JPH07106994B2 - 塩化メチルの製造方法 - Google Patents

塩化メチルの製造方法

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JPH07106994B2
JPH07106994B2 JP3077443A JP7744391A JPH07106994B2 JP H07106994 B2 JPH07106994 B2 JP H07106994B2 JP 3077443 A JP3077443 A JP 3077443A JP 7744391 A JP7744391 A JP 7744391A JP H07106994 B2 JPH07106994 B2 JP H07106994B2
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敏博 尾近
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は反応熱の大きい四塩化炭
素−メタノール系の気相反応において、その温度の過度
の上昇を防いで効率的に塩化メチルを製造する方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、オゾン層の破壊が大きな社会問題
となっており、1990年6月のロンドン会議においてオゾ
ン層破壊物質の今世紀中の全廃が決定され、産業界もこ
れに従う計画を進めている。このオゾン層破壊物質の1
つに四塩化炭素(CCl4)がある。この四塩化炭素の最も
代表的な工業的製法としては、メタンまたは塩化メチル
の塩素化法がある。この方法は下式に示すように、CH4
→CH3Cl →CH2Cl2→CCl4と経由してCCl4が作られる逐次
併発反応であり、その生成物は未反応メタンまたは塩化
メチルから四塩化炭素に至るクロロメタン類の混合物と
なる。 CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3+ HCl CHCl3 + Cl2 → CCl4+ HCl このため四塩化炭素の副生なしに、この反応を行なわせ
ることは不可能である。しかし、部分塩素化メタンはそ
れぞれ大きく有用なマーケットをもっているので、この
製造法を廃止した場合の他に及ぼす影響は極めて大き
い。それ故、副生する四塩化炭素を速やかに他の無害な
有用物質に転換する手段が望まれている。その方法とし
て研究開発途上のもの、工業化されているものとして以
下のものがある。 1)四塩化炭素の水素による低塩素化メタンへの還元:
【化1】 この方法は反応速度が遅く触媒寿命に限界があり、かつ
ClCH2CH2Clなどの不純物を多く副生するなど工業化のメ
ドがたっていない。 2)高温燃焼:CH4 、LPG 等と一緒に燃焼させ CO2、 H
Clとして回収する方法であるが、燃焼であるため高温
(1000℃)となり、炉材もレンガ等特殊な構造のものと
なる。 3)耐酸性モレキュラーシーブ触媒による気相加水分解
(米国特許第 4,423,024号明細書):この反応は反応温
度が 240〜 330℃と比較的高いため反応器材質が特殊と
なり、また四塩化炭素の熱分解によるタールの析出が起
こりやすい。 4)塩化亜鉛を担持させた活性炭のような触媒を用い、
気相で四塩化炭素、メタノール等による塩化メチルの合
成:先に本発明者らが提案した単一反応によるものであ
るが、CCl4とMeOHを同時に添加して反応させると、CCl4
1モルからのCH3Cl 合成の反応熱は70kcalで、反応器充
填層が固定相で伝熱効率が悪いことから、局所的に高温
となる部分が発生する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明は
反応器中で局所的な高温の発生するのを抑制して速やか
に反応を進めることのできる新たな塩化メチルの製造方
法を提供しようとするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は周期率表の1B
族、2A族、2B族、4B族、7B族、8族の少なくと
も1種類の元素のハロゲン化物および/または酸化物を
活性炭に担持させた触媒を用い、四塩化炭素とメタノー
ルとから気相で塩化メチルを単一の反応器で製造する方
法において、先づ化学量論以上の水を四塩化炭素と共に
反応器の下部に供給して加水分解反応を行なわせた後、
メタノールを反応器中央部に供給して前記の反応で得ら
れた塩化水素と反応させることを特徴とするものであ
る。
【0005】以下、これを説明すると、四塩化炭素とメ
タノールとからの塩化メチルの合成反応は、次の2式の
