DE720079C - Process for the substitutional chlorination of hydrocarbons - Google Patents
Process for the substitutional chlorination of hydrocarbonsInfo
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Description
Verfahren zur substituierenden Chlorierung von Kohlenwasserstoffen Es ist bekannt, gasförmige Kohlenwasserstoffe im Dunkeln mit Hilfe fest angeordneter Katalysatoren bei erhöhten.Temperaturen mit Chlor unter Bildung von Chlorsubstitutionserzeugnissen umzusetzen.- Beim Arbeiten im Dauerbetrieb ergeben sich hierbeijedoch häufig erhebliche Schwierigkeiten dadurch, daß durch Abscheiden von Kohle oder anderen Nebenerzeugnissen die Katalysatoren verschmiert, die Zu- und Abgänge verstopft werden oder die-Wirksamkeit der Mischorgane herabgesetzt wird. Bereits beim Aufheizen der Umsetzungsteilnehmer oder von Mischungen dieser treten infolge der häufigen Überhitzung der Wärmeübertrager Nebenumsetzungen auf, die ebenfalls zu unerwünschten Abscheidungen Anlaß geben. Es wurde nun gefunden, daß man bei der substituierenden Chlorierung von Kohlenwasserstoffen bei hohen Temperaturen in der Gasphase diese Schwierigkeiten weitgehend vermeiden und die Umsetzung auch im Dauerbetrieb störungsfrei durchführen kann, wenn man feste Katalysatoren verwendet, die sich im Schwebezustand befinden.Process for the substitutional chlorination of hydrocarbons It is known to use fixed gaseous hydrocarbons in the dark Catalysts at elevated temperatures with chlorine with the formation of chlorine substitution products - When working in continuous operation, however, this often results in considerable Difficulties in that by separating coal or other by-products the catalysts are smeared, the inlets and outlets are clogged or the effectiveness the mixing elements is reduced. Already when the implementation participants are heated up or mixtures of these occur as a result of the frequent overheating of the heat exchangers Secondary reactions, which also give rise to undesirable deposits. It has now been found that the substitute chlorination of hydrocarbons largely avoid these difficulties at high temperatures in the gas phase and the implementation can also be carried out trouble-free in continuous operation, if you are fixed Used catalysts that are in suspension.
Die Umsetzung wird zweckmäßig so gestaltet, daß man den durch die Ausgangsgase gebildeten Gasstrom zur Bewegung der festen Katalysatorteilchen benutzt. Man geht hierbei so vor, daß man die in einer üblichen Vorrichtung gemischten Umsetzungsteilnehmer, von denen einer oder alle vorgeheizt sein können, durch ein vertikales, nach oben erweitertes Rohr führt und in dieses Rohr den Katalysator hineinbringt, der dann durch den Gasstrom im Schweben gehalten wird. " Es. ist nicht erforderlich, daß sich alle Teilchen des Katalysators dauernd im Schwebezustand. befinden, sondern das Verfahren kann auch: so ausgeführt werden, daß die festen Kataly sätorteilchen sich in einer durch den Gasstrom hervorgerufenen wallenden Bewegung auf der festen Unterlage befinden.The implementation is expediently designed so that the by the Starting gases formed gas stream used to move the solid catalyst particles. The procedure here is that the reaction participants mixed in a conventional device, one or all of which can be preheated, by a vertical, upwards The extended pipe leads and the catalyst into this pipe brings in which is then held in suspension by the gas flow. " It is not necessary, that all particles of the catalyst are constantly in suspension. are located, but the method can also: be carried out in such a way that the solid catalyzer particles in a flowing movement caused by the gas flow on the solid Underlay.
