JP2012087106A - Repeated batch reaction method for producing polychloropropane - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ポリクロロプロパンを製造するための連続バッチ反応方法に関する。より詳しくは、バッチ反応を繰り返して行う方式によりポリクロロプロパンを製造する場合に、各バッチの反応速度及び選択率を安定的に制御できる方法に関する。 The present invention relates to a continuous batch reaction process for producing polychloropropane. More specifically, the present invention relates to a method capable of stably controlling the reaction rate and selectivity of each batch when producing polychloropropane by a system in which batch reactions are repeated.
塩素化炭化水素は、農薬、医薬品、フロン代替材料等の各種製品を製造するための原料ないし中間体として重要である。例えば１，１，１，２，３−ペンタクロロプロパンから出発して１，１，２，３−テトラクロロプロペンを経て、除草剤として有用なトリクロロアリルジイソプロピルチオカルバメートを製造することができる。
このような塩素化炭化水素の製造方法としては、例えば炭素数２の不飽和化合物（非置換又は塩素で置換されたエチレン）に四塩化炭素を付加してクロロプロパンを得る第一反応と、
該クロロプロパンを脱塩化水素してクロロプロペンを得る第二反応と、
該クロロプロペンにさらに塩素を付加して目的のクロロプロパンを得る第三反応と
からなる三段階反応が知られている。このうちの第一反応として、例えば特許文献１に、エチレンと四塩化炭素との付加反応を、金属鉄とホスホリル化合物とからなる相間移動触媒の存在下で行って１，１，１，３−テトラクロロプロパンとする例が記載されている。
このような第一反応は、四塩化炭素からなる液相と、主として炭素数２の不飽和化合物からなる気相とからなる反応系中において、バッチ方式で行われることが多い。
Chlorinated hydrocarbons are important as raw materials or intermediates for producing various products such as agricultural chemicals, pharmaceuticals, and CFC substitute materials. For example, starting from 1,1,1,2,3-pentachloropropane and via 1,1,2,3-tetrachloropropene, trichloroallyldiisopropylthiocarbamate useful as a herbicide can be produced.
As a method for producing such a chlorinated hydrocarbon, for example, a first reaction in which carbon tetrachloride is added to an unsaturated compound having 2 carbon atoms (unsubstituted or chlorine-substituted ethylene) to obtain chloropropane,
A second reaction to dehydrochlorinate the chloropropane to obtain chloropropene;
A three-stage reaction comprising a third reaction in which chlorine is further added to the chloropropene to obtain the desired chloropropane is known. As the first reaction among these, for example, Patent Document 1 discloses that 1,1,1,3-addition reaction of ethylene and carbon tetrachloride is performed in the presence of a phase transfer catalyst composed of metallic iron and a phosphoryl compound. An example of tetrachloropropane is described.
Such a first reaction is often performed in a batch system in a reaction system composed of a liquid phase composed of carbon tetrachloride and a gas phase mainly composed of an unsaturated compound having 2 carbon atoms.
このようなバッチ反応を工業的に実施する場合、各バッチの反応終了後、反応混合物を反応器から排出した後、反応器を洗浄することなく新たな四塩化炭素が仕込まれ、触媒及び炭素数２の不飽和化合物が供給され、次バッチの反応を行う方が生産効率が高い。しかしながら本発明者等の検討によれば、このようなバッチ反応を連続的に繰り返して行う際、反応器の洗浄を行わずに反応を繰り返すと、バッチ数を経るに従って付加反応活性が減少し、あるいは反応選択率が変動する場合があることがわかった。
本発明は、従来技術において上記の問題点が存在することが明らかになったことに鑑みてなされたものであり、その目的は、バッチ反応を繰り返して行う方式によりポリクロロプロパンを製造する場合に、各バッチの反応速度及び選択率を安定的に制御できる方法を提供することにある。
本発明のさらなる目的及び利点は、以下の説明から明らかになろう。
When such a batch reaction is carried out industrially, after completion of each batch reaction, after the reaction mixture is discharged from the reactor, new carbon tetrachloride is charged without washing the reactor, and the catalyst and carbon number The production efficiency is higher when the
The present invention has been made in view of the fact that the above-described problems exist in the prior art, and its purpose is to produce polychloropropane by a method in which batch reaction is repeated. The object is to provide a method capable of stably controlling the reaction rate and selectivity of each batch.
Further objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description.
本発明者らは、上記問題点を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、バッチ反応を繰り返して行う方式によりポリクロロプロパンを製造する場合には、バッチ数を経るに従って気相部の組成が徐々に変化して行くことを見い出した。すなわち、原料の四塩化炭素中に溶存している空気、原料中に少量含有される不純物等がバッチ終了後に完全除去されずに気相中に残存し、バッチ数を経るごとにこれらが蓄積して反応中の気相に存在する炭素数２の不飽和化合物の絶対量が減殺されて行くのである。
バッチ反応を繰り返して行う方式によりポリクロロプロパンを製造する場合にこのような事態を生ずることは今まで知られておらず、本発明者らの検討によって初めて明らかになったものである。
本発明は、以上のような知見に基づいて完成された。
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention have gradually increased the composition of the gas phase part as the number of batches increases when polychloropropane is produced by a method in which batch reaction is repeated. I found it going to change. That is, air dissolved in the raw material carbon tetrachloride, impurities contained in a small amount in the raw material remain in the gas phase without being completely removed after completion of the batch, and these accumulate as the number of batches passes. Thus, the absolute amount of unsaturated compound having 2 carbon atoms present in the gas phase during the reaction is gradually reduced.
It has not been known until now that such a situation occurs when polychloropropane is produced by a system in which batch reaction is repeated, and has been clarified for the first time by the present inventors.
The present invention has been completed based on the above findings.
本発明によれば、本発明の上記目的及び利点は、
液相の反応系中で、非置換又は塩素で置換されたエチレンに四塩化炭素を付加してポリクロロプロパンを得る付加反応を、液相と気相とが存在するバッチ式反応器内で気相部に非置換又は塩素で置換されたエチレンを供給しつつバッチ方式で行い、バッチ反応終了後に反応器から反応混合液を排出し、続いて同反応器に次バッチ反応のための原料を供給し、前記付加反応をバッチ方式にて繰り返して行う場合の第２バッチ以降において、
前記反応終了後に反応器から反応混合液を排出し、続いて同反応器に次バッチ反応のための原料を供給するに際して、
先ず反応器内に四塩化炭素を仕込んだ後、
気相部に非置換又は塩素で置換されたエチレンを供給して加圧し、次いで排気して気相圧力を低下させる加圧／減圧操作を１回以上行った後に、気相部にさらに非置換又は塩素で置換されたエチレンを供給して加圧して各バッチ反応を行うことを特徴とする、連続バッチ反応方法によって達成される。
According to the present invention, the above objects and advantages of the present invention are:
In a liquid phase reaction system, an addition reaction in which carbon tetrachloride is added to unsubstituted or chlorine-substituted ethylene to obtain polychloropropane is carried out in a batch reactor in which a liquid phase and a gas phase exist. This is done in batch mode while supplying ethylene that is unsubstituted or substituted with chlorine to the part. After the completion of the batch reaction, the reaction mixture is discharged from the reactor, and then the raw material for the next batch reaction is supplied to the reactor. In the second and subsequent batches when the addition reaction is repeated batchwise,
When the reaction mixture is discharged from the reactor after the completion of the reaction, and subsequently the raw material for the next batch reaction is supplied to the reactor,
First, carbon tetrachloride was charged into the reactor,
After supplying one or more pressurization / depressurization operations to reduce the gas phase pressure by supplying ethylene with non-substituted or chlorine-substituted ethylene to the gas phase and then evacuating it, the gas phase is further non-substituted Alternatively, it is achieved by a continuous batch reaction method characterized in that each batch reaction is performed by supplying ethylene pressurized with chlorine and pressurizing.
本発明によれば、バッチ反応を繰り返して行う方式によりポリクロロプロパンを製造する場合に、各バッチの反応速度及び選択率を安定的に制御することができる。このことにより、ポリクロロプロパン製造の反応効率及び収率が著しく向上し、製造コスト削減及び製造計画の予測性の向上に資する。 According to the present invention, when polychloropropane is produced by a method in which batch reactions are repeated, the reaction rate and selectivity of each batch can be stably controlled. As a result, the reaction efficiency and yield of the production of polychloropropane are remarkably improved, which contributes to reduction of production costs and improvement of predictability of production plans.
