Способ получения 1,2-дихлорэтана и установка для получения 1,2-дихлорэтана

 

Способ получения высокочистого 1,2-дихлорэтана, используемого как растворитель с регенерацией тепла из эквимолярных количеств этилена и хлора, в 1,2-дихлорэтане, как растворителе, в присутствии тетрахлорферрат (1-)-катализатора, при 75 - 200°С и давлении 1 - 15 бар. Сущность изобретения: в предвключенной зоне смешения растворяют хлор-газ в циркулирующем 1,2-дихлорэтане, в дополнительно подключенной реакционной зоне этилен-газ переводят в тонкодисперсную жидкую фазу с диаметром пузырьков, максимально, 2,0 мм; эта фаза со скоростью 0,3 - 1 м/с при времени реакции 2,5 - 25 с, рассчитанном на жидкую фазу, проходит через реакционную зону, и затем образовавшийся конечный продукт, содержащий 500 ppm (млн^-1) хлорированных побочных продуктов, в газообразном виде удаляется посредством испарения при пониженном давлении. Устройство состоит из смесителя со впуском хлора, "статического смесителя" со впуском этилена, сосуда разрежения, циркуляционного насоса и теблообменника, причем смеситель, "статический смеситель", сосуд сброса давления, циркуляционный насос и теплообменник по ходу потока соединены друг с другом, сосуд давления связан через дроссель с конденсатором и от конденсатора отходит сливная линия продукта, а также линия отработавшего (уходящего) газа. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение касается способа получения высокочистого 1,2-дихлорэтана с регенерацией тепла посредством реакции этилена и хлора в жидком 1,2-дихлорэтане в присутствии специального катализатора, причем другие нежелательные хлорированные продукты образуются только в незначительных количествах, так что образующийся 1,2-дихлорэтан не требует дестиллятивной очистки. Предлагается устройство для осуществления этого способа.

Каталитическое присоединение хлора к этилену в 1,2-дихлорэтане как растворителе протекает в 3 ступени: 1. растворение газообразного хлора в 1,2-дихлорэтане; 2. растворение газообразного этилена в 1,2-дихлорэтане; 3. реакция растворенных реагентов с образованием 1,2-дихлорэтана.

В то время как процесс на ступенях 1 и 3 протекает быстро, на ступени 2, вероятно по причине лишь незначительной растворимости этилена в 1,2-дихлорэтане протекает медленно и эта ступень поэтому является определяющей скорость реакции. На основании этого в технологии до сих пор осуществляют получение 1,2-дихлорэтана в реакторах, которые состоят из главного реактора с достаточным временем обработки и дополнительного (конечного) реактора для полного превращения этилена.

Согласно ЕР-О 080 098 B1 (СА-1 221 708) газообразные хлор и этилен в 1,2-дихлорэтане как растворителе вступают в реакцию в двухпетлевом реакторе с дополнительным реактором. В главном реакторе для тонкого разделения реакционного газа находится загруженная наполнителем зона смешения. Время реакции составляет от 1 до 15 ч. Очистка 1,2-дихлорэтана осуществляется в дополнительно подключенных дестилляционных колоннах.

Для получения 1,2-дихлорэтана в заявке ЕР-О 111 203 А1 (US-A-4.774.373) предлагается специальный катализатор, при использовании которого наблюдается лишь незначительная скорость коррозии на стальных поверхностях деталей устройства. Этот специальный катализатор состоит из безводного тетрахлороферрата (1-), в котором катион - это ион щелочного, щелочно-земельного металлов или ион аммония.

Таким образом, стоит задача изменить известные режимы (принципы работы) и устройства в такой степени, чтобы суммарное количество образующихся хлорированных побочных продуктов в 1,2-дихлорэтане не превышало значения 500 ррм (млн^-1), и отпадала бы необходимость как в установке больших главного и дополнительного реакторов, так и в дестилляционной очистке (отделении) побочных продуктов, и энтальпию реакции различным образом можно было полностью утилизовать для другого способа.

