DE1023026B - Process for the production of chlorinated hydrocarbons in the gas phase - Google Patents
Process for the production of chlorinated hydrocarbons in the gas phaseInfo
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Description
Es ist eine große Zahl von Verfahren zur Chlorierung aliphatischen cycloaliphatische^ aromatischer oder alkylaromatischer Kohlenwasserstoffe bekannt. Viele dieser Verfahren arbeiten in der Gasphase und in Gegenwart von Katalysatoren, z. B. von Natrium, Kalium, Magnesium, Aluminium, Kupfer, Zink, Wismut und Eisen oder deren Chloriden. Auch Gemische dieser Stoffe, z. B. ein Gemisch der geschmolzenen Metallchloride, können verwendet werden. Auch Jodide von Eisen, Antimon und Aluminium sind schon zur Katalyse der Chlorierung benutzt worden. Bei diesem Verfahren entstehen zum großen Teil uneinheitliche Chlorierungsprodukte, außerdem bilden sich unerwünschte Komplexverbindungen, die den Katalysator lösen und rasch verbrauchen.There are a large number of processes for chlorinating aliphatic, cycloaliphatic ^ aromatic or alkylaromatic Known hydrocarbons. Many of these processes work in the gas phase and in the presence of Catalysts, e.g. B. of sodium, potassium, magnesium, aluminum, copper, zinc, bismuth and iron or their Chlorides. Mixtures of these substances, e.g. B. a mixture of the molten metal chlorides can be used will. Iodides of iron, antimony and aluminum have also been used to catalyze chlorination been. In this process, for the most part, inconsistent chlorination products are formed unwanted complex compounds that dissolve the catalyst and use it up quickly.
Es wurde nun gefunden, daß man die geschilderten Nachteile bei der Herstellung chlorierter Kohlenwasserstoffe aus gesättigten aliphatischen, gesättigten cycloaliphatischen, aromatischen, alkylaromatischen Kohlenwasserstoffen oder deren teilweise chlorsubstituierten Derivaten durch substituierende Chlorierung in der Gasphase vermeidet, wenn man auf diese Stoffe bei oder oberhalb ihres Siedepunktes bis zu etwa 230° in Gegenwart von Platinmetallen oder deren Verbindungen, gegebenenfalls in Anwesenheit eines Trägerstoffes und gegebenenfalls unter Zusatz von Verdünnungsmitteln, einen Überschuß an Chlor einwirken läßt.It has now been found that the disadvantages outlined in the preparation of chlorinated hydrocarbons can be avoided from saturated aliphatic, saturated cycloaliphatic, aromatic, alkyl aromatic hydrocarbons or their partially chlorine-substituted derivatives by substituting chlorination in the gas phase avoids if you act on these substances at or above their boiling point up to about 230 ° in the presence of platinum metals or their compounds, optionally in the presence of a carrier and optionally with the addition of diluents, an excess of chlorine can act.
Nach diesem Verfahren ist es möglich, mit guter Raum-Zeit-Ausbeute Chlorierungen auch selektiv in kontinuierlicher Arbeitsweise durchzuführen, da die neuen Katalysatoren auch bei langer Benutzung keinerlei Ermüdungserscheinungen zeigen. Zweckmäßig arbeitet man bei dem Verfahren bei Temperaturen oberhalb des Siedepunktes der jeweiligen Substanz bis zu etwa 230°. Ein besonderer Vorteil des Verfahrens besteht z. B. bei der Dichlorierung von Benzol darin, daß das Isomerenverhältnis der Dichlorbenzole weitgehend zugunsten des p-Dichlorbenzols verschoben wird. Man erhält 80 bis 90% p-Dichlorbenzol, ferner gelingt es überraschenderweise, auch gesättigte Kohlenwasserstoffe, z. B. Cyclooctan, bei höherer Temperatur, mit den Katalysatoren substituierend, zu chlorieren, was bisher bekanntlich (nach britischem Patent 738 992) nur mit Sulfurylchlorid in Gegenwart von Peroxyden oder unter Einstrahlung von ultraviolettem Licht möglich war.According to this process, it is possible, with a good space-time yield, to carry out chlorinations selectively in to carry out continuous operation, since the new catalysts do not even with long use Show signs of fatigue. The process is expediently carried out at temperatures above the Boiling point of the respective substance up to about 230 °. A particular advantage of the method is such. B. in the dichlorination of benzene in that the isomer ratio the dichlorobenzenes is largely shifted in favor of p-dichlorobenzene. Man receives 80 to 90% p-dichlorobenzene, it also succeeds Surprisingly, also saturated hydrocarbons, e.g. B. cyclooctane, at a higher temperature, with the catalysts substituting, to chlorinate, which was previously known (according to British patent 738 992) only with Sulfuryl chloride in the presence of peroxides or under irradiation of ultraviolet light was possible.
