ES2874144T3 - Fotocloración de cloroformo a tetracloruro de carbono - Google Patents
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Abstract
Un método para producir tetracloruro de carbono, comprendiendo el método la etapa de: hacer reaccionar cloro con cloroformo en presencia de radiación electromagnética dentro de una mezcla de reacción que incluye cloro, cloroformo y tetracloruro de carbono, donde la concentración de cloroformo es menor de 5000 ppm en peso con respecto al peso de la mezcla de reacción, donde la mezcla de reacción incluye al menos niveles estequiométricos de cloro en relación con el cloroformo, donde la radiación electromagnética crea radicales cloruro y donde la mezcla de reacción está bien mezclada.
Description
DESCRIPCIÓN
Fotocloración de cloroformo a tetracloruro de carbono
Campo de la invención
Las realizaciones de la presente invención están dirigidas a procesos de cloración que incluyen la fotocloración de cloroformo a tetracloruro de carbono.
Antecedentes de la invención
El tetracloruro de carbono es una materia prima valiosa para la síntesis de muchos productos químicos comerciales importantes. En particular, el tetracloruro de carbono a menudo sirve como materia prima fundamental para la producción de propanos clorados, que se utilizan para producir hidrofluoroolefinas (HFOs).
Aunque originalmente se formó haciendo reaccionar cloroformo con cloro, la mayoría de los procesos comerciales sintetizan tetracloruro de carbono mediante cloración de metano. También se han propuesto métodos industriales para la cloración de metanos parcialmente clorados, tales como cloruro de metilo, cloruro de metileno y cloroformo a tetracloruro de carbono. Por ejemplo, el documento de Patente U.S. Patent No. 9,169,177 describe procesos para la producción de tetracloruro de carbono a partir de metanos parcialmente clorados. Para lograr una mayor selectividad de reacción al tetracloruro de carbono, esta patente propone mantener las tasas de conversión a menos del 90%, lo que produce una corriente de producto que incluye cloroformo y tetracloruro de carbono con muy poca producción de cloruro de metilo o cloruro de metileno. Aquellos metanos clorados dentro de la corriente de producto que no están completamente clorados (por ejemplo, cloroformo) se reciclan al reactor para su posterior cloración.
En vista de la creciente demanda de tetracloruro de carbono, son deseables los procesos industriales para la síntesis eficaz de tetracloruro de carbono.
Compendio de la invención
Una o más realizaciones de la presente invención proporcionan un método para producir tetracloruro de carbono, comprendiendo el método la etapa de hacer reaccionar cloro con cloroformo en presencia de radiación electromagnética dentro de una mezcla de reacción que incluye el cloro, el cloroformo y el tetracloruro de carbono, donde la concentración de cloroformo es inferior a 5000 ppm en peso con respecto al peso de la mezcla de reacción, donde la mezcla de reacción incluye al menos niveles estequiométricos de cloro con respecto al cloroformo, donde la radiación electromagnética crea radicales de cloruro y donde la mezcla de reacción está bien mezclada .
También se describe en la presente memoria, pero no se reivindica como tal, un proceso para producir tetracloruro de carbono, comprendiendo el método la etapa de (i) proporcionar una mezcla de reacción dentro de un reactor, donde la mezcla de reacción incluye tetracloruro de carbono, cloro y cloroformo; (ii) someter la mezcla de reacción a energía electromagnética para convertir así al menos una parte del cloroformo a tetracloruro de carbono; (iii) eliminar una corriente de producto del reactor, donde dicha corriente de producto incluye tetracloruro de carbono; y (iv) devolver al menos una parte de la corriente de producto al reactor después de dicha etapa de eliminación de una corriente de producto.
Otras realizaciones adicionales de la presente invención se refieren a un proceso como se define anteriormente en el que el cloroformo se convierte a tetracloruro de carbono mediante una reacción de fotocloración en la que el cloro se somete a luz ultravioleta en presencia del cloroformo, que comprende realizar la reacción de fotocloración en un medio de tetracloruro de carbono que incluye menos de 5000 ppm de cloroformo y al menos niveles estequiométricos de cloro dentro de un reactor bien mezclado que incluye una zona de reacción que se somete a una radiación electromagnética que tiene una longitud de onda de aproximadamente 200 a aproximadamente 500 nm.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una representación de diagrama de flujo de un proceso según una o más realizaciones de la presente invención.
La figura 2 es una representación de diagrama de flujo de un proceso según una o más realizaciones de la presente invención.
La figura 3 es una representación esquemática de un sistema para realizar un proceso según realizaciones de la presente invención.
Descripción detallada de realizaciones ilustrativas
Las realizaciones de la invención se basan, al menos en parte, en el descubrimiento de un proceso para la producción de tetracloruro de carbono por fotocloración de cloroformo. Según realizaciones de la invención, la reacción tiene lugar en un medio de tetracloruro de carbono que incluye niveles relativamente altos de cloro y niveles relativamente bajos de cloroformo. Al poner en práctica los métodos de esta invención, se ha descubierto inesperadamente que se pueden
conseguir niveles de conversión útiles industrialmente con una selectividad sustancial por el tetracloruro de carbono. De manera ventajosa, se ha descubierto que la formación de hexacloroetano, que resulta de la dimerización de dos radicales triclorometilo, puede mantenerse por debajo de niveles comercialmente aceptables. Como resultado, el producto de tetracloruro de carbono producido según las realizaciones de la invención puede emplearse directamente, como una corriente de producto crudo, en procesos sintéticos posteriores, tales como las reacciones de Kharasch, sin la necesidad de una purificación costosa para eliminar los compuestos orgánicos clorados pesados no deseados.
Descripción general del proceso
Se puede describir una descripción general de una o más realizaciones de la presente invención con referencia a la Figura 1, que muestra un método de cloración 11. Una corriente de alimentación de tetracloruro de carbono 12’ y una corriente de alimentación de cloro gas 14' proporcionan tetracloruro de carbono 12 y cloro gaseoso. 14 a la etapa de introducción 13 donde se combinan el tetracloruro de carbono 12 y el cloro gaseoso 14 para formar así una mezcla 15 de tetracloruro de carbono 12 y cloro gaseoso 14, que también puede denominarse mezcla inicial 15. La mezcla inicial 15 de tetracloruro de carbono y cloro gaseoso se somete después a radiación electromagnética 18' de una fuente de radiación electromagnética 18 en una etapa de formación de radicales libres 17. La etapa de formación de radicales libres 17 forma una mezcla 19 de cloro gaseoso, tetracloruro de carbono y radicales libres de cloro, que también puede denominarse mezcla de radicales libres 19.
Una corriente de alimentación de cloroformo 20' introduce cloroformo 20 a la mezcla de radicales libres 19 para formar la mezcla de reacción 22, y tiene lugar una etapa de reacción 21 que convierte el cloroformo 20 a tetracloruro de carbono, que es el producto deseado, y produce ácido clorhídrico 24, que es un subproducto de reacción. El tetracloruro de carbono, el cloro y el ácido clorhídrico están contenidos dentro de la mezcla de productos 28 que puede identificarse como una corriente de producto intermedio 28', o como una corriente de producto crudo 28', de la etapa de reacción 21. La corriente de producto crudo 28' puede someterse después a una o más etapas de procesamiento adicionales 25, tales como una etapa de extracción 25, que puede incluir, por ejemplo, extracción con gas, que concentra el tetracloruro de carbono 26, a través de la corriente purificada 26', eliminando al menos una parte del cloro y ácido clorhídrico 24, a través de la corriente de gas 24'.