Итак, предметом изобретения является способ получения высокочистого 1,2-дихлорэтана с регенерацией тепла из эквимолярных количеств этилена и хлора в 1,2-дихлорэтане, как растворителе, в присутствии тетрахлорферрат (1-)-катализатора при температуре в зоне реакции от 75 до 200^оС и давлении от 1 до 15 бар, который отличается тем, что в предвключенной зоне смешения растворяют хлор-газ в циркулирующем 1,2-дихлорэтане, в дополнительно подключенной реакционной зоне этилен-газ переводят в тонкодисперсную жидкую фазу с диаметром пузырьков, максимально, 2,0 мм, эта тонкодисперсная жидкая фаза со скоростью от 0,3 до 1 м/с, при времени реакции от 2,5 до 25 с, рассчитанном на жидкую фазу, проходит через реакционную зону, и затем образовавшийся высокочистый 1,2-дихлорэтан, который содержит менее 500 ррм (млн^-1) хлорированных побочных продуктов, в газообразном виде удаляется посредством испарения при пониженном давлении.

Способ может отличаться еще тем, что диаметр пузырьков этилен-газа составляет менее 1,5 мм.

По изобретению предлагается очень простой способ приготовления высокочистого 1,2-дихлорэтана. После испарения газообразный 1,2-дихлорэтан конденсируется и выделяется с чистотой более, чем 99,95 мас.%. Он содержит, как существенный побочный компонент, 1,1,2-трихлорэтан. Выделяющееся при конденсации тепло может, например, использоваться для дестилляции 1,2-дихлорэтана, который получается методом оксихлорирования. Кроме того, в предлагаемом по изобретению способе полностью отпадает необходимость в дестилляционных колонных, необходимых при получении 1,2-дихлорэтана по методу прямого хлорирования, для отделения низкокипящих и высококипящих фракций. Тем самым экономятся как инвестиционные затраты, так и производственные (эксплуатационные) затраты. Выходы 1,2-дихлорэтана составляют 99,7% в расчете на C₂H₄ в 99,7% в расчете на Cl₂.

Для предлагаемого по изобретению способа решающее значение имеет тонкое диспергирование этилен-газа. Недостаточно того, чтобы этиленовый газ в тонкодисперсной форме вдувался в 1,2-дихлорэтан, так как пузырьки этиленового газа быстро сливаются в большие пузыри, и тогда скорость реакции сильно падает. Поэтому следует заботиться о том, чтобы предотвращалось объединение в большие пузыри этиленового газа. Такое тонкое диспергирование этиленового газа достигается в так называемых "статических смесях", как это описано в Chemie-Ingenieur-Technik 52 (1980), N 4, pp.285-291.

Далее, предлагается устройство для осуществления способа, которое отличается смесителем 1 с впуском хлора 11, "статистическом смесителем" 2 с впуском этилена 5, сосудом сброса давления 3, циркуляционным насосом 6 и теплообменником 7, причем смеситель 1, "статический смеситель" 2, сосуд сброса давления 3, циркуляционный насос 6 и теплообменник 7, в соответствии с потоками, связаны друг с другом; сосуд сброса давления 3 связан через дроссель 4 с конденсатором 8, и от конденсатора 8 отходит сливная линия продукта, а также линия отработавшего (уходящего) газа.

Устройство может, при необходимости, еще отличаться тем, что а) "статический смеситель" 2 используется с наклонным обтеканием стенки; б) листы в "статическом смесителе" 2 перфорированы, прорублены, имеют зубцы и/или гофрированы; с) листы образуют извилистые каналы, или образуются скрещенные каналы; д) между "статическим смесителем" 2 и сосудом сброса давления 3 расположена блокировка давления 12; е) рядом у блокироки давления 12 располагается сосуд сброса давления 3 на высоте от 8 до 12 м над "статическим смесителем" 2.

