chlor bei Temperaturen zwischen 300 und 5500C in mindestens zwei aufeinanderfolgenden Reaktionsstufen umgesetzt wobei nach der ersten Reaktionsstufe die Reaktionsprodukte nicht abgebaut werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nun dadurch gekennzeichnet, daß man in der ersten Zone ein vorerhitztes Gemisch aus Propylen und Chlor in einem molaren Verhältnis CiHh/Cl? von mindestens gleich 5 umsetzt und das Gemisch aus der ersten Zone in die foigende(n) Zone(n) einleitet, wobei man noch vor dem Einleiten in die nächste Zone ein Gemisch aus frischem gasförmigem oder frischem flüssigem Propylen und Chlor in einem Molarverhältnis CjHa/Ck von etwa 1 derart zuführt daß das Molarverhältnis zwischen den gesamten eingeführten Mengen an Propylen und Chlor immer unter 5, aber über 1 bleibt.
Das erfindungsgemäße Verfahren bringt viele Vorteile mit sich.
Man kann ein sehr hohes molares Verhältnis Propylen zu Chlor in jeder Reaktionszon" aufrechterhalten und so in höchstem Grade das Auftreten von Nebenreaktionen zu Di- oder Trichlorierung vermeiden, weil das Molarverhältnis der Gesamtmengen an eingeführtem Propylen und Chlor in das gesamte System wenig erhöht, aber dennoch höher als 1 ist. Die Menge an in diesem Fall umgewandeltem Propylen ist nicht gering, und bei gleicher Ausbeute an Allylchlorid pro Mol angewendetem Chlor sind die Mengen der zurückgeführten Produkte viel weniger bedeutend als in den üblichen Verfahren unter einmaliger Einführung von Propylen und Chlor.
Ferner ist die Menge an Nebenprodukten bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens viel geringer als bei den bisherigen Verfahren mit einmaliger Einführung von Chlor und Propylen unter Benutzung des gleichen molaren Verhältnisses der gesamten eingeführten Mengen an Propylen zu Chlor in das gesamte System.
Die Einführung von frischem Chlor und frischem Propylen in die zweite und gegebenenfalls noch nachfolgenden Reaktionsstufen bringt einen weiteren Vorteil mit sich. Sie vermeidet die Vorerwärmung der gesamten Menge an eingesetztem Propylen, was eine erhebliche Wärmeersparung bedeutet. Nur das in die erste Reaktionszone eingeführte Propylen wird vorerwärmt, die anderen in die zweite und die nachfolgenden Reaktionszonen eingeführten Propylenanteile werden so wie sie technisch geliefert werden, d. h. oft in flüssiger Form, eingesetzt.
Die Einführung Von frischem Propylen und frischem Chlor zwischen den verschiedenen Reaktionszonen gemäß der Erfindung ermöglicht außerdem die Mischung abzukühlen, Welche von einer Reaktiönszöne zur anderen geht. Man erhält so eine wirksame Temperaturkontrolle. Man vermeidet lokale ÜberhitzunEen und
4amit die Bildung von Teer, Ruß und polychlorierten Derivaten. Dieser Vorteil ist noch viel ausgesprochener, wenn das Propylen in flüssiger Form ist. Weil die Verdampfung von Propylen eine merkliche Zahl von Kalorien (3,5 Kilokalorien pro Mol) verbraucht, ist die Abkühlung der Reaktionsmischung noch viel wirkungsvoller.
Es wurde auch beobachtet, daß es besonders nützlich ist, die molaren Verhältnisse Propylen zu Chlor oberhalb 5 in jeder Reaktionszone zu halten, wobei jedoch ein Molarverhältnis der eingeführten Gesamtmengen an Propylen zu Chlor in das ganze System unterhalb 5 aufrechterhalten wird.
Es wurde gleichfalls festgestellt, daß es nicht interessant ist, höhere Temperaturen als 5500C anzuwenden, denn die Ausbeute an Allylchlorid pro Mol angewendetem Chlor verringert sich, wenn die Temperatur 550° C überschreitet
Die folgenden Beispiele vergleichen die Ergebnisse der üblichen Verfahren mit denjenigen, wie sie bei verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung erhalten werden.
Beispiele
Die Chlorierung von Propylen zu Allylchlorid wurde in Reaktionssystemen aus einem, zwei, drei und vier aufeinanderfolgenden rohrförmigen Reaktoren v_in 250 cm3 Volumen bewirkt, die miteinander verbunden waren, und von denen jeder mit einer Einführungsleitung für Chlor und einer Einführungsleitung für Propylen versehen war.
In der folgenden Tabelle I und die Verfahrensbedingungpn und die erhaltenen Ergebnisse der sieben verschiedenen Versuche zusammengestellt. Bei allen Versuchen wurden die Gesamtmengen an in das System eingeführtem Propylen und Chlor konstant gehalten.
