DE2353437A1 - Ethylene oxychlorination with oxygen and hydrogen chloride - purified from acetylene by catalytic hydrogenation - Google Patents
Ethylene oxychlorination with oxygen and hydrogen chloride - purified from acetylene by catalytic hydrogenationInfo
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Abstract
Description
BASF Aktiengesellschaft *> q γ q / q «7BASF Aktiengesellschaft *> q γ q / q «7
Unser Zeichen?: O.Z. 30 173 Dd/L 6700 Ludwigshafen, 2.4,10.1972Our mark ?: O.Z. 30 173 Dd / L 6700 Ludwigshafen, 2.4.10.1972
Verfahren zur Oxychlorierung von ÄthylenProcess for the oxychlorination of ethylene
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oxychlorierung von Äthylen mit Sauerstoff und Chlorwasserstoff, welcher durch katalytische Hydrierung von Acetylen gereinigt worden ist.The invention relates to a process for the oxychlorination of Ethylene with oxygen and hydrogen chloride, which by catalytic Hydrogenation of acetylene has been purified.
Bei einem großtechnischen Verfahren zur Herstellung von Vinylchlorid findet als Zwischenstufe eine Oxychlorierung von Äthylen statt. Das dabei entstehende 1,2-Dichlorä.than wird thermisch in Vinylchlorid und Chlorwasserstoff gespalten, wobei der Chlorwasserstoff wieder im Kreislauf bei der Oxychlorierung eingesetzt wird. Bei der thermischen Spaltung von 1,2-Dichlo-räthan entsteht als Nebenprodukt Acetylen, das nach der Abtrennung des Chlorwasserstoffs darin in Mengen'von etwa 0,1 bis 1 Volumenprozent enthalten ist. Bei der Oxychlorierungsreaktion kann Acetylen zu hochchlorierten Derivaten des Äthans und Äthylens reagieren, die im weiteren Verlauf des Kreisprozesses stören und abgetrennt werden müssen.In a large-scale process for the production of vinyl chloride takes place as an intermediate stage, an oxychlorination of ethylene instead of. The resulting 1,2-dichloroethane is thermal split into vinyl chloride and hydrogen chloride, with the hydrogen chloride is used again in the cycle for oxychlorination. In the thermal cleavage of 1,2-dichloroethane Acetylene is formed as a by-product, which, after the hydrogen chloride has been separated off, is contained in it in quantities of about 0.1 to 1 percent by volume. In the oxychlorination reaction can Acetylene react to form highly chlorinated derivatives of ethane and ethylene, which interfere with the further course of the cycle and have to be separated.
In der DT-OS 1 568 679 wird vorgeschlagen, das Acetylen durch Hydrieren an Platin- oder Palladium-Katalysatoren zu entfernen, und zwar soll die Hydrierung bei Raumströmungsgeschwindigkeiten · von etwa 300 bis 5 000 Raumteilen Gas pro Raumteil Katalysator pro Stunde (bei 15,60C) vorgenommen werden. Die niedrigen Raumströmungsgeschwindigkeiten resultieren aus der Verwendung von-Katalysatoren mit verhältnismäßig geringer Aktivität, die in Konzentrationen von nur 0,5 bzw. 0,1 Gewichtsprozent auf Trägermaterialien verteilt sind. Wenn man die Strömungsgeschwindigkeit des Gases und damit die Raumzeitausbeute der Oxychlorierungsreaktion nicht herabsetzen will, muß man bei diesem VerfahrenIn DT-OS 1 568 679 it is proposed to remove the acetylene by hydrogenation over platinum or palladium catalysts, namely the hydrogenation should be carried out at room flow rates of about 300 to 5,000 parts by volume of gas per part of catalyst per hour (at 15, 6 0 C). The low room flow velocities result from the use of catalysts with relatively low activity, which are distributed on support materials in concentrations of only 0.5 or 0.1 percent by weight. If you do not want to reduce the flow rate of the gas and thus the space-time yield of the oxychlorination reaction, you have to use this process
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verhältnismäßig viel Katalysator einsetzen, um vollständige Hydrierung zu erhalten.use a relatively large amount of catalyst in order to obtain complete hydrogenation.
