RO110938B1 - Procedeu pentru obtinerea alcoolului metilic - Google Patents

Description

Prezenta invenție se referă la un procedeu pentru obținerea alcoolului metilic, utilizat în cantități mari la fabricarea formaldehidei, care la rândul ei, este un component principal al unor materiale plastice.

Se cunoaște un procedeu de obținere a alcoolului metilic în trei trepte de reacție, dependente unele de altele (US 4990696).

In prima treaptă, percloretilena este oxiclorurată cu acid clorhidric și oxigen pentru a obține hexacloretan. In treapta a doua, metanul este clorurat cu hexacloretan pentru a produce clorura de metil, acid clorhidric și percloretilena regenerată. Clorura de metil din treapta a doua este izolată și hirolizată cu apă în cea de a treia treaptă pentru a obține alcool metilic și acid clorhidric. Reacțiile sunt realizate într-un mod echilibrat prin reciclarea percloretilenei din treapta a doua în treapta întâi, și prin recircularea acidului clorhidric produs în fiecare din treptele a doua și a treia, în treapta întâi.

Acest procedeu prezintă însă mai multe dificultăți. Poate cel mai mare neajuns este echilibrul nefavorabil din timpul reacției de hidroliză a clorurii de metil cu apă pentru a produce alcool metilic. La temperatura ambiantă, este favorizată în mare măsură reacția inversă, și anume formarea clorurii de metil din alcool metilic și acid clorhidric. Pentru deplasarea echilibrului sunt necesare temperaturi ridicate, dar chiar și atunci sunt posibile numai transformări parțiale. Astfel, se favorizează un exces de apă sau abur, iar clorura de metil nereacționată trebuie să fie recirculată la reacția de hidroliză.

□ problemă suplimentară, rezultată în cadrul procedeului descris, este necesitatea controlului temperaturii în prima treaptă, și anume în reacția de exiclorurare. Această reacție este exotermă și de aceea trebuie să se elimine căldura pentru a menține temperatura la nivelul dorit. In cazul în care se utilizează un catalizator solid pentru această reacție, există posibilitatea de formare a unor porțiuni de catalizatori cu temperatură foarte ridicată.

In final, trebuie să se ia în considerare investiția necesară pentru aparatură; dat fiind că procedeul propus include utilizarea unor substanțe chimice foarte corozive, mai ales curenți de acid clorhidric în soluție apoasă, alegerea materialelor de construcție poate fi o problemă importantă. Orice reducere a numărului de trepte de reacție și a subansamblelor respective necesare, de exemplu a distilării, oferă posibilitatea unor economii importante de costuri.

De aceea, un obiect al invenției de față este să ofere un procedeu care să înlăture dezavantajele procedeului cunoscut pentru obținerea alcoolului metilic.

Un alt obiect al invenției de față este posibilitatea de a obține randamente ridicate de produs obținut la investiție minimă și la costuri de producție minime.

Procedeul conform invenției are ca obiect un procedeu pentru obținerea alcoolului metilic (metanolului) din metan, utilizând două trepte de reacție, realizate în dependență una de alta. In prima treaptă de reacție, au loc în mod simultan două reacții chimice:

- a) percloretilena (CC^CCIg) este oxiclorurată cu acid clorhidric și oxigen pentru a obține hexacloretan (CCI₃CCI₃) și apă; și

- b) clorura de metil (CH₃CI) este hidrolizată cu apă pentru a obține alcool metilic și acid clorhidric.

In cea de a doua treaptă de reacție, metanul este clorurat cu hexacloretan pentru a produce clorura de metil, acid clorhidric și percloretilenă.

Prin recircularea clorurii de metil a acidului clorhidric și a percloretilenei regenerate, produse în cea de a doua treaptă, în prima treaptă, procedeul poate fi realizat într-un mod echilibrat, în care consumul de acid clorhidric intern este egal cu cel produs.

Procedeul conform invenției înlătură dezavantajele menționate, prin aceea că se desfășoară în următoarele două trepte, dependente una de alta:

- în prima treaptă, au loc reacții simultane între clorura de metil, acidul clorhidric, percloretilenă și oxigen, în pre

RO 110938 Bl zență de catalizator, la temperaturi cuprinse între 2OO și 375°C, rezultând, ca produse de reacție, alcool metilic și hexacloretan, după care, în treapta a doua, hexacloretanul izolat din prima 5 treaptă reacționează cu metan, la o temperatură cuprinsă în intervalul de la circa 400 la 700°C, cu obținerea clorurii de metil, a acidului clorhidric și a percloretilenei, care sunt separate de io metanul nereacționat și apoi sunt recirculate în treapta întâi.

