Verfahren zur Herstellung von 1, 2-Dichlorethan durch Direktchlorierung

Die Herstellung von 1,2-Dichlorethan (im folgenden "EDC") durch Umsetzung von Ethylen mit Chlor, die allgemein als "DirektChlorierung" bezeichnet wird, verläuft unter Freisetzung von Reaktionswärme. Zur besseren Kontrolle der Reaktion und zum Abführen der Reaktionswärme dient üblicherweise umlaufendes flüssiges EDC. Hierzu wird aus dem Reaktionsraum flüssiges Reaktionsgemisch beziehungsweise Roh-EDC abgezogen und die Reaktionswärme über einen Wärmetauscher genutzt, beispielsweise zum Betreiben von Destillationskolonnen. Solche Verfahren sind beispielsweise aus EP-A-471 987 (ZA 91/6491) ,

DE-A-40 29 314 und DE-A-41 33 810 bekannt. Aus diesen Druckschriften ist es auch bekannt, durch geeignete Vorrichtungen wie statische Mischer eine besonders intensive Durchmischung der Reaktanden mit dem umlaufenden EDC sicherzustellen.

Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Herstellung von EDC durch Einspeisen von Ethylen und Chlor in umlaufendes EDC unter intensiver Durchmischung und Wärmerückgewinnung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Umsetzung bei 65 bis 125 °C und 0,5 bis 3,2 bar absolut durchführt, wobei man Druck und Temperatur so wählt, daß das Reaktionsgemisch siedet, und die Reaktionswärme aus dem Gasraum abführt und einem Wärmetauscher zuführt.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die schematisch in der Figur 1 wiedergegeben ist. In dieser Figur haben die Bezugsziffern die folgende Bedeutung: 1 = Reaktor

2 = Mischvorrichtung

3 = Grenze des flüssigen EDC

4 = Umlaufleitung für flüssiges EDC

5 = Pumpe 6 = Einspeisung für Chlor beziehungsweise Ethylen

7 = Einspeisung für Chlor beziehungsweise Ethylen

8 = Abzugsleitung für gasförmiges Reaktionsgemisch

9 = Leitung zum Wärmetauscher 10 10 = Wärmetauscher 11 = Rückleitung vom Wärmetauscher 10 zum Reaktor 1

12 = Leitung zur Destillationskolonne (nicht dargestellt)

13 = Leitung zum beziehungsweise vom Wärmeverbraucher

14 = Leitung zum beziehungsweise vom Wärmeverbraucher

Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung werden im folgenden näher erläutert:

Eine Verfahrensvariante besteht darin, daß man aus dem Gasraum gasförmiges Reaktionsgemisch abzieht, das EDC in einem Wärmetauscher kondensiert und das flüssige EDC in den Reaktor zurückführt .

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das gasförmige Reaktionsgemisch seitlich in eine Destillationskolonne eingespeist wird, aus der über Kopf inerte Gasanteile und nichtumgesetztes Ethylen, unterhalb der Einspeisungsstelle seitlich reines EDC

abgezogen und aus dem Sumpf hochsiedende Nebenprodukte abgetrennt werden. Vorteilhaft kann diese Destillationskolonne mit der Reaktionswärme aus dem Gasraum des Reaktors betrieben werden. Die Temperatur im unteren Teil der Destillationskolonne ist hierbei etwas niedriger als die Temperatur im Reaktionsraum. Sie liegt beispielsweise bei 90 °C, wenn die Reaktion bei 105 °C durchgeführt wird.

Eine geeignete Vorrichtung für diese Ausgestaltung der Erfindung ist in der Figur 2 wiedergegeben. In dieser haben die Bezugsziffern 1 bis 14 die vorstehend genannte Bedeutung, die übrigen stellen dar: 15 = Destillationskolonne 16 = Leitung für leichtflüchtige Produkte

17 = Kondensator

18 = Kreislaufleitung

19 = Rücklaufbehälter

20 = Pumpe 21 = Leitung zur Abführung leichtsiedender Produkte 22 = Trockner 23 = Leitung für Abgas 24 = Kondensator 25 = Pumpe 26 = Leitung für EDC

27 = Leitung für hochsiedende Produkte

Die leichtflüchtigen Produkte gelangen über Kopf der Destillationskolonne 15 durch die Leitung 16 und den Kondensator 17 über die Kreislaufleitung 18 in den

Behälter 19 (Rücklaufbehälter) . Kondensierte flüssige Produkte gelangen weiter über die Kreislaufleitung 18 und eine Pumpe 20 in einen Trockner 22, der verhindert, daß sich eingeschlepptes Wasser in diesem Kreislauf

anreichert und Korrosion verursach . Über eine Leitung 21 können leichtsiedende Produkte getrennt ausgebracht werden.