Tabelle I
Ein Vergleichsversuch 2 Ver Ver Versuche 3 4
heiten 1,165 such gleichs- 0,925 0,900
0,212 versuch 0,120 0,090
1 330 1 3 2 330 340
mVh·) 1,165 20 1,000 1,165 0,925 20 20
m3/h*) 0,360 309 0,182 0,150 0,120 316 329
0C 330 330 330 330 0,120 0,085
20 0,148 20 20 20 0,120 0,090
°C 298 310 316 316 20 20
m3/h·) 0,165 0,120 flüssig flüssig
mVh*) 20 0,178 0,132 0,120 20 20
"C 20 20 0,120 0,086
flüssig Gas 0,120 0,090
0C 20 20 20 20 20
mVh#) _ 0,120 flüssig flüssig
mVh·) 0,078 0,120
0C 20
Gas
Vergleichsversuch
Erster Reaktor
Eingeführtes Propylen
Eingeführtes Chlor
Temperatur des Propjlens
Temperatur des Chlors
Temperatur der Mischung
vor der Reaktion
Zweiter Reaktor
Zugesetztes Propylen
Zugesetztes Chlor
Temperatur des Propylens
Physikalischer Zustand des
Propylens
Temperatur des Chlors
Dritter Reaktor
Zugesetztes Propylen
Zugesetztes Chlor
Temperatur des Propylens
Physikalischer Zustand des
Propylens
Temperatur des Chlors
Vierter Reaktor
Zugesetztes Propylen
Zugesetztes Chlor
Temperatur des Propylens
Physikalischer Zustand des
Propylens
Temperatur des Chlors
Gesamtes eingeführtes
Propylen
Gesamtes eingeführtes Chlor
(C3Hs)/(Cl2) gesamt
(V() Mittel in jeder
Reäktionszöne
Beobachtete Höchsttempe'
ratur in dem System
20
20
mVh#) mVh*) 0C
0C mVh·)
1,165 1,165 1,165 1,165
1,165 1,165
1,165
0,166
330
20
314
20
0,094 0,090 20 flüssig
20
1,165 1,165
Mol/
MoI
MoI/
Mol
6C
0,360 3,24
3,24 589
0,360 3,24
6,01 557.
0,360
3,24
9,10
514
0,360 0,360 0360 0,166 3,24 3,24 3,24 7,0
7,79
480
7,76
454
10,02 421
7,0 434
Fortsetzung
Einheiten
Vergleichsversuch Versuch Vergleichsversuch
Zusammensetzung der
austretenden Gase
Propylen m3/h·) 0,855 0,843 0,841 0,844
Allylchlorid nWh*) 0,223 0,238 0,243 0,246
Dichlorpropan m3/h*) 0,015 0,023 0,023 0,019
Dichlorpropen m3/h·) 0,047 0,035 0,033 0,032
2-ChIorpropen m3/h*) 0,010 0,010 0,010 0,010
1,5-Hexadien m3/h#) 0,002 0,003 0,002 0,004
C3H8_nCUn>3) mW) Ο.0Ί2 0,010 0,011 0,009
HCl m3/h·) 0,342 0,334 0333 0337
ΐ Ausbeuten
i In Allylchlorid umge % 713 73,9 75,0 76,7
wandeltes Propylen/
75,1
umgewandeltes Propylen
In Monochlorpropan %
umgewandeltes Propylen/
umgewandeltes Propylen
In Allylchlorid umge- %
wandeltes Chlor
Zurückzuführendes Propylen/erzeugtes Allylchlorid
*) Gemessen im Gaszustand unter Standardbedingungen.
77,0 783
79,5
Versuche
0,842
0,253
0,016
0,031
0,010
0,004
0,006
0338
783
0,832
0,270
0,018
0,026
0,011
0,003
0,003
0341
81,1
0,822
0,288
0,019
0,019
0,010
0,002
0,002
0343
84,0
Vergleichsversuch
1,009
0,126
0,010
0,010
0,005
0,001
0,002
0,155
80,8
81,4 84,4 863 84,5
61,9 66,1 67,5 683 703 75,0 81,1 75,9
3,83 3,54 3,46 3,43 333 3,08 2,85 8,01
Der Vergleichsversuch 1 ist die Anwendung des üblichen Verfahrens zur Herstellung von Allylchlorid durch Chlorierung von Propylen. Das ganze Chlor und das ganze Propylen werden auf einmal in den Reaktor eingeführt
Die Vergleichsversuche 2 und 3 erfolgen in zwei und drei Reaktoren. Nur der erste Reaktor wird mit Propylen gespeist, während Chlor in jeden Reaktor eingeführt wird.
Bei den Versuchen 1, 2, 3 und 4 wurde ein erfindungsgemäßes Verfahren angewendet. Das Reaktionsiystem umfaßt mehre, e aufeinanderfolgende Reaktoren, von denen jeder mit einer Einführung für Chlor und einer Einführung für Propylen versehen ist Ein Teil des Chlors und ein Teil des Propylens werden in den ersten Reaktor eingeführt. Das Produktengemisch geht ohne Zwischentrennung in den zweiten Reaktor, worin man gleichzeitig kaltes Chlor und kaltes Propylen in flüssigem oder gasförmigem Zustand einführt. Die Mischung kann in dieser Weise durch mehrere aufeinanderiolgende Reaktoren unter Zusatz von kaltem Chlor und kaltem Propylen am Einlaß jedes neuen Reaktors hindurchgehen.