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明において原料として使用される非置換又は塩素で置換されたエチレン（以下、「炭素数２の不飽和化合物」という。）にはエチレン、塩化ビニル、１，１−ジクロロエチレン、１，２−ジクロロエチレン、１，１，２−トリクロロエチレン及びパークロロエチレンが包含されるが、これらのうち、常温・常圧で気体であるエチレン又は塩化ビニルが、本発明の実施が容易である点から好ましい。このような原料化合物に四塩化炭素を付加して得られる生成物として、使用する原料化合物に応じていかなるポリクロロプロパンが得られるかは、当業者には明らかであり、例えば原料化合物としてエチレンを使用した場合には１，１，１，３−テトラクロロプロパンが、塩化ビニルを使用した場合には１，１，１，３，３−ペンタクロロプロパンが、それぞれ得られることとなる。
本発明の連続バッチ反応の各バッチ反応は、液相と気相とが存在するバッチ式反応器内における液相の反応系中で進行する。このとき、原料化合物である炭素数２の不飽和化合物は、気相に供給された後、液相に溶解して、四塩化炭素との付加反応に供される。消費された分量に相当する原料化合物は随時気相に追加されることにより、気相部の圧力はバッチ反応中ほぼ一定に維持されることが好ましい。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
Unsubstituted or chlorine-substituted ethylene (hereinafter referred to as “unsaturated compound having 2 carbon atoms”) used as a raw material in the present invention includes ethylene, vinyl chloride, 1,1-dichloroethylene, 1,2-dichloroethylene. 1,1,2-trichloroethylene and perchloroethylene are included, and among these, ethylene or vinyl chloride which is a gas at normal temperature and normal pressure is preferable from the viewpoint of easy implementation of the present invention. As a product obtained by adding carbon tetrachloride to such a raw material compound, it is clear to those skilled in the art which polychloropropane can be obtained depending on the raw material compound used. For example, ethylene is used as the raw material compound. In this case, 1,1,1,3-tetrachloropropane is obtained, and in the case where vinyl chloride is used, 1,1,1,3,3-pentachloropropane is obtained.
Each batch reaction of the continuous batch reaction of the present invention proceeds in a liquid phase reaction system in a batch reactor in which a liquid phase and a gas phase exist. At this time, the unsaturated compound having 2 carbon atoms, which is a raw material compound, is supplied to the gas phase and then dissolved in the liquid phase to be subjected to an addition reaction with carbon tetrachloride. It is preferable that the raw material compound corresponding to the consumed amount is added to the gas phase as needed, so that the pressure in the gas phase part is maintained almost constant during the batch reaction.
本発明における付加反応は、適当な触媒の存在下に行われることが好ましい。ここで使用することのできる触媒としては、例えば鉄−リン酸エステル触媒、鉄−非プロトン極性溶媒触媒、銅−アミン触媒等を挙げることができるが、これらのうち鉄−リン酸エステル触媒が好ましい。
付加反応は、好ましくは液相に鉄−リン酸エステル触媒が存在する状態で行われる。この鉄−リン酸エステル触媒は、液相の反応系中（すなわち液体状の四塩化炭素中）で、所定量の鉄及び所定量のリン酸エステルを接触させることにより調製される。鉄とリン酸エステルとの接触は、反応開始前に鉄及びリン酸エステルの各全量を反応系中に一度に投入して行う方法によるか、
あるいは鉄の全量及びリン酸エステルの一部を反応開始前に添加し、付加反応の進行中にリン酸エステルを追加添加することにより行うことができる。ここで、「反応開始前」とは、反応系の温度を、四塩化炭素と炭素数２の不飽和化合物とが実質的に反応する温度に昇温する前の時点をいう。例えば炭素数２の不飽和化合物がエチレンである場合には、上記鉄−リン酸エステル触媒を用いた際の当該温度は９０℃である。従って、鉄の全量及びリン酸エステルの全部又は一部は反応系が９０℃未満のときに添加されることが好ましく、常温のときに添加されることがより好ましい。
The addition reaction in the present invention is preferably carried out in the presence of a suitable catalyst. Examples of the catalyst that can be used here include an iron-phosphate ester catalyst, an iron-aprotic polar solvent catalyst, a copper-amine catalyst, and the like. Among these, an iron-phosphate ester catalyst is preferable. .
The addition reaction is preferably carried out in the presence of an iron-phosphate ester catalyst in the liquid phase. This iron-phosphate ester catalyst is prepared by contacting a predetermined amount of iron and a predetermined amount of phosphate ester in a liquid phase reaction system (that is, in liquid carbon tetrachloride). The contact between iron and phosphate ester is based on a method in which the total amount of each of iron and phosphate ester is put into the reaction system at one time before starting the reaction,
Alternatively, the total amount of iron and a part of the phosphate ester can be added before starting the reaction, and the phosphate ester can be additionally added during the progress of the addition reaction. Here, “before the reaction” refers to a time point before the temperature of the reaction system is raised to a temperature at which carbon tetrachloride and the unsaturated compound having 2 carbon atoms substantially react. For example, when the unsaturated compound having 2 carbon atoms is ethylene, the temperature when the iron-phosphate ester catalyst is used is 90 ° C. Therefore, the total amount of iron and all or part of the phosphate ester are preferably added when the reaction system is below 90 ° C., and more preferably added at room temperature.
ここで使用される鉄としては、例えば金属鉄、純鉄、軟鉄、炭素鋼、フェロシリコン鋼、鉄を含む合金（例えばステンレス鋼等）等を挙げることができる。鉄の形状としては、例えば粉末状、粒状、塊状、棒状、球状、板状、繊維状等の任意の形状であることができるほか、これらを用いてさらに任意の加工をした金属片、蒸留充填物等であってもよい。前記加工金属片としては、例えばコイル、網、スチールウール、その他の不定形状片を；前記蒸留充填物としては、例えばラシヒリング、へリックス等を、それぞれ挙げることができる。これらのいずれの形態であっても使用することができるが、リン酸エステル及び反応物との接触面積を十分に確保する観点から、粉末状又は繊維状であることが好ましい。同様の観点から、窒素を吸着質としてＢＥＴ法により測定した鉄の比表面積は０．００１〜５ｍ２／ｇであることが好ましい。
反応開始前にリン酸エステルを一括して添加する場合における鉄の使用量としては、高い反応転化率及び高い選択率を両立するとの観点から、使用する四塩化炭素の１モルに対して、０．００１モル以上とすることが好ましく、０．００５モル以上とすることが好ましく、特に０．０１モル以上とすることがより好ましい。鉄の使用量の上限は特に限定されない。鉄の使用量を多くしても、活性及び選択性にはほとんど影響しないが、鉄の体積に相当する分だけ反応器に導入できる原料の絶対量が少なくなって反応効率に劣ることとなり、また反応に関与せずに無駄となる鉄が多くなる点で経済上も不利益となる。かかる観点から、鉄の使用量は使用する四塩化炭素の１モルに対して、１０モル以下とすることが好ましく、５モル以下とすることがより好ましく、１モル以下とすることがさらに好ましく、特に０．１モル以下とすることが好ましい。
上記リン酸エステルとしては、例えば下記一般式（１）
Examples of the iron used here include metallic iron, pure iron, soft iron, carbon steel, ferrosilicon steel, and an alloy containing iron (for example, stainless steel). As the shape of iron, for example, it can be any shape such as powder, granule, lump, rod, sphere, plate, fiber, etc., and metal pieces that are further processed using these, distillation filling A thing etc. may be sufficient. Examples of the processed metal piece include a coil, a net, steel wool, and other irregular shaped pieces; examples of the distillation filling include a Raschig ring and a helix. Any of these forms can be used, but from the viewpoint of ensuring a sufficient contact area with the phosphate ester and the reactant, it is preferably in the form of powder or fiber. From the same viewpoint, the specific surface area of iron measured by the BET method using nitrogen as an adsorbate is preferably 0.001 to 5 m 2 / g.
