Способ получения 1,2-дихлорэтана прямым хлорированием и установка для его осуществления

 

Изобретение относится к производству 1,2-дихлорэтана (этилендихлорида , ЭДХ) путем введения этилена и хлора в циркулирующий ЭДХ при интенсивном перемешивании и регенерации тепла. Взаимодействие проводят при температуре 65-125°С и абсолютном давлении 0,5 - 3,2 бар. При этом способ осуществляют таким образом, чтобы обеспечить кипение реакционной смеси, а теплоту реакции отводят из заполненного газами пространства и направляют по меньшей мере в один теплообменник. Процесс проводят на установке, включающей реактор с мешалкой, теплообменник, предпочтительно дистилляционную колонну, конденсатор, сушилку. В результате повышается эффективность контроля за ходом протекания реакции, предотвращается образование побочных продуктов, снижаются затраты. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способу получения 1,2-дихлорэтана прямым хлорированием.

Получение 1,2-дихлорэтана (или этилендихлорида, ЭДХ) реакцией взаимодействия этилена и хлора, называемой обычно прямым хлорированием, протекает с выделением теплоты. С целью улучшить контроль за ходом протекания реакции и для отвода теплоты реакции обычно используют циркулирующий жидкий ЭДХ. С этой целью из реакционного пространства отводят жидкую реакционную смесь, соответственно сырой ЭДХ, а теплоту реакции используют, отбирая ее через теплообменник, например, для работы дистилляционной колонны. Такие способы известны, например, из ЕР-А-471987 (ZA 91/6491), DE-A- 4029314 и DE-A-4133810. Из этих публикаций известно также применение соответствующей аппаратуры, такой, как мешалки без дополнительных перемешивающих устройств, для обеспечения особо интенсивного перемешивания реагентов с циркулирующим ЭДХ. В US 4873384 описан способ получения ЭДХ из этилена и хлора в жидком ЭДХ, при этом пары реакционной среды используют для регенерации части скрытой теплоты.

Настоящее изобретение относится к способу получения ЭДХ путем введения этилена и хлора в циркулирующий ЭДХ при интенсивном перемешивании и регенерации тепла. Этот способ отличается тем, что взаимодействие проводят при температуре 65- 125^oC и абсолютном давлении от 0,5 до 3,2 бар, причем давление и температуру выбирают таким образом, чтобы обеспечить кипение реакционной смеси, а теплоту реакции отводят из газового потока и направляют в теплообменник.

Изобретение далее относится к установке для осуществления предлагаемого способа, схема которой показана на фиг. 1. На этом чертеже под соответствующими позициями обозначены следующие элементы: 1 - реактор, 2 - мешалка, 3 - уровень жидкого ЭДХ, 4 - циркуляционный трубопровод для жидкого ЭДХ, 5 - насос, 6 - подводящий трубопровод для хлора, соответственно этилена, 7 - подводящий трубопровод для этилена, соответственно хлора, 8 - отводящий трубопровод для газообразной реакционной смеси, 9 - трубопровод к теплообменнику 10,
10 - теплообменник,
11 - обратный трубопровод от теплообменника 10 к реактору 1,
12 - трубопровод к дистилляционной колонне (на показана),
13 - трубопровод к потребителю тепла, соответственно от потребителя тепла,
14 - трубопровод от потребителя тепла, соответственно к потребителю тепла.

Предпочтительные варианты осуществления предлагаемого согласно изобретению способа, соответственно варианты выполнения предлагаемой согласно изобретению установки более подробно описаны ниже.

Согласно одному из вариантов осуществления способа из заполненного газами пространства отводят газообразную реакционную смесь, ЭДХ конденсируют в теплообменнике и жидкий ЭДХ возвращают в реактор.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения газообразную реакционную смесь вводят сбоку в дистилляционную колонну, из которой сверху отводят инертные компоненты газа и непрореагировавший этилен, сбоку ниже места ввода реакционной смеси отбирают чистый ЭДХ, а из куба отделяют высококипящие побочные продукты. Для работы этой дистилляционной колонны предпочтительно использовать теплоту реакции, отводимую из заполненного газами пространства реактора. Температура в нижней части дистилляционной колонны при этом несколько ниже температуры в реакционном пространстве. Например, она составляет 90^oC, если реакцию проводят при 105^oC.