Die in der Tabelle zusammengestellten Ergebnisse zeigen deutlich, daß der Umwandlungsgrad des Chlors zu Allylchlorid über mehr als 20% gesteigert werden kann, wenn man von einem System aus einem Reaktor (Vergleichsversuch 1) zu einem System mit mehreren Reaktoren übergeht, von denen jeder mit einer Einführung für Chlor und für Propylen gemäß der Erfindung (Versuche 1,2,3 und 4) versehen ist.
Außerdem erhöht sich die Selektivität, ausgedrückt durch das MolarVishältnis Allylchlorid zu umgewandeltes Propylen, wenn man die Zahl der Einführungen an Chlor und Propylen (Versuche 1,3 und 4) vermehrt Das Verhältnis steigt in dieser Weise von 75,0 auf 84,0% an, wenn man die Reaktanten viermal statt zweimal einführt
Die Tabelle zeigt ferner, daß diese Selektivität höher ist, wenn man gleichzeitig kaltes Propylen und kaltes Chlor in jeden Reaktor einführt (Versuch 3: 81,1%), als wenn man ein Verfahren mit einmaliger Einführung des Propylens und stufenweiser Einführung des Chlors (Versuch 3:76,7%).
Ferner wird vorgezogen, daß das kalte Propylen in den zweiten, dritten und vierten Reaktor besser in flüssiger als in gasförmiger Form eingeführt wird. Die Selektivität der Umwandlung von Propylen zu Allylchlorid wird verbessert (81,1% in Versuch 3 anstelle 783% in Versuch 2).
Schließlich sind die beobachteten Temperaturspitzen bei der Anwendung des üblichen Verfahrens vie! höher als bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei Vergleichsversuch 1 beobachtet man eine Höchsttemperatur von 5890C, wäh/end bei Versuch 4 diese Temperatur 421 "C betragt
Um noch besser einen ergänzenden Vorteil der Erfindung zu verstehen, kann man den Versuch 3 und den Verglerhsversuch 4 vergleichen, von denen der eine nach dem üblichen Verfahren (Vergleichsversuch 4) und der andere nach der Erfindung (Versuch 3) unter gleichen Temperaturbedingungen, abet mit verschiedenen molaren Verhältnissen Gesamtpropylen zu Gesamtchlor ausgeführt wurde.
Um eine gif irhe Ausbeute an Allylchlorid zu erhalten, war es notwendig, ein erhöhtes GesamtverhäUnis Propylen zu Chlor (7,0) bei der Anwendung des üblichen Verfahrens (Vergleichsversuch 4) zu benutzen,
während bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens (Versuch 3) ein Verhältnis Gesamtpropylen zu Gesamtchlor gleich 3,2 genügte.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht für eine gleiche Gewinnung an Allylchlorid die zurückzuführenden Mengen an Propylen unter Bewahrung der gleichen Selektivität zu verringern.
Die in den Beispielen beschriebenen Reaktionszonen bestanden aus einer Aufeinanderfolge von Reaktoren, aber es ist offenbar, daß dieser Ausdruck in seinem allgemeinsten Sinn verstanden werden muß,, und daß man beispielsweise einen einzigen Reaktor so bezeichnen kann, welcher mit Slufeneinrichtungeri zum Einführen des Chlors und des Propylens auf der Reaktorlänge versehen ist.

Claims (3)

Patentansprüche·.
1. Verfahren zur Herstellung von Allylchlorid durch Umsetzung von Propylen mit Chlor bei einer Temperatur zwischen 300 und 5500C in mindestens zwei aufeinanderfolgenden Reaktionsstufen, wobei das die eine Zone verlassende Gemisch in die folgende Zone geleitet wird ohne Abtrennung der Reaktionsprodukte, dadurch gekennzeichnet, daß man in der ersten Zone ein vorerhitztes Gemisch aas Propylen und Chlor in einem molaren Verhältnis C3H6/CI2 von mindestens gleich 5 umsetzt und das Gemisch aus der ersten Zone in die folgende^) Zone(n) einleitet, wobei man noch vor dem Einleiten in die nächste Zone ein Gemisch aus frischem gasförmigem oder frischem flüssigem Propylen und Chlor in einem Molarverhältnis C3H6/CI2 von etwa 1 derart zuführt, daß das Molarverhältnis zwischen den gesamten eingeführten Mengen an Propylen und Chlor immer unter 5. aber über 1 bleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eingeführte frische Propylen sich von der zweiten Reaktionszone an in flüssigem Zustand befindet
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an in jede Reaktionszone eingeführtem Chlor im wesentlichen die gleiche ist.
DE19691960063 1968-12-05 1969-11-29 Verfahren zur Herstellung von Allylchlorid Expired DE1960063C3 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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