The amount of iron used in the case where phosphoric acid esters are added all at once before the start of the reaction is 0 with respect to 1 mol of carbon tetrachloride used from the viewpoint of achieving both high reaction conversion and high selectivity. The amount is preferably 0.001 mol or more, more preferably 0.005 mol or more, and particularly preferably 0.01 mol or more. The upper limit of the amount of iron used is not particularly limited. Increasing the amount of iron used has little effect on activity and selectivity, but the amount of raw material that can be introduced into the reactor is reduced by an amount corresponding to the iron volume, resulting in poor reaction efficiency. This is also economically disadvantageous in that the amount of wasted iron that is not involved in the reaction increases. From this viewpoint, the amount of iron used is preferably 10 mol or less, more preferably 5 mol or less, and even more preferably 1 mol or less, with respect to 1 mol of carbon tetrachloride used. In particular, it is preferably 0.1 mol or less.
Examples of the phosphate ester include the following general formula (1).
（式（１）中、Ｒ１はフェニル基又は炭素数１〜４のアルキル基であり、Ｒ２及びＲ３は、それぞれ独立に水素原子、フェニル基又は炭素数１〜４のアルキル基である。）
で表される化合物を挙げることができ、その具体例として例えばリン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリプロピル、リン酸トリブチル、リン酸ジエチル、リン酸ジブチル、リン酸モノフェニル、リン酸モノブチル、リン酸ジメチルフェニル、リン酸ジエチルフェニル、リン酸ジメチルエチル、リン酸フェニルエチルメチル等を挙げることができる。これらのうち、上記一般式（１）において、Ｒ１，Ｒ２及びＲ３のすべてが炭素数１〜４のアルキル基であるリン酸トリアルキルエステルが好ましく、特にリン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリプロピル又はリン酸トリブチルが好ましい。
リン酸エステルの使用量は、高い転化率及び高い選択率を担保するとの観点から、使用する四塩化炭素の１モルに対して、０．００１モル以上とすることが好ましく、特に０．００２モル以上とすることが好ましい。リン酸エステルの使用量の上限は特に限定されないが、使用量を過度に多くすると、発熱により反応の制御が難しくなり、また反応に関与せずに無駄となるリン酸エステルが多くなる点で、経済上不利益となる。かかる観点から、リン酸エステルの使用量は、四塩化炭素の１モルに対して、１モル以下とすることが好ましく、０．１モル以下とすることがより好ましく、０．０５モル以下であってもよい。
(In the formula (1), R 1 is a phenyl group or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, R 2 and R 3 are each independently a hydrogen atom, a phenyl group or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms .)
Specific examples thereof include, for example, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, tripropyl phosphate, tributyl phosphate, diethyl phosphate, dibutyl phosphate, monophenyl phosphate, monobutyl phosphate, Examples thereof include dimethylphenyl phosphate, diethylphenyl phosphate, dimethylethyl phosphate, and phenylethylmethyl phosphate. Of these, in the above general formula (1), phosphoric acid trialkyl esters in which all of R 1 , R 2 and R 3 are alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms are preferred, and in particular, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, Tripropyl phosphate or tributyl phosphate is preferred.
From the viewpoint of ensuring a high conversion and high selectivity, the amount of phosphate ester used is preferably 0.001 mol or more, particularly 0.002 mol, relative to 1 mol of carbon tetrachloride used. The above is preferable. The upper limit of the amount of phosphate ester used is not particularly limited, but if the amount used is excessively large, it becomes difficult to control the reaction due to heat generation, and the amount of phosphate ester that is wasted without being involved in the reaction increases. Economic disadvantage. From this point of view, the amount of phosphate ester used is preferably 1 mol or less, more preferably 0.1 mol or less, and 0.05 mol or less with respect to 1 mol of carbon tetrachloride. May be.
付加反応の反応温度は、高い転化率と高い選択率とを両立するために、９０〜１６０℃とすることが好ましく、１０５〜１３０℃とすることがさらに好ましい。反応圧力は、上記反応温度において反応系が液相を維持し得る圧力であればよい。２５℃に換算した反応圧力として、０．１３〜０．５４ＭＰａ（ａｂｓ）であることが好ましく、０．１７〜０．３７ＭＰａ（ａｂｓ）であることがより好ましい。例えば、１１０℃においては、四塩化炭素の蒸気圧が０．２５ＭＰａであることを考慮して、反応圧力を０．４０〜０．９０ＭＰａ（ａｂｓ）とすることができ、好ましくは０．４５〜０．７０ＭＰａ（ａｂｓ）とすることができる。２５℃に換算した反応圧力を０．１３ＭＰａ（ａｂｓ）未満とすると、液相中における原料化合物（炭素数２の不飽和化合物）の濃度が過小となって反応添加率が不足する場合があり、一方、０．５４ＭＰａ（ａｂｓ）を超える圧力では多量体が生成する割合が高くなって選択率が損なわれる場合があり、いずれも好ましくない。なお、上記圧力はいずれも絶対圧である。 The reaction temperature of the addition reaction is preferably 90 to 160 ° C, and more preferably 105 to 130 ° C, in order to achieve both a high conversion rate and a high selectivity. The reaction pressure may be any pressure that allows the reaction system to maintain a liquid phase at the reaction temperature. The reaction pressure converted to 25 ° C. is preferably 0.13 to 0.54 MPa (abs), and more preferably 0.17 to 0.37 MPa (abs). For example, at 110 ° C., considering that the vapor pressure of carbon tetrachloride is 0.25 MPa, the reaction pressure can be 0.40 to 0.90 MPa (abs), preferably 0.45 to It can be 0.70 MPa (abs). If the reaction pressure converted to 25 ° C. is less than 0.13 MPa (abs), the concentration of the raw material compound (unsaturated compound having 2 carbon atoms) in the liquid phase may be too low, and the reaction addition rate may be insufficient. On the other hand, when the pressure exceeds 0.54 MPa (abs), the ratio of multimer formation increases and the selectivity may be impaired. The above pressures are absolute pressures.
本発明の連続バッチ反応の各バッチにおいては、上記の如き第一反応において、鉄の全量及びリン酸エステルの一部を反応開始前に添加し、付加反応の進行中にリン酸エステルを追加添加することが、反応の制御性を良好とし、転化率、選択率を高くし、そして使用する鉄、リン酸エステルの量を低減しうる点で好ましい。
反応開始前に一括添加される鉄の量は、反応開始前にリン酸エステルを一括して添加する場合における鉄の使用量の下限として上記した値よりも少なくすることができる。この場合における鉄の使用量は、使用する四塩化炭素の１モルに対して、０．０００５モル以上とすることがより好ましく、０．００１モル以上とすることがさらに好ましく、特に０．００５モル以上とすることが好ましい。鉄の使用量の上限は、経済上の観点から設定される。この場合における鉄の使用量は、使用する四塩化炭素の１モルに対して、１モル以下とすることが好ましく、０．１モル以下とすることがより好ましく、０．０５モル以下とすることがさらに好ましい。
In each batch of the continuous batch reaction of the present invention, in the first reaction as described above, the total amount of iron and a part of the phosphate ester are added before the start of the reaction, and the phosphate ester is additionally added during the addition reaction. It is preferable that the controllability of the reaction is good, the conversion rate and the selectivity are increased, and the amount of iron and phosphate used can be reduced.
The amount of iron that is added all at once before the start of the reaction can be made smaller than the above-described value as the lower limit of the amount of iron used when the phosphate ester is added all at once before the start of the reaction. In this case, the amount of iron used is more preferably 0.0005 mol or more, further preferably 0.001 mol or more, especially 0.005 mol with respect to 1 mol of carbon tetrachloride used. The above is preferable. The upper limit of iron usage is set from an economic point of view. In this case, the amount of iron used is preferably 1 mol or less, more preferably 0.1 mol or less, and 0.05 mol or less with respect to 1 mol of carbon tetrachloride used. Is more preferable.