Aus dem Behälter 19 gelangen gasförmige Produkte, im wesentlichen nichtumgesetztes Ethylen und inerte Anteile, über einen weiteren Kondensator 24 und eine Pumpe 25 zur AbgasVerwertung.

Der Trockner 22 kann in üblicher Weise ausgestaltet sein und beispielsweise nach bekannten physikalischen und/oder chemischen Methoden funktionieren. Wenn der Trockner 22 ein Trockenmittel enthält, sind chemische Trocknungsmittel wie Phosphorpentoxid oder physikalische Trocknungsmittel wie Molekularsiebe oder Kieselgele geeignet. Vorteilhaft erfolgt die Trocknung wie in der US-A-5 507 920 angegeben.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird die Destillationskolonne unter verminderem Druck betrieben. Diese Ausführungsform ist in der Figur 3 dargestellt. Hierin haben die Bezugsziffern 1 bis 21 (der Trockner 22 entfällt) und 23 bis 27 die vorstehend genannten Bedeutungen und 28 ist eine Rücklaufleitung vom Kondensator 24 zum Behälter 19.

Hierbei steht der Behälter 19 unter stärker vermindertem Druck als die Kolonne 15 (beispielsweise in der Kolonne 15 0,8 bar absolut, im Behälter 19 0,26 bar absolut) . Die Druckregelung erfolgt hierbei durch eine oder mehrere Pumpen, beispielsweise die Pumpe 25 (mit entsprechenden Ventilen, die in der Figur nicht dargestellt sind) . Bei dieser Ausführungsform werden im Behälter 19 die über den Kühler 17

eintreffenden Produkte entspannt. Die Gasphase gelangt über die Leitung 23 in den Kühler 24, aus dem verflüssigte Produkte über die Leitung 28 zurück zum Behälter 19 fließen. Die Flüssigphase - reines EDC - wird nach der Pumpe 20 getrennt in den Produktström (über Leitung 26) und den Rücklaufström 18.

Das Verfahren wird mit den üblichen Katalysatoren durchgeführt . Geeignet sind Kombinationen aus Lewissäuren wie Eisen- (III) -chlorid und Halogeniden von Metallen der ersten oder zweiten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente, vor allem Natriumchlorid, in den verschiedensten Molverhältnissen (NL-A-6901398 , US-A-4 774 373 oder DE-A-41 03 281) und insbesondere mit dem Katalysatorsystem nach WO-A-94/17019

(ZA 94/0535) , bei welchem während der gesamten Umsetzung das Molverhältnis von Natriumchlorid zu Eisen- (III) -chlorid unter 0,5, vorzugsweise im Bereich 0,45 bis 0,3, bleibt. Bei diesem Verfahren wird das EDC in so hoher Reinheit erhalten, daß besonders lange Standzeiten der Wärmetauscher erreicht werden.

Die erfindungsgemäße Durchführung des Verfahrens bringt eine Reihe von Vorteilen mit sich:

Die Reaktion kann sehr sicher geführt und jederzeit gut kontrolliert werden. Hierdurch wird es möglich, die Reaktionstemperatur niedrig zu halten, was die Bildung von Nebenprodukten unterdrückt. Dadurch, daß die Reaktionswärme aus dem gasförmigen Reaktionsgemisch abgeführt wird, können die Wärmetauscher, zum Beispiel UmlaufVerdampfer, klein dimensioniert werden, da die Kondensationswärme des EDC mitgenutzt wird. Von Vorteil ist auch, daß die Wärmetauscher nicht durch

mitgerissenen Katalysator und hochsiedende Nebenprodukte verschmutzt werden.

Die Ausnutzung der Reaktions- und Kondensationswärme ist sehr effektiv und erlaubt eine Vielzahl von konstruktiven Ausgestaltungen des Verfahrens. Der oder die Wärmetauscher können unmittelbar benachbart zum Reaktor angeordnet werden und auch die die Wärme nutzenden Apparaturen können ihrerseits räumlich unmittelbar benachbart an beziehungsweise um den oder die Wärmetauscher angebaut werden. Hierdurch können konstruktiver Aufwand und Wärmeverluste durch lange Leitungen vermieden werden und wertvoller Platz in der Anlage gespart werden.