Als Katalysatoren kommen die Platinmetalle oder ihre Verbindungen, insbesondere deren Chloride, in Frage. Man kann die Katalysatoren auch auf Träger, wie Aluminiumoxyd, Kieselgel, Bimsstein, Fullererde oder aktive Kohle, auftragen. Als besonders geeignet hat sich Palladiumchlorid, auf Aluminiumoxyd als Träger aufgebracht, erwiesen. Im allgemeinen verwendet man 0,5 bis 15 Gewichtsprozent, vorteilhaft 1,5 bis 4,5 Gewichtsprozent, der Platinmetalle oder ihrer Verbindungen, z. B. der Chloride oder Oxyde, bezogen auf das Gesamt-Verfahren zur HerstellungThe platinum metals or their compounds, in particular their chlorides, are used as catalysts Question. You can also use the catalysts on supports, such as aluminum oxide, silica gel, pumice stone, or fuller's earth active charcoal. Palladium chloride applied to aluminum oxide as a carrier has proven to be particularly suitable, proven. In general, 0.5 to 15 percent by weight, advantageously 1.5 to 4.5 percent by weight, are used, the platinum metals or their compounds, e.g. B. the chlorides or oxides, based on the overall process for the production
chlorierter Kohlenwasserstoffechlorinated hydrocarbons
in der Gasphasein the gas phase
Anmelder:Applicant:
Badische Anilin- & Soda-Fabrik
Aktiengesellschaft, Ludwigshafen/RheinAniline & Soda Factory in Baden
Aktiengesellschaft, Ludwigshafen / Rhein
Dr. Franz Reicheneder, Dr. Helmut OrthDr. Franz Reicheneder, Dr. Helmut Orth
und Dr. Hubert Suter, Ludwigshafen/Rhein,and Dr. Hubert Suter, Ludwigshafen / Rhine,
sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors
gewicht des Katalysators. Man kann die Katalysatoren im Reaktionsgefäß fest anordnen oder sie darin bewegen, z. B. sie in granulierter, pulverförmiger oder gepillter Form in einer auf und ab wirbelnden Bewegung halten.weight of the catalyst. You can fix the catalysts in the reaction vessel or move them in it, z. B. hold them in granulated, powdery or pilled form in an up and down swirling motion.
Bei der Chlorierung aromatischer Verbindungen ist es nach dem Verfahren möglich, eine einwandfreie selektive Kernchlorierung durchzuführen.In the chlorination of aromatic compounds, it is possible according to the process to achieve a perfectly selective To carry out core chlorination.
Das Verfahren erlaubt es auch, statt einheitlicher Kohlenwasserstoffe Gemische von Kohlenwasserstoffen, wie sie z. B. in den Erdölfraktionen vorliegen, oder Cyclohexan-Cyclooctan- und Cyclohexan-Naphthalin-Gemische zu chlorieren. Das ist besonders vorteilhaft, wenn man auf eine Isolierung der einzelnen Chlorierungsprodukte verzichten kann oder wenn man einen festen Kohlenwasserstoff durch Lösung in einem anderen der Chlorierungsmethode zugänglich machen will.The process also allows, instead of uniform hydrocarbons, mixtures of hydrocarbons, how they z. B. in the petroleum fractions, or cyclohexane-cyclooctane and cyclohexane-naphthalene mixtures to chlorinate. This is particularly advantageous if you can do without isolation of the individual chlorination products or if you have a solid Wants to make hydrocarbon accessible by solution in another of the chlorination method.
