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Dokumentenidentifikation DE4133810A1 15.04.1993
Titel Verfahren zur Reaktionsenthalpie-Nutzung bei der Herstellung von 1,2-Dichlorethan
Anmelder Hoechst AG, 6230 Frankfurt, DE
Erfinder Perkow, Helmut, Dipl.-Chem. Dr., 5030 Hürth, DE;
Winhold, Michael, Dipl.-Ing. Dr., 5024 Pulheim, DE;
Seidelbach, Friedrich, Dipl.-Ing., 6200 Wiesbaden, DE
DE-Anmeldedatum 12.10.1991
DE-Aktenzeichen 4133810
Offenlegungstag 15.04.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.04.1993
IPC-Hauptklasse C07C 19/045
IPC-Nebenklasse C07C 17/02   
Zusammenfassung Es wird ein Verfahren angegeben zur Reaktionsenthalpie-Nutzung bei der Herstellung von 1,2-Dichlorethan durch Umsetzung von Ethylen und Chlor in einer Reaktionszone, in welche man etwa äquimolare Mengen von Ethylen und Chlor in umlaufendes flüssiges 1,2-Dichlorethan einleitet und bei einer Temperatur von etwa 75 bis 200°C und einem Druck von etwa 1 bis 15 bar zur Reaktion bringt, aus der Reaktionszone flüssiges 1,2-Dichlorethan abzieht und in zwei 1,2-Dichlorethan-Teilströme aufteilt, wobei man den ersten 1,2-Dichlorethan-Teilstrom zur Nutzung der Reaktionsenthalpie in eine Wärmerückgewinnung einführt und danach mit verminderter Temperatur in die Reaktionszone rückführt, während man den zweiten 1,2-Dichlorethan-Teilstrom einer Entspannungszone zuleitet, in welcher man adäquate Mengen des in der Reaktionszone gebildeten 1,2-Dichlorethans sowie gegebenenfalls eines Anteils nach anderer Verfahrensweise hergestellten 1,2-Dichlorethans verdampft, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man das in der Entspannungszone verdampfte 1,2-Dichlorethan kondensiert und das erhaltene Kondensat ohne eine weitere Reinigung in die Spaltzone einer 1,2-Dichlorethanspaltung einleitet, und das in der Entspannungszone in flüssiger Phase vorliegende 1,2-Dichlorethan in einer Kühlzone abkühlt, bevor es in die Reaktionszone rückgeführt wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reaktionsenthalpie-Nutzung bei der Herstellung von 1,2-Dichlorethan aus Ethylen und Chlor nach dem Direktchlorierungsverfahren:

C2H4 + Cl2 = ClCH2-CH2Cl

In der DE-C-15 43 108 wird ein Verfahren zur Herstellung von 1,2-Dichlorethan durch Umsetzung von Ethylen und Chlor beschrieben. Die hierbei freigesetzte Reaktionsenthalpie beträgt 2200 kJ pro kg 1,2-Dichlorethan. Durch die Kühlung mit Kühlwasser wird die Reaktionstemperatur auf 50 bis 70°C gehalten. Das gebildete 1,2-Dichlorethan wird kontinuierlich aus dem Reaktor abgezogen. Die Reaktionsenthalpie wird mit Kühlwasser vernichtet sowie durch Entnahme von gasförmigem 1,2-Dichlorethan als Verdampfungsenthalpie genutzt.

Nach dem Verfahren der DE-A-24 27 045 wird ein Teil der Reaktionsenthalpie genutzt, indem das Ethylen mit Chlor bei erhöhtem Druck umgesetzt wird. Aus dem Reaktor wird das unter erhöhtem Druck stehende unreine 1,2-Dichlorethan dampfförmig in eine Rektifizierungskolonne eingeleitet und so ein Teil der Reaktionsenthalpie für die Reindestillation des 1,2-Dichlorethans genutzt.