Bei den vorstehend genannten Ausführungsformen der Erfindung, bei denen inerte Gasanteile und nichtumgesetztes Ethylen entfernt werden, kann das Ethylen in bekannter Weise von den inerten Anteilen abgetrennt und in den Prozeß zurückgeführt werden.

Solche Gasanteile wie Sauerstoff oder Stickstoff werden beispielsweise durch das Chlor eingeschleppt, wobei hier der Sauerstoff bei einer Volumenkonzentration unterhalb der Explosionsgrenze (3 %) als inert gilt. Die Abgasrückführung bei der Direktchlorierung ist in WO-A-96/03361 (ZA 95/6058) beschrieben.

Die Durchführung der Reaktion erfolgt in an sich bekannter Weise, wobei auf die vorstehend genannten Druckschriften, auch hinsichtlich der apparativen Einzelheiten, verwiesen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in den folgenden Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1 (Figuren 1 und 2)

In einem Direktchlorierungsreaktor 1 mit einem statischen Mischer 2 werden über die Leitung 6 Chlor und über die Leitung 7 Ethylen eingespeist. Der Reaktor wird mit flüssigem EDC bis zum Flüssigkeitsstand 3 befüllt und über die Leitung 4 und die Pumpe 5 umgepump . Das aus dem Dampfräum des Reaktors über die Leitung 8 austretende Gasgemisch (im wesentlichen EDC, aber auch Spuren von nichtumgesetztem Ethylen,

Sauerstoff, Stickstoff und leichter als EDC siedenden Komponenten) wird zum größten Teil (etwa 85 %) über die Leitung 9 einem Kolonnenaufheizer 10 (Wärmetauscher) zugeführt, dort kondensiert und über die Leitung 11 wieder in den Reaktor 1 geleitet. Die

Kondensationsenergie wird über die Leitungen 13 und 14 der Destillationskolonne 15 zugeführt beziehungweise von dieser abgeführt.

Der kleinere Teil des Gasgemisches wird über die

Leitung 12 in die Destillationskolonne 15 seitlich eingespeist, in der nichtumgesetztes Ethylen, Sauerstoff, Stickstoff sowie Spuren von leichter siedenden Nebenprodukten wie Ethylchlorid und Wasser über Kopf (Leitung 16) abgetrennt werden. Das Rein-EDC wird aus der Kolonne 15 über die Leitung 26 (unterhalb der Einspeisung der Leitung 12) abgezogen.

Nichtkondensierbare Stoffe wie Ethylen, Sauerstoff und Stickstoff gelangen über die Leitung 16, den

Kondensator 17, die Leitung 18, den Behälter 19 und die Leitung 23 zu einem Abgaskondensator 24, dann zum Kompressor 25, der sie zu einer Abgasverwertungsanlage drückt .

Kondensierbare Stoffe wie leichter siedende Nebenprodukte und ein azeotropes Gemisch aus EDC und Wasser gelangen ebenfalls zunächst über die Leitung 16, den Kondensator 17 und die Kreislaufleitung 18 in den Rücklaufbehälter 19, aber von dort über die Förderpumpe 20 zum Trockner 22, der verhindert, daß sich das in Spuren eingetragene Wasser am Kolonnenkopf anreichert. Das getrocknete Kondensat fließt dann über die Kreislaufleitung 18 in die Destillationskolonne 15.

Beispiel 2 (Figur 3)

Man verfährt nach Beispiel 1, erster Absatz, dann jedoch wie folgt:

Der kleinere Teil des Gasgemisches wird über die Leitung 12 in die Destillationskolonne 15 eingespeist. Reines EDC sowie nichtumgesetztes Ethylen, Sauerstoff und Stickstoff und Spuren von leichter siedenden

Komponenten über die Leitung 16 gelangen zum EDC-Kondensator 17 und dann über die Leitung 18 zum Rücklaufbehälter 19. Mit einer (einzigen) Vakuumpumpe 25 werden in der Kolonne 15 0,8 bar absolut und im Rücklaufbehälter 19 0,26 bar absolut eingestellt, um das nichtumgesetzte, im EDC gelöste Ethylen sowie den Sauerstoff und Stickstoff abzutrennen. Im Abgaskühler 24 wird bei + 1 °C weiteres EDC kondensiert, und das Abgas wird über die Leitung 23 einer Abgasverwertungsanlage zugeführt. Reines EDC aus dem Rücklaufbehälter 19 wird über die Leitung 26 einem EDC-Spaltofen zugeführt.