Способ получения хлороформа из метиленхлорида


 


Владельцы патента RU 2404953:

Государственное учебно-научное учреждение Химический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова (RU)

Изобретение относится к способу получения хлороформа путем взаимодействия четыреххлористого углерода с донором водорода в присутствии комплекса хлорида меди с четвертичными солями аммония при повышенной температуре. В качестве донора водорода используют метиленхлорид, в качестве четвертичных аммонийных солей соединения общей формулы R3R'NCl или R2R'2NCl, где R=C1-C18 - алкил, R' - C1-C18 - алкил, хлоралкил или бензил при мольных соотношениях соль:медь 8-10:1, концентрация меди составляет 0,1-0,5 г/л. Процесс ведут при температуре 180-200°С при мольном соотношении четыреххлористого углерода и метиленхлорида 1,5-6:1. Катализатор можно добавлять 2-4 порциями через 90-120 мин каждая. Технический результат - создание селективного способа получения хлороформа без использования дефицитных доноров водорода. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к промышленному хлорорганическому синтезу, конкретно - к способам получения хлороформа из четыреххлористого углерода (ЧХУ) и метиленхлорида (MX).

В соответствии с Программой Организации Объединенных Наций по окружающей среде ЧХУ вместе с рядом других хлорорганических соединений отнесен к озоноразрушающим веществам и его выпуск как товарного продукта в настоящее время прекращен. Однако ЧХУ образуется в значительных количествах в качестве побочного продукта в производстве хлорметанов и тетрахлорэтилена. В связи с этим создание простого и экономичного способа переработки избыточного ЧХУ с получением полезного продукта, например хлороформа, представляет несомненный интерес. Хлороформ является ценным полупродуктом в крупнотоннажном органическом синтезе, в том числе - в получении озононеразрушающих хладонов, и используется как растворитель.

К настоящему времени разработаны методы получения хлороформа из ЧХУ, основанные на гидрировании ЧХУ молекулярным водородом или на его взаимодействии с н-парафинами и другими углеводородами.

Известны способы получения хлороформа гидрированием четыреххлористого углерода молекулярным водородом в жидкой фазе при повышенной температуре в присутствии катализаторов на основе платины с добавкой других металлов платиновой группы на оксиде алюминия (Европейский патент №1201300, 2001; Европейский патент №0460138, 1991). Недостатками способов являются сложность технологии, связанная с применением дорогого катализатора, содержащего металл платиновой группы, пожаро- и взрывоопасного водорода при высоких температурах, низкая - 85% и менее селективность по хлороформу, а также непроизводительный расход содержащегося в ЧХУ хлора. Не менее 25% последнего тратится на получение загрязненного органическими веществами и не представляющего коммерческой ценности абгазного хлороводорода.

Известны способы получения хлороформа из ЧХУ без использования молекулярного водорода. К ним относится способ получения хлороформа и хлорированных в боковую цепь ароматических углеводородов согласно Патенту РФ №2107544, 1995. Способ предполагает использование в качестве источника водорода алкилароматических углеводородов. В ряде патентов (Патент РФ №2107678, 1995; Патент РФ 2261759, 2003; Патент РФ 2242282, 2003, Патент США №0203318, 2005, Патент РФ №2322433, 2008) в качестве доноров водорода предлагается использовать линейные и разветвленные алканы. Во всех предлагаемых способах наряду с целевым продуктом - хлороформом образуются хлорированные углеводороды. Дороговизна доноров водорода, равно как и проблемы со сбытом побочных продуктов ограничивают сферу возможного применения этих технологий для получения чистого хлороформа. Кроме того, высокое содержание смолистых веществ и абгазного хлороводорода вызывает необходимость проведения дополнительной очистки, что резко усложняет технологию.

Наиболее близким к описываемому является способ, предлагаемый в патенте РФ №2187489, 2002. Хлороформ и хлорпарафины получают путем реакции CCl4 с н-парафинами или их смесями в жидкой фазе при температуре 150-180°С и времени контакта 1-8 час, в присутствии катализатора - комплекса хлорида меди с хлоридами четвертичных аммониевых солей общей формулы R3R'NCl (I) или R2R'2NCl (II), где R=C1-C18 - алкил, R' - C1-C18 - алкил или бензил, или солей формулы R-CH(NR3')CH(NR3')-R''Cl2 (III), где R'' - Н или низший алкил, а R, R' имеют указанные выше значения. Недостатком способа является использование в качестве донора водорода дефицитных н-парафинов и расход части хлора на получение хлорпарафинов.

Задачей предлагаемого изобретения является создание селективного способа получения хлороформа без использования дефицитных доноров водорода.