Beim Verfahren gemäß der EP-A-00 75 742 wird ein Teil der Reaktionsenthalpie zur Rektifikation des rohen 1,2-Dichlorethans genutzt. Ein anderer Teil der Reaktionsenthalpie wird zur Verdampfung von anderweitig hergestelltem 1,2-Dichlorethan verbraucht oder ein Teil der Reaktionsenthalpie wird zur Dampferzeugung eingesetzt. In diesem Fall muß das Verfahren bei relativ hohen Temperaturen von etwa 150°C durchgeführt werden, damit ein Dampf von etwa 2 bar erhalten wird, der wirtschaftlich sinnvoll genutzt werden kann. Bei der erhöhten Temperatur muß jedoch ein Anstieg der Hochsieder bei der Direktchlorierung in Kauf genommen werden.

Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens ist die gegenseitige Beeinflussung zwischen der Wärmeübertragung des 1,2- Dichlorethan-Teilstromes, dessen Wärme man im Wärmetauscher einer Rektifizierkolonne abführt, und des 1,2-Dichlorethan- Teilstromes, dessen Wärme man im Entspannungsgefäß verbraucht. Schon eine geringfügige Änderung der Reaktorbeaufschlagung mit Ethylen und Chlor führt zu einer Veränderung der Wärmeübertragung im Entgasungsgefäß und der Rektifizierkolonne. Die Einstellung eines stabilen Betriebszustandes der Rektifizierkolonne gestaltet sich hierbei äußerst schwierig.

Es war daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Enthalpie-Nutzung in einer Rektifizierkolonne erfolgt und die Einstellung eines stabilen Betriebszustands der Rektifizierkolonne auch dann gewährleistet wird, wenn sich die Einsatzmengen im Reaktor verändern und ein Teil der Reaktionsenthalpie zur Reinigung des 1,2-Dichlorethans genutzt wird.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Reaktionsenthalpie-Nutzung bei der Herstellung von 1,2-Dichlorethan durch Umsetzung von Ethylen und Chlor in einer Reaktionszone, in welche man etwa äquimolare Mengen von Ethylen und Chlor in umlaufendes flüssiges 1,2-Dichlorethan einleitet und bei einer Temperatur von etwa 75 bis 200°C und einem Druck von etwa 1 bis 15 bar zur Reaktion bringt, aus der Reaktionszone flüssiges 1,2-Dichlorethan abzieht und in zwei 1,2-Dichlorethan-Teilströme aufteilt, wobei man den ersten 1,2-Dichlorethan-Teilstrom zur Nutzung der Reaktionsenthalpie in eine Wärmerückgewinnung einführt und danach mit verminderter Temperatur in die Reaktionszone rückführt, während man den zweiten 1,2-Dichlorethan-Teilstrom einer Entspannungszone zuleitet, in welcher man adäquate Mengen des in der Reaktionszone gebildeten 1,2-Dichlorethans sowie gegebenenfalls eines Anteils nach anderer Verfahrensweise hergestellten 1,2-Dichlorethans verdampft, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man das in der Entspannungszone verdampfte 1,2-Dichlorethan kondensiert und das erhaltene Kondensat ohne eine weitere Reinigung in die Spaltzone einer 1,2-Dichlorethanspaltung einleitet, und das in der Entspannungszone in flüssiger Phase vorliegende 1,2-Dichlorethan in einer Kühlzone abkühlt, bevor es in die Reaktionszone rückgeführt wird.

Das Verfahren der Erfindung kann wahlweise dadurch ausgestaltet sein, daß man

  • a) das in flüssiger Phase in der Entspannungszone vorliegende 1,2-Dichlorethan in zwei Produktströme aufteilt, wobei der erste Produktstrom direkt in die Reaktionszone rückgeführt wird und der zweite Produktstrom durch eine Kühlzone geführt wird, bevor er in die Reaktionszone rückgeführt wird,
  • b) ein Verhältnis von erstem zu zweitem Produktstrom von (7 bis 0,2) : 1, insbesondere von (3 bis 0,5) : 1, einstellt,
  • c) den zweiten Produktstrom in der Kühlzone um 5 bis 50°C abkühlt.


Eine beispielhafte Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert, wobei das Verfahren auf diese Ausführungsform nicht beschränkt ist.