Arbeitet man in der Weise, daß sich der Katalysator dauernd im Schwebezustand befindet, so ist es sehr einfach, die Umsetzungsbedingungen, wie Gasgeschwindigkeit, Apparateabmessung, Korngröße und/oder das spezifische Gewicht des Katalysators, so aufeinander abzustimmen, daß der Katalysator weder auf den Boden des Umsetzungsgefäßes fällt noch vom Gasstrom zu weit fortgetragen wird. Wenn auch sich hierbei noch geringe Mengen Ruß auf dem Katalysator abscheiden, so stört dies- den einwandfreien Verlauf der Umsetzung nicht mehr, da der Ruß durch die Bewegung der Katalv satorteilchen aneinander abgerieben wird. Die im Umsetzungsgefäß bei axialer Gasströmung vorhandene lebhafte Bewegung kann man noch dadurch verstärken, daß man die Katalysatormasse durch geeignete Führung der Gase oder besondere Formgebung des Umsetzungsgefäßes lebhaft durchwirbelt. So kann man beispielsweise den Gasstrom tangential in den Umsetziungsraum einführen oder auch die Mischvorrichtung so ausgestalten, daß das Gasgemisch wirbelförmig in das Umsetzungsgefäß eintritt.If you work in such a way that the catalyst is permanently suspended is located, it is very easy to determine the conversion conditions, such as gas velocity, Apparatus dimensions, grain size and / or the specific weight of the catalyst, to be coordinated so that the catalyst neither on the bottom of the reaction vessel falls is still carried too far by the gas flow. Even if this is still minor If quantities of soot are deposited on the catalytic converter, this interferes with the proper process the implementation no longer, because the soot by the movement of the catalyst particles is rubbed against each other. The ones present in the conversion vessel with an axial gas flow Lively movement can be intensified by adding the catalyst mass through suitable guidance of the gases or special shaping of the reaction vessel lively whirled around. So you can, for example, the gas flow tangentially in the Introduce implementation space or design the mixing device so that the Gas mixture enters the reaction vessel in a vortex shape.
Es ist nicht erforderlich, Katalysatorer@ von einer einheitlichen oder nahezu einheitlichen Teilchengröße zu benutzen; beispielsweise läßt sich sogar die Durchsatzleistung dadurch steigern, daß man die Katalysatorschwebezone vergrößert, indem man aus Teilchen verschiedener Größe bestehende Katalysatormassen verwendet. Die zulässigen Schwankungen der Teilchengröße sind auch hier wieder abhängig von den anderen oben bereits erwähnten Umsetzungsbedingungen. Man kann also beispielsweise in das Umsetzungsgefäß einen urgesiebten Katalysator einfüllen, der dann durch den Gasstrom sozusagen ausgesiebt wird: Die zu schweren Anteile fallen schnell auf den Boden des Umsetzungsraumes, während die zu leichten Teile von dem Basstrom mitgerissen werden und in einer nachgeschalteten Vorrichtung abgeschieden werden können.It is not necessary to @ of a uniform catalyst or to use nearly uniform particle size; for example, can even increase throughput by increasing the catalyst suspension zone, by using catalyst masses consisting of particles of different sizes. The permissible fluctuations in the particle size are again dependent on the other implementation conditions already mentioned above. So you can, for example Pour a previously sieved catalyst into the reaction vessel, which then passes through the Gas stream is sifted out, so to speak: The excessively heavy components quickly fall on the Bottom of the conversion room, while the too light parts are carried away by the bass current and can be deposited in a downstream device.
Das vorliegende Verfahren eignet sich zur substituierenden Chlorierung von Kohlenwasserstoffen gesättigter und ungesättigter Art, die unter den Umsetzungsbedingungen gasförmig sind, insbesondere von aliphatischen Kohlenwasserstoffen. Als feste Katalysatoren ' '-L .,11r ?»r Beschleunigung der substituierenden Chlorierung von Kohlenwasserstoffen benutzten Katalysatoren, insbesondere aktive Kohle, Koks, Bimsstein oder Tonkörner, die gegebenenfalls mit Halogenüberträgern, wie Metallhalogeniden, getränkt sein können.The present process is suitable for substituting chlorination of hydrocarbons of saturated and unsaturated type, which under the reaction conditions are gaseous, especially of aliphatic hydrocarbons. As solid catalysts '' -L., 11r? »R acceleration of the substituting chlorination of hydrocarbons used catalysts, especially active coal, coke, pumice stone or grains of clay, which may be impregnated with halogen carriers, such as metal halides can.
