DE4318609A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von 1,2-Dichlorethan durch Direktchlorierung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von 1,2-Dichlorethan durch Direktchlorierung

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Description

Bei dem sogenannten Direktchlorierungsverfahren wird 1,2-Dichlorethan, im folgenden EDC, durch Umsetzung von Ethylen mit Chlor gewonnen. Diese Additionsreaktion wird durch Metallhalogenide, die den Charakter einer Lewis-Säure haben, und ein Halogenid eines Metalls der ersten Hauptgruppe des periodischen Systems katalysiert.
Nach dem in der NL-A 6901398 beschriebenen Verfahren ist das Metallhalogenid mit Lewis-Säure-Charakter bevorzugt Eisen-(III)-chlorid. Das Metall der ersten Gruppe des Periodensystems hat bevorzugt eine Atomzahl von höchstens 12 (Natrium) und ist insbesondere Lithium. Das Molverhältnis des Halogenids mit Lewis-Säure-Charakter und des Halogenids des Metalls der ersten Gruppe des periodischen Systems liegt zwischen 1 : 2 und 2 : 1.
In der EP 0 111 203 B2 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem als Katalysator ein wasserfreies Tetrachloroferrat, beispielsweise Natriumtetrachloroferrat, oder die entsprechenden Komponenten in stöchiometrischen Mengen eingesetzt werden. Nach der DE 41 03 281 A1 wird als Katalysator Eisen-(III)-chlorid im Gemisch mit Natriumchlorid im molaren Verhältnis von 1 : 1,5 bis 1 : 2 eingesetzt.
Es wurde nun gefunden, daß die Direktchlorierung von Ethylen besonders vorteilhaft verläuft, wenn während der gesamten Reaktion das Molverhältnis von Natriumchlorid zu Eisen-(III)-chlorid unter 0,5 gehalten wird. Das Einhalten dieser Bedingung erlaubt eine Reaktionsführung, bei der das EDC in einer so hohen Reinheit gewonnen wird, daß es ohne destillative Abtrennung hochsiedender Anteile unmittelbar in die Spaltung zu Vinylchlorid eingesetzt werden kann. Außerdem ist das erfindungsgemäße Verfahren in apparativer und energetischer Hinsicht wenig aufwendig. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung und die damit verbundenen Vorteile werden im folgenden näher erläutert.
Als Reaktionsmedium wird vorteilhaft flüssiges EDC verwendet, wobei die Reaktionsteilnehmer in das umgepumpte EDC eingespeist werden. Hierbei ist es nicht erforderlich, das Chlor in flüssiger Form einzusetzen, da das erfindungsgemäße Verfahren unter so schonenden Reaktionsbedingungen, insbesondere so niedrigen Drücken, ausgeführt werden kann, daß gasförmiges Chlor zum Einsatz kommen kann. So liegt der Druck vorteilhaft bei maximal 1 bar Überdruck, bevorzugt zwischen 0,4 und 0,6 bar Überdruck, der vorteilhaft mittels Inertgas-, vorzugsweise Stickstoffüberlagerung, eingestellt wird.
Die Reaktionstemperatur beträgt 50 bis 105°C, vorteilhaft 70 bis 90°C. Druck und Temperatur werden so aufeinander abgestimmt, daß die Reaktion unterhalb des Siedepunktes von EDC liegt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das EDC im ganzen oder vorzugsweise ein Teilstrom desselben in einen unter Vakuum stehenden Entspannungsbehälter geführt, wobei der Wärmeinhalt des EDC-Stromes zum Verdampfen eines Anteils des EDC führt. Das verdampfte EDC ist katalysatorfrei und weist nach Kondensation eine Reinheit von mindestens 99,9% auf, so daß es unmittelbar der Spaltungsreaktion zu Vinylchlorid zugeführt werden kann. Die bei dem herkömmlichen Verfahren ohne Druckentspannung beziehungsweise EDC-Verdampfung notwendige Wasserwäsche zur Abtrennung des Katalysators sowie die anschließend erforderliche destillative Trocknung des EDC können entfallen.
Der Druck im Entspannungsbehälter beträgt zweckmäßig 0,2 bis 0,7 bar absolut. Dieser Unterdruck wird mit üblichen Gebläsen oder Pumpen, im folgenden Vakuumpumpe genannt, erzeugt und aufrechterhalten. Wenn diese Vakuumpumpe nicht auch zur Förderung des gasförmigen EDC dienen soll, wird dieses durch eine geeignete Vorrichtung, im folgenden als Kühler bezeichnet, kondensiert und in einem Behälter gesammelt.