En una o más realizaciones, al menos una parte del tetracloruro de carbono purificado 26 puede reciclarse de nuevo a la etapa de reacción 21 a través de la corriente de reciclado 29'. Por otra parte, al menos una parte de tetracloruro de carbono purificado 26 puede recuperarse como producto 30 mediante la corriente de producto purificado 30'. Como se indicó anteriormente, la corriente purificada 26' puede usarse de manera ventajosa directamente como una corriente de reactivos en la síntesis química posterior sin la necesidad de procesos de destilación que de otro modo podrían ser necesarios para eliminar especies orgánicas tales como compuestos orgánicos clorados pesados que a menudo son un subproducto en la fabricación de compuestos orgánicos clorados. Dicho esto, no obstante, puede ser deseable purificar más la corriente de producto para usos particulares. Por consiguiente, ciertas realizaciones de esta invención pueden incluir procesos de destilación para purificar aún más la corriente 26'.
Se puede describir un esquema de proceso alternativo con referencia a la Figura 2, que muestra el método de cloración 31. El tetracloruro de carbono 12 de la corriente de alimentación 12' se combina con la radiación electromagnética 18' de la fuente de radiación 18 para proporcionar un medio irradiado 32 dentro de la etapa de introducción 33. El cloroformo 20 de la corriente de alimentación 20' se combina con el cloro 14 de la corriente de alimentación 14' para formar la mezcla de reactivos 34 dentro de la etapa de combinación 35. El tetracloruro de carbono puede combinarse opcionalmente con cloroformo 20 y cloro 14 en esta etapa.
El medio irradiado 32 (que se somete continuamente a la radiación electromagnética) y la mezcla de reactivos 34 se introducen en la etapa 37 para formar la mezcla de reacción 22 para dar lugar a la etapa de reacción 21, que convierte el cloroformo 20 a tetracloruro de carbono (es decir, el cloroformo se clora) y produce ácido clorhídrico como subproducto de la reacción. El tetracloruro de carbono y el ácido clorhídrico están contenidos en la mezcla de productos 28 que puede identificarse como una corriente de producto intermedio 28', o como una corriente de producto crudo 28', a partir de la etapa de reacción 21. La corriente de producto crudo 28' puede someterse después a una o más etapas de procesamiento adicionales 25, tales como una etapa de extracción 25, que puede incluir, por ejemplo, una extracción con gas, que concentra el tetracloruro de carbono 26, mediante la corriente purificada 26', eliminando al menos una parte del cloro y ácido clorhídrico 24, mediante la corriente de gas 24'.
En una o más realizaciones, al menos una parte del tetracloruro de carbono 26 puede reciclarse de nuevo a la etapa inicial 33 y/o a la etapa 35 mediante la corriente de reciclado 29'. Por otra parte, al menos una parte del tetracloruro de carbono purificado 26 puede recuperarse como producto 30 mediante la corriente de producto purificado 30'. Como se indicó anteriormente con respecto a la Figura 1, se pueden evitar purificaciones adicionales, tales como destilaciones. Sin embargo, en determinadas realizaciones, pueden desearse purificaciones adicionales que incluyen destilaciones.
Sistema para realizar la cloración del cloroformo
Se puede describir un sistema para realizar los métodos de la invención con referencia a la Figura 3, que muestra un sistema 51 para realizar un método de cloración. El sistema 51 incluye el recipiente de reacción 53, que incluye la entrada 57, la válvula 61, la lámpara 63, el elemento de agitación 65 y la salida de producto 67.
Según realizaciones ejemplares, el cloroformo 54 a través de la corriente de alimentación de cloroformo 54' se combina con tetracloruro de carbono mediante, por ejemplo, la corriente de reciclado 75' para formar una pre-mezcla de reactivos. El cloro 52, a través de la corriente de alimentación 52', se combina después (a través de, por ejemplo, un borboteador en línea) con la premezcla de reactivos, que contiene cloroformo y tetracloruro de carbono, para formar una mezcla de reactivos dentro de la corriente 77'. Como se muestra en la Figura 3, el cloroformo y el tetracloruro de carbono se pueden mezclar o agitar, por otro lado, dentro de un dispositivo de mezcla, tal como un mezclador en línea 55, antes de la introducción del cloro. En otras realizaciones, que no se muestran, la mezcla que incluye el cloro, cloroformo y tetracloruro de carbono, que está contenida en la corriente 77', puede igualmente agitarse antes de la introducción en el reactor 53.
La corriente de alimentación 77' se introduce luego en el reactor 53 a través de la entrada 57. Como se explicó anteriormente, la radiación electromagnética de la lámpara 63 provoca una reacción de cloración mediante la cual el cloroformo se convierte a tetracloruro de carbono. El producto de tetracloruro de carbono resultante se elimina del reactor 53 a través de la salida 67 como una corriente de producto 66', que también puede denominarse corriente de producto crudo 66'. La corriente de producto 66' también puede incluir uno o más de cloroformo, cloro y cloruro de hidrógeno, así como otros subproductos a niveles relativamente bajos. Los subproductos gaseosos, tales como el cloruro de hidrógeno y el cloro, pueden eliminarse del reactor 53 a través de la válvula 61 para formar la corriente 79'. Esta corriente puede neutralizarse para su eliminación o separarse más para aislar el cloro y el ácido clorhídrico, que pueden usarse después en otros procesos químicos sintéticos.
La corriente de producto crudo 66' puede dirigirse al tanque 69, que puede incluir un tanque de desgasificación, donde la corriente de producto crudo 66' puede concentrarse mediante la eliminación de componentes ligeros tales como cloro y cloruro de hidrógeno a través de la corriente de gas 69', que se puede combinar con la corriente 79'. A través de, por ejemplo, la bomba 71, la corriente de producto crudo 66’, que incluye tetracloruro de carbono concentrado, puede dirigirse a través del circuito de recirculación 71', volver al reactor 53 mediante la corriente de alimentación de tetracloruro de carbono 75’. Alternativamente, la corriente de producto crudo concentrado se puede dirigir fuera del sistema para su almacenamiento y uso posterior a través de la corriente de producto de tetracloruro de carbono 73 '. En una o más realizaciones, la corriente de producto de tetracloruro de carbono 73' puede someterse a radiación electromagnética adicional (como se describe en la presente memoria en relación con la lámpara 63), suministrada desde, por ejemplo, un reactor UV de pulido o similar, para fotoclorar de ese modo cualquier cloroformo residual dentro de la corriente de productos. En una o más realizaciones, se puede añadir cloro adicional a la corriente de producto tratada en este reactor de pulido posteriormente.
Debe apreciarse que, según ciertas realizaciones de la invención, el bucle de recirculación 71 ’ es opcional en la medida en que la corriente de producto crudo 66’ se puede dirigir directamente a otros procesos (es decir, la corriente 66' se puede dirigir directamente a 73'). En estas realizaciones, sin embargo, deben usarse fuentes alternativas de tetracloruro de carbono para el medio de reacción.
