KR100348942B1 - 알릴클로라이드의정제방법 - Google Patents

알릴클로라이드의정제방법 Download PDF

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Abstract

액상에서 수행되는 염소화 단계를 특징으로 하는, 알릴 클로라이드로부터(사이클로)지방족 헥센 및 헥사디엔 이성체의 제거 방법.

Description

알릴 클로라이드의 정제방법
알릴 클로라이드는 프로펜의 고온 염소화에 의해 상업적으로 제조된다. 이의 주된 용도는 일반적으로 알릴 클로라이드 공급물을 물 및 염소와 희석 수성상에서 반응시킴에 의한, 이성체 1,2-디클로-3-하이드록시프로판 및 1,3-디클로로-2-하이드록시프로판으로 언급되는 디클로로하이드린의 생산에 있다. 디클로로하이드린의 주된 용도는 일반적으로 염기 존재하의 탈염화수소화에 의한 에피클로로하이드린 (1,2-에폭시-3-클로로프로판)의 제조용이다. 이러한 반응은 뱃치식, 반-연속식 또는 연속식으로 수행될 수 있다. 알릴 클로라이드의 다른 용도는 에스테르, 알릴 에테르 및 알릴 아민의 생산용이다[참조문헌: Ullman s Encyclopaedia of Industrial Chemistry, 5th Edition, vol A 1985 page 431].
에피클로로하이드린 생산 공장으로부터 방출되는 방대한 양의 수성 유출물이 감지할 만한 양의 기타 염소화된 유기 화합물(추출성 유기 염소, EOCl, 약 100 mgCl/l 이하)을 함유할 수 있음이 알려져 있다. 이들 염소화된 유기 부산물은 주로 클로로지방족 에테르 및 클로로지방족 알칸이다. 이들은 통상적으로 제조된 디클로로하이드린에 이미 존재하여, 에피클로로하이드린 공장의 유출물로 운반된다. 이들 염소화된 유기 부산물은 독성을 띠기 때문에, 폐수중의 이들의 농도는 폐수가 강 및 호수와 같은 수용지로 보내지기 전에 가능한 한 많이 감소되어야 한다. 분별 증류와 같은 통상적인 방법에 의해 에피클로로하이드린 공장 유출물로부터 염소화된 유기 산물을 제거하는 데는 매우 비용이 많이 들기 때문에, 이들의 수준을 감소시키기 위한 대안이 필요하다.
본 철원인의 유럽 특허원 제 0 359 331 호는 알릴 클로라이드와 물 및 염소의 반응 수성 산물을 대기 중의 비점이 40 내지 105℃인 수-비혼화성 용매로 추출함으로써 전술한 반응 유출물내의 염소화된 유기 부산물의 수준을 감소시키는 방법에 관한 것이다. 본 출원인의 유럽 특허원 제 0 537 846 호에는 추출하는 수-비혼화성 용매가 1,2,3-트리클로로프로판인 유사 방법에 대해 기술하고 있다.
본 철원인의 WO-94/13611에는 상술한 반응 유출물내 염소화된 유기 부산물의 수준을 감소시키는 상이한 접근법이 제시되어 있다. 여기에는 상기의 원치 않는 염소화된 유기 부산물이 주로 탄소수 9 및 12(C9및 C12)의 클로로지방족 에테르이고, C15클로로지방족 에테르의 수준이 한층 더 낮으며, 알릴 클로라이드 공급물내 이들의 공급원이 프로펜의 알릴 클로라이드로의 고온 염소화의 부산물인 주로 헥사디엔 (즉, C6H10이성체, 특히 1,5-헥사디엔, 1,4-헥사디엔 및 2-메틸-1,4-펜타디엔)임이 기술되어 있다. 물 및 염소와의 전술한 반응에 대한 알릴 클로라이드 공급물 중에 존재하여 디클로로하이드린을 형성할 경우, 이들 헥사디엔 또한 염소, 물 및 디클로로하이드린과 반응하여 반응 유출물 중에 발견되는 클로로지방족 에테르를 형성한다.
디클로로하이드린의 생산에 사용되는 통상의 알릴 클로라이드는 적어도 97.5 중량% 순도이고 불순물로서 헥사디엔을 함유한다[참조문헌: Ullman' s Encyclopaedia of Industrial Chemistry, 5th Edition, vol. A 1985 Page 431]. 이러한 순도에 도달하기 위해서는, 프로펜의 염소화에 의해 생성되고 약 75 내지 80%의 알릴 클로라이드와 경량성 및 중량성 불순물을 함유하는 조 알릴 클로라이드를 통상적으로 정제한다. 정제 과정은 일반적으로 경량 부분과 중량 부분이 따로 따로 제거되는 적어도 두 단계로 증류에 의해 수행된다. 통상, 0.3 내지 1.0 중량%의 헥사디엔이 디클로로하이드린의 생산에 사용된 정제된 알릴 클로라이드에 여전히 존재한다. WO-94/13611에는 0.30 중량% 이하의 헥사디엔을 함유하는 알릴클로라이드 공급물이 디클로로하이드린의 생산에 물 및 염소와 함께 사용될 경우, 생성물이 원치않는 염소화된 유기 부산물을 훨씬 적게 함유하고 이에 따라 공장에 서 방류되는 수성 유출물의 정제 비용이 상당히 감소됨이 기재되어 있다.