Intr-o realizare preferată a invenției, clorură de metil este hidrolizată cu apă, peste un catalizator, pentru a da 15 alcool metilic și acid clorhidric. Din cauza limitărilor reacțiilor de echilibru, această reacție nu se va realiza într-un mod prea economic, din cauza faptului că acidul clorhidric astfel format este evacuat în 20 mod continuu.

Mijlocul de evacuare a acidului clorhidric este prin reacția de oxiclorurare, care are loc în același reactor. Acidul clorhidric reacționează cu 25 oxigen, în prezența unui catalizator, pentru a da clor și apă. Și această reacție este limitată prin condițiile de echilibru. Clorul, oricum este consumat prin reacția lui cu percloretilenă pentru a 30 forma hexacloretan. Și apa este consumată prin reacția ei cu clorură de metil. Astfel, cu ajutorul acestor reacții în cascadă, este hidrolizată în mod efectiv întreaga cantitate de clorură de metil 35 introdusă în reactor.

Există un beneficiu suplimentar în conducerea reacției de hidroliză și a reacției de endotermă, adică este necesară o alimentare cu căldură, pentru a menține temperatura de reacție. Pe de altă parte, reacția de oxiclorurare este exotermă, degajând căldură. Prin combinarea acestor două reacții, cantitățile necesare de căldură pot fi echilibrate mai bine, deoarece căldura furnizată de o reacție este adsorbită de cealaltă. Această echilibrare permite un control mai ușor a temperaturii în reactor și ajută la evitarea formării de regiuni mai fierbinți, creatoare de dificultăți în catalizator. Degajarea întârziată a unei jumătăți de acid clorhidric (această cantitate provine din clorură de metil] ajută în plus la controlul temperaturii din reactor. Acest fapt conduce de asemenea la conservarea energiei.

Clorură de metil necesară pentru reacția de hidroliză este produsă prin reacția metanului cu hexacloretan într-o treaptă de clorurare termică. In această reacție, hexacloretanul se descompune pentru a produce clor și percloratilenă. Clorul astfel format reacționează cu metanul pentru a produce clorură de metil și acid clorhidric. Din nou, o reacție endotermă (disociere) este parțial echilibrată cu o reacție exotermă (clorurarea) pentru a da posibilitatea unui control îmbunătățit al temperaturii.

Reacțiile chimice, care au loc în fiecare din reactoare, sunt următoarele:

cat.

(1) CH₃CI + HCI + CCI₂ = CCI_a + 1/20₂ -----*- CCI₃CCI₃ + CH₃OH (2) CCI₃CCI₃ + CH₄ > CCI₂ = CCI₂ + CH₃CI + HCI

Prin combinarea ecuațiilor 1 și 2 se reacția totală:

(3) CH₄ + 1/2O₂ -+ CH₃OH

Procedeul conform invenției prezintă următoarele avantaje:

- realizarea unor randamente ridicate la obținerea alcoolului metilic, fără obținerea de produse secundare;

- investiții minime;

obține următoarea ecuație care reprezintă

- prin operarea într-un mod echilibrat, consumul de acid clorhidric este egal cu formarea acestuia.

In continuare, se prezintă un exemplu de realizare a invenției, în legătură și cu figura, care reprezintă fluxul

RO 110938 Bl tehnologic al procedeului conform invenției.

Instalația în care se desfășoară procedeul cuprinde: două reactoare, unul termic și altul catalitic, o coloană de stripare, o coloană de absorbție și o coloană de distilare.

Ca primă reacție are loc oxiclorurarea.

Catalizatorul preferat al reacției este o sare de cupru, de exemplu clorură de cupru. Acțiunea acestui catalizator poate fi mărită prin adăugarea altor săruri metalice, incluzând fier, potasiu și plumb. In literatură, s-au menționat și numeroase alte săruri, de exemplu pământuri rare, ca având un efect benefic asupra reacției.

Catalizatorul de oxiclorurare poate fi depus pe un suport inert pentru utilizarea sub formă de umplutură într-un reactor tubular sau într-un reactor cu pat fluidizat. Intr-o altă variantă, catalizatorul poate fi sub forma unei sări topite, utilizabilă sub forma unui strat, într-un reactor conceput în acest scop.

Pentru reacție, s-a utilizat un interval destul de mare de temperatură, dar în general, sunt preferate temperaturi între circa 2OO și circa 375°C.