Por lo tanto, debe apreciarse que el proceso (y sistema) de la presente invención se puede operar como un proceso continuo en el que los reactivos se alimentan continuamente a un reactor y el producto se elimina continuamente del reactor. Además, los requisitos del proceso para el tetracloruro de carbono pueden satisfacerse a partir de la corriente de producto que se deriva del sistema (por ejemplo, la corriente de producto de tetracloruro de carbono 66' puede reciclarse de nuevo al reactor 53 a través de la corriente de entrada 75'). En una o más realizaciones, después de la puesta en marcha inicial del sistema, donde se requieren fuentes externas de tetracloruro de carbono (por ejemplo, el tetracloruro de carbono 12), el proceso de la invención puede recibir más del 90%, en otras realizaciones más del 95%, y en otras realizaciones más del 99% de los requisitos de tetracloruro de carbono para el funcionamiento del sistema a partir de tetracloruro de carbono reciclado del sistema (por ejemplo, reciclado a través del bucle 71').
También debe apreciarse que se pueden realizar varias modificaciones al sistema 51 sin apartarse de la presente invención. Por ejemplo, el cloro 52 y el cloroformo 54 se pueden inyectar directamente en el reactor 53 a través de las respectivas corrientes de alimentación sin la necesidad de pre-mezclar el cloro 52 y el cloroformo 54 antes de la introducción en el recipiente de reacción 53. En realizaciones particulares, la corriente de alimentación de cloroformo 54' se puede introducir por debajo del nivel del líquido dentro del reactor (por ejemplo, a través de un tubo de inmersión). En estas u otras realizaciones, la corriente de alimentación de cloro 52' también se puede introducir por debajo del nivel de líquido mediante, por ejemplo, un borboteador. En una o más realizaciones, las corrientes de alimentación separadas y distintas pueden combinarse primero con tetracloruro de carbono y después introducirse directamente en el reactor 53. Además, el reactor 53 puede configurarse para proporcionar un flujo de material desde la parte inferior hasta la parte superior del reactor, como se muestra de manera general en la Figura 3, o el flujo del material se puede invertir de modo que las entradas se reciban en la parte superior del reactor y el producto se elimine del fondo del reactor.
En una o más realizaciones, la entrada 57 puede incluir un dispositivo de dispersión tal como un borboteador o un tubo de inmersión, y el recipiente 53 puede incluir múltiples entradas (no mostradas).
En una o más realizaciones, el recipiente 53 puede incluir una sola lámpara, como se muestra en la Figura 3, o puede incluir múltiples lámparas. En una o más realizaciones, la lámpara 63 puede incluir lámparas ultravioleta, láseres y diodos emisores de luz. En realizaciones particulares, las lámparas incluyen lámparas de arco de vapor de mercurio tales como lámparas Hanovia. En una o más realizaciones, la lámpara o lámparas (por ejemplo, la lámpara 63) pueden sumergirse parcialmente dentro del medio de reacción contenido dentro del recipiente 53 o pueden sumergirse completamente en el medio de reacción. En otras realizaciones, no mostradas, las lámparas pueden ser externas al interior del reactor, pero no obstante estar situadas para emitir la radiación electromagnética deseada en el medio del reactor.
Además, el recipiente de reacción 53 puede estar equipado con un sistema de regulación de la temperatura, tal como una camisa de calentamiento/enfriamiento. En una o más realizaciones, el elemento de agitación 65 puede incluir un solo agitador mecánico, tal como se muestra en la Figura 3, o pueden emplearse dispositivos de agitación múltiples. Como se conoce en la técnica, se pueden usar varias configuraciones de mezcla, incluyendo mezcladores montados en la parte superior e inferior.
En una o más realizaciones, el reactor 58 está configurado para incluir una zona oscura, que es un área dentro del reactor que no está sometida a niveles apreciables de radiación electromagnética que da lugar a la reacción de fotocloración deseada descrita en la presente memoria. La zona oscura proporciona de manera ventajosa tiempo y espacio para que la corriente de entrada 77' se diluya y se mezcle bien dentro del mayor volumen de tetracloruro de carbono contenido dentro del reactor 53 antes de que el cloro se radicalice y/o los radicales de cloro reaccionen con el cloroformo en presencia de radiación electromagnética apropiada. Como apreciará el experto en la materia, la zona oscura se puede crear empleando varios mecanismos. Por ejemplo, se puede colocar una obstrucción física dentro del reactor para proteger así un área de la radiación electromagnética emitida por la lámpara 63. Alternativamente, o en combinación con una obstrucción física, se puede formar una zona oscura proporcionando una distancia adecuada entre la lámpara 63 y la localización deseada de la zona oscura. Como apreciará una persona experta, la entrada 57 está localizada de manera deseable dentro o adyacente a la zona oscura.
Debe apreciarse que, en el arranque, el reactor 53 se carga inicialmente con tetracloruro de carbono para formar un medio inicial en el que tiene lugar la reacción. En una o más realizaciones, el reactor está desprovisto o sustancialmente desprovisto de cloroformo al comienzo de la reacción para evitar tener un exceso de cloroformo con respecto al cloro en cualquier punto de la reacción. Una vez que la reacción está en marcha, el equilibrio apropiado de cloro y cloroformo, y por lo tanto también de tetracloruro de carbono, dentro del reactor 53, cuyo equilibrio se describirá a continuación en la presente memoria, se puede mantener regulando las entradas de cloro, cloroformo y, opcionalmente, tetracloruro de carbono en el reactor 53.
Si bien este sistema se ha descrito con referencia a realizaciones específicas de la invención, el experto en la materia puede adaptar el sistema, sin cálculos o experimentación indebidos, para acomodar otros procesos descritos en la presente memoria.
Características de la corriente de alimentación de tetracloruro de carbono
En una o más realizaciones, la corriente de alimentación de tetracloruro de carbono (por ejemplo, 12', 75') es sustancialmente tetracloruro de carbono, que se refiere a una corriente de alimentación que no incluye cantidades apreciables de componentes distintos del tetracloruro de carbono. En una o más realizaciones, la corriente de alimentación de tetracloruro de carbono (por ejemplo, 12', 75') consiste esencialmente en tetracloruro de carbono, que se refiere a una composición que está libre de otros componentes que de otro modo impactarían materialmente las características básicas y novedosas de las realizaciones de la invención. En una o más realizaciones, la corriente de alimentación de tetracloruro de carbono (por ejemplo, 12', 75') consiste en tetracloruro de carbono. En una o más realizaciones, el tetracloruro de carbono es tetracloruro de carbono de calidad técnica. En una o más realizaciones, la corriente de alimentación de tetracloruro de carbono 12', 75' incluye de aproximadamente 99,9 a aproximadamente 100% en peso de tetracloruro de carbono. En una o más realizaciones, la corriente de alimentación de tetracloruro de carbono (por ejemplo, 12', 75') incluye menos de 7000 ppm, en otras realizaciones menos de 6000 ppm, en otras realizaciones menos de 5500 ppm, en otras realizaciones 5000 ppm, en otras realizaciones menos de 2500 ppm, en otras realizaciones menos de 1000 ppm, en otras realizaciones menos de 750 ppm, en otras realizaciones menos de 500 ppm y en otras realizaciones menos de 100 ppm de componentes orgánicos clorados distintos del tetracloruro de carbono.