Andererseits hat es sich gezeigt, daß bei Verwendung aktiverer Katalysatoren im Laufe der Zeit Rußabscheidung infolge Zersetzung des Acetylens auftritt, wodurch ihre Wirksamkeit abnimmt.On the other hand, it has been shown that when more active catalysts are used, soot deposits as a result of decomposition in the course of time of acetylene occurs, reducing its effectiveness.
Der Erfindung lag also die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Oxychlorierung von Äthylen zu entwickeln, bei welchem die Hydrierung des im Chlorwasserstoff enthaltenen Acetylens bei höheren Raumströmungsgeschwindigkeiten als 5 000, vorzugsweise zwischen 7 000 und 15 000, vorgenommen werden kann, ohne daß Rußbildung am Katalysator eintritt.The invention was therefore based on the object of providing a method for To develop oxychlorination of ethylene, in which the hydrogenation of the acetylene contained in hydrogen chloride at higher Room flow velocities as 5,000, preferably between 7,000 and 15,000, can be made without soot formation occurs at the catalyst.
Es wurde gefunden, daß diese Aufgabe gelöst wird,- wenn die Hydrierung in mindestens zwei aufeinanderfolgenden Katalysatorzonen vorgenommen wird, in denen die Aktivität des Katalysators in Produktstromrichtung zunimmt.It has been found that this object is achieved - if the hydrogenation is carried out in at least two successive catalyst zones in which the activity of the catalyst in Product flow direction increases.
In der ersten Zone ist der Katalysator noch aktiv genug, um einen Großteil des Acetylens zu hydrieren, aber nicht aktiv genug, um eine Zersetzung des Acetylens unter Rußabscheidung zu bewirken,, In der nachgeschalteten Zone ist der Katalysator so aktiv, daß er das restliche Acetylen vollständig hydriert, infolge der wesentlich niedrigeren Acetylenkonzentration tritt aber auch hier keine Zersetzung ein.In the first zone, the catalyst is still active enough to cause a To hydrogenate a large part of the acetylene, but not active enough to cause the acetylene to decompose with soot deposition. In the downstream zone, the catalyst is so active that it completely hydrogenates the remaining acetylene, as a result of the essential However, with a lower acetylene concentration, no decomposition occurs here either.
Da sich somit hohe Raumströmungsgeschwindigkeiten erzielen lassen, kommt man insgesamt mit wesentlich weniger Katalysator aus •als bei dem bekannten Verfahren.Since this enables high room flow velocities to be achieved, it is possible to manage with significantly less catalyst overall • than with the known process.
Das Verfahren zur Oxychlorierung von Äthylen und der geschilderte Kreisprozeß sind an sich bekannt. In der bereits zitierten DT-OS 1 568 679 wird dieses Verfahren ausführlich beschrieben. Die Oxychlorierungsreaktion kann außer in Wirbelschicht-auch in Festbettreaktoren durchgeführt werden, z.B. nach einem aus der DT-OS 1 493 213 bekannten Verfahren.The process for the oxychlorination of ethylene and the cycle process described are known per se. In the DT-OS already quoted 1,568,679 describes this procedure in detail. the Oxychlorination reaction can also be carried out in fixed bed reactors in addition to fluidized bed reactors carried out, e.g. according to a method known from DT-OS 1,493,213.
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Die eigentliche Hydrierung kann unter den Bedingungen durchgeführt werden, bei denen der Chlorwasserstoff nach der Spaltung und Abtrennung vorliegt. Vorzugsweise arbeitet man bei Temperaturen zwischen "50 und 25Q°C, insbesondere zwischen 120 und 2000C, und bei Drücken zwischen 1 und 10 bar. Das Molverhältnis Wasserstoff zu Acetylen kann zwischen 1 :.1 und 6 ι 1 liegen, vorzugsweise werden 2 bis 4 Mol Wasserstoff pro Mol Acetylen eingesetzt. "..-.. - ■.The actual hydrogenation can be carried out under the conditions under which the hydrogen chloride is present after the cleavage and separation. One, preferably at temperatures between "50 and 25Q ° C, in particular between 120 and 200 0 C, and at pressures between 1 and 10 bar, the molar ratio of hydrogen to acetylene may be between 1:. Ι .1 and 6 are 1, 2 are preferably up to 4 moles of hydrogen per mole of acetylene are used. "..- .. - ■.