Установка, пригодная для осуществления этого варианта изобретения, показана на фиг. 2. На этом чертеже позициями 1-14 обозначены вышеуказанные элементы, а остальными позициями обозначены следующие элементы:
15 - дистилляционная колонна,
16 - трубопровод для легколетучих продуктов,
17 - конденсатор,
18 - циркуляционный трубопровод,
19 - резервуар для флегмы,
20 - насос,
21 - трубопровод для отвода легкокипящих продуктов,
22 - сушилка,
23 - трубопровод для отходящего газа,
24 - конденсатор,
25 - насос,
26 - трубопровод для ЭДХ,
27 - трубопровод для высококипящих продуктов.

Легколетучие продукты из верхней части дистилляционной колонны 15 по трубопроводу 16 и через конденсатор 17 поступают по циркуляционному трубопроводу 18 в резервуар 19 (резервуар для флегмы). Сконденсировавшиеся жидкие продукты подаются далее насосом 20 по циркуляционному трубопроводу 18 в сушилку 22, которая предотвращает скапливание в этом циркуляционном контуре увлекаемой воды, вызывающей коррозию. По трубопроводу 21 легколетучие продукты можно выводить раздельно.

Из резервуара 19 газообразные продукты, главным образом непрореагировавший этилен и инертные компоненты, подаются насосом 25 еще через один конденсатор 24 на переработку отходящих газов.

Сушилка 22 может быть выполнена обычным образом и функционировать, например, на основе известных физических и/или химических принципов. Сушилка 22 может также содержать осушитель, в качестве которого можно использовать либо химические осушители, такие, как пятиокись фосфора, либо физические осушители, такие, как молекулярные сита или силикагели. Сушку предпочтительно осуществлять по методу, описанному в US 5507920.

В другом варианте осуществления изобретения дистилляционная колонна работает при пониженном давлении. Этот вариант показан на фиг. 3. На чертеже позициями 1-21 (сушилка 22 отсутствует) и 23-27 обозначены вышеуказанные элементы, а позицией 28 обозначен обратный трубопровод от конденсатора 24 к резервуару 19.

При этом резервуар 19 находится под более низким давлением в сравнении с колонной 15 (например, абсолютное давление в колонне 15 составляет 0,8 бар, а в резервуаре 19 абсолютное давление равно 0,26 бар). Давление регулируют при этом с помощью одного или нескольких насосов, например, с помощью насоса 25 (задействуя соответствующие клапаны, которые на чертеже не показаны). В этом варианте в резервуаре 19 происходит декомпрессия поступающих в нее из холодильника 17 продуктов. Газовая фаза поступает по трубопроводу 23 в холодильник 24, из которого сжиженные продукты по трубопроводу 28 возвращаются обратно в резервуар 19. Жидкая фаза, т.е. чистый ЭДХ, после прохождения насоса 20 разделяется на поток конечных продуктов (отводимый по трубопроводу 26) и поток 18 возвращаемых в цикл продуктов.

Способ осуществляют с использованием обычных катализаторов. При этом можно применять кислоты Льюиса, такие, как хлорид железа (III), в сочетании с галогенидами металлов первой или второй главных групп Периодической системы элементов, прежде всего с хлоридом натрия, в самых различных молярных соотношениях (NL-A-6901398, US 4774373 или DE-A-4103281), в частности, можно применять каталитическую систему, описанную в WO 94/17019 (ZA 94/0535), в которой молярное соотношение между хлоридом натрия и хлоридом железа (III) в ходе всей реакции остается ниже 0,5, предпочтительно составляет от 0,45 до 0,3. В этом способе ЭДХ получают столь высокой чистоты, что существенно увеличивается срок службы теплообменников.

При осуществлении способа в соответствии с настоящим изобретением достигается целый ряд преимуществ, среди которых можно особо отметить следующие.