本発明における付加反応では、リン酸エステルは反応開始前にその一部を添加し、付加反応進行中にリン酸エステルを追加添加することが好ましい。リン酸エステルの追加添加は、１回だけ行ってもよく、数回に分割して行ってもよく、あるいは連続的に行ってもよい。数回に分割して行う場合における追加添加の回数としては、２〜１０回とすることが好ましく、２〜６回とすることが好ましい。
リン酸エステルの全使用量（反応開始前添加分及び追加添加分の、１バッチにおける合計量）は、使用する四塩化炭素の１モルに対して、０．００１モル以上とすることが好ましく、特に０．００２モル以上とすることが好ましい。追加添加する場合のリン酸エステルの総添加量は特に限定されない。しかしながらこの場合もリン酸エステルの総添加量を過度に多くすると、反応に関与せずに無駄となるリン酸エステルが多くなる点で、経済上不利益となる。かかる観点から、追加添加する場合のリン酸エステルの総添加量は、四塩化炭素の１モルに対して、１モル以下とすることが好ましく、０．１モル以下とすることがより好ましく、０．０１モル以下であってもよい。
リン酸エステルを追加添加する方法においては、リン酸エステルの使用量を、従来技術、例えば特許文献１（特公平２−４７９６９号公報）に記載された方法よりも少ない量としても、目的の化合物を、より高い転化率及び安定した反応速度にて効率的に製造することができる利点を有する。
In the addition reaction in the present invention, it is preferable that a part of the phosphate ester is added before the start of the reaction, and the phosphate ester is additionally added during the progress of the addition reaction. The addition of the phosphate ester may be performed only once, may be divided into several times, or may be performed continuously. The number of additional additions in the case of dividing into several times is preferably 2 to 10 times, and preferably 2 to 6 times.
The total amount of phosphate ester used (total amount in one batch of addition before starting reaction and additional addition) is preferably 0.001 mol or more with respect to 1 mol of carbon tetrachloride used, In particular, the amount is preferably 0.002 mol or more. The total amount of phosphate ester added in the case of additional addition is not particularly limited. However, in this case as well, if the total amount of phosphate ester added is excessively increased, the amount of phosphate ester that is wasted without being involved in the reaction is increased, which is economically disadvantageous. From this point of view, the total amount of phosphate ester added is preferably 1 mol or less, more preferably 0.1 mol or less, based on 1 mol of carbon tetrachloride. .01 mol or less may be used.
In the method of adding phosphoric acid ester, even if the amount of the phosphoric acid ester is less than that of the conventional technique, for example, the method described in Patent Document 1 (Japanese Patent Publication No. 2-47969), the target compound Can be efficiently produced at a higher conversion and a stable reaction rate.
本発明の方法においては、反応系の温度を、四塩化炭素と炭素数２の不飽和化合物とが実質的に反応する温度に昇温した後にリン酸エステルを添加した場合でも、付加反応は進行する。しかしながら、反応を安定的に立ち上げるために、リン酸エステルの少なくとも一部は、昇温前（反応開始前）に添加することが好ましい。反応開始前におけるリン酸エステルの添加量としては、使用する四塩化炭素の１モルに対して０．０００１モル以上とすることが好ましく、０．０００５モル以上とすることがより好ましい。反応開始前に添加されるリン酸エステルの上限値は、追加添加の態様（追加添加を１回だけ行うか、数回に分割して行うか、あるいは連続的に行うか）によらず、また数回に分割して追加添加する場合にはその添加回数によらず、リン酸エステルの全使用量の８０％以下とすることが好ましく、７０％以下とすることがより好ましい。反応開始前におけるリン酸エステルの添加量を上記の如き範囲とすることにより、反応を安定して立ち上げることができ、反応のコントロールが容易となり、結果として高い転化率を達成することができることとなる。
かくして開始された付加反応は、炭素数２の不飽和化合物の消費速度を連続的にモニターしながら行うことが好ましい。この不飽和化合物の消費速度の連続的モニターは、例えば気相存在下の液相バッチ反応において、適当な反応圧力を維持するために気相に供給される不飽和化合物の量を調べることにより行うことができる。
In the method of the present invention, even when the phosphate ester is added after the temperature of the reaction system is raised to a temperature at which carbon tetrachloride and the unsaturated compound having 2 carbon atoms substantially react, the addition reaction proceeds. To do. However, in order to start up the reaction stably, it is preferable to add at least a part of the phosphate ester before the temperature rise (before the reaction starts). The addition amount of the phosphoric acid ester before the start of the reaction is preferably 0.0001 mol or more, more preferably 0.0005 mol or more with respect to 1 mol of carbon tetrachloride to be used. The upper limit of the phosphate ester added before the start of the reaction is independent of the mode of additional addition (whether the additional addition is performed once, divided into several times, or performed continuously), and In the case of additional addition divided into several times, regardless of the number of additions, it is preferably 80% or less, more preferably 70% or less of the total amount of phosphate ester used. By making the amount of phosphate ester added before the start of the reaction within the above range, the reaction can be stably started up, the reaction can be easily controlled, and as a result, a high conversion rate can be achieved. Become.
The addition reaction thus started is preferably performed while continuously monitoring the consumption rate of the unsaturated compound having 2 carbon atoms. This continuous monitoring of the consumption rate of unsaturated compounds is performed, for example, by examining the amount of unsaturated compounds supplied to the gas phase in order to maintain an appropriate reaction pressure in a liquid phase batch reaction in the presence of the gas phase. be able to.
リン酸エステルの追加添加を１回だけ行う場合には、不飽和化合物の消費速度が反応開始後６０分間における平均消費速度の好ましくは５〜５０％、より好ましくは１０〜４０％となったときに、リン酸エステルの残りの全量が追加添加される。この追加添加により、一旦減少した不飽和化合物の消費速度が回復し、以後、該消費速度が再び漸減しながら残余の付加反応が進行していくこととなる。
リン酸エステルの追加添加を数回に分割して行う場合には、消費速度が反応開始後６０分間における平均消費速度の好ましくは５〜５０％、より好ましくは１０〜４０％となったときに、第１回目のリン酸エステルの追加添加が行われる。この第１回目の追加添加により、一旦減少した不飽和化合物の消費速度が回復し、以後、該消費速度が再び漸減して行く。そして、不飽和化合物の消費速度が再度反応開始後６０分間における平均消費速度の好ましくは５〜５０％、より好ましくは１０〜４０％となったときに、第２回目以降のリン酸エステルの追加添加が行われる。この追加添加により、不飽和化合物の消費速度は再度回復する。以降、さらに継続して炭素数２の不飽和化合物の消費速度をモニターし、所定の回数だけリン酸エステルの追加添加を行うことができる。
リン酸エステルの追加添加を数回に分割して行う場合の各分割添加量は、各回毎の添加量を等しく設定するか、あるいは回数を重ねるごとに徐々に多い添加量とすることが好ましい。
When the phosphate ester is added only once, the consumption rate of the unsaturated compound is preferably 5 to 50%, more preferably 10 to 40% of the average consumption rate in 60 minutes after the start of the reaction. In addition, the entire remaining amount of phosphate ester is added. By this additional addition, the consumption rate of the unsaturated compound once reduced is recovered, and thereafter, the residual addition reaction proceeds while the consumption rate gradually decreases again.
When the addition of the phosphate ester is performed in several divided portions, the consumption rate is preferably 5 to 50%, more preferably 10 to 40% of the average consumption rate in 60 minutes after the start of the reaction. The first addition of phosphate ester is performed. By the first additional addition, the consumption rate of the unsaturated compound once reduced is recovered, and thereafter, the consumption rate gradually decreases again. Then, when the consumption rate of the unsaturated compound is preferably 5 to 50%, more preferably 10 to 40% of the average consumption rate in 60 minutes after the start of the reaction, the second and subsequent additions of phosphate ester are added. Addition is performed. With this additional addition, the consumption rate of the unsaturated compound is restored again. Thereafter, the consumption rate of the unsaturated compound having 2 carbon atoms can be continuously monitored, and the phosphate ester can be additionally added a predetermined number of times.
In the case where the addition of the phosphoric acid ester is divided into several times, it is preferable that the divided addition amount be set equal to the addition amount for each time or be gradually increased as the number of times is increased.