Bei der Durchführung des Verfahrens wird der zu chlorierende Stoff zweckmäßig verdampft und kontinuierlich in das Reaktionsgefäß eingebracht und über den Katalysator geführt. Man kann aber auch den Ausgangsstoff unmittelbar in den über die Siedetemperatur erhitzten Reaktionsofen eintropfen. In manchen Fällen ist es auch zweckmäßig, ein inertes organisches Lösungsmittel, z. B. chlorierte Kohlenwasserstoffe oder Petroläther, gleichzeitig in den, Reaktionsraum zu führen. Durch diese Maßnahme kann man ein Auskristallisieren der Chlorierungsprodukte mit hohem Erstarrungspunkt im Reaktionsgefäß verhindern.When carrying out the process, the substance to be chlorinated is expediently evaporated and continuously introduced into the reaction vessel and passed over the catalyst. But you can also use the starting material drop immediately into the reaction furnace heated above the boiling point. In some cases it is also appropriate to use an inert organic solvent, e.g. B. chlorinated hydrocarbons or petroleum ether, at the same time to lead into the reaction chamber. This measure can crystallize out prevent the chlorination products with a high freezing point in the reaction vessel.
Das Chlor wird, gegebenenfalls mit Stickstoff oder einem anderen Inertgas vermischt, in den Reaktionsraum eingebracht und zumeist im Kreise geführt. Dadurch erniedrigt sich der Chlor verbrauch, und es bietet sich die Möglichkeit zur Wärmeabführung. Vorteilhaft wählt man das Gewichtsverhältnis von ChlorThe chlorine, optionally mixed with nitrogen or another inert gas, is introduced into the reaction space and mostly circulated. This lowers the chlorine consumption and offers the possibility of heat dissipation. The weight ratio of chlorine is advantageously chosen
709 850/423709 850/423
zu Ausgangskohlenwasserstoff innerhalb der Grenze von 1:1 bis 10:1. Man kann so je nach Bedarf einfache, doppelte, dreifache oder höhere Chlorsubstitutionen erreichen. Bei dem Verfahren kann man sowohl unter vermindertem, normalem als auch bei erhöhtem Druck arbeiten; zweckmäßig arbeitet man bei Normaldruck.to starting hydrocarbon within the limit of 1: 1 to 10: 1. You can use simple, achieve double, triple, or greater chlorine substitutions. The procedure can be used under work under reduced, normal and increased pressure; it is expedient to work at normal pressure.
Die nach diesem Verfahren hergestellten chlorierten Kohlenwasserstoffe sind wertvolle Lösungsmittel.The chlorinated hydrocarbons produced by this process are valuable solvents.
In einem senkrecht stehenden Rohr von etwa 1 m Länge und 45 mm Durchmesser sind 200 cm3 eines Katalysators, der 1,5 % Palladiumchlorid auf Aluminiumoxyd als Träger enthält, fest angeordnet. Durch dieses Rohr werden bei 180 bis 200° stündlich 160 1 einer auf dieselbe Temperatur vorgewärmten Mischung von Chlor und Stickstoff im Verhältnis 1: 1 geleitet. Gleichzeitig wird durch Zuführen von 200 cm3/h Benzol durch einenIn a vertical tube about 1 m long and 45 mm in diameter, 200 cm 3 of a catalyst containing 1.5% palladium chloride on aluminum oxide as a support are firmly arranged. At 180 to 200 °, 160 liters of a mixture of chlorine and nitrogen preheated to the same temperature in a ratio of 1: 1 are passed through this tube every hour. At the same time, by feeding 200 cm 3 / h of benzene through a
Verdünnungsmittel in den Ofen eingedampft und bei 200 bis 220° mit Chlor behandelt. Das Chlorierungsprodukt, das sich innerhalb einer Stunde gesammelt hat, wird nach kurzfristigem Ausdampfen fraktioniert destilliert. Nach Abtrennung von Tetrachlorkohlenstoff und nicht umgesetzem η-Hexan destillieren im Bereich von 120 bis 135° bei 760 mm Hg 45,7 g reines n-Hexylchlorid über. Das bedeutet 45 % Umsatz bei einmaligem Durchgang durch das Reaktionsgefäß. Die Ausbeute an ίο n-Hexylchlorid beträgt über 90 % der Theorie, wenn man auf umgesetztes η-Hexan bezieht.Thinner evaporated in the oven and treated with chlorine at 200-220 °. The chlorination product, that has collected within an hour is fractionally distilled after brief evaporation. After separating off carbon tetrachloride and unreacted η-hexane, distill in the area from 120 to 135 ° at 760 mm Hg 45.7 g of pure n-hexyl chloride over. That means 45% sales for a one-off Passage through the reaction vessel. The yield of ίο n-hexyl chloride is over 90% of theory if one refers to converted η-hexane.