Реакция может протекать с высокой степенью надежности и с обеспечением эффективного контроля за ходом ее протекания в любой момент времени. Благодаря этому температуру реакции можно поддерживать на низком уровне, что подавляет образование побочных продуктов. Кроме того, благодаря отводу теплоты реакции из газообразной реакционной смеси теплообменники, например змеевиковые испарители, можно выполнить небольшими по габаритам, поскольку при этом используется также теплота конденсации ЭДХ. Еще одно преимущество состоит в том, что теплообменники не загрязняются увлекаемым с потоком катализатором и высококипящими побочными продуктами.

Высокоэффективное использование теплоты реакции и конденсации допускает большую свободу выбора в конструктивном оформлении способа. При этом не только теплообменник или теплообменники можно расположить непосредственно рядом с реактором, но и потребляющие тепло аппараты в свою очередь можно смонтировать пространственно непосредственно около теплообменника (теплообменников), соответственно вокруг него (них). Благодаря этому исключаются слишком высокие затраты на создание соответствующих конструкций, а также устраняются теплопотери, обусловленные использованием длинных трубопроводов, и обеспечивается экономия дорогостоящей площади в установке.

В вышеприведенных вариантах осуществления изобретения, в которых предусмотрено удаление инертных компонентов газа и непрореагировавшего этилена, этилен можно известным образом отделять от инертных компонентов и возвращать в процесс. Такие газовые компоненты, как кислород или азот, вносятся в процесс, например, вместе с хлором, причем в данном случае кислород при объемной концентрации ниже взрывоопасного предела (3%) считается инертным. Возврат отходящих газов при прямом хлорировании описан в WO 96/03361 (ZA 95/6058).

В целом реакцию проводят по общеизвестной технологии, причем содержание вышеуказанных литературных источников, в том числе касательно отдельных деталей аппаратуры, включено в настоящее описание в качестве ссылки.

Предлагаемый согласно изобретению способ более подробно поясняется на описанных ниже примерах его осуществления.

Пример 1 (фиг. 1 и 2)
В реактор 1 прямого хлорирования, оборудованный мешалкой 2 без дополнительных перемешивающих устройств, по трубопроводу 6 вводят хлор, а по трубопроводу 7 подают этилен. Реактор заполняют до уровня 3 жидким ЭДХ, который перекачивают в замкнутом контуре по трубопроводу 4 насосом 5. Большая часть (около 85%) выходящей по трубопроводу 8 из заполненного парами пространства реактора газовой смеси (содержащей в основном ЭДХ, а также следовые количества непрореагировавшего этилена, кислорода, азота и более низкокипящих в сравнении с ЭДХ компонентов) подается по трубопроводу 9 в нагревательную колонну (теплообменник 10), где она конденсируется, и по трубопроводу 11 снова направляется в реактор 1. Энергия конденсации по трубопроводам 13 и 14 подводится к дистилляционной колонне 15, соответственно отводится от нее.

Меньшая часть газовой смеси вводится по трубопроводу 12 сбоку в дистилляционную колонну 15, в которой непрореагировавший этилен, кислород, азот, а также следовые количества более низкокипящих побочных продуктов, таких, как этилхлорид и вода, отделяются в верхней ее части (и отводятся по трубопроводу 16). Чистый ЭДХ отбирается из колонны 15 по трубопроводу 26 (ниже места входа питающего трубопровода 12).

Такие вещества, как этилен, кислород и азот, проходят через трубопровод 16, конденсатор 17, неконденсируясь в нем, трубопровод 18, резервуар 19 и трубопровод 23 и попадают в конденсатор 24 отходящих газов, а затем поступают в компрессор 25, который перекачивает их в установку переработки отходящих газов.

Такие вещества, как более низкокипящие побочные продукты и состоящая из ЭДХ и воды азеотропная смесь, также, проходя через трубопровод 16, конденсатор 17, конденсируясь в нем, и циркуляционный трубопровод 18, сначала попадают в резервуар 19 для флегмы, но оттуда перекачивающим насосом 20 подаются в сушилку 22, которая предотвращает скапливание в верхней части колонны воды, вносимой в нее в следовых количествах. Высушенный конденсат затем поступает по циркуляционному трубопроводу 18 в дистилляционную колонну 15.