Im allgemeinen muß man bei der substituierenden Chlorierung von Kohlenwasserstoffen die Umsetzung dadurch einleiten oder in Gang halten, daß man die Ausgangsstoffe auf eine bestimmte Temperatur, meistens zwischen etwa 250 und 3oo°, bringt und die so erwärmte Mischung dem eigentlichen Umsetzungsgefäß zuführt. Die Umsetzung selbst verläuft sehr rasch und stark exotherm und bewirkt somit eine starke Temperaturerhöhung des Ausgangsgemisches. Es gibt eine obere Temperaturgrenze, die die Endstoffe nicht ohne Zersetzungsgefahr überschreiten dürfen und die sich nach der Kettenlänge des Ausgangskohlenwasserstoffes richtet. Je niedriger die Kohlenstoffzahl ist, *um so höher kann man im allgemeinen die Umsetzungstemperatur wählen. Man ist daher genötigt, bestimmte Temperaturen einzuhalten, die einerseits hoch genug sein müssen, um die Umsetzung einzuleiten, die andererseits aber nicht so hoch sein dürfen, daß durch die Entwicklung der Umsetzungswärme die Zersetzungstemperatur überschritten wird.In general, in the substitutional chlorination of hydrocarbons, the reaction must be initiated or kept going by bringing the starting materials to a certain temperature, usually between about 250 and 300 °, and feeding the heated mixture to the actual reaction vessel. The reaction itself is very rapid and highly exothermic and thus causes a sharp increase in the temperature of the starting mixture. There is an upper temperature limit which the end products must not exceed without the risk of decomposition and which depends on the chain length of the starting hydrocarbon. In general, the lower the carbon number, the higher the reaction temperature that can be chosen. It is therefore necessary to maintain certain temperatures which, on the one hand, must be high enough to initiate the reaction, but which, on the other hand, must not be so high that the decomposition temperature is exceeded by the development of the heat of reaction.
Das vorliegende Verfahren bietet nun den besonderen Vorteil, daß man die Ausgangsstoffe nicht auf die an sich zur Einleitung.und Aufrechterhaltung der Umsetzung nötige Anfangstemperatur aufzuheizen braucht, da beim fortlaufenden Betrieb durch. die lebhafte Bewegung des schwebenden oder wallenden Katalysators sofort eine innige Vermischung und ein wirkungsvoller Wärmeaustausch zwischen der zuströmenden Frischgasmischung und den heißeren Umsetzungsgasen erfolgt, so daß die Frischgasmischung genügend aufgeheizt wird. Man ist bei dem vorliegenden Verfahren infolgedessen nicht darauf angewiesen, bestimmte Temperaturgrenzen peinlich innezuhalten; insbesondere kann. man auch das Verhältnis der Kohlenwasserstoffmenge zur Chlormenge im Hinblick auf die zur Verfügung stehende größere Temperaturspanne zugunsten des Chlors erhöhen. Im allgemeinen läßt man die Umsetzung zwischen Chlor und Kohlenwasserstoff hier zwischen etwa 300 und 6oo° vor sich gehen.The present process now offers the particular advantage that the starting materials do not need to be heated to the initial temperature required to initiate and maintain the reaction, since continuous operation occurs. the lively movement of the floating or flowing catalyst immediately results in an intimate mixing and an effective heat exchange between the incoming fresh gas mixture and the hotter reaction gases, so that the fresh gas mixture is sufficiently heated. As a result, one does not have to rely on painstakingly adhering to certain temperature limits in the present process; in particular can. the ratio of the amount of hydrocarbons to the amount of chlorine can also be increased in favor of the chlorine in view of the larger temperature range available. In general, the reaction between chlorine and hydrocarbon is allowed to proceed between about 300 and 600 ° here.