Die Ausnützung der Reaktionswärme für die teilweise Verdampfung des EDC und die Führung der Reaktion im genannten bevorzugten Temperaturbereich bewirkt eine erhebliche Einsparung an Kühlmittel.
Der im Entspannungsbehälter nicht verdampfte, katalysatorhaltige EDC-Anteil wird in den EDC-Kreislauf zurückgeführt. Dies wird dadurch ermöglicht, daß die Reaktion nur einen sehr geringen Anteil an Nebenprodukten bildet und der EDC-Rückstrom nur unerhebliche Mengen an Chlorwasserstoff enthält.
Das Abgas ist praktisch chlorfrei. Die besonders bevorzugte Reaktionsführung, bei der nur ein - vorzugsweise relativ geringer - Teilstrom in den Entspannungsbehälter geleitet wird, hat weiterhin den Vorteil, daß ein Nachreaktor für die Umsetzung des restlichen Ethylens nicht notwendig ist. Vorrichtungen für dessen Abtrennung und Rückführung können aber auch bei dieser bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen werden, da sie wenig aufwendig sind.
So kann man die Ethylen-Ausbeute weiter erhöhen beziehungsweise die Ethylen-Verluste weiter vermindern, indem man das ethylenhaltige Abgas aus dem Entspannungsbehälter nach der Vakuumpumpe mittels eines geeigneten Verdichters, bevorzugt eines Flüssigkeitsstrahlverdichters, der zweckmäßig am Boden des Reaktors angebracht ist, in die Reaktion zurückführt und das Ethylen erneut mit Chlor umsetzt. Als Treibstrahl für den bevorzugten Verdichter dient vorteilhaft ein Teilstrom des umgepumpten EDC.
Die Restmengen an Ethylen können aber auch in der Abgasverbrennung energetisch genutzt werden, vorteilhaft bei der Chlorwasserstoffrückgewinnung.
Die Erfindung betrifft deshalb auch eine Vorrichtung, die für das erfindungsgemäße Verfahren besonders geeignet ist. Sie ist - mit ihren bevorzugten Ausgestaltungen - in der Figur dargestellt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält einen Reaktor (1), Zuführungen (2) und (3) für Ethylen beziehungsweise Chlor sowie vorzugsweise (4) für ein Inertgas, eine Leitung (5) zum Entspannungsbehälter (6), der unter Unterdruck steht und eine Leitung (7) zur Ableitung des verdampften Produkts und eine Leitung (8) zur Rückführung des unverdampften Produkts hat, an die vorzugsweise ein Lösebehälter (9) angeschlossen ist und die vorzugsweise über eine Pumpe (10) führt, eine Leitung (11) zur Rückführung eines Produktteilstroms, die vorzugsweise über eine Pumpe (12) und einen Kühler beziehungsweise Wärmetauscher (13) führt.
Die Leitung (7) für den EDC-Dampf führt zweckmäßig über einen Kühler (14) zur Vakuumpumpe (15). Vom Kühler (14) führt die Leitung (16) zum Sammelbehälter (17) für das verflüssigte EDC.
Vorteilhaft enthält die Vorrichtung weiterhin eine Leitung (18) von der (Druckseite der) Vakuumpumpe (15) über den Verdichter (19) zum Reaktor (1) zur Rückführung von Restmengen unumgesetzten Ethylens. (20) und (21) sind Leitungen zur Abgasentsorgung.
Wenn das Verfahren über längere Zeit läuft, ist dafür zu sorgen, daß das erfindungsgemäße Verhältnis von Natriumchlorid zu Eisen-(III)-chlorid aufrechterhalten bleibt. Wird also beispielsweise durch Korrosion Eisen-(III)-chlorid in die Anlage eingeschleppt, so muß, zweckmäßig aus dem Lösebehälter (9), entsprechend Natriumchlorid nachdosiert werden, da sonst die Reinheit des abdestillierten EDC zurückgeht beziehungsweise die Nebenproduktbildung ansteigt.
Das im Kreislauf geführte EDC hat im Mittel eine Reinheit von über 99%, ist klar, das heißt es sind keine Feststoffpartikel erkennbar, und nur schwach gefärbt. Es ist deshalb normalerweise nicht erforderlich, einen Teilstrom zur Entfernung der Verunreinigungen abzuzweigen.
In den folgenden Beispielen wird die Erfindung näher erläutert.
