PL176853B1 - Sposób wytwarzania epichlorohydryny - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania epichlorohydryny przez odchlorowodorowanie mieszaniny izomerów 1,3-dichloropropanolu i 2,3-dichloropropanolu, będących w roztworze wodnym w proporcji około 1:2 i sumarycznym stężeniu 4,5% - 5,5% wagowych, za pomocą ługu sodowego lub wodnego roztworu wodorotlenku sodowego i chlorku sodowego, przy czym proces ten prowadzi się w reaktorze kolumnowym zjednoczesnym rektyfikacyjnymodpędem powstającej epichlorohydryny parą wodną, znamienny tym, ze z roztworu mieszaniny izomerów dichloropropanoli usuwa się rozpuszczony chlorowodór przez jego neutralizację wodorotlenkem sodowy, utrzymując pH roztworu po neutralizacji na poziomie 7-8, a następnie reakcję odchlorowodorowania mieszaniny izomerów dichloropropanoli przeprowadza się przy stosunku molowym wodorotlenku sodowego do sumy izomerów dichloropropanoli liczonym na wlocie do reaktora kolumnowego, mającego co najmniej 14 półek teoretycznych wynoszącym, 1,015-1,15, a wodny roztwór izomerów dichloropropanoli o temperaturze reakcji chlorohydroksylowania chlorku allilu wynoszącej 38°C-43°C lub podgrzany nawet do temperatury wrzenia, odpowiadającej ciśnieniu pod którym biegnie reakcja odchlorowodorowania izomerów dichloropropanoli, podaje się na drugą lub trzecią półkę teoretyczną licząc od szczytu reaktora kolumnowego, przy czym przebiegającej w fazie ciekłej reakcji na półce teoretycznej kolumny wynosi 15-50 sekund, a przechodzącą w wyniku rektyfikacyjnego odpędu epichlorohydrynę do fazy parowej odbiera się ze szczytu reaktora pod ciśnieniem 20 kPa - 50 kPa, doprowadzając pod najniższą półkę teoretyczną taką ilość pary wodnej, aby stopień odparowania utrzymać w granicach od 0,08 - 0,15.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania epichlorohydryny, przez odchlorowodorowanie mieszaniny izomerów 1,3-dichloropropanolu i 2,3-dichloropropanolu będących w roztworze wodnym ługu sodowego lub mieszaniny wodorotlenku sodowego i chlorku sodowego, w reaktorze kolumnowym z równoczesnym oddestylowaniem produktu końcowego. W praktyce przemysłowej epichlorohydrynę otrzymuje się przez chlorohydroksylowanie chlorku allilu do izomerów dichloropropanoli w rozcieńczonym środowisku wodnym za pomocą kwasu podchlorawego, a otrzymane dichloropropanole o stosunku wagowym 1,3-dichloropropanolu do 2,3-dichloropropanolu równym około 1:2 poddaje się reakcji odchlorowodorowania do epichlorohydryny stosując głównie mleko wapienne. Stosowanie do reakcji odchlorowodorowania dichloropropanoli, w przemysłowej syntezie epichlorohydryny, ługu sodowego lub wod176 853 nego roztworu wodorotlenku sodowego i chlorku sodowego jest znacznie rzadsze z powodu ceny tych surowców, a także trudności procesowych w operowaniu nimi, w porównaniu z mlekiem wapiennym.

Na etapie chlorohydroksylowania chlorku allilu do dichloropropanoli, ze względu na reakcję uboczną chlorku allilu do 1,2,3-trichloropropanonu, proporcje doprowadzanego chlorku allilu, chlorku i wody są takie, aby stężenie wytworzonych dichloropropanoli w roztworze wodnym nie przekraczało 5,5% wagowych. Jedynie w opisie patentowym US nr 2227948 zastrzeżono stężenie dichloropropanoli do 10% ' wagowych. Istnieje wiele rozwiązań inżynieryjnych procesu odchlorowodorowania dichloropropanoli do epichlorohydryny przy użyciu mleka wapiennego.