Es ist bereits aus den amerikanischen Patentschriften 1I57.155, 1355 105 und r 557 687 bekanntgeworden, bei Umsetzungen in der Gasphase fein verteilte Katalysatoren anzuwenden, die nicht fest angeordnet, sondern im Gasstrom suspendiert sind. Die Möglichkeit einer substituierenden Chlorierung von Kohlenwasserstoffcn ist in den Patentschriften nicht erwähnt. Es lag auch nicht nahe, Schwebekatalysatoren bei der substituierenden Chlorierung von Kohlenwasserstoffen in der Gasphase zu benutzen, da bei dieser Reaktion die Abscheidung von Ruß auf den Katalysatoren nicht zu befürchten war. Da nach den Angaben der erwähnten Patentschriften der Schwebekatalysator, wenn er eich Zeit Ablagerungen aus -dem Um-@setzuugsgemisch überzogen hat, entfernt und durch einen neuen Katalysator ersetzt werden muß, war also bei der substituierenden Chlorierung von Kohlenwasserstoffen bei der Verwendung von Schwebekatalysatoren im Dauerbetrieb mit der Notwendigkeit eines häufigen Ersatzes des verschmutzten Katalysators zu rechnen. Überraschenderweise wird aber bei. dieser Umsetzung der sich abscheidende Ruß, durch die Bewegung des Katalysators abgerieben, der Katalysator also ständig ohne besondere Maßnahmen reaktiviert.It has been known already from the American patent specifications 1I57.155, 1,355,105 and r 557,687, applicable to reactions in the gas phase finely dispersed catalysts are not fixedly arranged, but suspended in the gas stream. The possibility of a substituting chlorination of hydrocarbons is not mentioned in the patents. It was also not obvious to use suspended catalysts in the substitutional chlorination of hydrocarbons in the gas phase, since in this reaction there was no need to fear the deposition of soot on the catalysts. Since, according to the information in the above-mentioned patents, the suspension catalyst, if it has coated deposits from the conversion mixture for a period of time, has to be removed and replaced by a new catalyst, it was therefore in continuous operation in the substitutional chlorination of hydrocarbons when using suspension catalysts reckon with the necessity of frequent replacement of the contaminated catalyst. Surprisingly, however,. this implementation of the soot that separates out, rubbed off by the movement of the catalyst, so the catalyst is constantly reactivated without any special measures.
Die Umsetzung kann beispielsweise mit einer der in den beiliegenden Abbildungen erläuterten Vorrichtungen durchgeführt werden.The implementation can, for example, with one of the in the enclosed Illustrations explained devices are carried out.
In der Abb. i dient als Katalysatorraum ein konisches Eisenrohr i, das mit einem Isolier-oder Kühlmantel 6 umkleidet sein kann. Zum Einfüllen des Katalysators dient eine gasdichte Füllvorrichtung 5. Der Kohlenwasserstoff tritt in den Ringraum 3 und gelangt dann durch vier tangentiale Schlitze in die 1Yiischkammer 2, in die auch das Chlor durch zwei Röhrchen 4 mit seitlichen öffnungen geleitet wird. Es entsteht dann ein wirbelnder Gasstrom, der in den Katalysatorraum eintritt und durch den der Katalysator zum Schweben gebracht wird. Das Rohr i kann auch nur in seinem unteren Teil konisch ausgebildet sein, während der obere Teil zylindrisch ist.In Fig. I, a conical iron pipe i serves as the catalyst space, which can be covered with an insulating or cooling jacket 6. For filling the catalyst a gas-tight filling device 5 is used. The hydrocarbon enters the annulus 3 and then passes through four tangential slots into the mixing chamber 2, into the the chlorine is also passed through two tubes 4 with side openings. It a swirling gas flow is then created, which enters the catalyst chamber and passes through it that the catalyst is made to float. The tube i can also only be in his lower part be conical, while the upper part is cylindrical.