リン酸エステルの追加添加を連続的に行う場合には、反応開始直後から行ってもよいし、消費速度が反応開始後６０分間における平均消費速度の好ましくは５〜５０％、より好ましくは１０〜４０％となったときに、リン酸エステルの追加添加を開始してもよい。このリン酸の連続的な追加添加は、添加速度が速いと反応の制御が困難となり、また反応に関与せずに無駄となるリン酸エステルが多くなり経済上不利益となる。また、添加速度が遅いと反応が遅くなる。かかる観点から四塩化炭素の１モルに対して、リン酸エステル１．３×１０−６〜６．６×１０−３ｍｏｌ／分の速度で行うことが好ましく、６．６×１０−６〜６．６×１０−４ｍｏｌ／分の速度で行うことがより好ましい。ここで、炭素数２の不飽和化合物の消費速度が反応開始後６０分間における平均消費速度の５〜５０％と遅くなった場合には、四塩化炭素の１モルに対して、リン酸エステル１．３×１０−６〜６．６×１０−３ｍｏｌ／分の速度、より好ましくは６．６×１０−６〜６．６×１０−４ｍｏｌ／分の速度の範囲で、上記の連続的な追加添加の速度を途中から速くしてもよい。この連続的な添加は、好ましくは四塩化炭素の転化率が３０〜１００％となるまで続ければよく、より好ましくは８０〜９８％となるまで続ければよい。四塩化炭素の転化率は炭素数２の不飽和化合物の消費量から判断することができる。
リン酸エステルの追加添加の態様としては、１回のみ又は連続的に行うことが好ましい。ここで、リン酸エステルの追加添加を１回のみ行う場合には操作が簡便となる利点があり、これを連続的に行う場合には反応のコントロールが容易になる利点がある。
上記のようにして行われる付加反応は、その合計の反応時間を１〜１２時間とすることが好ましく、２〜１０時間とすることがより好ましい。
When the addition of the phosphate ester is continuously performed, it may be performed immediately after the start of the reaction, or the consumption rate is preferably 5 to 50% of the average consumption rate in 60 minutes after the start of the reaction, more preferably 10 to 10%. Additional addition of phosphate ester may be initiated when 40% is reached. This continuous addition of phosphoric acid makes it difficult to control the reaction when the addition rate is high, and it is economically disadvantageous because more phosphoric acid ester is wasted without being involved in the reaction. Further, when the addition rate is low, the reaction becomes slow. From this point of view, it is preferable to carry out at a rate of 1.3 × 10 −6 to 6.6 × 10 −3 mol / min of phosphate ester relative to 1 mol of carbon tetrachloride, and 6.6 × 10 −6 to More preferably, it is carried out at a rate of 6.6 × 10 −4 mol / min. Here, when the consumption rate of the unsaturated compound having 2 carbon atoms is as slow as 5 to 50% of the average consumption rate in 60 minutes after the start of the reaction, the phosphate ester 1 per 1 mol of carbon tetrachloride. In the range of 3 × 10 −6 to 6.6 × 10 −3 mol / min, more preferably 6.6 × 10 −6 to 6.6 × 10 −4 mol / min. The rate of typical addition may be increased from the middle. This continuous addition is preferably continued until the carbon tetrachloride conversion is 30 to 100%, more preferably 80 to 98%. The conversion rate of carbon tetrachloride can be judged from the consumption of unsaturated compounds having 2 carbon atoms.
As an aspect of additional addition of phosphate ester, it is preferable to carry out only once or continuously. Here, there is an advantage that the operation is simple when the additional addition of the phosphate ester is performed only once, and there is an advantage that the reaction is easily controlled when this is performed continuously.
In the addition reaction performed as described above, the total reaction time is preferably 1 to 12 hours, and more preferably 2 to 10 hours.
このような方法によって得られる反応混合物は、高い転化率及び高い選択率で目的物に転化した目的物を含むものであるから、これに含有される未反応の四塩化炭素（その含有率はわずかである。）、鉄−リン酸エステル触媒残滓、副生成物及び過剰の炭素数２の不飽和化合物を分離すれば、多くの場合においてこれをそのまま製品として用いることができる。所望により付加反応後に精製を行うことができるが、該精製方法はごく簡単なものでよく、例えば理論段数２〜１０段程度の簡易な蒸留精製により高純度の製品とすることができる。
このようにしてバッチ方式による付加反応を行った後、反応器から反応混合液を排出し、続いて同反応器に四塩化炭素及び炭素数２の不飽和化合物並びに任意的に適当な触媒を供給し、前記付加反応をバッチ方式にて繰り返して行うこととなる。
ここで、連続バッチ反応の第２バッチ以降においては、付加反応終了後に反応器から反応混合液を排出し、続いて同反応器に次バッチ反応のための原料を供給するに際して、
先ず反応器内に四塩化炭素を仕込んだ後、
気相部に炭素数２の不飽和化合物を供給して加圧し、次いで排気して気相圧力を低下させる加圧／減圧操作を１回以上行った後に、気相部にさらに炭素数２の不飽和化合物を供給して加圧して各バッチ反応を行う。
Since the reaction mixture obtained by such a method contains the target product converted into the target product with high conversion and high selectivity, unreacted carbon tetrachloride contained therein (the content is small) )), The iron-phosphate ester catalyst residue, by-products and excess unsaturated compound having 2 carbon atoms can be separated and used as a product in many cases. Although purification can be performed after the addition reaction as desired, the purification method may be very simple, and for example, a high-purity product can be obtained by simple distillation purification having about 2 to 10 theoretical plates.
After the batch-type addition reaction in this way, the reaction mixture is discharged from the reactor, and then carbon tetrachloride, an unsaturated compound having 2 carbon atoms, and optionally a suitable catalyst are supplied to the reactor. In addition, the addition reaction is repeated by a batch method.
Here, in the second and subsequent batches of the continuous batch reaction, when the reaction mixture is discharged from the reactor after completion of the addition reaction, and then the raw material for the next batch reaction is supplied to the reactor,
First, carbon tetrachloride was charged into the reactor,
After supplying and pressurizing an unsaturated compound having 2 carbon atoms to the gas phase portion and then performing one or more pressurization / depressurization operations for evacuating and lowering the gas phase pressure, the gas phase portion further has 2 carbon atoms. An unsaturated compound is supplied and pressurized to perform each batch reaction.
上記反応混合液の排出は、反応器に取り付けられた排出口を開口し重力で落下させる方法、反応器内にガスを導入して加圧排出する方法等によることができる。ここで、反応混合液の排出に伴って液相部体積が減少し、気相部体積の増大することになるが、このときに炭素数２の不飽和化合物を供給することによって気相部の圧力を維持することが好ましい。また、加圧排出のために導入するガスとしては、炭素数２の不飽和化合物を用いることが好ましい。
触媒として鉄−リン酸エステル触媒を用いた場合には、第１バッチ目における鉄の使用量にもよるが、通常は未反応の鉄が反応器内に残存している。この未反応の鉄はそのまま第２バッチ目以降の触媒成分として使用することが可能なため取り出す必要はない。従って第２バッチ目以降の反応においては、反応器内に残存する鉄の量を考慮のうえ、新たに添加する鉄の量を少なくしてもよい。
さらに反応混合液は全量を排出せず、その０．５〜２０体積％、好ましくは２〜５体積％程度は反応器内に残存させることが、次バッチ以降の初期反応速度を良好なものとできる点で好ましい。これは反応混合液中に鉄−リン酸エステル触媒が溶解しているため、これが反応初期の触媒として即座に有効に作用するためであると推測される。
The reaction mixture can be discharged by a method of opening a discharge port attached to the reactor and dropping it by gravity, a method of introducing a gas into the reactor and discharging it under pressure, or the like. Here, as the reaction mixture is discharged, the volume of the liquid phase part decreases and the volume of the gas phase part increases. At this time, by supplying an unsaturated compound having 2 carbon atoms, It is preferable to maintain the pressure. Moreover, as a gas introduced for pressurized discharge, it is preferable to use an unsaturated compound having 2 carbon atoms.
When an iron-phosphate ester catalyst is used as the catalyst, unreacted iron usually remains in the reactor, depending on the amount of iron used in the first batch. Since this unreacted iron can be used as it is as the catalyst component in the second batch and thereafter, it is not necessary to take it out. Therefore, in the reaction after the second batch, the amount of iron to be newly added may be reduced in consideration of the amount of iron remaining in the reactor.
Furthermore, the reaction mixture does not discharge the whole amount, and 0.5 to 20% by volume, preferably about 2 to 5% by volume, is left in the reactor, so that the initial reaction rate after the next batch is good. It is preferable in that it can be performed. This is presumed to be because the iron-phosphate ester catalyst is dissolved in the reaction mixture, and this immediately acts effectively as a catalyst in the initial stage of the reaction.