Características de la corriente de alimentación de cloro
En una o más realizaciones, la corriente de alimentación de cloro (por ejemplo, 14', 52') es sustancialmente cloro, que se refiere a una corriente de alimentación que no incluye cantidades apreciables de componentes distintos del cloro gaseoso. En una o más realizaciones, la corriente de alimentación de cloro gaseoso (por ejemplo, 14', 52') consiste esencialmente en cloro gaseoso, que se refiere a una composición que está libre de otros componentes que de otro modo impactarían materialmente las características básicas y novedosas de las realizaciones de la invención. En una
o más realizaciones, la corriente de alimentación de cloro gaseoso (por ejemplo, 14', 52') consiste en cloro gaseoso. En una o más realizaciones, la corriente de alimentación de cloro (por ejemplo, 14', 52') incluye de aproximadamente 99,5 a aproximadamente 100% en volumen de cloro. En una o más realizaciones, la corriente de alimentación de cloro (por ejemplo, 14', 54') incluye menos de 5000 ppm, en otras realizaciones menos de 1000 ppm, en otras realizaciones menos de 750 ppm y en otras realizaciones menos de 500 ppm de componentes distintos que el cloro.
En una o más realizaciones, la corriente de alimentación de gas cloro (por ejemplo, 14', 52') se burbujea con nitrógeno u otro medio inerte, tal como argón, antes de la introducción en el sistema. Por consiguiente, en una o más realizaciones, la corriente de alimentación de gas cloro (por ejemplo, 14', 52') está sustancialmente desprovista de oxígeno, lo que se refiere a una corriente de alimentación que no incluye cantidades apreciables de oxígeno. En una o más realizaciones, la corriente de alimentación de cloro (por ejemplo, 14', 52') incluye menos de 2500 ppm, en otras realizaciones menos de 1000 ppm, en otras realizaciones menos de 750 ppm, en otras realizaciones menos de 500 ppm y en otras realizaciones menos de 250 ppm de oxígeno.
Características de la alimentación de cloroformo
En una o más realizaciones, la corriente de alimentación de cloroformo 20', 54' es sustancialmente cloroformo, que se refiere a una corriente de alimentación que no incluye cantidades apreciables de componentes distintos del cloroformo. En una o más realizaciones, la corriente de alimentación de cloroformo 20', 54' consiste esencialmente en cloroformo, que se refiere a una composición que está libre de otros componentes que de otro modo impactarían materialmente las características básicas y novedosas de las realizaciones de la invención. En una o más realizaciones, la corriente de alimentación de cloroformo 20', 62 consiste en cloroformo. En una o más realizaciones, el cloroformo es cloroformo de grado técnico. En otras realizaciones, se emplea cloroformo de grado fluorocarbonado. En otras realizaciones más, el cloroformo puede incluir una alimentación de otros procesos sintéticos tales como la producción de clorometanos. En una o más realizaciones, la corriente de alimentación de cloroformo 20', 54' incluye de aproximadamente 99,8 a aproximadamente 100% en peso de cloroformo. En una o más realizaciones, la corriente de alimentación de cloroformo 20', 62 incluye menos de 5000 ppm, en otras realizaciones menos de 2500 ppm, en otras realizaciones menos de 2000 ppm, en otras realizaciones menos de 1000 ppm, en otras realizaciones menos de 750 ppm y, en otras realizaciones, menos de 500 ppm de componentes distintos del cloroformo.
Características de la mezcla de reacción
En una o más realizaciones, la mezcla de reacción (por ejemplo, la mezcla de reacción 22 o el contenido del reactor 53), que incluye tetracloruro de carbono, cloro, cloruro de hidrógeno y cloroformo, así como subproductos residuales tales como compuestos orgánicos clorados pesados, se mantiene a una temperatura y presión que mantendrán el tetracloruro de carbono en estado líquido. Como apreciará el experto en la materia, una presión de funcionamiento más alta permitirá una temperatura de funcionamiento más alta, ya que los procesos de la invención se llevan a cabo de forma deseable en la fase líquida.
En una o más realizaciones, la mezcla de reacción (por ejemplo, la mezcla 22 o el contenido del reactor 53), durante y opcionalmente antes de la etapa reacción o de cloración (por ejemplo, la etapa de reacción 21), se mantiene a una temperatura superior a 10°C, en otras realizaciones superior a 15°C, y en otras realizaciones superior a 20°C. En estas u otras realizaciones, la mezcla de reacción se mantiene, tanto antes como durante la etapa de reacción, a una temperatura inferior a 70°C, en otras realizaciones inferior a 60°C y en otras realizaciones inferior a 50°C. En una o más realizaciones, la mezcla de reacción se mantiene, tanto antes como durante la etapa de reacción, a una temperatura de aproximadamente 10 a aproximadamente 70°C, en otras realizaciones de aproximadamente 15 a aproximadamente 60°C, o en otras realizaciones de aproximadamente 20 a aproximadamente 50°C. En una o más realizaciones, la mezcla de reacción (por ejemplo, la mezcla 22 o el contenido del reactor 53) se mantiene a una temperatura y presión suficientes para mantener niveles relativamente altos de cloro, así como de cloroformo, dentro del medio de tetracloruro de carbono.
En una o más realizaciones, la mezcla de reacción (por ejemplo, la mezcla 22 o el contenido del reactor 53) se mantiene, tanto antes como durante la etapa de reacción o de cloración (por ejemplo, la etapa 21), bajo una presión superior a 0,8, en otras realizaciones superior a 0,9 y, en otras realizaciones superior a 0,95 atmósferas. En estas u otras realizaciones, la mezcla de reacción se mantiene, tanto antes como durante la etapa de reacción, a una presión inferior a 15, en otras realizaciones inferior a 10 y en otras realizaciones inferior a 5 atmósferas. En una o más realizaciones, la mezcla de reacción se mantiene, tanto antes como durante la etapa de reacción, bajo una presión de aproximadamente 0,8 a aproximadamente 15, en otras realizaciones de aproximadamente 0,9 a aproximadamente 10, o en otras realizaciones de aproximadamente 0,95 a aproximadamente 5 atmósferas.
En una o más realizaciones, la mezcla de reacción (por ejemplo, la mezcla 22 o el contenido del reactor 53) se mantiene, tanto antes como durante la etapa de reacción o de cloración (por ejemplo, la etapa 21), bajo agitación. En una o más realizaciones, la agitación es suficiente para lograr un flujo turbulento a través del reactor en el que tiene lugar la reacción (por ejemplo, el reactor 53). En una o más realizaciones, la agitación es suficiente para lograr una turbulencia que puede cuantificarse mediante un número de Reynolds mayor de 4000, en otras realizaciones mayor de 10000 y en otras realizaciones mayor de 20000. En estas u otras realizaciones, la mezcla de reacción se mantiene, tanto antes como durante la etapa de reacción (por ejemplo, la etapa 21), se agita para proporcionar una turbulencia
que puede cuantificarse mediante un número de Reynolds de aproximadamente 4000 a aproximadamente 30000, en otras realizaciones. de aproximadamente 8000 a aproximadamente 28000, o en otras realizaciones de aproximadamente 10000 a aproximadamente 26000. En una o más realizaciones, el proceso de fotocloración de la presente invención se lleva a cabo dentro de un reactor (por ejemplo, el reactor 53) que es un reactor bien mezclado con suficiente agitación para acercarse al reactor de tanque con agitación continua (CSTR) ideal.