Według opisów patentowych US nr 2177419, DE nr 1593009 i polskiego opisu patentowego nr 142790 reakcję przeprowadza się wstępnie w reaktorze zbiornikowym, do którego doprowadza się mleko wapienne lub w kaskadzie reaktorów zbiornikowych (rumuński opis patentowy nr 53369), a dokończenie reakcji i wydzielanie surowej epichlorohydryny zachodzi w kolumnie odpędowej ogrzewanej bezpośrednio parą lub przeponowo z zastosowaniem wyparki. Kolumna odpędowa pracuje pod zmniejszonym ciśnieniem 30 kPa.

Sposobem znanym z opisu patentowego US nr 2227948 reakcję przeprowadza się wyłącznie w kolumnie odpędowej, pracującej pod ciśnieniem atmosferycznym lub wyższym. Temperatura oparów z kolumny wynosi 98-100°C, a stosunek wagowy wydestylowanej epichlorohydryny do wody wynosi 9. Destylat ze szczytu kolumny tworzy dwie fazy, gómąwodną, zawracanąjako orosienie i dolną - surową epichlorohydrynę, kierowaną do oczyszczenia. Entalpię oparów z szczytu kolumny można dodatkowo wykorzystać do podgrzewania mleka wapiennego kierowanego do procesu odchlorowodorowania (według opisu patentowego US nr 3527774).

Wydajność przemiany dichloropropanoli do epichlorohydryny, w scharakteryzowanych wyżej sposobach, mieści się w granicach 90-92,1%, przy czym wyższe wartości z podanego zakresu osiąga się w rozwiązaniach stosujących wyłącznie kolumnę odpędową. W sposobie przedstawionym w opisie patentowym GB nr 960023 do procesu odchlorowodorowania dichloropropanoli wprowadza się składnik inertny-1,2,3-trichloropropan poprawiający selektywność przemiany. Z polskiego opisu patentowego nr 139 944 znany jest sposób wytwarzania epichlorohydryny przez odchlorowodorowanie rozcieńczonego wodnego roztworu dichloropropanoli za pomocą wodnej zawiesiny wodorotlenku wapnia przy pH 10-12, pod zmniejszonym ciśnieniem, z równoczesnym oddestylowaniem powstającej epichlorohydryny, przy pomocy pary wodnej.

Proces prowadzi się w reaktorze kolumnowym, zaopatrzonym w co najmniej 19 półek, przy czym wodny roztwór dichloropropanoli, zmieszany z mlekiem wapiennym podaje się na drugą lub trzecią półkę licząc od szczytu kolumny. Uzysk epichlorohydryny definiowany ilorazem ilości moli epichlorohydryny, odbieranej w fazie organicznej destylatu z reaktora kolumnowego i sumarycznej ilości moli izomerów dichloropropanoli i epichlorohydryny zawartych w strumieniu z chlorohydroksylowania chlorku allilu, doprowadzanym do reaktora kolumnowego, wynosi 94%. Modyfikacja tego sposobu, przedstawiona w polskim opisie patentowym nr 154 680, polega na zawrocie części wywaru o pH 10-12 z kubka reaktora kolumnowego na jego szczyt, w celu alkalizowania cieczy w segmencie reaktora znajdującego się powyżej miejsca zasilanego wodnym roztworem dichloropropanoli. Następstwem tego jest inicjowanie reakcji odchlorowodorowania w tym segmencie, a zatem zwiększenie uzysku epichlorohydryny do 95,5%, przy dodatkowo odpowiednim podziale fazy wodnej destylatu z reaktora kolumnowego pomiędzy jego szczyt a miejsce podania czynnika alkalizującego.