本発明の最大の特徴点は、上記反応混合液の排出後、同反応器に次バッチ反応のための原料を供給するに際して、先ず反応器内に四塩化炭素を仕込んだ後、気相部に炭素数２の不飽和化合物を供給して加圧し、次いで排気して気相圧力を低下させる加圧／減圧操作を１回以上行った後に、気相部にさらに炭素数２の不飽和化合物を供給して加圧して各バッチ反応を行う点にある。このような操作を行うことにより、第２バッチ以降の付加反応の反応速度が第１バッチと同レベル以上に維持されることとなる。
すなわち、第２バッチ以降の気相部には、上記したとおり、炭素数２の不飽和化合物のほかに、原料の四塩化炭素中に溶存している空気（窒素、酸素、二酸化炭素等）、炭素数２の不飽和化合物中に少量含有される不純物等がバッチ終了後に完全除去されずに残存し蓄積して行く。そのため、原料化合物である炭素数２の不飽和化合物の分圧が気相部の全圧よりも低くなり、このことにより液相部における原料化合物の濃度が低くなるので、同じ条件で（特に気相圧力を同じとして）反応した場合の反応速度が、バッチ数を経るに従って徐々に低下して行く。ここで、炭素数２の不飽和化合物中に少量含有される不純物としては、例えば炭素数２の不飽和化合物がエチレンである場合、エタン、メタン等を挙げることができる。
そこで、上記のような加圧／減圧操作により、気相部を炭素数２の不飽和化合物で１回以上置換することによって、炭素数２の不飽和化合物の気相部分圧を（従って液相中濃度も）バッチ間で等しくし、これにより反応速度の維持を図るのである。
The greatest feature of the present invention is that, after discharging the reaction mixture, when supplying the raw material for the next batch reaction to the reactor, first, carbon tetrachloride is charged into the reactor, and then into the gas phase part. After supplying and pressurizing an unsaturated compound having 2 carbon atoms and then performing one or more pressurization / depressurization operations to exhaust and lower the gas phase pressure, an unsaturated compound having 2 carbon atoms is further added to the gas phase portion. It is in the point which feeds and pressurizes and performs each batch reaction. By performing such an operation, the reaction rate of the addition reaction after the second batch is maintained at the same level or higher as that of the first batch.
That is, in the gas phase part after the second batch, as described above, in addition to the unsaturated compound having 2 carbon atoms, air (nitrogen, oxygen, carbon dioxide, etc.) dissolved in the raw material carbon tetrachloride, Impurities and the like contained in a small amount in the unsaturated compound having 2 carbon atoms remain and accumulate without being completely removed after completion of the batch. For this reason, the partial pressure of the unsaturated compound having 2 carbon atoms, which is the raw material compound, is lower than the total pressure in the gas phase portion, which lowers the concentration of the raw material compound in the liquid phase portion. The reaction rate when reacting (with the same phase pressure) gradually decreases as the number of batches increases. Here, examples of impurities contained in a small amount in the unsaturated compound having 2 carbon atoms include ethane, methane and the like when the unsaturated compound having 2 carbon atoms is ethylene.
Therefore, the gas phase partial pressure of the unsaturated compound having 2 carbon atoms is changed by the pressure / depressurization operation as described above by replacing the gas phase portion with the unsaturated compound having 2 carbon atoms at least once. The medium concentration is also made equal between batches, thereby maintaining the reaction rate.
この置換操作は、室温（２５℃）において気相部に所望の全圧よりも過剰となるまで原料化合物（炭素数２の不飽和化合物）を導入し、次いでこれを排気して気相部を原料化合物で置き換えることを目的とするものであるから、置換時の温度、加圧圧力及び排気後の圧力は、これらをそれぞれ厳密に制御する必要はない。しかしながら過度な加圧及び減圧は原料化合物の無意味な消費につながるから、かかる浪費を回避する観点から、気相部に炭素数２の不飽和化合物を供給して加圧する際の圧力としては、０．１１〜２．１ＭＰａ（ａｂｓ）とすることが好ましく、０．１５〜１．０ＭＰａ（ａｂｓ）とすることがより好ましい。また、同様の観点から、排気後の圧力としては、０．１０〜０．３ＭＰａ（ａｓｂ）とすることが好ましく、０．１０〜０．１５ＭＰａ（ａｂｓ）とすることがより好ましい。この加圧／減圧操作において、系を加圧状態に維持する時間は任意であるが、例えば１〜１２０秒間、好ましくは２〜３０秒間とすることができる。
この加圧／減圧操作は１回以上行われるが、その回数は好ましくは１〜１０回であり、より好ましくは１〜２回である。
しかる後に、改めて原料化合物を供給して気相部の全圧を上記の好ましい反応圧力の範囲に設定して付加反応を開始する。
なお第２バッチ以降のための触媒成分（特にリン酸エステル）の添加は、上記の炭素数２の不飽和化合物による加圧／減圧操作の前に行ってもよいし、この操作の後に行ってもよい。
上記の如き本発明の方法は、バッチ反応を繰り返して行う方式によりポリクロロプロパンを製造する場合に、各バッチの反応速度及び選択率を安定的に制御することができるものである。
In this replacement operation, a raw material compound (unsaturated compound having 2 carbon atoms) is introduced into the gas phase part at room temperature (25 ° C.) until it exceeds the desired total pressure, and then this is evacuated to remove the gas phase part. Since it is intended to be replaced with a raw material compound, it is not necessary to strictly control the temperature at the time of replacement, the pressurized pressure, and the pressure after exhaust, respectively. However, since excessive pressurization and decompression lead to meaningless consumption of the raw material compound, from the viewpoint of avoiding such waste, the pressure at the time of supplying and pressurizing the unsaturated compound having 2 carbon atoms to the gas phase is as follows. The pressure is preferably 0.11 to 2.1 MPa (abs), and more preferably 0.15 to 1.0 MPa (abs). From the same viewpoint, the pressure after exhaust is preferably 0.10 to 0.3 MPa (asb), and more preferably 0.10 to 0.15 MPa (abs). In this pressurizing / depressurizing operation, the time for maintaining the system in a pressurized state is arbitrary, but may be, for example, 1 to 120 seconds, preferably 2 to 30 seconds.
The pressurizing / depressurizing operation is performed once or more, and the number of times is preferably 1 to 10 times, more preferably 1 to 2 times.
Thereafter, the raw material compound is supplied again, the total pressure in the gas phase is set within the above preferred reaction pressure range, and the addition reaction is started.
The addition of the catalyst component (especially phosphate ester) for the second batch or later may be performed before or after the pressurization / depressurization operation with the unsaturated compound having 2 carbon atoms. Also good.
The method of the present invention as described above is capable of stably controlling the reaction rate and selectivity of each batch when producing polychloropropane by a system in which batch reactions are repeated.