Como se sugirió anteriormente, la introducción de cloroformo a la mezcla de reacción (por ejemplo, la mezcla 22 o el contenido del reactor 53), cuya velocidad de alimentación regula así la concentración de cloroformo dentro del reactor, se proporciona en una cantidad y de una manera que da la reacción sustancialmente instantánea del cloroformo a tetracloruro de carbono en presencia de luz ultravioleta. Se ha descubierto inesperadamente que la dilución y dispersión del cloroformo, que es miscible en tetracloruro de carbono, inmediatamente antes y durante la etapa de reacción (por ejemplo, etapa 21) es un parámetro crítico para obtener los resultados ventajosos de la invención.
En una o más realizaciones, la velocidad de alimentación del cloroformo al reactor (por ejemplo, el reactor 53) se puede cuantificar en relación con el tetracloruro de carbono dentro del reactor. En una o más realizaciones, la velocidad de alimentación de cloroformo es mayor de 10, en otras realizaciones mayor de 15, en otras realizaciones mayor de 25, en otras realizaciones mayor de 35, en otras realizaciones mayor de 45, en otras realizaciones mayor de 55 , en otras realizaciones mayor de 65, en otras realizaciones mayor de 75, en otras realizaciones mayor de 85, en otras realizaciones mayor de 95, en otras realizaciones mayor de 110, y en otras realizaciones mayor de 120 libras por hora por 1000 libras de tetracloruro de carbono dentro del reactor. En estas u otras realizaciones, la velocidad de alimentación de cloroformo es inferior a 1000, en otras realizaciones inferior a 800, en otras realizaciones inferior a 650, en otras realizaciones inferior a 500, en otras realizaciones inferior a 250, en otras realizaciones inferior a 200, en otras realizaciones inferior a 150, en otras realizaciones inferior a 125, en otras realizaciones inferior a 100, en otras realizaciones inferior a 80, en otras realizaciones inferior a 60, en otras realizaciones inferior a 40, en otras realizaciones inferior a 30, y en otras realizaciones inferior a 25 libras por hora por 1000 libras de tetracloruro de carbono dentro del reactor. En una o más realizaciones, la velocidad de alimentación del cloroformo es de aproximadamente 10 a aproximadamente 1000, en otras realizaciones de aproximadamente 25 a aproximadamente 650, y en otras realizaciones de aproximadamente 55 a aproximadamente 200 libras por hora por 1000 libras de tetracloruro de carbono dentro el reactor.
En una o más realizaciones, la dilución del cloroformo también puede cuantificarse basándose en la cantidad de cloroformo dentro de la mezcla de reacción (por ejemplo, la mezcla 22 o el contenido del reactor 53). Por ejemplo, la concentración de cloroformo dentro de la mezcla de reacción se puede cuantificar basándose en el peso de cloroformo en relación con el peso de la mezcla de reacción, que incluye tetracloruro de carbono, cloro, cloruro de hidrógeno y cloroformo dentro de la mezcla de reacción. Como apreciará una persona experta, estas cantidades (es decir, el cloroformo dentro de la mezcla de reacción) se pueden determinar midiendo la cantidad de cloroformo dentro del efluente del reactor (es decir, en la salida), que en un reactor bien agitado es equivalente a la cantidad de cloroformo en la zona de reacción, donde la zona de reacción se refiere a esa localización dentro del medio de reacción (es decir, dentro del reactor) en la que tiene lugar la cloración del cloroformo (es decir, la mezcla de reacción se somete a la longitud de onda apropiada de radiación electromagnética). En una o más realizaciones, la concentración de cloroformo dentro de la mezcla de reacción es menos de 5000 ppm (en peso), en otras realizaciones menos de 4000 ppm, en otras realizaciones menos de 3000 ppm y en otras realizaciones menos de 2000 ppm de cloroformo basado en el peso total de la mezcla de reacción. En una o más realizaciones, la concentración de cloroformo dentro de la mezcla de reacción es de aproximadamente 1 a aproximadamente 5000 ppm, en otras realizaciones de aproximadamente 50 a aproximadamente 3000 ppm, y en otras realizaciones de aproximadamente 100 a aproximadamente 2000 ppm de cloroformo basado en el peso total de la mezcla de reacción.
Como se sugirió anteriormente, se cree que la cantidad de cloro presente durante la etapa de reacción (por ejemplo, etapa de reacción 21) o, dicho de otra manera, dentro de la mezcla de reacción, es un parámetro importante para poner en práctica la invención. En una o más realizaciones, la introducción de cloro a la mezcla de reacción (por ejemplo, al recipiente 53) se proporciona en una cantidad y de una manera que proporciona a la reacción al menos una cantidad estequiométrica, o un exceso estequiométrico de cloro, con respecto al cloroformo. En una o más realizaciones, la concentración del cloro dentro del medio de reacción (es decir, tetracloruro de carbono) está al nivel de saturación del cloro dentro del tetracloruro de carbono a la temperatura y presión a las que se realiza la reacción. En una o más realizaciones, la cantidad de cloro con el reactor (por ejemplo, el reactor 53) es suficiente para mantener niveles apreciables de cloro dentro del espacio superior del reactor. En la medida en que el exceso de cloro se alimente al reactor en relación con el cloroformo, la concentración de cloro dentro del reactor puede continuar aumentando con el tiempo hasta que se logre un nivel de saturación en relación con la temperatura y la presión dentro del reactor, aunque la recirculación del tetracloruro de carbono a través de un circuito de recirculación puede servir para modular la cantidad de cloro dentro del reactor.
En una o más realizaciones, la cantidad de cloro introducida en la mezcla de reacción puede cuantificarse basándose en la relación molar de cloro a cloroformo alimentado al reactor. En una o más realizaciones, la relación molar de cloro a cloroformo que se alimenta, por ejemplo, al reactor 53, es mayor de 1,00:1,00, en otras realizaciones mayor de 1,02:1,00 y en otras realizaciones mayor de 1,04:1,00. En una o más realizaciones, la relación molar de cloro a cloroformo es de aproximadamente 1,00:1,00 a aproximadamente 1,10:1,00, en otras realizaciones de
aproximadamente 1,01:1,00 a aproximadamente 1,08:1,00, y en otras realizaciones de aproximadamente 1,02:1,00 a aproximadamente 1,06:1,00.