複反応で示される。 CCl4 + 2H2O → CO2 + 4HCl −41kcal/mol-CCl4 4MeOH + 4HCl → 4CH3Cl + 4H2O −29kcal/4mol-MeOH 本発明に示した触媒を用いて上記反応を行なうことは、
先の出願にも記載されているように、 150〜 250℃程度
の温度で反応が進行する。しかし固定層触媒充填塔を用
いて単一反応器中に全原料を供給すると、この反応熱の
大きさと反応層の伝熱の悪さとから除熱が十分に行なわ
れず反応器中で高温となる部分が発生する。
【0006】そこで、単一の反応器を2段に分け反応を
行なわせる。これを本発明の最も典型的な実施態様であ
る図1に基づいて説明する。反応器1中には、第1、第
2段反応部2、3共に同一触媒が充填されている。用い
ることのできる触媒としては周期律表1B族、2A族、
2B族、6B族、7B族、8族に属する、少なくとも1
種類の元素のハロゲン化物および/または酸化物を活性
炭に担持させたものである。これらのうちでも、反応速
度の速い2B族のハロゲン化物、特にZnCl2 を担持させ
たものが最も好ましい。第1段反応部2の下部入口4か
らは少なくともCCl4、H2O を含む第1の原料が供給さ
れ、反応器中部5よりは少なくともMeOHを含む第2の原
料を供給する。本発明は反応器内の温度制御を容易と
し、過度の温度上昇を抑えることが目的であるので、反
応器内で高温部分が発生しない範囲内で、第2段反応部
3において他の工程からの HClを供給してMeOHと反応さ
せることができる。この場合の HClは、第1、第2の原
料のいずれかと混合して供給してもよい。第2段反応部
3での温度コントロールを容易にするため、第1段反応
部2における反応熱により反応生成ガスの温度が高くな
った場合、第2の原料の一部または全部を液状で供給
し、その蒸発潜熱を利用したり、低温のガス状( 120℃
程度)で供給し、顕熱により反応ガスを冷却し、第2段
反応器3に供給してもよい。
【0007】各反応器内の温度は 150〜 250℃程度に保
つことが好ましい。 150℃以下であれば第1、2段共反
応速度が低下し反応率が低下してしまう。 250℃以上で
は反応速度自体は増すが、反応熱などにより除熱が追い
つかず反応器内の温度が暴走する。また高温になるにし
たがい反応ガスの腐食性が増し、本発明の目的より逸脱
してしまう。反応圧力に関しては第1、2段反応器2、
3共何ら制限はない。反応圧力が高い程容量が少なくて
すむが、腐食を考慮した強度から5kg/cm2G程度以下で
行なうことが好ましい。
【0008】上述のように第1段反応部2において起こ
る反応は四塩化炭素の加水分解反応のみである。この気
相反応の例として米国特許第 4,423,024号明細書に耐酸
性モレキュラーシーブを触媒とした方法が記載されてい
る。しかし、この触媒は本発明での触媒よりも活性が低
いため、四塩化炭素の反応率を低下させないためには、
本発明よりも高い温度( 220℃〜 310℃)が必要とされ
る。四塩化炭素を用いた実施例では 240〜 332℃となっ
ていて腐食性が高くなっている。この耐酸性モレキュラ
ーシーブを本発明の第1段反応部2に用いた場合、本発
明におけるように反応ガスの腐食性を抑えるために反応
温度を 200℃程度にすると、四塩化炭素の加水分解反応
が完結しなくなってしまう。このガスにMeOHを加え第2
段反応部3に送った場合、第2段反応部3では四塩化炭
素(第1段反応部2での未反応分)の加水分解反応とHC
l-MeOHによる CH3Cl合成反応とが同時に起り、反応器内
の温度が異常に上昇し本発明の趣旨より逸脱してしま
う。
【0009】第1段反応部2に供給する四塩化炭素と水
の量比については、前述の反応式に示した通り、H2O/CC
l4=2.0 (モル比)であるが、四塩化炭素の反応率を上
げるため、H2O/CCl4のモル比で2.2 以上というように H
2Oを過剰に供給するのが好ましい。この上限に関し特に
制限はないが、大過剰のH2O の供給は反応に関与しない
成分を供給することになり装置の大型化を招き経済的に
不利となる。第2段反応部3に供給するMeOHに関して
は、(原料CCl4×4+添加HCl )/(原料MeOH)=1.01
〜1.30(モル比)となる量が好ましい。ここでこのモル
比が1.01以下ではメタノールの未反応が増加し、また副
反応[2MeOH→(CH3)2O+H2O ]による(CH3)2O が増加
してしまう。ここで1.30は臨界値ではないが、この比が
増す程ClのCH3Cl への転化率が低下し、HCl の形態で排
出される量が増え不経済となる。本発明によれば、反応