Ein zylindrischer Reaktor 1, der mit einem unten und oben offenen Innenzylinder 2 als Mischzone versehen ist, wobei der Innenzylinder 2 Füllkörper oder Einbauten enthält, wird zunächst mit flüssigem 1,2-Dichlorethan beschickt und letzteres durch Einleiten von Ethylen in den Reaktor 1 über die Leitung 3 sowie Chlorgas über die Leitung 4 nach dem Mammutpumpenprinzip in Zirkulation versetzt. Nach Einsetzen der Reaktion des Ethylens mit dem Chlorgas, die in der Mischzone beginnt und in der Reaktionszone 5 vervollständigt wird, entsteht ein zusätzlicher Auftrieb im Innenzylinder 2 durch die inerten Gase sowie die Temperaturdifferenz infolge der freiwerdenden Reaktionsenthalpie. Die Temperatur im Reaktor 1 liegt etwas niedriger als die Siedetemperatur des 1,2-Dichlorethans bei dem im Reaktor herrschenden Druck. Im Reaktor 1 vorhandene inerte Gase werden über die Leitung 6 abgezogen und im Kühler 7 zur Kondensation von mitgeführten 1,2-Dichlorethandämpfen gekühlt. Die nicht kondensierten Gase werden über die Leitung 8 abgeblasen, während das Kondensat über die Leitung 9 in den Reaktor 1 zurückfließt. Durch Regulierung des Inertgasstromes wird im Reaktor 1 der gewünschte Druck eingestellt. Als Zuführungsleitung für Rohdichlorethan anderer Herkunft ist die Leitung 14 vorgesehen.

Zur Gewinnung des im Reaktor 1 produzierten 1,2-Dichlorethans wird aus dem Reaktor ein Flüssigkeitsstrom des Reaktionsgemisches über die Kreislaufleitung 10 entnommen und in zwei Teilströme aufgeteilt, wobei ein Teilstrom seinen Wärmeinhalt im Wärmeaustauscher 18 abgibt und im Kreislauf über die Kreislaufleitungen 19 und 20 in den Reaktor 1 zurückfließt, während der zweite Teilstrom aus der Kreislaufleitung 10 durch die Leitung 11 in die Entspannungszone 12 abzweigt.

Durch die Entspannung wird ein Teil des 1,2-Dichlorethans verdampft und durch die Brüdenleitung 15 im Kondensator 16 kondensiert; das erhaltene Kondensat ist reines 1,2-Dichlorethan und wird über Leitung 17 in die 1,2-Dichlorethan-Spaltung ohne weitere Reinigung abgegeben. Das durch die Entspannung gekühlte 1,2-Dichlorethan wird als erster Produktstrom der Entspannungszone 12 durch Leitung 13 entnommen. Ein zweiter Produktstrom wird der Entspannungszone 12 durch Leitung 21 entnommen und im Kühler 23 weiter gekühlt und durch Leitung 22 zum Reaktor 1 geleitet. In Abwandlung des Verfahrens kann die gesamte 1,2-Dichlorethanmenge bei geschlossener Leitung 13 durch den Kühler 23 gefahren werden.

Von dieser Fahrweise wird man bevorzugt Gebrauch machen, wenn ein relativ hoher Anteil der Reaktionsenthalpie nicht genutzt werden soll.

Der Wärmetauscher 19 dient zur Reaktionsenthalpie-Nutzung. In der Zeichnung ist die Nutzung in einer Rektifizierkolonne skizziert.

Beispiel

Es wurde zunächst Reaktor 1, dessen Volumen ca. 29 m3 betrug, mit 21 500 Litern 1,2-Dichlorethan beschickt und die Reaktorfüllung mit 300 mg NaFeCl4 pro kg 1,2-Dichlorethan als Katalysator versetzt. Bei einem Druck von 3,5 bar und einer Temperatur von 120 bis 130°C wurden in den Reaktor stündlich 2340 kg Ethylen, 5840 kg Chlorgas, welches zusätzlich etwa 4 Vol.-% inerte Gase enthielt, sowie 25 Nm3 Luft eingeleitet. 850 kg 1,2-Dichlorethan wurden durch die Leitung 14 in den Kühler 7 eingefahren.