Pomimo niewątpliwych zalet stosowania mleka wapiennego jako czynnika odchlorowódorującego, takich jak niska jego cena, czy łatwość prowadzenia reakcji odchlorowodorowania wynikająca ze stabilizującego działania na pH reagującej mieszaniny, maleje obecnie zainteresowanie nim z powodu ścieku, wywaru reaktora kolumnowego. Przemysłowa synteza epichlorohydryny wytwarza również olbrzymie ilości ścieku, 30-40 ton na tonę produktu, zawierającego głównie chlorek wapniowy, nieprzereagowany wodorotlenek wapnia, epichlo4

176 853 rohydrynę i jej produkty rozkładu, który utylizuje się przez odprowadzenie do stawów osadowych, morze czy nieczynnych wyrobisk kopalń.

Tą niedogodność można wyeliminować stosując do reakcji odchlorowodorowania dichloropropanoli ług sodowy lub wodny roztwór mieszaniny wodorotlenku sodowego i chlorku sodowego popularnie nazywany katolitem. Głównym składnikiem ścieku jest wówczas chlorek sodowy, a ściek po oczyszczeniu go od związków organicznych może zostać zawrócony do elektrolizy solanki w instalacji produkcji chloru, jednego z surowców w syntezie epichlorohydryny. Z opisu patentowego GB nr 974164 znany jest sposób wytwarzania epichlorohydryny w postaci mieszaniny z parą wodną, polegający na mieszaniu izomerów dichloropropanoli z wodorotlenkiem sodowym i wodą w podwyższonej do 55°C temperaturze i następnie odpędzeniu wytworzonej w środowisku zasadowym reakcji epichlorohydryny parą wodną, o temperaturze wyższej od temperatury wrzenia azeotropu, przy co najmniej 50% wagowych pary wodnej w mieszaninie. Wydajność epichlorohydryny nie przekracza 92%.

Innym sposobem znanym z polskiego opisu patentowego nr 137 377 epichlorohydrynę wytwarza się z 1,5. -2% wodnych roztworów dichloropropanoli przez ich odchlorowodorowanie w kolumnie reakcyjno-destylacyjnej w obecności katolitu, zawierającego 8-14% wagowych wodorotlenku sodowego i 14-18% wagowych chlorku sodowego. W procesie utrzymuje się szybkość dozowania katolitu na poziomie zapewniającym utrzymania w roztworze stałego nadmiaru wodorotlenku sodowego w ilości 4-8% molowych, przy jednoczesnym dozowaniu pary wodnej w ilości 12-18 kg na 1 kg oddestylowanego azeotropu epichlorohydryny. Proces prowadzi się pod próżnią 30 - 60 . kPa, w temperaturze 60°C-80°C. Ogólna wydajność wytworzonej w tym procesie epichlorohydryny wynosi 94,5%. Niska stosunkowo wydajność epichlorohydryny w opisie patentowym GB nr 974164 jest następstwem znacznego postępu reakcji epichlorohydryny z wodorotlenkiem sodowym do produktów ubocznych, wskutek jej długiego przetrzymywania w środowisku reakcji. Z kolei utrzymanie stałego nadmiaru wodorotlenku sodowego przy wyższych stężeniach dichloropropanoli, aniżeli zastrzegana w polskim opisie patentowym nr 137 377, jest technicznie niemożliwe. Konieczność, bez względu na rodzaj czynnika alkalizującego, utylizacji ogromnej ilości ścieku z produkcji epichlorohydryny . zmusza jej producentów do jego ciągłego obniżania. Osiąga się to podnoszeniem stężenia dichloropropanoli w roztworze wodnym. Ekonomicznym kompromisem pomiędzy chlorohydroksylowaniem chlorku allilu do dichloropropanoli, . a jego uboczną reakcją do 1,2,3-trichloropropanu jest użycie takich proporcji chlorku allilu, chloru i wody, aby stężenie wytworzonych dichloropropanoli w roztworze wodnym utrzymywało się w granicach 4,5 - 5,5% wagowych. Dla możliwie pełnego przereagowania dichloropropanoli czynnik odchlorowodorujący powinien zostać użyty w nadmiarze stechiometrycznym. W przypadku stosowania mleka wapiennego, nie jest tak istotne jakim nadmiarem stechiometrycznym operujemy, ponieważ jego ograniczona rozpuszczalność w wodzie buforuje jego stężenie podczas reakcji i reakcja odchlorowodorowania izomerów dichloropropanoli do epichlorohydryny jestreakcjąpierwszego rzędu, której szybkość zależy wyłącznieod stężenia dichloropropanoli. Stąd stałość pH reagującej mieszaniny. Niestety, w przypadku stosowania ługu sodowego lub katolitu, które są w wodzie bardzo dobrze, rozpuszczalne, stężenie reagującego wodorotlenku sodowego ulega ciągłej zmianie, malejąc. Reakcja odchlorowodorowaniaizomerów dichloropropanoli do epichlorohydryny i jej dalsze przemiana zmieniają rząd reakcji na drugi, a zatem i wartość szybkości reakcji, która to szybkości zaczyna zależeć od stężenia wodorotlenku sodowego.