WO-94/13611은 전술한 원치않는 염소화된 유기 부산물의 생성 감소의 관점에서, 디클로로하이드린 생산용 알릴 클로라이드 공급물로부터 헥사디엔을 제거하는 몇 가지 방법에 대해 기술하고 있다. 이들 방법 중 하나는 조 알릴 클로라이드 공급물 중에 존재하는 헥사디엔을 MoCl5와 같은 루이스 산의 존재하에 HCl을 사용하여 모노클로로헥산 및 디클로로헥산으로 염화수소 처리하는 과정을 수반한다. 모노클로로헥산 및 디클로로헥산의 대기압에서의 비점은 각각 110 내지 140℃ 및 170 내지 220℃이고, 이들은 헥사디엔(비점 55 내지 65℃)보다 알릴 클로라이드(비점 45℃)로부터 분리해 내기가 한결 수월하다.
비록 WO-94/13611은 알릴 클로라이드 공급물중에 존재하는 헥사디엔의 98% 정도를 모노클로로헥센 및 디클로로헥산으로 선택적으로 전환시키기에 매우 효과적일 염화수소 처리를 예시하고 있지만, 실행에 있어서 이러한 방법은 사용되는 촉매가 고가이고 반응 산물로부터 분리해내어야 하는 단점이 있다. 또한, 알릴 클로라이드내 헥사디엔의 모노클로로헥센 및 디클로로헥산보다 한층 무거운 생성물로의 전환 또한 일어날 것이다. 물론, 이러한 전환 반응은 알릴 클로라이드 자체에는 과도하게 영향을 미치지 않으면서 헥사디엔에 선택적인 채로 남아야 한다.
조 알릴 클로라이드는 또한 부산물로서 헥사디엔 뿐만 아니라 노말 헥센, 메틸펜텐, 메틸사이클로펜텐 및 메틸사이클로펜타디엔과 같은 소랑의 기타 지방족 및 지환족 헥센 및 헥사디엔 이성체도 함유하고 이들 또한 통상적으로 정제된 알릴 클로라이드로 운반된다. 메틸사이클로펜텐 불순물은 존재할 경우, 에피클로로하이드린 생성 과정에서, 감지할 만한 양으로 존재할 경우 에피클로로하이드린의 추가처리에 영향을 미칠 수 있는 에폭시메틸사이클로펜탄으로 전환되는 것으로 밝혀졌다.
원소상태의 염소 또는 브롬과 반응시킴으로써 증류기 기저물의 C6올레핀 성분을 선택적으로 할로겐화하는 단계를 포함하는, 알릴 클로라이드의 생산에서 생성되는 증류기 기저물로부터 시스-1,3-디클로로프로렌의 제조 방법이 미국 특허원제3,914,167호에 기재되어 있다. 알릴 클로라이드가 디클로로프로펜 보다 염소에 한층 더 반응성이기 때문에, 과량의 알릴 클로라이드의 존재하의 헥사디엔 염소화의 선택성은 상기 특허 문헌으로부터 예상될 수 없다.
본 발명에 이르러 조 알릴 클로라이드 및 통상적으로 정제된 알릴 클로라이드 중에 존재하는 헥사디엔, 및 메틸사이클로펜텐 및 기타 지방족 및 지환족 헥센 및 헥사디엔 이성체가 액상에서 염소 분자를 사용한 염소화에 의해 효과적이고 효율적으로 제거될 수 있음이 밝혀졌다. 이러한 염소화 단계에서, 헥사디엔은 WO-94/13611에서 언급된 염화수소처리 생성물보다 무겁고 따라서 알릴 클로라이드 메인스트림으로부터 분리하기가 한층 더 수월한 디클로로헥센 및 테트라클로로헥산으로 전환된다. 이어서, 메틸사이클로펜텐은 이러한 염소화 단계에서 알릴 클로라이드 메인스트림으로부터 손쉽게 분리될 수 있는 디클로로 메틸사이클로펜탄으로 전환된다. 놀랍게도, 염소화 단계가 정확하게 수행될 경우, 알릴 클로라이드 자제는 비록 이들이 불포화 C6불순물에 대해 아주 과량으로 존재하더라도 상당량까지는 염소화도지 않는다는 점에서 매우 선택적임이 밝혀졌다.
따라서, 본 발명은 액상에서 염소 분자로써 수행되는 염소화 단계를 특징으로 하는, 알릴 클로라이드로부터 (사이클로)지방족 헥센 및 헥사디엔 이성체의 제거 방법에 관한 것이다.
염소화 단계에 있어서, 불활성 가스 또는 1,2,3-트리클로로프로판 또는 4염화탄소와 같은 불활성 액체 용매와 임의로 혼합될 수 있는 염소 분자는 사용되는온도 및 압력의 조합으로 액체 상태로 유지되는 조 알릴 클로라이드와 반응기 중에서 접촉된다. 알릴 클로라이드는 액체 상태로 유지한다는 점이 중요한데, 그 이유는 그렇게 했을 때 만 염소화 반응이 충분히 선택적으로 되기 때문이다. 기체상 알릴 클로라이드는 염소와 아주 신속히 반응하여 트리클로로프로판을 형성하는데, 이는 유용하지 않다.
본 발명에 따른 염소화 단계가 수행될 수 있는 온도는 -20 내지 120℃, 바람직하게는 20 내지 80℃ 범위내에서 다양할 수 있고, 압력은 알릴 클로라이드가 사용 온도에서 액체이도록 보장하도록 선택된다.
본 발명에 따른 염소화에 사용된 염소의 총량은 조 알릴 클로라이드에 최초에 존재하는 합한 (사이클로)지방족 헥센 및 헥사디엔의 mol 당 바람직하게는 1 내지 5, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 3.5 mol이다. 헥센 및 헥사디엔의 최적 염소화에 요구되는 것보다 상당히 더 높은 농도의 염소는 모든 불순물의 염소화 후에 알릴 클로라이드 자제를 염소화하는 쪽으로 진행하는 경향을 띨 것이다.