En estas u otras realizaciones, la cantidad de cloro empleada en el proceso de la presente invención puede cuantificarse basándose en la concentración de cloro dentro de la mezcla de reacción. Como apreciará una persona experta, estas cantidades (es decir, el cloro dentro de la mezcla de reacción) se pueden determinar midiendo la cantidad de cloro dentro del efluente del reactor (es decir, en la salida), que en un reactor bien agitado es equivalente a la cantidad de cloro en la zona de reacción, donde la zona de reacción se refiere a la localización dentro del medio de reacción (es decir, dentro del reactor) en la que tiene lugar la cloración del cloroformo. En una o más realizaciones, la concentración de cloro dentro del efluente es mayor del 0,01% en peso, en otras realizaciones mayor del 0,1% en peso, en otras realizaciones mayor del 0,3% en peso, en otras realizaciones mayor del 0,6% en peso, en otras realizaciones mayor del 1,2% en peso, en otras realizaciones mayor del 1,5% en peso, en otras realizaciones mayor del 1,8% en peso y en otras realizaciones mayor del 2,0% en peso basado en el peso total de la mezcla de reacción. En estas u otras realizaciones, la concentración de cloro dentro del efluente del reactor está al nivel de saturación para la temperatura y presión dadas, en otras realizaciones menos del 5% en peso, en otras realizaciones menos del 4,6% en peso y en otras realizaciones menos del 4,2% en peso basado en el peso total de la mezcla de reacción. En una o más realizaciones, la concentración de cloro dentro del efluente del reactor es de aproximadamente 0,01% en peso a la saturación, en otras realizaciones de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 5% en peso, en otras realizaciones de aproximadamente 0,3 a aproximadamente 5% en peso, en otras realizaciones de aproximadamente 1,8 a aproximadamente 4,6% en peso, y en otras realizaciones de aproximadamente 2,0% en peso a aproximadamente 4,2% en peso basado en el peso total de la mezcla de reacción.
Características de la radiación electromagnética
En una o más realizaciones, la radiación electromagnética empleada en la práctica de la presente invención (por ejemplo, generada por la lámpara 63) se caracteriza por incluir una longitud de onda de aproximadamente 200 a aproximadamente 500 nm, en otras realizaciones de aproximadamente 200 a aproximadamente 400 nm, en otra realización de aproximadamente 280 a aproximadamente 380 nm, y en otras realizaciones de aproximadamente 300 a aproximadamente 350. En estas u otras realizaciones, la radiación electromagnética se caracteriza por una distribución de longitud de onda, basada en la intensidad relativa, donde de aproximadamente 50 a aproximadamente 60% de la intensidad tiene una longitud de onda de aproximadamente 280 a aproximadamente 435 nm, en estas u otras realizaciones en las que de aproximadamente el 40 a aproximadamente el 50% de la intensidad tiene una longitud de onda de aproximadamente 300 a aproximadamente 380 nm, y en estas u otras realizaciones en las que de aproximadamente el 20 a aproximadamente el 30% de la intensidad tiene una longitud de onda de aproximadamente 330 a aproximadamente 370 nm. En una o más realizaciones, la radiación electromagnética incluye luz ultravioleta.
En una o más realizaciones, la radiación electromagnética se proporciona desde una o más lámparas productoras de luz que funcionan desde 40 hasta aproximadamente 20000, en otras realizaciones desde aproximadamente 75 hasta aproximadamente 18000, y en otras realizaciones desde aproximadamente 100 hasta aproximadamente 10000 W. En una o más realizaciones, la radiación electromagnética se proporciona a partir de una o más lámparas de mercurio. En realizaciones específicas, la radiación electromagnética se proporciona desde una lámpara de arco de vapor de mercurio Hanovia.
Características de la corriente de productos
Como se discutió anteriormente, la corriente de producto crudo de tetracloruro de carbono (por ejemplo, corrientes 28' y 66') incluye el producto de tetracloruro de carbono deseado, cloro y cloruro de hidrógeno, así como subproductos residuales tales como compuestos orgánicos pesados clorados. En una o más realizaciones, estas corrientes de productos (por ejemplo, 28', 66') son sustancialmente tetracloruro de carbono, cloroformo, cloruro de hidrógeno y, opcionalmente, cloro, que se refiere a una corriente de productos que no incluye cantidades apreciables de componentes distintos de tetracloruro de carbono, cloroformo, cloruro de hidrógeno y opcionalmente cloro. En una o más realizaciones, la corriente de producto (por ejemplo, 28', 66') consiste esencialmente en tetracloruro de carbono, opcionalmente cloroformo, opcionalmente cloruro de hidrógeno y opcionalmente cloro, que se refiere a una composición que está libre de otros componentes que de otro modo impactarían materialmente las características básicas y novedosas de las realizaciones de la invención. En una o más realizaciones, la corriente de producto (por ejemplo, 28', 66') consiste en tetracloruro de carbono, opcionalmente cloroformo, opcionalmente cloruro de hidrógeno y opcionalmente cloro.
En una o más realizaciones, la corriente de producto (por ejemplo, 28', 66') incluye menos de 2500 ppm, en otras realizaciones menos de 1000 ppm, en otras realizaciones menos de 500, en otras realizaciones menos de 250 y en otras realizaciones menos de 100 ppm (partes por millón en peso) de hidrocarburos clorados distintos de tetracloruro de carbono (por ejemplo, hexacloroetano).
En una o más realizaciones, la corriente de producto (por ejemplo, 28', 66') incluye menos de 2500 ppm, en otras realizaciones menos de 1000 ppm, en otras realizaciones menos de 750 y en otras realizaciones menos de 500 ppm (partes por millón en peso) de componentes distintos de tetracloruro de carbono, cloruro de hidrógeno y cloro.
En una o más realizaciones, la corriente de producto (por ejemplo, 28', 66') se caracteriza por un nivel ventajosamente bajo de cloroformo, que es indicativo de un alto rendimiento de reacción. En una o más realizaciones, el rendimiento de la reacción, en relación con el cloroformo, es superior al 90,00%, en otras realizaciones superior al 92,00%, en otras realizaciones superior al 95,00%, en otras realizaciones superior al 97,00%, en otras realizaciones superior al 98,00%, en otras realizaciones superior al 99,00%, en otras realizaciones superior al 99,50% y en otras realizaciones superior al 99,99%. En realizaciones particulares, el rendimiento, con respecto al cloroformo, es del 100%. Como resultado, la corriente de producto 28', 66' incluye menos de 6000 ppm, en otras realizaciones menos de 5500 ppm, en otras realizaciones menos de 5000 ppm, en otras realizaciones menos de 4500 ppm, en otras realizaciones menos de 4000 ppm, en otras realizaciones menos de 3000 ppm, en otras realizaciones menos de 2000 ppm, en otras realizaciones menos de 1000 ppm, en otras realizaciones menos de 500 ppm, en otras realizaciones menos de 250, en otras realizaciones menos de 100, en otras realizaciones menos de 50, y en otras realizaciones menos de 10 ppm (partes por millón en peso) de cloroformo.
Mecanismo de reacción
Como se sugiere en la presente memoria, se cree que la manera y secuencia de este proceso estimula la formación de radicales libres de cloro y la reacción de estos radicales con cloroformo antes de cualquier reacción secundaria (por ejemplo, la dimerización de cloroformo) para aumentar así la selectividad de la reacción. Sin desear estar ligado a ninguna teoría en particular, se cree que las siguientes reacciones tienen lugar durante una o más etapas de la presente invención:
Cl2 + hv ^ 2Cl * (1) Iniciación
CHCl3 Cl * ^ CCl3* HCl (2) Propagación
CCl3* Cl2 ^ CCl4 Cl * (3) Propagación
CCl3* CCl3* ^ C2Cl6 (4) Terminación
CCl3* Cl * ^ CCl4 (5) Terminación
Cl * Cl * ^ Cl2 (6) Terminación.