以下、実施例を示して本発明をさらに具体的に説明する。
実験例１
本実験例は、炭素数２の不飽和化合物による加圧／減圧操作を行わずにバッチ反応を繰り返す、従来法による場合を示す比較例である。
（１）第１バッチ目の付加反応
撹拌機、エチレン用ガス導入口及びガス排出口並びに四塩化炭素と鉄の添加口及びリン酸エステルの追加添加口並びに液体排出口を有するＳＵＳ製のオートクレーブ（内容積１，５００ｍＬ）をエチレンで満たした。オートクレーブ中に四塩化炭素１，５６０ｇ、リン酸トリエチル２．０ｇ及びＫ１００（ＪＦＥスチール（株）製、コークス還元鉄粉）４．０ｇを仕込み、温度を１１０℃に設定し、気相の全圧が０．５ＭＰａ（ａｂｓ）となるようにエチレンを供給して付加反応を開始した。反応開始時の気相におけるエチレン分圧は０．２５ＭＰａであった。温度が１１０℃、気相の全圧が０．５ＭＰａ（ａｂｓ）になった時点から、０．０２ｍＬ／分の速度で反応終了まで連続的にリン酸トリエチルを追加添加した。反応中は、気相における全圧が０．５ＭＰａ（ａｂｓ）を維持するようにエチレンを供給しつつ行い、エチレンの消費速度（追加供給速度）が四塩化炭素の初期量に対して０．１モル％／分（２００ｍｌ／分）となった時点で反応が完了したものと判断し、第１バッチ目の付加反応を終了した。
（２）第２バッチ目以降の付加反応
上記第１バッチ目の付加反応終了後、気相をエチレンで加圧して、液相の反応混合物の９５体積％を液体排出口から排出し、そのまま（オートクレーブを洗浄せずに）再度四塩化炭素１，５６０ｇ、リン酸トリエチル２．０ｇ及びＫ１００を３．０ｇ仕込み、温度を１１０℃に設定し、気相の全圧が０．５ＭＰａ（ａｂｓ）となるようにエチレンを供給して付加反応を開始した。反応中は、第１バッチ目と同様にしてエチレン供給及びリン酸トリエチルの追加連続添加を行い、第１バッチ目と同じ基準で反応を終了した。
以上の操作を繰り返し、第５バッチ目までの反応を行った。
第１〜第５の各バッチのうちの第２、第３及び第５バッチについて、反応開始前のエチレン分圧並びに上記の基準で決定した反応時間及び反応転化率を図１に示した。また、第５バッチの反応開始前（常温時）の気相部の圧力組成は下記の表１に示したとおりであった。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
Experimental example 1
This experimental example is a comparative example showing the case of the conventional method in which the batch reaction is repeated without performing the pressurizing / depressurizing operation with the unsaturated compound having 2 carbon atoms.
(1) First batch addition reaction SUS autoclave having stirrer, ethylene gas inlet and gas outlet, carbon tetrachloride and iron addition port, phosphate ester addition port and liquid discharge port ( The internal volume (1,500 mL) was filled with ethylene. An autoclave was charged with 1,560 g of carbon tetrachloride, 2.0 g of triethyl phosphate, and 4.0 g of K100 (manufactured by JFE Steel Corporation, coke reduced iron powder), the temperature was set to 110 ° C., and the total pressure of the gas phase Of ethylene was supplied so as to be 0.5 MPa (abs) to start addition reaction. The ethylene partial pressure in the gas phase at the start of the reaction was 0.25 MPa. From the time when the temperature reached 110 ° C. and the total pressure in the gas phase reached 0.5 MPa (abs), triethyl phosphate was continuously added at a rate of 0.02 mL / min until the reaction was completed. During the reaction, ethylene is supplied so that the total pressure in the gas phase is maintained at 0.5 MPa (abs), and the ethylene consumption rate (additional supply rate) is 0.1% of the initial amount of carbon tetrachloride. The reaction was judged to be complete when it reached mol% / min (200 ml / min), and the first batch addition reaction was completed.
(2) Addition reaction after the second batch After completion of the addition reaction of the first batch, the gas phase is pressurized with ethylene, and 95% by volume of the liquid phase reaction mixture is discharged from the liquid outlet, Without washing the autoclave) again, 1,560 g of carbon tetrachloride, 2.0 g of triethyl phosphate and 3.0 g of K100 were set, the temperature was set to 110 ° C., and the total pressure in the gas phase was 0.5 MPa (abs). Then, ethylene was supplied to start the addition reaction. During the reaction, ethylene supply and additional continuous addition of triethyl phosphate were performed in the same manner as in the first batch, and the reaction was terminated on the same basis as in the first batch.
The above operation was repeated to carry out the reaction up to the fifth batch.
For the second, third and fifth batches of the first to fifth batches, the ethylene partial pressure before the start of the reaction and the reaction time and reaction conversion rate determined according to the above criteria are shown in FIG. Moreover, the pressure composition of the gas phase part before the start of the reaction of the fifth batch (at room temperature) was as shown in Table 1 below.
実験例２
本実験例は、各バッチの反応開始前に炭素数２の不飽和化合物による加圧／減圧操作を行う、本発明の方法による場合を示す実施例である。本実験例は、上記実験例１に連続して、第６バッチ目以降の付加反応として行った。
（１）第６バッチ目以降の付加反応
上記実験例１における第５バッチ目の付加反応終了後、気相をエチレンで加圧して、液相の反応混合物の９５体積％を液体排出口から排出し、そのまま（オートクレーブを洗浄せずに）再度四塩化炭素１，５６０ｇ、リン酸トリエチル２．０ｇ及びＫ１００を３．０ｇ仕込んだ。その後、気相全圧が０．５ＭＰａ（ａｂｓ）となるようにエチレンを供給して加圧し、この圧力を６０秒間維持した後、エチレンを排気して気相全圧を０．１１ＭＰａ（ａｂｓ）とした。次いで、温度を１１０℃に設定し、気相全圧が０．５ＭＰａ（ａｂｓ）となるように、再度エチレンを供給して付加反応を開始した。反応開始時の気相におけるエチレン分圧は０．２５ＭＰａであった。１１０℃、気相の全圧が０．５ＭＰａ（ａｂｓ）になった時点から、０．０２ｍＬ／分の速度で反応終了まで連続的にリン酸トリエチルを追加添加した。反応中は、気相における全圧が０．５ＭＰａ（ａｂｓ）を維持するようにエチレンを供給しつつ行った。第１バッチ目と同様にしてリン酸トリエチルの追加連続添加を行い、第１バッチ目と同じ基準で反応を終了した。
以上の操作を繰り返し、第１５バッチ目までの反応を行った。
第６〜第１５の各バッチのうちの第６、第９及び第１５バッチについて、反応開始前のエチレン分圧並びに上記の基準で決定した反応時間及び反応転化率を、図１に上記実験例１の結果に連続して示した。
上記実験例１及び２の結果から、バッチ反応を繰り返して行う方式によりポリクロロプロパンを製造する場合には、従来法（実験例１）によるとバッチ数を経るに従って反応終了までに要する反応時間が増加し反応選択率が不安定であること、及び本発明の方法（実験例２）によると、バッチ反応を連続的に繰り返して行っても、バッチ数によらずに反応速度及び選択率を安定的に制御しうることが理解される。
Experimental example 2
This experimental example is an example showing a case according to the method of the present invention in which a pressurizing / depressurizing operation with an unsaturated compound having 2 carbon atoms is performed before the reaction of each batch is started. This experimental example was performed as an addition reaction after the sixth batch, following the experimental example 1.
(1) Addition reaction after the 6th batch After completion of the addition reaction of the 5th batch in the experimental example 1, the gas phase is pressurized with ethylene, and 95 volume% of the liquid phase reaction mixture is discharged from the liquid discharge port. Then, as it was (without washing the autoclave), 1,560 g of carbon tetrachloride, 2.0 g of triethyl phosphate and 3.0 g of K100 were charged again. Thereafter, ethylene is supplied and pressurized so that the gas phase total pressure becomes 0.5 MPa (abs). After maintaining this pressure for 60 seconds, the ethylene is exhausted and the gas phase total pressure is 0.11 MPa (abs). It was. Next, the temperature was set to 110 ° C., and ethylene was supplied again so that the gas phase total pressure was 0.5 MPa (abs) to start the addition reaction. The ethylene partial pressure in the gas phase at the start of the reaction was 0.25 MPa. From the time when the total pressure of the gas phase reached 110 ° C. and 0.5 MPa (abs), additional triethyl phosphate was continuously added at a rate of 0.02 mL / min until the end of the reaction. During the reaction, ethylene was supplied while maintaining the total pressure in the gas phase at 0.5 MPa (abs). Triethyl phosphate was added continuously in the same manner as in the first batch, and the reaction was terminated on the same basis as in the first batch.
The above operation was repeated to carry out the reaction up to the 15th batch.
For the sixth, ninth and fifteenth batches of the sixth to fifteenth batches, the ethylene partial pressure before the start of the reaction and the reaction time and reaction conversion rate determined according to the above criteria are shown in FIG. The result of 1 is shown continuously.
From the results of Experimental Examples 1 and 2 above, when polychloropropane is produced by a method in which batch reactions are repeated, the reaction time required to complete the reaction increases as the number of batches increases according to the conventional method (Experimental Example 1). However, the reaction selectivity is unstable, and according to the method of the present invention (Experimental Example 2), even when the batch reaction is continuously repeated, the reaction rate and the selectivity are stable regardless of the number of batches. It is understood that it can be controlled.