Поставленная задача решается каталитической реакцией между ЧХУ и метиленхлоридом

CCl4+CH2Cl2→2CHCl3

с использованием в качестве катализаторов композиций на основе хлорида меди и четвертичных аммонийных содей общей формулы R3R'NCl (I) или R2R'2NCl (II), где R=C1-C18 - алкил, R' - C1-C18 - алкил, хлоралкил или бензил. Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе хлороформ является единственным продуктом взаимодействия ЧХУ и метиленхлорида. Указанная реакция позволяет упростить технологию за счет отказа от использования парафинов в качестве донора водорода, тем самым решает проблему их дальнейшей утилизации и очистки целевого продукта от хлорпарафинов. Метиленхлорид образуется в промышленном производстве хлороформа хлорированием метана в качестве побочного продукта вместе с ЧХУ. Процесс может быть отрегулирован таким образом, чтобы метиленхлорид и ЧХУ образовывались в соотношении, близком к 1:1. Это позволит добиться в суммарном процессе (хлорирование метана + реакция MX с ЧХУ) выхода хлороформа, близкого к количественному.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Приготовление каталитической композиции.

Для приготовления каталитической композиции в стеклянный сосуд помещают 180 мл 96% этилового спирта и при интенсивном перемешивании постепенно присыпают предварительно отмеренное количество порошкообразных реагентов - 1 г безводного хлорида меди (II) или 1.1 г его кристаллогидрата и 12 г тетраэтиламмонийхлорида (ТЭАХ). Раствор перемешают при комнатной температуре или небольшом нагревании до полного растворения твердых компонентов, при этом он приобретает желтый или светло-коричневый цвет. Приготовленный раствор можно хранить в закрытом сосуде с притертой пробкой по крайней мере в течение длительного времени.

Аналогичным образом получают катализаторы со следующими аммонийными солями:

триэтилбензиламмоний-хлорид(ТЭБАХ),

тетрабутиламмоний хлорид (ТБАХ),

моногидрат тетрабутиламмоний хлорида (М-ТБАХ),

катамин АБ (50% водный алкилдиметилбензиламмонийхлорид),

тетраэтиламмонийхлорид (ТЭАХ)

тетраметиламмонийхлорид. (ТМАХ)

триэтил(хлорэтил)аммонийхлорида (ТЭХЭАХ)

При использовании других солей аммония их количество меняют пропорционально увеличению молекулярного веса в сравнении с ТЭА, так чтобы мольное соотношение соль:медь составляло 8-10:1.

Пример 2.

Получение хлороформа

Рассчитанные количества ЧХУ и MX перемешивают в автоклаве. Затем также при перемешивании добавляют отмеренное количество катализатора. Загрузка в стандартном эксперименте: 35 мл (47 г) CH2Cl3, 150 мл (240 г) CCl4, 10 мл каталитической композиции. Полученный раствор помещают в автоклав, изготовленный из нержавеющей стали и снабженный магнитной мешалкой и манометром, и выдерживают 2 часа при температуре 190°С. Реакционная масса после проведения реакции представляет собой прозрачный желтый или желто-коричневый раствор. Реакционную массу разгоняют, отбирая фракции непрореагировавшего MX, хлороформа и ЧХУ. Выход хлороформа составляет 7 мл (10,5 г), что составляет 22% от исходного ХМ. Метиленхлорид и ЧХУ повторно вводят в реакцию в последующих опытах.

Использование катализатора в количествах за пределами от выбранного нецелесообразно: уменьшение приводит к существенному уменьшению конверсии реагентов, а повышение не дает измеримого положительного эффекта и лишь увеличивает расход катализатора. Увеличение времени реакции до 3-4 часов не приводит к увеличению выхода продукта, а при 5 и более часов выход хлороформа уменьшается и раствор приобретает темно-коричневую окраску. В примерах 3-9 процесс получения хлороформа ведут аналогично. Результаты опытов представлены в таблице.

Таблица 1
Результаты сравнительных испытаний различных катализаторов
Концентрация меди г/л Мольное соотношение соль: медь Соединение азота Выход ХФ, % от поданного MX примечание
180°С 190°С
3 0,1 10 ТЭБАХ 8 10 образец желтый
4 0,15 8 ТБАХ 8 10 желтый
5 0,2 10 М-ТБАХ 6.5 8 желтый
6 0,5 10 Катамин АБ 11 14 образцы темно-коричневые, выделяется HCl
7 0,12 9 ТЭАХ 16 22 образцы прозрачные, желтоватые, выделение HCl не отмечено
8 0,25 8 ТМАХ 1 3 желтый
9 0,12 8 ТЭХЭАХ 16 24 желтый

Для определения оптимальных показателей процесса провели опыты, в которых осуществлялся рецикл непрореагировавшего сырья. Этот режим имитирует промышленный непрерывный процесс с постоянным рециклом реакционной массы в реактор. Результаты описаны в примере 10, 11.