Przy stężeniu dichloropropanoli w roztworze wodnym 4,5 - 5,5% wagowych bardzo ważną rolę w produkcji epichlorohydryny odgrywają takie parametry jak: stosunek molowy wodorotlenku sodowego do sumy izomerów dichloropropanoli, sposób doprowadzenia ługu sodowego lub katalitu i odprowadzenia pośredniego produktu reakcji epichlorohydryny, czas i temperatura reakcji. Wystarczy utrzymanie niewłaściwego poziomu jednego z wyżej wymienionych parametrów, a końcowym produktem reakcji może być gliceryna lub mieszanina po reakcji zawierać będzie znaczące ilości nieprzereagowanych dichloropropanoli. Osiągnięcia najwyższej selektywności reakcji odchlorowodorowania dichloropropanoli ługiem sodowym lub katolitem do epichlorohydryny i jednocześnie najwyższego uzysku epichlorohydryny oraz składu ścieku, który może zostać użyty do elektrolizy, jest celem niniejszego wynalazku.

176 853

Istota sposobu wytwarzania epichlorohydryny, według wynalazku, przez odchlorowodorowanie mieszaniny izomerów 1,3-dichloropropanolu i 2,3-dichloropropanolu będących w roztworze wodnym w proporcji około 1:2 i sumarycznym stężeniu 4,5 - 5,5% wagowych, za pomocą ługu sodowego lub wodnego roztworu wodorotlenku sodowego i chlorku sodowego, przy czym proces ten prowadzi się w reaktorze kolumnowym z jednoczesnym rektyfikacyjnym odpędem powstającej epichlorohydryny parą wodną, polega na tym, że z roztworu, po reakcji chlorohydroksylowania chlorku allilu do mieszaniny izomerów dichloropropanoli, usuwa się rozpuszczony chlorowodór, przez jego neutralizację wodorotlenkiem sodowym aż do pH roztworu 7-8, a następnie proces prowadzi się przy stosunku molowym wodorotlenku sodowego do sumy izomerów dichloropropanoli liczonych na wlocie do reaktora, wynoszącym 1,015-1,15. Reaktor kolumny posiada co najmniej 14 półek teoretycznych. Wodny roztwór izomerów dichloropropanoli, o temperaturze reakcji chlorohydroksylowania chlorku aliilu wynoszącej 38°C-43°C lub podgrzany nawet do temperatury wrzenia, odpowiadającej ciśnieniu pod którym biegnie reakcja odchlorowodorowania izomerów dichloropropanoli, podaje się na drugą lub trzecią półkę teoretyczną licząc od szczytu reaktora kolumnowego, przy czym czas przebiegającej w fazie ciekłej reakcji na półce teoretycznej kolumny wynosi 15-50 sekund, a przechodzącą w wyniku rektyfikacyjnego odpędu epichlorohydrynę do fazy parowej odbiera się ze szczytu reaktora pod ciśnieniem 20 kPa - 50 kPa, doprowadzając pod najniższą półkę teoretyczną taką ilość pary wodnej, aby stopień odparowania utrzymać w granicach 0,08-0,15.