Die Abb.2 zeigt ein Umsetzungsgefäß, dessen unterer Teil dadurch anders ausgestaltet ist als bei dem Gefäß nach Abb. i, daß an Stelle der einen Eintrittsöffnung auch eine Mehrzahl von Eintrittsöffnungen benutzt wird. Der Kohlenwasserstoff tritt durch die Leitung 12 in den Verteilerraum 13, der oben eine Anzahl Öffnungen 14 besitzt, die so bemessen werden, daß die Gasströmung ein Fallen des in den Reaktionsraum i i eingefüllten Katalysators in die Öffnungen verhindert. Vor öder in diesen öffnungen sind die Zuleitungen 15 für das Chlor angeordnet, das durch die Leitung 16 und den Verteilerraum i 7 zugeführt wird.Fig.2 shows a conversion vessel, the lower part of which is different is designed as in the case of the vessel according to Fig. i, that in place of the one inlet opening a plurality of inlet openings is also used. The hydrocarbon kicks in through the line 12 into the distribution space 13, which has a number of openings 14 at the top possesses, which are dimensioned so that the gas flow is a fall in the reaction space i i prevented filled catalyst in the openings. Before desolate in these openings the supply lines 15 are arranged for the chlorine, which through the line 16 and the Distribution space i 7 is supplied.
Beispiel i Chlor von gewöhnlicher Temperatur und Butan von i8o° werden im Volumenverhältnis 1:3 getrennt durch die Leitungen 4 und 3 der Abb. i geleitet und in der Mischkammer 2 zusammengeführt. Die Geschwindigkeit des Gasgemisches' beträgt beim Eintritt in den Katalysatorraum 6,7 m/Sek. Im Katalysaforraum, der auf 45o° aufgeheizt ist, befindet sich Aktivkohle von 0,5 bis 2 mm Korngröße, die man vor Beginn der Umsetzung durch die Füllvorrichtung 5 zugegeben hat. Das Chlor setzt sich vollständig mit dem Butan um. *Man-erhält 9o % Monobutylchloride; der Rest besteht aus Dichloriden und sehr geringen Mengen Trichloriden. _ Die Mischvorrichtung bleibt auch beim Dauerbetrieb frei- von Abscheidungen; lediglich auf der Wand des Eisenrohres setzt sich eine dünne Schicht von Kohle ab.Example i Chlorine at normal temperature and butane at 80 ° are conducted separately in a volume ratio of 1: 3 through lines 4 and 3 in Fig. 1 and brought together in mixing chamber 2. The speed of the gas mixture on entry into the catalyst chamber is 6.7 m / sec. In the catalyst space, which is heated to 450 °, there is activated carbon with a grain size of 0.5 to 2 mm, which has been added through the filling device 5 before the start of the reaction. The chlorine reacts completely with the butane. * 90% of monobutyl chlorides are obtained; the rest consists of dichlorides and very small amounts of trichlorides. _ The mixing device remains free of deposits even during continuous operation; only a thin layer of coal is deposited on the wall of the iron pipe.
Wenn man unter den oben beschriebenen Bedingungen gleiche Volumteile von Isobutylen und Chlor, von denen das Isobutylen ,auf '"etwa' 35o° vorgeheizt ist, in das Umsetzungsgefäß einführt, so erhält man bei einer Umsetzungstemperatur von etwa 55o° Isobutenylchlorid in 8oo!oiger Ausbeute, bezogen auf die Menge des eingesetzten Isobutylens.If one has the same volume parts under the conditions described above of isobutylene and chlorine, of which the isobutylene, preheated to '"about' 35o ° is introduced into the reaction vessel, it is obtained at one reaction temperature of about 550 ° isobutenyl chloride in 8oo! oiger yield, based on the amount of used isobutylene.