Повышаемое таким образом в "статическом смесителе" 2 давление препятствует кипению 1,2-дихлорэтана в реакционной зоне, при этом наблюдалось понижение скорости реакции.

Сосуд сброса давления 3, теплообменник 7, зона смещения 1, а также "статический смеситель" 2 наполняются 1,2-дихлорэтаном, и при помощи циркуляционного насоса 6 устанавливается поток 1,2-дихлорэтана 200 м³/ч. Посредством впуска 11 2867 кг/ч хлор-газа дозируются в зону смешения 1. Зона смешения 1 выполнена в виде смесительной форсунки. Загруженный хлором 1,2-дихлорэтан содержит 0,2 мас.% NaFeCl₄ как катализатор и направляется в "статический смеситель" 2, в который посредством впуска 5 дозируются 1134 кг/ч этиленового газа. В качестве "статического смесителя" 2 используется SMV-смеситель фирмы Зульцер, Винтерхур/Швейцария, с гофрированными листами, которые образуют открытые, скрещивающиеся каналы.

Диаметр пузырьков этилен-газа составляет 1,0-1,5 мм; 1,2-дихлорэтан проходит через "статический смеситель" 2 со скоростью 0,4 м/с.

После установления стационарного состояния в конденсаторе 8 нагреваются 7,5 м³/ч воды до 60^оС; в теплообменнике 7 нагреваются еще 20,0 м³/ч воды до 96^оС. Циркуляция 1,2-дихлорэтана действует при 125^оС и давлении 4 бар. Образующийся 1,2-дихлорэтан в газообразном виде из сосуда сброса давления 3 с помощью прямой регулировки направляется в конденсатор 8 через дроссель 4. Ежечасно отводятся 3997 кг 1,2-дихлорэтана через выход дихлорэтана 9. Через линию отвода газа 10 неконденсирующиеся газы направляются на сжигание.

Полученный 1,2-дихлорэтан в качестве хлорированных примесей содержит еще: 400 ррм (млн^-1) 1,1,2-три- хлорэтан 50 ррм 1,1-дихлор-
этан 5 ррм транс-1,2-ди-
хлорэтилен.

Выход составляет
99,7% в расчете на C₂H₄ и
99,7% в расчете на Cl₂.

Формула изобретения

1. Способ получения 1,2-дихлорэтана взаимодействием эквимолярных количеств этилена и хлора в среде 1,2-дихлорэтана как растворителя в присутствии тетрахлорферрат (1-)-катализатора при температуре 75 - 200^oС и давлении 1 - 15 бар, в реакционной зоне, отличающийся тем, что хлор-газ растворяют в циркулирующем 1,2-дихлорэтане в отдельно подключенной зоне смешения, а в дополнительно подключенной реакционной зоне этилен-газ переводят в тонкодисперсную жидкую фазу с диаметром пузырьков максимально 2,0 мм, затем эту тонкодисперсную жидкую фазу со скоростью 0,3 - 1,0 м/с при времени реакции 2,5 - 25 с в расчете на жидкую фазу пропускают через реакционную зону и затем образовавшийся высокочистый 1,2-дихлорэтан, содержащий менее 500 ppm хлорированных побочных продуктов, в газообразном виде удаляют посредством испарения под пониженным давлением.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс ведут при диаметре пузырьков этилена-газа менее 1,5 мм.

3. Установка для получения 1,2-дихлорэтана, содержащая реактор со смесителем и сосудом для сброса давления, конденсатор, теплообменник и трубопроводы, отличающаяся тем, что на линии ввода циркулирующего 1,2-дихлорэтана в реактор установлен смеситель с патрубком для ввода хлор-газа, а реактор выполнен в виде статического смесителя с патрубком для ввода этилена, на выходе реактора размещены сосуд сброса давления и дросселирующее устройство, связанное с конденсатором, а устройство для сброса давления связано со смесителем через теплообменник циркуляционным контуром, снабженным насосом.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что между реактором и сосудом для сброса давления расположено средство для блокировки давления.

РИСУНКИ

Рисунок 1