Zur Gewinnung des im Reaktor 1 produzierten 1,2-Dichlorethans sowie der Reaktionsenthalpie wurde aus dem Reaktor 1 ein Flüssigkeitsstrom des 1,2-Dichlorethans über die Kreislaufleitung 10 entnommen und in zwei Teilströme aufgeteilt. Ein Teilstrom gab seinen Wärmeinhalt im Wärmeaustauscher 18 ab und wurde durch die Kreislaufleitungen 19 und 20 in den Reaktor 1 rückgeführt, während ein zweiter Teilstrom über die Leitung 11 der Entspannungszone 12 zufloß.

Im Wärmetauscher-Kreislauf vom Reaktor 1 wurden 750 m3 1,2-Dichlorethan umgewälzt.

Das Abgas des Reaktors 1 wurde über die Leitung 6 dem Kühler 7 zugeleitet. 125 m3 nicht kondensierte Anteile des Abgases wurden über die Leitung 8 entnommen und einer Verbrennungsanlage zugeführt.

Vom Wärmetauscher-Kreislauf des Reaktors 1 wurden 640 m3 als erster Teilstrom im Wärmetauscher 18 von 120 bis 130°C auf 109 bis 118°C abgekühlt. 110 m3 vom Wärmetauscher- Kreislauf wurden als zweiter Teilstrom in die Entspannungszone 12 eingeführt. Über Kopf wurden 9000 kg reines 1,2-Dichlorethan der Entspannungszone 12 entnommen und durch Leitung 17 in eine 1,2-Dichlorethan-Spaltanlage abgegeben.

Durch Leitung 13 wurden 40 m3 auf 105°C abgekühltes 1,2- Dichlorethan als erster Produktstrom aus der Entspannungszone 12 abgeleitet. Durch Leitung 21 wurden 60-65 m3 1,2-Dichlorethan als zweiter Produktstrom im Kühler 23 von 105°C auf 90°C gekühlt und mit dem 1,2-Dichlorethan, welches durch Leitung 13 abgeführt wurde, vereinigt.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Reaktionsenthalpie-Nutzung bei der Herstellung von 1,2-Dichlorethan durch Umsetzung von Ethylen und Chlor in einer Reaktionszone, in welche man etwa äquimolare Mengen von Ethylen und Chlor in umlaufendes flüssiges 1,2-Dichlorethan einleitet und bei einer Temperatur von etwa 75 bis 200°C und einem Druck von etwa 1 bis 15 bar zur Reaktion bringt, aus der Reaktionszone flüssiges 1,2-Dichlorethan abzieht und in zwei 1,2-Dichlorethan-Teilströme aufteilt, wobei man den ersten 1,2-Dichlorethan-Teilstrom zur Nutzung der Reaktionsenthalpie in eine Wärmerückgewinnung einführt und danach mit verminderter Temperatur in die Reaktionszone rückführt, während man den zweiten 1,2-Dichlorethan- Teilstrom einer Entspannungszone zuleitet, in welcher man adäquate Mengen des in der Reaktionszone gebildeten 1,2-Dichlorethans sowie gegebenenfalls eines Anteils nach anderer Verfahrensweise hergestellten 1,2-Dichlorethans verdampft, dadurch gekennzeichnet, daß man das in der Entspannungszone verdampfte 1,2-Dichlorethan kondensiert und das erhaltene Kondensat ohne eine weitere Reinigung in die Spaltzone einer 1,2-Dichlorethanspaltung einleitet, und das in der Entspannungszone in flüssiger Phase vorliegende 1,2-Dichlorethan in einer Kühlzone abkühlt, bevor es in die Reaktionszone rückgeführt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das in flüssiger Phase in der Entspannungszone vorliegende 1,2-Dichlorethan in zwei Produktströme aufteilt, wobei der erste Produktstrom direkt in die Reaktionszone rückgeführt wird und der zweite Produktstrom durch eine Kühlzone geführt wird, bevor er in die Reaktionszone rückgeführt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Verhältnis von erstem zu zweitem Produktstrom von (7 bis 0,2) : 1, insbesondere von (3 bis 0,5) : 1, einstellt.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den zweiten Produktstrom in der Kühlzone um 5 bis 50°C abkühlt.






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