Пример 2 (фиг. 3)
Работают аналогично примеру 1, первый абзац, однако затем процесс осуществляют следующим образом.

Меньшую часть газовой смеси по трубопроводу 12 вводят в дистилляционную колонну 15. Чистый ЭДХ, а также непрореагировавший этилен, кислород и азот и следовые количества более низкокипящих компонентов подаются по трубопроводу 16 в ЭДХ-конденсатор 17, а затем по трубопроводу 18 попадают в резервуар 19 для флегмы. С помощью одного (единственного) вакуум-насоса 25 абсолютное давление в колонне 15 устанавливают на значение 0,8 бар, а в резервуаре 19 для флегмы доводят до уровня 0,26 бар с целью отделить непрореагировавший, растворенный в ЭДХ этилен, а также кислород и азот. В холодильнике 24 отходящих газов при температуре +1^oC происходит дальнейшая конденсация ЭДХ, а отходящие газы подаются по трубопроводу 23 на установку их переработки. Чистый ЭДХ из резервуара 19 для флегмы направляется по трубопроводу 26 в печь для крекинга ЭДХ.

Формула изобретения

1. Способ получения 1,2-дихлорэтана (этилендихлорида, ЭДХ) путем введения этилена и хлора в циркулирующий ЭДХ при интенсивном перемешивании и регенерации тепла, отличающийся тем, что взаимодействие этилена и хлора проводят при температуре 65 - 125^oC и абсолютном давлении 0,5 - 3,2 бар, причем давление и температуру выбирают таким образом, чтобы обеспечить кипение реакционной смеси, а теплоту реакции отводят из заполненного газами пространства и направляют по меньшей мере в один теплообменник.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что из заполненного газами пространства отводят часть газообразной реакционной смеси, ЭДХ конденсируют в теплообменнике и жидкий ЭДХ возвращают в реактор.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что часть газообразной реакционной смеси вводят сбоку в дистилляционную колонну, из которой сверху отводят инертные компоненты газа и непрореагировавший этилен, сбоку ниже места ввода реакционной смеси отбирают чистый ЭДХ, а из куба отделяют высококипящие побочные продукты.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что для работы дистилляционной колонны используют теплоту реакции из заполненного газами пространства реактора.

5. Способ по одному или нескольким предыдущим пунктам, отличающийся тем, что осуществляют интенсивное перемешивание с помощью мешалки без дополнительных перемешивающих устройств.

6. Способ по одному или нескольким предыдущим пунктам, отличающийся тем, что реакцию проводят с использованием каталитической системы, состоящей из кислоты Льюиса и галогенида металла первой или второй главных групп Периодической системы элементов.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве катализатора применяют хлорид натрия и хлорид железа (III) в молярном соотношении менее 0,5.

8. Установка для осуществления способа по пп.1 - 7, отличающаяся наличием реактора (1), мешалки (2), уровня (3) жидкого ЭДХ, циркуляционного трубопровода (4) для жидкого ЭДХ, насоса (5), подводящих трубопроводов (6, 7) для хлора, соответственно этилена, отводящего трубопровода (8) для газообразной реакционной смеси, трубопровода (9) к теплообменнику (10), теплообменника (10), обратного трубопровода (11) от теплообменника (10) к реактору (1), трубопровода (12) к дистилляционной колонне и трубопроводов (13, 14) к потребителю тепла, соответственно от потребителя тепла.

9. Установка по п.8, отличающаяся наличием дистилляционной колонны (15), трубопровода (16) для легколетучих продуктов, конденсатора (17), циркуляционного трубопровода (18), резервуара (19) для флегмы, насоса (20), трубопровода (21) для отвода низкокипящих продуктов, сушилки (22), трубопровода (23) для отходящих газов, конденсатора (24), насоса (25), трубопровода (26) для ЭДХ и трубопровода (27) для высококипящих продуктов.

10. Установка по п.9, отличающаяся тем, что в ней отсутствует сушилка (22) и предусмотрен обратный трубопровод (28) от конденсатора (24) к резервуару (19).

Приоритет по пунктам:
04.07.96 по пп.1 - 5, 7 и 8;
09.10.96 по пп.6, 9 и 10.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3