Beispiel 2 In der in Beispiel i beschriebenen Weise wird Äthan, das 16o° warm ist, mit der gleichen Raummenge Chlor von gewöhnlicher Temperatur behandelt, wobei man die Temperatur im Katalysatorraum auf 46o° hält. Die Eintrittsgeschwindigkeit beträgt 6,7 m/Sek. Man erhält so Äthylchlorid in 93 %iger Ausbeute, bezogen auf das umgesetzte Äthan.Example 2 In the manner described in Example i, ethane, the Is 16o °, treated with the same amount of room chlorine at normal temperature, keeping the temperature in the catalyst chamber at 46o °. The speed of entry is 6.7 m / sec. This gives ethyl chloride in a 93% yield, based on the converted ethane.
Beispiel 3 In einer Vorrichtung, wie sie in Abb. 2 beschrieben ist, setzt man Chlor von gewöhnlicher Temperatur mit der doppelten Menge Propylen, das auf 22o° geheizt ist, um. Als Katalysator dient feinkörnige Aktivkohle, die durch den eintretenden Gasstrom in wallender Bewegung gehalten wird. Die Temperatur im Katalysatorraum beträgt 6oo°, die Eintrittsgeschwindigkeit 6,7 m/Sek. Man erhält Allylchlorid in einer Ausbeute von 8o% des ein- eingesetzten Propylens, während der Rest des ,gesetzten in höhere Chloride, insbesondere Dichloride, übergeführt wird.Example 3 In a device as described in Fig. 2, if chlorine at ordinary temperature is added to twice the amount of propylene is heated to 22o °. Fine-grained activated charcoal is used as a catalyst the incoming gas stream is kept in flowing motion. The temperature in Catalyst space is 600 °, the entry speed 6.7 m / sec. You get Allyl chloride in a yield of 80% of the propylene used, while the rest of the set is converted into higher chlorides, especially dichlorides will.
Beispiel ¢ In der in Beispiel i beschriebenen Vorrichtung wird Methan, das auf 300° vorgeheizt ist, mit nicht vorgewärmtem Chlor im Volumenverhältnis 3,5: 1 mit Aktivkohle als Katalysator umgesetzt. Die Gasgeschwindigkeit beim Eintritt beträgt 6,7 m/Sek., die Umsetzungstemperatur am Katalysator etwa Soo°. Die Chlorierungsprodukte setzen sich aus 86- Gewichtsprozent Methylchlorid, 12 Gewichtsprozent Methylenchlorid und 2 Gewichtsprozent Chloroform und Tetrachlorkohlenstoff zusammen.EXAMPLE In the device described in Example i, methane, which has been preheated to 300 °, is reacted with non-preheated chlorine in a volume ratio of 3.5: 1 using activated carbon as a catalyst. The gas velocity at the inlet is 6.7 m / sec., The reaction temperature at the catalyst is about 50 °. The chlorination products are composed of 86 percent by weight methyl chloride, 12 percent by weight methylene chloride and 2 percent by weight chloroform and carbon tetrachloride.
Beispiel 5 Dampfförmiges Benzol von 25o° wird mit der Hälfte seines Volumens Chlor in der in Beispiel i beschriebenen Weise gemischt. Die Mischung wird in ein Gefäß nach Abb. i, das mit aktiver Kohle als Katalysator beschickt ist, mit einer- Geschwindigkeit von 5 m/Sek. eingeführt. Die Temperatur innerhalb des L tnsetzungsgefäßes wird auf .f5o' gehalten. :Ulan erhält so Monochlorbenzol in S7 o,'oiger Ausbeute, bezogen auf die Menge des umgesetzten Benzols.Example 5 Vaporous benzene of 25o ° is with half its Volume of chlorine mixed in the manner described in Example i. The mix will in a vessel according to Fig. i, which is charged with active charcoal as a catalyst a speed of 5 m / sec. introduced. The temperature inside the decomposition vessel is held at .f5o '. : Ulan thus receives monochlorobenzene in S7% yield, based on the amount of benzene reacted.
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- 1939-01-18 FR FR849084D patent/FR849084A/en not_active Expired
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