Пример 10.

К реакционной массе, отогнанной после проведения синтеза хлороформа согласно примеру 1 (183 мл) добавляют 2.5 мл MX, 11 мл ЧХУ и 10 мл раствора каталитической композиции. Процесс ведут как в примере 1. Отделяют 6.8 мл хлороформа. Операцию повторяют еще 2 раза. Суммарный выход целевого продукта составляет 39 г (26.2 мл), что отвечает 82% от теории в расчете на израсходованный MX.

Пример 11.

Процесс ведут как в примере 10, но в качестве катализатора используют ТЭХЭАХ. Получают 39.6 г хлороформа (83.2% от теории).

Наилучшие результаты достигаются при последовательном вводе катализатора 2-4 порциями, что позволяет поддерживать его стабильную концентрацию в реакционной массе (предпочтительный вариант способа). Результаты использования этого приема представлены в примерах 12-14.

Примеры 12-14.

Во всех опытах был использован раствор каталитического комплекса, содержавший, в расчете на 100 мл спирта, 1 г хлорида меди и 12 г ТЭАХ, температура составляла 190°С. В первой загрузке вводили 10 мл раствора каталитического комплекса в расчете на 250 мл реакционной смеси, далее - по 4 мл. Продолжительность выдерживания реакционной массы после каждой загрузки составляла 1,5 часа.

Таблица 2
Выходы хлороформа при дробной загрузке катализатора, % от поданного MX
мольное соотношение ЧХУ:МХ Выход хлороформа после очередной загрузки
1-я 2-я 3-я 4-я
12 6:1 22 31 38 45
13 2.5:1 12 18 25 31
14 1.5:1 10 16 22 27

В этом случае рецикл реакционной массы также позволяет получать дополнительные количества целевого продукта. Для этого в условиях периодического процесса оказывается достаточно 2-3 операций рецикла. При осуществлении процесса в непрерывном режиме это означает значительное снижение объема рециклизуемой реакционной массы. Этот вариант осуществления способа иллюстрируется примером 15.

Пример 15.

Процесс ведут как в примере 12, но после отделения хлороформа реакционную массу (220 мл) возвращают в реактор. Далее процесс вновь ведут как в примере 12. Суммарный выход хлороформа составляет 91.4% от теории.

Пример 16

Процесс ведут как в примере 15, но после отделения хлороформа реакционную массу возвращают в реактор, дополнив исходной смесью ЧХУ и MX до первоначального объема. Далее процесс вновь ведут как в примере 15. Суммарный выход хлороформа составляет 84.6% от теории.

Температура в интервале 185-205°С слабо влияет на конечный выход продукта, но при более высокой температуре он достигается быстрее. Эта закономерность иллюстрируется примером 17.

Пример 17.

Процесс ведут как в примере 15, температура составляет 200°С. Выход хлороформа после третьей загрузки составляет 42%, после 4-й - 47%. При первых трех загрузках раствор сохраняет слабо-желтую окраску, после четвертой приобретает светло-коричневый цвет, оставаясь прозрачным. Суммарный выход побочных продуктов реакции (гексахлорэтана, тетрахлорэтилена и гексахлорбутадиена) составляет менее 1%.

Таким образом, при использовании в качестве органического компонента катализатора тетраэтиламмонийхлорида или триэтил(хлорэтил)аммонийхлорида оптимальным является следующий режим процесса: температура в интервале 190-200°С; мольное соотношение ЧХУ:МХ в пределах 4-6; 3-4-кратная загрузка каталитического раствора указанного выше состава в количестве 1/25 от объема реакционной массы.

При этом хлороформ может быть получен с достаточно высоким выходом (40% и более) и высокой селективностью (не ниже 95%, достигнуто 98%).

В общем случае при использовании соединения R3R'NCl или R2R'2NCl, где R=C1-C18 - алкил, R' - C118 - алкил, хлоралкил или бензил при мольных соотношениях соль:медь 8-10:1, концентрация меди составляет 0,1-0,5 г/л, и процесс ведут при температуре 180-200°С при мольном соотношении четыреххлористого углерода и метиленхлорида 1,5 - 6:1. Катализатор добавляют 2-4 порциями через 90-120 мин каждая.