Las reacciones 1-3 son la ruta deseada para convertir el cloroformo y el cloro gaseoso en tetracloruro de carbono y subproducto de HCl. La reacción 5 conduce al producto deseado, pero a costa de terminar la cadena de reacción de radicales libres. La reacción 4 termina la cadena e incluye la formación de hexacloroetano mediante la dimerización de dos radicales triclorometilo; esta reacción se evita sustancialmente mediante la presente invención. La reacción 6 termina la cadena de reacción, pero proporciona cloro que puede generar nuevamente radicales libres en presencia de un iniciador, tal como la luz ultravioleta.
Aplicabilidad industrial
En una o más realizaciones, la corriente de producto crudo (por ejemplo, corrientes 28' o 66', 73'), puede usarse en la síntesis de compuestos orgánicos clorados. Como se indicó anteriormente, el proceso de una o más realizaciones de la presente invención proporciona ventajosamente una corriente de producto que puede usarse directamente en estos procesos sintéticos posteriores sin la necesidad de etapas de separación, tales como etapas de destilación, para eliminar subproductos orgánicos clorados más pesados tales como hexacloroetano.
En una o más realizaciones, el tetracloruro de carbono producido según las realizaciones de la invención, como una corriente de producto crudo, puede combinarse directamente con una olefina, tal como etileno o cloruro de vinilo, y hacerse reaccionar en presencia de un catalizador apropiado para formar un propano clorado y/o propeno clorado. En este sentido, se puede hacer referencia a los documentos de Patente U.S. Patent Nos. 6,187,978, y 6,313,360, y a las solicitudes de Patente U.S. Publication Nos. 2012/0310020, 2009/0216055, y 2004/0225166,
Para demostrar la práctica de la presente invención, se han preparado y probado los siguientes ejemplos. Sin embargo, los ejemplos no deben considerarse como limitantes del alcance de la invención. Las reivindicaciones servirán para definir la invención.
Ejemplos
Ejemplos 1-5
Todas las reacciones de los Ejemplos 1-5 se llevaron a cabo en un reactor agitado Pyrex de un litro encamisado (reactor Ace # 7864-12) con un pocillo de lámpara de inmersión de cuarzo encamisado enfriado por agua, (Ace # 7874-38). Una lámpara de arco de vapor de mercurio de presión media de 450 vatios (Ace # 7825-35) proporcionó la iluminación. Se usó una barra de agitación magnética para asegurar que el reactor estuviera bien mezclado; se calculó que las condiciones de mezcla dentro del reactor producirían un número de Reynolds de aproximadamente 24400. Cada experimento se llevó a cabo durante un intervalo de tiempo de aproximadamente seis horas. Los ejemplos se analizaron mediante cromatografía de gases usando una columna DB-624 de 30 m x 0,53 mm y un detector de
conductividad térmica (TCD). La selectividad se calculó midiendo la concentración de hexacloroetano (el único producto indeseable detectado), calculando el porcentaje de cloroformo consumido en su formación y restando eso del 100%. Los datos relevantes de cada ejemplo se resumen en la Tabla 1 a continuación.
Ejemplo 1 (no según la invención)
El reactor se cargó con 1158 gramos de una mezcla que contenía 4,4% en peso de cloroformo y 95,6% en peso de tetracloruro de carbono. La temperatura de reacción se mantuvo a 35°C. Se encendió la lámpara UV. Después de cinco minutos, se suministró cloroformo al 100% en peso a una velocidad de 0,29 g/min y se burbujeó gas cloro al 100% en peso en la solución a una velocidad de 0,18 g/min durante 6 horas. Se alimentó con cloro al 70% de lo que se requería estequiométricamente para la reacción. Las muestras se tomaron cada hora durante un período de tiempo de seis horas. Se determinó que la selectividad de cloroformo a tetracloruro de carbono era del 65,2%, produciendo hexacloroetano el resto del cloroformo. Los datos recogidos cada hora no mostraron cambios más allá de las variaciones experimentales normales en la selectividad a lo largo del tiempo.
Ejemplo 2
El reactor se cargó con 1196 gramos de tetracloruro de carbono al 100% en peso. La temperatura de reacción se mantuvo a 35°C. Se encendió la lámpara UV. Después de cuatro minutos, se suministró cloroformo al 100% a una velocidad de 0,30 g/min y se burbujeó cloro al 100% en peso en la solución a una velocidad de 0,18 g/min durante 6 horas, 10 minutos. Se alimentó con cloro a lo que se requería estequiométricamente para la reacción. Se tomaron muestras cada hora. Se determinó que la selectividad de cloroformo a tetracloruro de carbono era aproximadamente del 100%, siendo la conversión de cloroformo a hexacloroetano inferior al 0,003% (no detectable en el límite de detección del método). Los datos recogidos cada hora no mostraron cambios más allá de las variaciones experimentales normales en la selectividad a lo largo del tiempo.
Ejemplo 3
El reactor se cargó con 1190 gramos de tetracloruro de carbono al 100% en peso. La temperatura de reacción se mantuvo a 25°C. Se encendió la lámpara UV. Después de cuatro minutos, se suministró cloroformo al 100% en peso a una velocidad de 0,30 g/min y se burbujeó cloro al 100% en peso en la solución a una velocidad de 0,18 g/min durante 5 horas. Se alimentó con cloro a lo que se requería estequiométricamente para la reacción. Se tomaron muestras cada hora. Se determinó que la selectividad de cloroformo a tetracloruro de carbono era aproximadamente del 100%, siendo la conversión de cloroformo a hexacloroetano inferior al 0,003% (no detectable en el límite de detección del método). Los datos recopilados cada hora no mostraron cambios más allá de las variaciones experimentales normales en la selectividad a lo largo del tiempo.
Ejemplo 4
El reactor se cargó con 1207 gramos de tetracloruro de carbono al 100% en peso. La temperatura de reacción se mantuvo a 35°C. Se burbujeó cloro a una velocidad de 0,18 g/min. La lámpara UV se encendió después de 30 minutos. Después de cinco minutos adicionales, se suministró cloroformo al 100% a una velocidad de 0,31 g/min. Se suministró cloro en exceso de lo que se requería estequiométricamente para la reacción. Se tomaron muestras cada hora. Se determinó que la selectividad de cloroformo a tetracloruro de carbono era aproximadamente del 100%, siendo la conversión de cloroformo a hexacloroetano inferior al 0,003% (no detectable en el límite de detección del método). Los datos recopilados cada hora no mostraron cambios más allá de las variaciones experimentales normales en la selectividad a lo largo del tiempo.
Ejemplo 5 (no según la invención)
El reactor se cargó con 1225 gramos de una mezcla que contenía aproximadamente 5000 ppm en peso de cloroformo con el resto de tetracloruro de carbono. La temperatura de reacción se mantuvo a 35°C. Se encendió la lámpara UV. Después de cinco minutos, se suministró cloroformo al 100% en peso a una velocidad de 0,30 g/min y se burbujeó gas cloro al 100% en peso en la solución a una velocidad de 0,18 g/min durante 5 horas. Se alimentó con cloro al 94% de lo que se requería estequiométricamente para la reacción. Se tomaron muestras cada hora. Se determinó que la selectividad de cloroformo a tetracloruro de carbono era del 81,4%, produciendo el resto del cloroformo hexacloroetano. Los datos recopilados cada hora no mostraron cambios más allá de las variaciones experimentales normales en la selectividad a lo largo del tiempo.