beträgt 51 % bei einer Ausbeute von 90 %, bezogen auf umgesetztes Cyclooctan.is 51% with a yield of 90% based on converted cyclooctane.
In einem Wirbelschichtofen von 560 cm Länge und 60 mm Durchmesser befinden sich 100 cm3 Katalysator, bestehend aus 2% Palladiumchlorid auf AluminiumoxydA fluidized bed furnace 560 cm long and 60 mm in diameter contains 100 cm 3 of catalyst, consisting of 2% palladium chloride on aluminum oxide
Wie im Beispiel 1 beschrieben, werden stündlich 120 g Cyclooctan mit 240 g Tetrachlorkohlenstoff verdünnt, bei 190 bis 210° in den Ofen eingedampft und mit Chlor behandelt. Die Aufarbeitung des Chlorierungsproduktes erfolgt wie im Beispiel 2. Nach Tetrachlorkohlenstoff undAs described in Example 1, every hour 120 g of cyclooctane are diluted with 240 g of carbon tetrachloride, evaporated at 190 to 210 ° in the oven and treated with chlorine. The work-up of the chlorination product takes place as in Example 2. After carbon tetrachloride and
auf 140 bis 160° geheizten Verdampfer ein kontinuierlicher ao nicht umgesetztem Cyclooctan gehen bei 87 bis 92° und
Strom von Benzoldampf über den Katalysator geschickt. 20 mm Hg 71,6 g Cyclooctylchlorid über. Der Umsatz
Gewichtsverhältnis Chlor zu Benzol ist 1,6: 1. Nachdem
die Chlorierungsreaktion in Gang gebracht ist, kann die
Heizung ausgeschaltet und die erforderliche Reaktionstemperatur durch die Chlorgaszuführung eingestellt 25
werden.to 140 to 160 ° heated evaporator a continuous ao unreacted cyclooctane go at 87 to 92 ° and a stream of benzene vapor sent over the catalyst. 20 mm Hg about 71.6 g of cyclooctyl chloride. The conversion weight ratio of chlorine to benzene is 1.6: 1
the chlorination reaction is started, the
Heating switched off and the required reaction temperature set by means of the chlorine gas supply 25
will.