1. Способ получения хлороформа путем взаимодействия четыреххлористого углерода с донором водорода в присутствии комплекса хлорида меди с четвертичными солями аммония при повышенной температуре, отличающийся тем, что в качестве донора водорода используют метиленхлорид, в качестве четвертичных аммонийных солей соединения общей формулы R3R'NCl или R2R'2NCl, где R=C1-C18 - алкил, R' - C1-C18 - алкил, хлоралкил или бензил при мольных соотношениях соль: медь 8-10:1, концентрация меди составляет 0,1-0,5 г/л, и процесс ведут при температуре 180-200°С при мольном соотношении четыреххлористого углерода и метиленхлорида 1,5-6:1.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что катализатор добавляют 2-4 порциями через 90-120 мин каждая.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к каталитическим способам переработки метана прямым и/или окислительным хлорированием. .

Изобретение относится к области химического машиностроения и может быть использовано в барботажных аппаратах, например, для производства хлороформа. .

Изобретение относится к способу получения 1,2-дихлорэтана высокой степени чистоты из растворенного хлора и растворенного этилена, которые приведены в контакт друг с другом с использованием циркулирующей жидкой реакционной среды, которая состоит по существу из 1,2-дихлорэтана и катализатора, а также к устройству, в котором протекает реакция, содержащему, по меньшей мере, один вертикально расположенный участок протекания реакции, выполненный в виде замкнутого контура.

Изобретение относится к способу получения 1,2-дихлорэтана высокой чистоты из растворенного хлора и растворенного этилена, которые приводят в контакт друг с другом, с применением побуждаемой к циркуляции жидкой реакционной среды, которая по существу состоит из 1,2-дихлорэтана и катализатора и по меньшей мере проходит через вертикально расположенную, образующую петлю зону реакции, причем оба колена петли связаны с расположенным вверху газоотделителем, из которого продукт реакции отводят в газообразном или жидком виде или как в газообразном, так и в жидком виде, характеризующемуся тем, что: несколько, по меньшей мере 3, секций подачи расположены в колене петли, по которому жидкость течет вверх; и каждая из этих секций подачи состоит из узла подачи растворенного или газообразного этилена, расположенного на входе в секцию, и узла подачи растворенного хлора, расположенного на выходе из секции, и кроме того может иметь статические смесительные устройства.

Изобретение относится к способу переработки углекарбонатного минерального сырья, включающему обжиг известняка в реакторе с получением окиси кальция, производство карбида кальция реакцией части окиси кальция, полученной при обжиге известняка, с углеродом, контактирование части объема полученного карбида кальция с водой с получением ацетилена и едкого кальция, контактирование газообразных отходов процесса обжига известняка с водой для получения угольной кислоты, при этом для обжига известняка используют тепло, получаемое сжиганием части объема ацетилена, получаемого из части объема карбида кальция.
Изобретение относится к способу очистки четыреххлористого углерода от примесей соединений, содержащих связи углерод-водород и/или двойные связи. .
Изобретение относится к хлорорганическому синтезу, конкретно - к одновременному получению хлороформа и третичных хлоралканов. .
Изобретение относится к способу получения хлороформа путем хлорирования метиленхлорида в жидкой фазе при температуре 35-50°С при фотоинициировании с последующим выделением хлороформа ректификацией.
Изобретение относится к способу очистки отходов хлорорганических производств от продуктов осмоления отгонкой летучих компонентов, характеризуется тем, что летучие компоненты отгоняют в виде азеотропа с водой в присутствии инертного неорганического наполнителя и вспомогательного вещества, снижающего адгезию продуктов осмоления к оборудованию.

Изобретение относится к способу получения хлороформа и алкиленкарбонатов общей формулы , где R=H, CH3, взаимодействием вицинального гликоля с гексахлорацетоном при повышенной температуре в присутствии гидросиликата металла II или III группы периодической таблицы с последующим выделением целевых продуктов известными методами.
Изобретение относится к хлорорганическому синтезу, конкретно - к одновременному получению хлороформа и третичных хлоралканов. .

Изобретение относится к процессу одновременного получения хлороформа и хлорпарафинов и катализаторам, используемым для их получения. .

Изобретение относится к способу получения хлороформа путем гидрирования четыреххлористого углерода н-парафинами C10-C15 или их смесями в жидкой фазе при температурах 150-180oС и времени контакта 1-8 ч.

Изобретение относится к способу переработки хлорорганических отходов методом гидрогенолиза. .

Изобретение относится к способу получения 1,1,2,2-тетрафторэтана, заключающемуся в каталитическом гидрировании тетрафторэтилена при повышенной температуре с использованием в качестве катализатора алюмопалладиевого катализатора.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при получении 1,1,2,2-тетрафторэтана (хладона 134), являющегося перспективным озонобезопасным хладоном.

Изобретение относится к способу гидрогенолиза галогенуглеводорода формулы CnHmFpClq. .
Изобретение относится к способам конверсии хлоруглеводородов, конкретно к способам одновременного получения хлороформа и хлорпарафинов
Наверх