Hidroliză clorurii de metil la alcool metilic a fost de asemenea utilizată și studiată în mare măsură ca reacție inversă. Dat fiind că, condițiile de reacție sunt identice pentru reacția directă și inversă, datele rezultate sunt relevante pentru invenția de față. Reacția de hidroliză este favorizată de un catalizator, cum ar fi clorură de cupru, clorură de zinc și clorură de bismut. S-au utilizat și alți catalizatori, cum ar fi gelul de alumină. Totuși, aluminele cu suprafață mare, care au porțiuni acide pe suprafața lor, s-au dovedit că înlesnesc deshidratarea metalului pentru a forma dimetil-eterul. Reacția poate fi efectuată în faza de vapori, în intervalul de temperatură de la 280 la 35D°C. Clorură de metil a fost produsă din alcool metilic într-o reacție în fază lichidă prin refluxarea alcoolului la 150°C cu acid clorhidric, în prezență de clorură de zinc.

Din aceste date, se poate aprecia imediat faptul că cele două reacții, oxiclorurarea și hidroliză pot fi combinate într-o singură treaptă de reacție, producând în acest fel sinergismul dorit. Pentru reacția combinată, temperatura preferată este în intervalul de la 200 și 375°C. Catalizatorul preferat este clorură de cupru, cu activitatea intensificată de alte cloruri metalice, alese din grupul format din clorură de bismut. Această listă nu este considerată a fi restrictivă, existând mulți alți compuși care au fost încercați în mod succesiv pentru aceste aplicări.

Clorurarea metanului este condusă în mod caracteristic în faza de vapori la temperatură ridicată, de preferință în intervalul de la circa 400 la circa 700°C. In acest reactor termic, se utilizează presiuni în apropiere de o atmosferă absolută. Mecanismul probabil prin care metalul este clorurat constă dintr-o serie de reacții cu radicali liberi. In mod normal, se produc pe lângă clorură de metil, compuși ai metanului cu conținut de clor mai ridicat, incluzând clorură de metilen, cloroformul și tetraclorură de carbon. Totuși, în invenția de față, formarea acestor compuși cu grad mai ridicat de clorurare este suprimată prin utilizarea unui exces de metan și prin condiții de curgere, aproximativ în bloc, în reactorul de clorurare. Ultima caracteristică poate fi realizată prin includerea unui mixer static sau imobil în reactor. Este importantă și o controlare cu grijă a temperaturii.

Pentru o operare cu succes, sunt de recomandat anumite precauții. De exemplu, curenții de alimentare la reactorul de clorurare ar trebui uscați pentru a evite problemele potențiale de coroziune. Ca sursă de oxigen se alimentează, în reactorul cu catalizator, în general aerul. In mod alternativ, se pot utiliza amestecuri de aer și oxigen, rațiunea fiind de a mări capacitatea reactorului sau de a minimaliza efluenții evacuați. In general, reactorul cu catalizator este exploatat la o presiune apropiată de o atmosferă absolută.

In reactorul catalitic, se poate forma, în cantitate foarte redusă compa

RO 110938 Bl rativ cu procedeele cunoscute, și dimetileter. Acest produs secundar poate fi recirculat în reactor pentru transformare în alcool metilic, sau poate fi tratat în afara procesului. In stadiul tehnic actual, se cunosc bine metode de transformare a acloolului în eter și reacția inversă.

Alcoolul metilic produs prin procedeele din invenția de față este un articol valoros în comerț. Cantități importante de alcool metilic sunt transformate în formaldehidă, care este un component al unor materiale plastice. Alcoolul metilic va putea fi utilizat în viitor drept combustibil general pentru motoare. Utilizarea pe scară largă a alcoolului metilic în mașinile cu combustie internă va reduce poluarea aerului, produsă de eșaparea gazelor evacuate actualmente. Astfel de îmbunătățiri pot fi obținute fără înrăutățirea semnificativă a performanței mașinii.

Claims (4)

1. Revendicări

   1. Procedeu pentru obținerea alcoolului metilic din metan, caracterizat prin aceea că se desfășoară în următoarele două trepte, dependente una de alta:

   - în prima treaptă, au loc reacții simultane între clorura de metil, acidul clorhidric, percloretilenă și oxigen, în prezență de catalizator, la temperaturi cuprinse între 2OO și 375°C, rezultând ca produse de reacție alcool metilic și hexacloretan, după care, în treapta a doua, hexacloretanul izolat din prima treaptă reacționează cu metan, la o temperatură cuprinsă în intervalul de la circa 400 la 700°C, cu obținerea clorurii de metil, a acidului clorhidric și a percloretilenei, care sunt separate de metanul nereacționat și apoi sunt recirculate în treapta întâi.
2. 2. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, sursa de oxigen pentru prima treaptă este aerul.
3. 3. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, în prima treaptă, se utilizează drept catalizator clorura de cupru.
4. 4. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, în prima treaptă, se utilizează cupru și o sare aleasă dintre clorura de potasiu, clorura ferică, clorura de plumb, clorura de zinc și clorura de bismut.