器からは CH3Cl、 CO2、 H2O、そして未反応の HCl、Me
OH、CCl4が排出されるが、 CH3Clと他の成分とは、これ
まで行なわれてきた常法に従って分離される。
【0010】
【実施例】実施例1 図1のような2段に分割されたガラス製反応器を用いて
反応を行なった。反応器は第1、2段共、内径 200mm、
長さ 500mmとし、同一の触媒として ZnCl2を30重量%担
持した活性炭を充填した。反応前に第1、2段反応部を
180℃に加熱しておき、これに 150℃に加熱したCCl4
5.87kg/時(38.15mol/時)、20重量%塩酸を4.29kg/
時( HClとして858g/時、23.55mol/時、 H2Oとして3
432g/時、 190.75mol/時)を反応器下部より供給し
た。また反応器中間部より 150℃に加熱したMeOH5.12kg
/時( 160.14mol/時)を供給した。この場合 H2O/CC
l4:5.0 (モル比)であり、(CCl4×4+ HCl)/MeO
H:1.1 (モル比)であった。また空塔での滞留時間は
第1段反応部では10秒、第2段反応部では 5.2秒であ
る。反応器の温度は、第1段反応部、第2段反応部共 2
00℃とした。第1、第2段反応部出口でのガス組成およ
びMeOH、CCl4の反応率を表1にまとめた。
【0011】
【表1】
【0012】比較例1 実施例1と同様の反応器を用い、MeOHの供給を第1段反
応部入口からとしたほかは実施例1と同一の方法で反応
を行なった。原料の供給と同時に第1反応部の温度は急
上昇し 300℃を越えてもその上昇は止まらず、反応の継
続が困難となり反応を中止した。
【0013】比較例2 第1段反応部で用いた触媒を耐酸性モレキュラーシーブ
・ゼオロン 900-H(ノートン・ケミカル・プロセス・プ
ロダクツ社製)としたほかは、実施例1と同じ条件で反
応を行なった。反応器内温度は第1段反応部では 200℃
にコントロールできたが、第2段反応部では 200℃とす
ることができず 350℃となった。第1段反応部、第2段
反応部での出口組成およびMeOHとCCl4の反応率を表2に
示した。
【0014】
【表2】
【0015】
【発明の効果】これまで提案されていた四塩化炭素の処
理方法は、いづれも反応温度が高くなるため反応器とし
て用いられる材質に実用的なものがなく、耐酸レンガな
どの耐熱耐酸物でも短期の使用に止まらざるを得なかっ
た。しかし本発明によれば、単一反応器中で反応を2分
割することで、反応器内の局所的高温部の発生を防ぐこ
とができる。これにより反応器材質として、これまでに
提案されている耐酸、耐熱材を用いることができ、また
高温による四塩化炭素の分解、タール状物の発生を防ぐ
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法を実施する反応器の一実施態様を
示す説明図である。
【符号の説明】
1…反応器、2…第1段反応部、3…第2段反応部、4
…下部入口、5…反応器中部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−184139(JP,A) 特開 昭58−27644(JP,A) 特開 昭63−91128(JP,A) 特公 平6−59331(JP,B2) 米国特許4423024(US,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】周期率表の1B族、2A族、2B族、4B
    族、7B族、8族の少なくとも1種類の元素のハロゲン
    化物および/または酸化物を活性炭に担持させた触媒を
    用い、四塩化炭素とメタノールとから気相で塩化メチル
    を単一の反応器で製造する方法において、先づ化学量論
    以上の水を四塩化炭素と共に反応器の下部に供給して加
    水分解反応を行なわせた後、メタノールを反応器中央部
    に供給して前記の反応で得られた塩化水素と反応させる
    ことを特徴とする塩化メチルの製造方法。
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EP92103434A EP0501501B1 (en) 1991-03-01 1992-02-28 Method for the preparation of methyl chloride from carbon tetrachloride and methyl alcohol
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