Am unteren Ende des Ofens wird das Chlorierungsprodukt über ein Abscheide- und Kühlsystem abgetrennt, während ein Teil des Gasgemisches von Chlor, StickstoffAt the lower end of the furnace, the chlorination product is separated off via a separation and cooling system, while part of the gas mixture of chlorine, nitrogen
und Salzsäure in den Vorheizer zurückgeführt wird, ein 30 von 0,2 bis 1,7 mm Korngröße. Stündlich wird ein Geanderer
Teil in die Abgasleitung gegeben wird. misch von 701 Chlor und 701 Stickstoff derart von unten
Von dem Chlorierungsprodukt wird nach kurzfristi- in den Ofen eingeblasen, daß sich der Katalysator in
gem Ausdampfen das nicht umgesetzte Benzol und einer ständigen auf und ab wirbelnden Bewegung be-Monochlorbenzol
abdestilliert. Das übrige Produkt wird findet. Bei einer Ofentemperatur von 200 bis 230° werden
einer Wasserdampfdestillation unterworfen, wobei sich 35 225 g/h einer Mischung von Tetrachlorkohlenstoff und
aus der organischen Phase in der gekühlten Vorlage Cyclohexan im Gewichtsverhältnis 2: 1 eingetropft. Die
p-Dichlorbenzol als Kristallbrei absetzt. Dieser wird Abtrennung des Chlorierungsproduktes erfolgt über einen
abgetrennt, worauf die organische Schicht von der dem Ofen nachgeschalteten Kühler und Abscheider. Die
wäßrigen Schicht geschieden und getrocknet wird. Durch Aufarbeitung erfolgt wie im Beispiel 2. Bei vermindertem
Tiefkühlung auf —50° wird eine zweite Kristallab- 40 Druck destillieren zwischen 50 und 55° bei 20 mm Hg
scheidung ausgelöst, die sich durch Abnutschen vom 67,5 g Cyclohexylchlorid über,
flüssigen o-Dichlorbenzol trennen läßt. Die Kristallfraktion hat einen Schmp. von 53°.and hydrochloric acid is returned to the preheater, a grain size of 0.2 to 1.7 mm. Every hour a different part is added to the exhaust pipe. Mixing of 701 chlorine and 701 nitrogen from below. The chlorination product is blown into the furnace after a short period of time, so that the catalyst is distilled off by evaporation of the unreacted benzene and a constant up and down swirling movement of monochlorobenzene. The rest of the product will be found. Steam distillation is carried out at an oven temperature of 200 to 230 °, 35 225 g / h of a mixture of carbon tetrachloride and cyclohexane from the organic phase being added dropwise to the cooled receiver in a weight ratio of 2: 1. The p-dichlorobenzene settles as a crystal slurry. This is done by separating the chlorination product, whereupon the organic layer is removed from the cooler and separator connected downstream of the furnace. The aqueous layer is separated and dried. Working up is carried out as in Example 2. With reduced freezing to -50 °, a second crystal separation is triggered, distilling between 50 and 55 ° at 20 mm Hg.
liquid o-dichlorobenzene can be separated. The crystal fraction has a melting point of 53 °.
Man erhält stündlich 125 g p-Dichlorbenzol und 15,1 g o-Dichlorbenzol. Bei einmaligem Durchgang wird ein 50%iger Umsatz des Benzols zum Dichlorbenzol erzielt. Das nicht umgesetzte Benzol, Chlorbenzol bzw. das Gemisch (111 g/h) wird erneut der Chlorierung zugeführt. Die Ausbeute an reinem p-Dichlorbenzol liegt bei 83,2 %;125 g of p-dichlorobenzene and 15.1 g are obtained per hour o-dichlorobenzene. With a single pass, a 50% conversion of the benzene to dichlorobenzene is achieved. The unreacted benzene, chlorobenzene or the mixture (111 g / h) is fed back to the chlorination. The yield of pure p-dichlorobenzene is 83.2%;
außerdem erhält man 10% o-Dichlorbenzol und 1,2,4- 50 Durch dieses Rohr werden bei 180 bis 200° zunächst
Trichlorbenzol. Das Chlorierungsprodukt enthält kein 1 Stunde reines Chlor und dann stündlich 160 1 einer auf
m-Dichlorbenzol. Die Raum-Zeit-Ausbeute (kg/1 und Tag)
an Dichlorbenzol beträgt 16. In analoger Weise erhält
man mit anderen Katalysatoren und bei veränderten
Temperaturen bei etwa gleicher Umsetzung die in 55 einen auf 140 bis 160° geheizten Verdampfer ein kontifolgender
Tabelle zusammengestellten Raum-Zeit-Aus- nuierlicher Strom von Benzoldampf über den Katalybeuten.
sator geschickt. Gewichtsverhältnis Chlor zu Benzol =.In addition, 10% o-dichlorobenzene and 1,2,4-50 are obtained. This tube initially releases trichlorobenzene at 180 ° to 200 °. The chlorination product does not contain pure chlorine for 1 hour and then 160 1 per hour in m-dichlorobenzene. The space-time yield (kg / 1 and day)
of dichlorobenzene is 16. Obtained in an analogous manner
one with other catalysts and with modified ones
Temperatures with approximately the same conversion, the space-time-detailed flow of benzene vapor over the catalyst is compiled in an evaporator heated to 140 to 160 ° in a continuous table. sent sator. Weight ratio of chlorine to benzene =.