Beispiele 1 bis 4
Die Direktchlorierung wurde in einem Reaktor (1) mit einem Volumen von 14,6 m3 und einem Füllstand von 81 Vol.-% durchgeführt. Der Druck wurde über die Leitung (4) auf 0,54 bar Überdruck und die Temperatur bei 75°C gehalten. Als Reaktionsmedium diente flüssiges EDC mit einem Eisen-(III)-chlorid-Gehalt von 700 ppm.
In das Reaktionsmedium wurde über einen Lösebehälter (9) soviel Natriumchlorid eindosiert, bis das gewünschte Molverhältnis von Natriumchlorid zu Eisen-(III)-chlorid (siehe nachstehende Tabelle) erreicht war. In den Reaktor (1) wurden pro Stunde über die Leitung (2) 2000 Nm3 Ethylen und über die Leitung (3) die entsprechende Menge gasförmiges Chlor eingeleitet. Ein Produktteilstrom wird über die Leitung (5) in einen nachgeschalteten Entspannungsbehälter (6) mit einem Druck von 0,3 bar absolut geführt. Hier wurden pro Stunde 8,90 t EDC verdampft und über die Leitung (7) abgezogen. Dieses EDC war katalysatorfrei und wies die in der Tabelle genannte Reinheit auf, die es erlaubt, daß das EDC unmittelbar zu Vinylchlorid verarbeitet werden kann. Der Gehalt an 1,1,2-Trichlorethan als Nebenprodukt ist ebenfalls in der folgenden Tabelle angegeben.
Das im Entspannungsbehälter (6) nicht verdampfte EDC wird über die Leitung (8) und eine Pumpe (10) in den Reaktor (1) zurückgeführt. Der Produkthauptstrom wird über die Leitung (11) und eine Pumpe (12) in die Leitung (8) eingespeist und - nötigenfalls über einen Kühler (13) - in den Reaktor (1) zurückgeführt.
In der Tabelle ist das Beispiel 1 ein Vergleichsbeispiel, die Beispiele 2 bis 4 sind erfindungsgemäß.
Tabelle

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung von 1,2-Dichlorethan durch Umsetzung von Ethylen mit Chlor an einem Natriumchlorid- Eisen-(III)-chlorid-Katalysator, dadurch gekennzeichnet, daß während der gesamten Umsetzung das Molverhältnis von Natriumchlorid zu Eisen-(III)-chlorid unter 0,5 bleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Molverhältnis von Natriumchlorid zu Eisen-(III)-chlorid im Bereich von 0,3 bis 0,45 liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung bei 50 bis 105°C durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Bereich von 70 bis 90°C liegt.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung bei einem Druck von bis zu 1 bar Überdruck durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung bei einem Druck von 0,4 bis 0,6 bar Überdruck durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Überdruck durch Inertgasüberlagerung eingestellt wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das 1,2-Dichlorethan ganz oder teilweise in einen unter Unterdruck stehenden Behälter geleitet wird, wobei das abdestillierende Produkt abgetrennt und das restliche 1,2-Dichlorethan in den Prozeß zurückgeführt wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Reaktionsmedium im Kreislauf geführtes 1,2-Dichlorethan dient.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Chlor gasförmig eingespeist wird.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend einen Reaktor (1), Zuführungen (2) und (3) für Ethylen beziehungsweise Chlor, eine Leitung (5) zum Entspannungsbehälter (6), der eine Leitung (7) zur Ableitung des verdampften Produkts, eine Leitung (8) zur Rückführung des unverdampften Produkts hat, sowie eine Leitung (11) zur Rückführung eines Produktteilstroms in den Reaktor (1).
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, zusätzlich gekennzeichnet durch eines oder mehrere der folgenden Merkmale:
eine Leitung (4) zum Reaktor (1) für ein Inertgas,
einen Lösebehälter (9), der an die Leitung (8) angeschlossen ist,
eine Pumpe (10) in der Leitung (8),
eine Pumpe (12) in der Leitung (11),
einen Kühler beziehungsweise Wärmetauscher (13) zwischen der Pumpe (12) und dem Reaktor (1),
in der Leitung (7) einen Kühler (14), von dem eine Leitung (16) zum EDC-Sammelbehälter (17) führt, in der Leitung (7), nach dem Kühler (14), eine Vakuumpumpe (15),
eine Leitung (18) von der Vakuumpumpe (15) über einen Verdichter (19) zum Reaktor (1) und Abgasleitungen (20) und (21).
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