조 알릴 클로라이드는 또한 종종 알릴 클로라이드가 제조되는 잔류 프로펜도 함유한다. 프로펜이 또한 반응 조건하에서 염소와 반응하여 (디클로로프로판을 형성하고), 증류와 같은 통상적인 분리 수단에 의한 프로펜의 직접 제거로는 헥사디엔 및 메틸 사이클로펜텐의 제거에서와 같은 동일한 난점이 제기되지 않기 때문에, 본 발명에 따른 염소화 단계의 수행에 앞서 조 알릴 클로라이드로부터 프로펜을 분리해 내기가 편리하다. 따라서, 본 발명의 바람직한 양태에 있어서, 염소화 단계는 조 알릴 클로라이드로부터 경량 부분을 제거한 후 수행된다.
본 발명에 따른 정제 단계는 뱃치식 및 연속식으로 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 염소화 단계를 수행한 후, 알릴 클로라이드 정제 단계는 증류와 같은 통상적인 수단에 의해 완료될 수 있다. 따라서, 바람직한 양태로서, 본 발명은 조 알릴 클로라이드를 증류하여 경량 부분을 제거하고, 조 알릴 클로라이드 중에 존재하는 (사이클로)지방족 헥센 및 헥사디엔 이성체의 액상 염소화를 수행한 다음; 조 알릴 클로라이드를 증류하여 중량 부분을 제거하는 단계를 포함한다.
[실시예]
하기 실시에는 본 발명을 설명한다.
실시예 1
0.36 mol%의 1,5-헥사디엔 및 >98 중량%의 알릴 클로라이드 중에 총 0.46mol%의 (사이클로)지방족 헥센과 헥사디엔을 함유하는 실험실용 등급의 알릴 클로 라이드인 공급물 A 16.7g을 30ml 들이 유리병에 21℃ 및 대기압하에서 넣는다. 액체를 마그네틱 교반기를 사용하여 교반한다. 염소 기체를 액체 표면 아래에 파이프를 통해 5mg/sec의 속도로 투여한다. 생성물을 가스 크로마토그래피/질량 분공측정술로 분석한다. (사이클로)지방족 헥센 및 헥사디엔 전체에 대해 1 및 2 mol 당량의 염소를 투여한 후의 헥사디엔의 (디클로로헥센 및 테트라클로로헥산으로) 및 알릴 클로라이드의 (1,2,3-트리클로로프로판으로)의 전체 염소화를 표 1에 제시하였다.
실시예 2 및 3
공급물 A를 수직으로 위치한 유리관 반응기(직경 4 mm, 길이 1m)의 저변에400 g/h의 속도로 20℃에서 연속적으로 공급한다.
염소 기체를 (사이클로)지방족 헥센 및 헥사디엔 전체에 대해 0.6 내지 2.7 mol 비가 되도록 0.92 내지 4.70 g/h의 속도로 반응기의 저변에, 반응기의 저변으로부터 3 cm 거리에 위치한 유리 소결기 바로 밑에 위치하여 있고 반응기의 전체 단면을 가로질러 뻗어있는 미세 노즐을 통해 연속적으로 공급함으로써 알릴 클로라이드를 통해 버블링시킨다. 소결기 밑과 반응기 상부에서의 반응기 압력은 각각 160 내지 180 kPa 및 대기압이다. 액체 샘플을 반응기 상부로부터 제거해내고 헥사디엔의 염소화된 생성물 (디클로로헥센 및 테트라클로로헥산, 둘의 합) 및 알릴클로라이드의 염소화된 생성물 (트리클로로프로판)의 함량에 대해 가스 크로마토그래피 분석한다. 전체 염소화 결과 또한 표 1에 제시하였다.
실시예 4
조 알릴 클로라히드가 사용되는 것을 제외하고는 실시예 2 및 3과 유사하게, 78 중량%의 알릴 클로라이드, 알릴 클로라이드에 대한 0.33 mol%의 1,5-헥사디엔 및 전체 0.45 mol%의 (사이클로)지방족 헥센 및 헥사디인을 함유하는 공급물을 우선 증류하여 프로펜을 제거한다(공급물 B). 전체 염소화 결과 또한 표 1에 제시하였다.
실시예 5
사용된 조 생성물의 알릴 클로라이드 함량이 프로펜 제거 후 80 중량%인 것을 제외하고는 실시예 4와 유사하게, 헥사디엔 함량은 0.31 mol%이고 전체 (사이클로)지방족 헥센 및 헥사디엔의 함량은 0.44 mol%이다(공급물 C). 전체 염소화 결과또한 표 1에 제시하였다. 더욱이, (디클로로헥센 및 테트라클로로헥산으로)전환된 헥사디엔의 생성물 평형을 표 2에 상세하게 실었다.
실시예 6
공급물 C(실시예 5)를 수직으로 위치한 강관 반응기 (직경 4.4mm, 길이 1m)의 저변에 400g/h의 속도로 연속 공급한다. 염소 기체를 미세 노즐을 통해 (사이클로)지방족 헥센 및 헥사디엔 총량에 대해 2.5 mol비로 반응기의 저변에 연속적으로 공급한다. 반응기 온도는 오일 재킷으로 제어된다. 반응기 압력은 반응기 배출구내 배압 조절기로 제어된다. 액체 샘플을 제거하여 가스 크로마토그래피로 분석한다. 상이한 온도에서의 전체 염소화 결과를 표 3에 제시하였다.
실시예 1 내지 5로부터 거의 모든 헥사디엔이 염소화되는 시점까지 염소화 반응이 선택적인 것으로 보인다.
실시예 6은 고온에서의 염소화의 효율을 나타낸다.
[표 1]
실시예 1 내지 5에서의 전체 염소화
Figure pct00001
[표 2]
실시예 5의 헥사디엔 생성물 평형
Figure pct00002
[표 3]
실시예 6에서의 전체 염소화
Figure pct00003
본 발명은 특정의 원치 않는 부산물의 제거에 의한 알릴 클로라이드의 정제방법에 관한 것이다.