Stopień odparowania definiowany jest ilorazem sumarycznej ilości moli składników odprowadzanych w fazie parowej ze szczytu reaktora kolumnowego do ilości moli składników w fazach ciekłych doprowadzanych do reaktora kolumnowego. W procesie według wynalazku korzystnie jest ług sodowy lub wodny roztwór wodorotlenku sodowego i chlorku sodowego dzielić na dwa, trzy lub więcej zasilań, doprowadzając w przypadku dwóch zasilań 50% - 70% całości strumienia na półkę teoretyczną zasilaną wodnym roztworem dichloropropanoli, pozostałą część poniżej tej półki teoretycznej, a w przypadku podziału na trzy zasilania doprowadzać 40% - 60% całości strumienia na półkę zasilaną wodnym roztworem izomerów dichloropropanoli, 20% - 40% na bezpośrednio niższą półkę teoretyczną a pozostałą część na jeszcze niżej leżącą półkę, a ponadto na szczyt reaktora kolumnowego zawracać z kuba reaktora część mieszaniny po reakcji w takiej ilości, aby pH fazy ciekłej między szczytem reaktora a półką teoretyczną zasilaną wodnym roztworem izomerów dichloropropanoli wynosiło 8 -12. Zamiast co najmniej 14 półek teoretycznych reaktor kolumnowy może być wypełniony dowolnym wypełnieniem o wysokości równoważnej co najmniej 14 półkom teoretycznym.

Uzysk epichlorohydryny według przedstawionego sposobu ze znanych podobnych metod jest najwyższy i wynosi 96%, a selektywność przemiany mieszaniny izomerów dichloropropanoli do epichlorohydryny osiąga 98,1%. Tylko niecałe 2% dichloropropanoli przereagowuje do monochlorohydryny, glicydolu i gliceryny minimalizując zawartość związków organicznych w wywarze z reaktora kolumnowego do zakresu 0,03% - 0,05% wagowych. Wywar będący ściekiem, po usunięciu z niego związków organicznych np. przez adsorpcję, może zostać zawrócony do elektrolizy solanki w instalacji produkcji chloru.

Ponadto okazało się, że pierwszy z produktów ubocznych reakcji epichlorohydryny z wodorotlenkiem sodowym monochlorohydryna, w przedstawionym sposobie wytwarzania epichlorohydryny, reaguje z zawartym w ścieku chlorkiem sodowym tworząc w reakcji odwróconej 1,3-dichioropropanol - jeden z surowców, który w środowisku alkalicznym odchlorowodorowuje z powrotem do epichlorohydryny.

Przykłady

Wodny roztwór mieszaniny izomerów 1,3-dichloropropanolu i 2,3-dichloropropanolu w proporcji 1:2 i sumarycznym stężeniu 5% wagowych, o temperaturze 40°C, podaje się na drugą półkę teoretyczną reaktora kolumnowego licząc od szczytu. Reaktor kolumnowy posiada 14 półek teoretycznych. Pod najniższą półkę teoretyczną doprowadzana jest żywa para wodna. Czynnik alkaliczny: mleko wapienne (przykład I z tabeli nr 1 obrazujący stan dotychczasowy) miesza się ze strumieniem dichloropropanoli w takim stosunku, aby zawartość wodorotlenku wapniowego w wywarze reaktora nie przekraczała 0,2% wagowych. Ług sodowy lub katolit

176 853 (pozostałe przykłady I1-IV z tabeli obrazujące stan proponowany według wynalazku) w sumarycznej ilości utrzymującej stosunek molowy wodorotlenku sodowego do sumy izomerów dichloropropanoli na poziomie 1,05, podaje się w proporcjach i miejscach wskazanych w tabeli. Czas przebywania fazy ciekłej na półce teoretycznej reaktora kolumnowego 35-36 sekund. Stopień odparowania wynosi 0,12. Parowy destylat skraplany jest i rozdzielany na dwie warstwy. Warstwa organiczna odprowadzana jest jako epichlorohydryna surowa do rektyfikacji, a warstwa wodna zawracanajest w całości na szczyt reaktora kolumnowego. Pozostałe parametry podano w tabeli nr 1.