1,6:1.1.6: 1.
Am unteren Ende des Ofens wird das Chlorierungsprodukt über ein Abscheide- und Kühlsystem abgetrennt, während ein Teil des Gasgemisches von Chlor, Stickstoff und Chlorwasserstoff in den Vorheizer zurückgeführt wird, ein anderer Teil in die Abgasleitung gegeben wird. Das Chlorierungsprodukt wird nach kurzfristigem Ausdämpfen fraktioniert destilliert. Man erhält stündlich 118 g nicht umgesetztes Benzol zurück, ferner 48 g Monochlorbenzol (79,6% der Theorie) und 9,45 g Dichlorbenzol (12,1 % der Theorie). Die Gesamtausbeute an Chlorierungsprodukt beträgt 91,7%, bezogen auf umgesetztes Benzol.At the lower end of the furnace, the chlorination product is separated off via a separation and cooling system, while part of the gas mixture of chlorine, nitrogen and hydrogen chloride is returned to the preheater, another part is put into the exhaust pipe. The chlorination product becomes after a short period of steaming out fractionally distilled. 118 g of unconverted benzene are returned per hour, along with 48 g of monochlorobenzene (79.6% of theory) and 9.45 g of dichlorobenzene (12.1% of theory). The total yield of chlorination product is 91.7%, based on converted benzene.
Durchgang durch diePassage through the
Bei einmaligem Durchsatz werden 72% umgesetzt. Die Ausbeute beträgt 89%, bezogen auf umgesetztes Cyclohexan.With a one-time throughput, 72% is implemented. The yield is 89%, based on the reacted Cyclohexane.
In einem senkrecht stehenden Rohr von etwa 1 m Länge, 45 mm Durchmesser sind in einer Reaktionszone von 500 cm3 aufgerollte Platinnetze fest angeordnet.In a vertical tube about 1 m long and 45 mm in diameter, rolled up platinum nets are firmly arranged in a reaction zone of 500 cm 3.
diese Temperatur vorgewärmten Mischung von Chlor und Stickstoff im Verhältnis 1 : 1 geleitet. Gleichzeitig wird durch Zuführen von 200 cm3/h Benzol (160 g) durchthis temperature preheated mixture of chlorine and nitrogen in a ratio of 1: 1 passed. At the same time, benzene (160 g) is passed through by feeding in 200 cm 3 / h
OfensTemperature of
Furnace
Ausbeute an
Dichlorbenzol
(kg/1 und Tag)Space-time
Yield to
Dichlorobenzene
(kg / 1 and day)
IrCl3
RhCl3 PdCl 2
IrCl 3
RhCl 3
Al2O3
Al2O3 SiO 2
Al 2 O 3
Al 2 O 3
180 bis 200°
150°140 to 150 °
180 to 200 °
150 °
10
85 to 7
10
8th
Wie im Beispiel 1 beschrieben, werden stündlich 80 g
η-Hexan zusammen mit 80 g Tetrachlorkohlenstoff als 70 Der Umsatz bei einmaligemAs described in Example 1, 80 g per hour
η-hexane together with 80 g of carbon tetrachloride than 70 The conversion with one-time
Apparatur ist 26 0I0, und die Raum-Zeit-Ausbeute beträgt 2,7 kg/l/Tag.Apparatus is 26 0 I 0 , and the space-time yield is 2.7 kg / l / day.
Claims (3)
Deutsche Patentschrift Nr. 720 545.Considered publications:
German patent specification No. 720 545.
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