Tabla 1
Los datos de la Tabla 1 muestran que los Ejemplos 1 y 5 quedan fuera de la práctica de la presente invención ya que la velocidad de conversión y la selectividad de la reacción a tetracloruro de carbono estaban por debajo de los niveles aceptables. La corriente de producto resultante tanto del Ejemplo 1 como 5 requeriría una destilación adicional de la corriente de producto para eliminar el hexacloroetano. Los Ejemplos 2, 3 y 4 proporcionan resultados muy ventajosos, lo que sugiere que el exceso de cloroformo presente durante los Ejemplos 1 y 5 impacta negativamente en la reacción.
Ejemplos 6-9
Para los Ejemplos 6-9, el sistema de reactor utilizado en los Ejemplos 1 -5 se modificó para proporcionar un circuito de circulación dispuesto de modo que el cloroformo se pudiera combinar con tetracloruro de carbono fuera del reactor, y después se podría burbujear cloro en esta mezcla antes de introducir la mezcla de cloroformo, tetracloruro de carbono y cloro en el reactor. Se usó una barra de agitación magnética para asegurar que el reactor estuviera bien mezclado; se calculó que las condiciones de mezcla dentro del reactor producirían un número de Reynolds de aproximadamente 20000. Cada experimento se llevó a cabo durante un intervalo de tiempo de aproximadamente 90 minutos. El producto se extrajo de la parte superior del reactor a un receptor de producto para mantener un volumen constante de líquido en el reactor a lo largo de cada experimento. Se empleó una lámpara de vapor de mercurio de presión media de 100 vatios (Ace # 7825-30) que estaba equipada con un filtro de vidrio de borosilicato (Ace # 7835 44) para atenuar la radiación a longitudes de onda más bajas. Los datos relevantes de cada ejemplo se resumen en la Tabla 2 a continuación.
Ejemplo 6
El reactor se cargó con 957 gramos de tetracloruro de carbono. La temperatura de reacción se mantuvo a 35°C. Se encendió la lámpara UV. Después de cinco minutos, se suministró cloroformo al 100% en peso a una velocidad de 5,30 g/min y se burbujeó gas cloro al 100% en peso en la solución a una velocidad de 3,42 g/min durante 90 minutos. Se alimentó con cloro al 112% de lo que se requería estequiométricamente para la reacción. Se tomaron muestras cada 30 minutos. La conversión de cloroformo fue del 98,90% y la selectividad de cloroformo a tetracloruro de carbono fue del 99,94%, produciendo hexacloroetano el resto del cloroformo reaccionado.
Ejemplo 7 (no según la invención)
El reactor se cargó con 953 gramos de una mezcla que contenía 1,02% de cloroformo en tetracloruro de carbono. La temperatura de reacción se mantuvo a 35°C. Se encendió la lámpara UV. Después de cinco minutos, se suministró cloroformo al 100% en peso a una velocidad de 5,78 g/min y se burbujeó gas cloro al 100% en peso en la solución a una velocidad de 3,42 g/min durante 90 minutos. Se suministró cloro al 100% de lo que se requería estequiométricamente para la reacción del cloroformo que se alimentaba. Se tomaron muestras cada 30 minutos. La conversión de cloroformo fue del 97,79% y la selectividad de cloroformo a tetracloruro de carbono fue del 99,84%, produciendo hexacloroetano el resto del cloroformo reaccionado.
Ejemplo 8 (no según la invención)
El reactor se cargó con 1044 gramos de una mezcla que contenía 8,93% de cloroformo en tetracloruro de carbono. La temperatura de reacción se mantuvo a 35°C. Se encendió la lámpara UV. Después de cinco minutos, se suministró cloroformo al 100% en peso a una velocidad de 5,76 g/min y se burbujeó gas cloro al 100% en peso en la solución a una velocidad de 3,42 g/min durante 90 minutos. Se suministró cloro al 100% de lo que se requería estequiométricamente para la reacción del cloroformo que se alimentaba. Se tomaron muestras cada 30 minutos. La conversión de cloroformo fue del 90,99% y la selectividad de cloroformo a tetracloruro de carbono fue del 99,67%, produciendo hexacloroetano el resto del cloroformo reaccionado.
Ejemplo 9 (no según la invención)
En este ejemplo, se retiró el filtro de vidrio de borosilicato de la lámpara. El reactor se cargó con 963 gramos de una mezcla que contenía 1,24% de cloroformo en tetracloruro de carbono. La temperatura de reacción se mantuvo a 35°C. Se encendió la lámpara UV. Después de cinco minutos, se suministró cloroformo al 100% en peso a una velocidad de
5,78 g/min y se burbujeó gas cloro al 100% en peso en la solución a una velocidad de 3,42 g/min durante 90 minutos. Se suministró cloro al 100% de lo que se requería estequiométricamente para la reacción del cloroformo que se alimentaba. Se tomaron muestras cada 30 minutos. La conversión de cloroformo fue del 98,33% y la selectividad de cloroformo a tetracloruro de carbono fue del 99,60%, produciendo hexacloroetano el resto del cloroformo reaccionado.
Tabla 2
Los datos de la Tabla 2 muestran que los Ejemplos 7, 8 y 9 quedan fuera de la práctica de la presente invención ya que la selectividad de la reacción a tetracloruro de carbono estaba fuera de los intervalos aceptables. Por ejemplo, en el Ejemplo 7, al lograr solo un 99,84% de selectividad, la corriente de producto resultante incluye más de 1500 ppm de hexacloroetano, que es un nivel inaceptable para la mayoría de los procesos sintéticos que utilizan tetracloruro de carbono como materia prima. Por tanto, sería necesaria una destilación adicional de la corriente de producto para eliminar el hexacloroetano. Se cree que los Ejemplos 7, 8 y 9 fallaron debido a la presencia de un exceso de cloroformo durante la reacción.
Claims (8)
1. Un método para producir tetracloruro de carbono, comprendiendo el método la etapa de:
hacer reaccionar cloro con cloroformo en presencia de radiación electromagnética dentro de una mezcla de reacción que incluye cloro, cloroformo y tetracloruro de carbono, donde la concentración de cloroformo es menor de 5000 ppm en peso con respecto al peso de la mezcla de reacción, donde la mezcla de reacción incluye al menos niveles estequiométricos de cloro en relación con el cloroformo, donde la radiación electromagnética crea radicales cloruro y donde la mezcla de reacción está bien mezclada.
2. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la concentración de cloroformo es menor de 4000 ppm en peso en relación con el peso de la mezcla de reacción.
3. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la concentración de cloro dentro de la mezcla de reacción es superior al 0,1% en peso de cloro en base al peso total de la mezcla de reacción.
4. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la radiación electromagnética tiene una longitud de onda de aproximadamente 200 a aproximadamente 500 nm.
5. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la mezcla de reacción, durante dicha etapa de reacción, se agita para lograr una turbulencia que puede cuantificarse mediante un número de Reynold mayor de 4000.
6. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha etapa de reacción tiene lugar dentro de un reactor mantenido a una temperatura de aproximadamente 10 a aproximadamente 70°C y una presión de aproximadamente 0,8 a aproximadamente 15 atmósferas.
7. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicha etapa de reacción produce una corriente de producto crudo que incluye menos de 1000 ppm de hexacloroetano.
8. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicha etapa de reacción consume más del 99,00% del cloroformo.
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