Die Hydrierung wird mit Wasserstoff durchgeführt, der gegebenenfalls mit inerten Verdünnungsmittel^ wie Methan, oder Stickstoff, verdünnt sein kann.The hydrogenation is carried out with hydrogen, if necessary with inert diluents such as methane, or nitrogen, can be diluted.
Als Katalysatoren werden Platinmetalle verwendet, vorzugsweise Palladium, die als Metalle, als Oxide oder als Salze eingesetzt werden können. Sie sind im allgemeinen auf üblichen Trägermaterialien verteilt, z.B. auf Siliciumdioxid, Kieselgel, Aluminiumtrioxid, Siliciumcarbid, Kohlenstoff oder auf Silikaten, z.B. Molekularsieben. Die Träger können in Form von Kugeln, Tabletten oder als Granulat in loser Schüttung vorliegen. Man kann auch Monolithen verwenden. Die Teilchengröße des Katalysators.kann dabei innerhalb sehr weiter Grenzen schwanken.Platinum metals are used as catalysts, preferably Palladium, used as metals, as oxides or as salts can be. They are generally distributed on conventional carrier materials, e.g. on silicon dioxide, silica gel, aluminum trioxide, Silicon carbide, carbon or on silicates, e.g. molecular sieves. The carriers can be in the form of spheres, tablets or in the form of granules in bulk. One can also Use monoliths. The particle size of the catalyst can vary within very wide limits.
Der Kern der Erfindung ist darin zu sehen,, daß die Hydrierung in mindestens zwei aufeinanderfolgenden Katalysatorzanen vorgenommen wird, in denen die Aktivität des Katalysators in Produktstromrichtung zunimmt. Im einfachsten Falle sind das zwei Katalysatorzonen. Vorzugsweise arbeitet man in drei Zonen, man kann aber auch mehr Zonen hintereinander anordnen. Die erste, am wenigsten aktive Zone, in der die Hauptmenge des Aeetylens hydriert wird, soll vorzugsweise mindestens J50 % des Gesamtkatalysato.rvolumens ausmachen.The essence of the invention is to be seen in the fact that the hydrogenation is carried out in at least two successive catalyst zones in which the activity of the catalyst increases in the direction of the product flow. In the simplest case, these are two catalyst zones. It is preferable to work in three zones, but you can also arrange more zones one behind the other. The first, least active zone, in which the majority of the ethylene is hydrogenated, should preferably make up at least 50 % of the total catalyst volume.
Die relative Aktivität des Katalysators in den verschiedenen Zonen kann durch Vergleich der Katalysatorwirksamkeit bestimmt werden; beispielsweise, indem man den Hydrierungsgrad des Ace-„ tylens bestimmt, der bei alleiniger Anwendung der jeweiligen Katalysatorzonen erzielt wird. Es ist bevorzugt, die AktivitätenThe relative activity of the catalyst in the various Zones can be determined by comparing catalyst efficiency; for example, by changing the degree of hydrogenation of the ace- " tylens, the sole application of the respective Catalyst zones is achieved. It is preferred to do the activities
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so abzustufen,, daß in der ersten Zone mindestens 30, vorzugsweise mindestens 50 %, jedoch weniger als 90 % des Acetylens hydriert wird, und daß. nach der letzten Katalysatorzone das Acetylen zu mindestens 95* vorzugsweise zu mehr als 99 ■% hydriert ist.so graded ,, that in the first zone at least 30, preferably at least 50 %, but less than 90 % of the acetylene is hydrogenated, and that. after the last catalyst zone, the acetylene is at least 95 % hydrogenated, preferably more than 99%.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Katalysatoren mit unterschiedlicher Aktivität herzustellen,, Am einfachsten geschieht dies durch Anwendung verschiedener Konzentrationen an Katalysator auf dem Trägermaterial. So ist es beispielsweise zweckmäßig, in der ersten Katalysatorzone die Konzentration an PaIadium unter 0,1 fo zu halten, und sie dann in der letzten Zone bis auf über 0,2 % zu steigern. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die aktive Oberfläche des Katalysators zu modifizieren, beispielsweise indem man den Katalysatorträger bei verschieden hohen Temperaturen nachbehandelt.There are different ways of producing catalysts with different activities. The easiest way to do this is to use different concentrations of catalyst on the support material. So for example it is advantageous to keep in the first catalyst zone, the concentration of PaIadium below 0.1 fo, and then to increase it in the last zone to over 0.2%. Another possibility is to modify the active surface of the catalyst, for example by post-treating the catalyst support at different temperatures.