Tabela 1

Nr przykładu	Ciśnienie na szczycie reaktora kPa	Czynnik alkaliczny	Epichlorohydryna	Ściek
miejsce zasilania (półki teoretycznej)	podział % wag	selektywność %	uzysk %	suma związków organicznych % wag
I	54	2	100	97,3	95,5	0,047
U	43	2	100	97,5	96,2	0,061
III	43	2	60
		3	40	98,4	95,8	0,038
IV	43	2	50
		3	30
		4	20	98,8	95,7	0,031

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 2,00 zl.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania epichlorohydryny przez odchlorowodorowanie mieszaniny, izomerów 1,3-dichloropropanolu i 2,3-dichloropropanolu, będących w roztworze wodnym w proporcji około 1:2 i sumarycznym stężeniu 4,5% - 5,5% wagowych, za pomocą ługu sodowego lub wodnego roztworu wodorotlenku sodowego i chlorku sodowego, przy czym proces ten prowadzi się w reaktorze kolumnowym z jednoczesnym rektyfikacyjnym odpędem powstającej epichlorohydryny parą wodną, znamienny tym, że z roztworu mieszaniny izomerów dichloropropanoli usuwa się rozpuszczony chlorowodór przez jego neutralizację wodorotlenkem sodowy, utrzymując pH roztworu po neutralizacji na poziomie 7-8, a następnie reakcję odchlorowodorowania mieszaniny izomerów dichloropropanoli przeprowadza się przy stosunku molowym wodorotlenku sodowego do sumy izomerów dichloropropanoli liczonym na wlocie do reaktora kolumnowego, mającego co najmniej 14 półek teoretycznych wynoszącym, 1,015-1,15, a wodny roztwór izomerów dichloropropanoli o temperaturze reakcji chlorohydroksylowania chlorku allilu wynoszącej 38°C-43°C lub podgrzany nawet do temperatury wrzenia, odpowiadającej ciśnieniu pod którym biegnie reakcja odchlorowodorowania izomerów dichloropropanoli, podaje się na drugą lub trzecią półkę teoretyczną licząc od szczytu reaktora kolumnowego, przy czym przebiegającej w fazie ciekłej reakcji na półce teoretycznej kolumny wynosi 15-50 sekund, a przechodzącą w wyniku rektyfikacyjnego odpędu epichlorohydrynę do fazy parowej odbiera się ze szczytu reaktora pod ciśnieniem 20 kPa - 50 kPa, doprowadzając pod najniższą półkę teoretyczną taką ilość pary wodnej, aby stopień odparowania utrzymać w granicach od Ο,θ8 - 0,15.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że reaktor kolumnowy wypełniony jest dowolnym wypełnieniem o wysokości równoważnej co najmniej 14 półkom teoretycznym.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ług sodowy lub wodny roztwór wodorotlenku sodowego i chlorku sodowego wprowadza się w całości na półkę teoretyczną zasilaną wodnym roztworem izomerów dichloropropanoli, lub dzieli się na dwa, trzy łub więcej zasilań doprowadzając w przypadku dwóch zasilań od 50% do 70% wagowych całości strumienia na półkę teoretyczną zasilaną wodnym roztworem izomerów dichloropropanoli, a pozostałą część na półkę teoretyczną bezpośrednio poniżej tej półki teoretycznej, a w przypadku podziału na trzy zasilania doprowadza się od 40% do 60% całości strumienia na półkę teoretyczną zasilaną wodnym roztworem izomerów dichloropropanoli, od 20% do 40% na bezpośrednio niższą półkę teoretyczną, a pozostałą część na jeszcze niżej leżącą półkę teoretyczną.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że na szczyt reaktora kolumnowego zawraca się z kuba reaktora część mieszaniny po reakcji, w takiej ilości, aby pH fazy ciekłej, między szczytem reaktora a półką zasilaną wodnym roztworem izomerów dichloropropanoli, wynosiła 8-12.