Claims (7)

  1. 액상에서 염소 분자로써 수행되는 염소화 단계를 특징으로 하는, 알릴 클로 라이드로부터 (사이클로)지방족 헥센 및 헥사디엔 이성체의 제거 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 염소화가 불활성 기체와 임의로 혼합된 기체상 염소, 또는 불활성 액체중에 용해된 염소를 공급함으로써 수행됨을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 염소화가 -20 내지 120℃의 온도 및 알릴 클로라이드가 사용 온도에서 액체가 되도록 보장하기에 충분한 압력에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 염소화가 20 내지 80℃에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 염소화에 사용된 염소의 양이 조 알릴 클로라이드에 초기에 존재하는 (사이클로)지방족 헥센 및 헥사디엔의 총 mol 당 1 내지 5 mol임을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 사용된 염소의 양이 조 알릴 클로라이드에 초기에 존재하는 (사이클로)지방족 헥센 및 헥사디엔의 총 mol 당 1.5 내지 3.5 mol임을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 조 알릴 클로라이드를 증류하여 경량 부분을 제거하고; 조 알릴 클로라이드 중에 존재하는 (사이클로)지방족 헥센 및 헥사디엔 이성체의 액체상에서의 염소화를 수행한 다음; 조 알릴 클로라이드를 증류하여 중량 부분을 제거하는 단계를 포함하는 방법.
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