Schließlich kann man dem Katalysator auch noch Inhibitoren zusetzen, die dann auch die Rußbildung unterdrücken. So hat es sich als zweckmäßig erwiesen, in der ersten Zone geringe Mengen Zink, vorzugsweise als Oxid, zuzusetzen. Auch Chrom, Kupfer, Silber, Gold, Eisen, Rhodium oder Ruthenium wirken als Inhibitoren. Finally, you can also add inhibitors to the catalyst, which then also suppress the formation of soot. So it has proven to be useful to use small amounts in the first zone Add zinc, preferably as an oxide. Chromium, copper, silver, gold, iron, rhodium or ruthenium also act as inhibitors.
Beispiel
Folgende Katalysatoren wurden verwendet: example
The following catalysts were used:
a) 0,02 % Palladium und 0,01 % Zinkoxid auf einem Kieselsäureträger, innere Oberfläche 125 m2/g, Porenvolumen 0,9 ccm/g,a) 0.02 % palladium and 0.01 % zinc oxide on a silica support, inner surface 125 m 2 / g, pore volume 0.9 ccm / g,
b) 0,5 % Palladium auf Aluminiumoxidträger, innere Oberfläche 250 m2/g, Porenvolumen 0,6 ccm/g,b) 0.5 % palladium on aluminum oxide support, inner surface 250 m 2 / g, pore volume 0.6 ccm / g,
c) 1 % Palladium und 0,2 % Zinkoxid auf Aluminiumoxidträger, innere Oberfläche 225 m^/g, Porenvolumen 0,6 ccm/g.c) 1 % palladium and 0.2 % zinc oxide on aluminum oxide support, inner surface 225 m ^ / g, pore volume 0.6 ccm / g.
Diese Katalysatoren wurden in der Reihenfolge 400 mm a), 400 mm b) und 200 mm c) in ein Rohr mit 26 mm Durchmesser nacheinander eingefüllt. Das Rohr wurde auf etwa l6o°C vorgeheizt. 1700C heißer Chlorwasserstoff aus der 1,2-Dichloräthan-Spaltung, der 0,2These catalysts were poured into a pipe with a diameter of 26 mm one after the other in the order 400 mm a), 400 mm b) and 200 mm c). The tube was preheated to about 160 ° C. 170 0 C hot hydrogen chloride from the 1,2-dichloroethane cleavage, the 0.2
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Volumenprozent Acetylen enthielt, wurde mit 2.Mol-Wasserstoff pro Mol Acetylen"gemischt und bei 8-Atmosphären mit einer Raumgeschwindigkeit von 11 000 1 Gas pro 1 Katalysator und Stunde ■ durch das Rohr gepreßt. Nach der Behandlung enthielt das Gas Oj001 Volumenprozent Acetylen, 0,15 Volumenprozent Äthylen und 0,12 % Äthan. Der Chlorwasserstoff wurde anschließend mit Luft und Äthylen zu Dlchloräthan umgesetzt■-,. Die Reaktion wurde mehrere Wochen kontinuierlich betrieben, ohne daß eine merkliche Rußabscheidung auf dem Hydrierkatalysator,eintrat.Percent by volume of acetylene was mixed with 2 mol of hydrogen per mole of acetylene "and forced through the pipe at 8 atmospheres with a space velocity of 11,000 liters of gas per 1 catalyst and hour. After the treatment, the gas contained 0.11 percent by volume of acetylene, 0.15 percent by volume ethylene and 0.12 % ethane. The hydrogen chloride was then reacted with air and ethylene to give chloroethane . The reaction was operated continuously for several weeks without any noticeable soot deposition on the hydrogenation catalyst.
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