以下の実験例３〜６では、反応時の気相部圧力（反応圧力）と反応結果との関係を調べた。
実験例３
実験例１の第１バッチ目と同様にして第１バッチ目の付加反応を行った。
引き続き、実験例２の第６バッチ目と同様に、エチレンによる加圧／減圧操作を行った後のバッチ反応として、第２バッチ目及び第３バッチ目の付加反応を順次に行った。第２バッチ目及び第３バッチ目の反応圧力は、反応温度において０．５０ＭＰａ（ａｂｓ）であるが、これを２５℃における圧力に換算すると、０．２１ＭＰａ（ａｂｓ）に相当する。
第３バッチ目の反応時間、反応転化率及び１，１，１，３−テトラクロロプロパンの選択率を、それぞれ表２に示した。
In Experimental Examples 3 to 6 below, the relationship between the gas phase pressure (reaction pressure) during the reaction and the reaction results was examined.
Experimental example 3
The first batch addition reaction was performed in the same manner as in the first batch of Experimental Example 1.
Subsequently, as in the sixth batch of Experimental Example 2, the addition reaction of the second batch and the third batch was sequentially performed as a batch reaction after the pressurization / depressurization operation with ethylene. The reaction pressure of the second batch and the third batch is 0.50 MPa (abs) at the reaction temperature, which corresponds to 0.21 MPa (abs) when converted to a pressure at 25 ° C.
Table 2 shows the reaction time, reaction conversion rate, and selectivity of 1,1,1,3-tetrachloropropane in the third batch.
実験例４
実験例１の第１バッチ目と同様にして第１バッチ目の付加反応を行った。引き続き、実験例２の第６バッチ目と同様に、エチレンによる加圧／減圧操作を行った後のバッチ反応として第２バッチ目の付加反応を行った。
次いで、反応圧力を変更した以外は実験例２の第６バッチ目と同様に、エチレンによる加圧／減圧操作を行った後のバッチ反応として第３バッチ目及び第４バッチ目の付加反応を順次に行った。反応圧力は、第３バッチにおいて０．４０ＭＰａ（ａｂｓ）（２５℃換算値＝０．１３ＭＰａ（ａｂｓ））、第４バッチにおいて０．４５ＭＰａ（ａｂｓ）（２５℃換算値＝０．１７ＭＰａ（ａｂｓ））とした。
第３バッチ目及び第４バッチ目の反応時間、反応転化率及び１，１，１，３−テトラクロロプロパンの選択率を、それぞれ表２に示した。
Experimental Example 4
The first batch addition reaction was performed in the same manner as in the first batch of Experimental Example 1. Subsequently, in the same manner as in the sixth batch of Experimental Example 2, the addition reaction of the second batch was performed as a batch reaction after the pressure / depressurization operation with ethylene.
Next, the addition reaction of the third batch and the fourth batch was sequentially performed as a batch reaction after performing the pressurization / depressurization operation with ethylene, similarly to the sixth batch of Experimental Example 2 except that the reaction pressure was changed. Went to. The reaction pressure is 0.40 MPa (abs) (25 ° C. converted value = 0.13 MPa (abs)) in the third batch, and 0.45 MPa (abs) (25 ° C. converted value = 0.17 MPa (abs)) in the fourth batch. ).
Table 2 shows the reaction time, reaction conversion rate, and selectivity of 1,1,1,3-tetrachloropropane for the third and fourth batches, respectively.
実験例５
実験例１の第１バッチ目と同様にして第１バッチ目の付加反応を行った。引き続き、実験例２の第６バッチ目と同様に、エチレンによる加圧／減圧操作を行った後のバッチ反応として第２バッチ目の付加反応を行った。
次いで、反応圧力を変更した以外は実験例２の第６バッチ目と同様に、エチレンによる加圧／減圧操作を行った後のバッチ反応として第３バッチ目及び第４バッチ目の付加反応を順次に行った。反応圧力は、第３バッチにおいて０．７０ＭＰａ（ａｂｓ）（２５℃換算値＝０．３７ＭＰａ（ａｂｓ））、第４バッチにおいて０．３５ＭＰａ（ａｂｓ）（２５℃換算値＝０．０９ＭＰａ（ａｂｓ））とした。
第３バッチ目及び第４バッチ目の反応時間、反応転化率及び１，１，１，３−テトラクロロプロパンの選択率を、それぞれ表２に示した。
Experimental Example 5
The first batch addition reaction was performed in the same manner as in the first batch of Experimental Example 1. Subsequently, in the same manner as in the sixth batch of Experimental Example 2, the addition reaction of the second batch was performed as a batch reaction after the pressure / depressurization operation with ethylene.
Next, the addition reaction of the third batch and the fourth batch was sequentially performed as a batch reaction after performing the pressurization / depressurization operation with ethylene, similarly to the sixth batch of Experimental Example 2 except that the reaction pressure was changed. Went to. The reaction pressure is 0.70 MPa (abs) (25 ° C. converted value = 0.37 MPa (abs)) in the third batch, and 0.35 MPa (abs) (25 ° C. converted value = 0.09 MPa (abs) in the fourth batch. ).
Table 2 shows the reaction time, reaction conversion rate, and selectivity of 1,1,1,3-tetrachloropropane for the third and fourth batches, respectively.
実験例６
実験例１の第１バッチ目と同様にして第１バッチ目の付加反応を行った。引き続き、実験例２の第６バッチ目と同様に、エチレンによる加圧／減圧操作を行った後のバッチ反応として第２バッチ目の付加反応を行った。
次いで、反応圧力を０．９０ＭＰａ（ａｂｓ）（２５℃換算値＝０．５２ＭＰａ（ａｂｓ））に変更した以外は実験例２の第６バッチ目と同様に、エチレンによる加圧／減圧操作を行った後のバッチ反応として第３バッチ目の付加反応を行った。
この第３バッチ目の反応時間、反応転化率及び１，１，１，３−テトラクロロプロパンの選択率を、それぞれ表２に示した。
Experimental Example 6
The first batch addition reaction was performed in the same manner as in the first batch of Experimental Example 1. Subsequently, in the same manner as in the sixth batch of Experimental Example 2, the addition reaction of the second batch was performed as a batch reaction after the pressure / depressurization operation with ethylene.
Next, a pressure / decompression operation with ethylene was performed in the same manner as in the sixth batch of Experimental Example 2, except that the reaction pressure was changed to 0.90 MPa (abs) (25 ° C. converted value = 0.52 MPa (abs)). Then, the third batch addition reaction was performed as a batch reaction.
Table 2 shows the reaction time, reaction conversion rate, and 1,1,1,3-tetrachloropropane selectivity in the third batch.
Claims (5)
前記反応終了後に反応器から反応混合液を排出し、続いて同反応器に次バッチ反応のための原料を供給するに際して、
先ず反応器内に四塩化炭素を仕込んだ後、
気相部に非置換又は塩素で置換されたエチレンを供給して加圧し、次いで排気して気相圧力を低下させる加圧／減圧操作を１回以上行った後に、気相部にさらに非置換又は塩素で置換されたエチレンを供給して加圧して各バッチ反応を行うことを特徴とする、連続バッチ反応方法。 In a liquid phase reaction system, an addition reaction in which carbon tetrachloride is added to unsubstituted or chlorine-substituted ethylene to obtain polychloropropane is carried out in a batch reactor in which a liquid phase and a gas phase exist. This is done in batch mode while supplying ethylene that is unsubstituted or substituted with chlorine to the part. After the completion of the batch reaction, the reaction mixture is discharged from the reactor, and then the raw material for the next batch reaction is supplied to the reactor. In the second and subsequent batches when the addition reaction is repeated batchwise,
When the reaction mixture is discharged from the reactor after the completion of the reaction, and subsequently the raw material for the next batch reaction is supplied to the reactor,
First, carbon tetrachloride was charged into the reactor,
After supplying one or more pressurization / depressurization operations to reduce the gas phase pressure by supplying ethylene with non-substituted or chlorine-substituted ethylene to the gas phase and then evacuating it, the gas phase is further non-substituted Alternatively, a continuous batch reaction method, wherein each batch reaction is performed by supplying ethylene pressurized with chlorine and pressurizing.
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