способ получения перхлорэтилена

Формула изобретения

Способ получения перхлорэтилена методом каталитического гидродехлорирования четыреххлористого углерода водородом, отличающийся тем, что процесс ведут в водном растворе NaOH в присутствии палладиевого катализатора на углеродном носителе в интервале температур 110-130°С и давлений в системе 0,9-1,1 МПа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу получения перхлорэтилена (ПХЭ), который широко используется в качестве реагента при химической чистке одежды, в качестве компонента для обезжиривания металлов в промышленности, растворителя, а также является исходным сырьем для производства фторуглеводородов.

В промышленности ПХЭ получают исчерпывающим хлорированием углеводородов С1-С3, образующихся в качестве отходов хлорорганических производств. Процесс проводят при температуре 560-600°С (Промышленные хлорорганические продукты. Справочник. Под ред. Л.А.Ошина. - М.: Химия, 1978, с.187-196). Наряду с ПХЭ в этом процессе образуется ЧХУ, который в соответствии с Монреальским протоколом является озоноразрушающим соединением, и его производство запрещено. Поэтому переработка ЧХУ в полезные продукты является актуальной.

Известна реакция образования из ЧХУ продуктов с С-С связью. Первоначально идет дехлорирование ЧХУ до гексахлорэтана

2CCl ₄<=>C₂Cl₆+Cl₂.

Затем пиролиз гексахлорэтана до перхлорэтилена

2C₂Cl₆<=>C₂ Cl₆+2CCl₄.

При этом образуется молекулярный хлор. Реакции протекают при высоких температурах 600-900°С, и за счет обратимости и накопления хлора получается очень низкий выход по ПХЭ. Одним из способов сдвинуть равновесие вправо является связывание образующегося хлора водородом.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения перхлорэтилена путем взаимодействия ЧХУ с водородом в присутствии катализатора, включающего платину, нанесенную на оксид алюминия (RU 2434837). Реакцию проводят в газовой фазе при температурах 80-200°С. Съем ПХЭ с единицы массы катализатора на уровне 0,20-0,40 гПХЭ / (г кат·ч). Основными недостатками процесса является низкая производительность катализатора по ПХЭ и быстрая его дезактивация. Проведение процесса в газовой фазе характеризуется повышенным смолообразованием, которое уменьшает активность катализатора со временем.

Технической задачей настоящего изобретения является увеличение производительности катализатора и повышение срока службы катализатора.

Данная задача решается проведением процесса гидродехлорирования ЧХУ в водном растворе гидроксида натрия в присутствии палладиевого катализатора на углеродном носителе (УН), в интервале температур - 110-130°С и давлений в системе 0,9-1,1 МПа.

Следующие примеры иллюстрируют способ.

Пример 1 (по прототипу).

Процесс проводили на лабораторной установке, включающей стеклянный реактор диаметром 20 мм и высотой 140 мм, снабженный наружным электрообогревом. В реактор загрузили гранулированный катализатор (0,5% платины, 0,5% гексахлорплатеата калия на оксиде алюминия) в количестве 10 г. Далее в реактор подали смесь водорода и парообразного ЧХУ. Расход водорода составлял 13,5 нл/ч, расход ЧХУ 1,5 нл/ч, время контакта - 5 с. Опыт проводили при температуре в реакторе 140°С.

Продукты реакции конденсировали, несконденсированные реакционные газы после обратного холодильника отмывали от кислых примесей водой. Состав конденсата и газа определялся хроматографически. Длительность эксперимента составила 24 часа.

Степень превращения ЧХУ за это время снизилась с 76,8 до 38,4%. Съем продукта с единицы катализатора за единицу времени изменился с 0,37 до 0,28 г ПХЭ/(г кат·ч).

Примеры 2-10.

Процесс проводился в никелированном реакторе, объемом 300 мл, при давлениях от 0,8-0,12 МПа. Обогрев реактора осуществлялся подачей теплоносителя из термостата в рубашку реактора.

Опыты велись в полупериодическом режиме (при постоянном поддерживании давления водорода). После опыта реакционную массу разделяли на водную и органическую фазу. Органическую фазу анализировали хроматографически. Водную - на определение хлор-аниона титриметирически. В реактор загружалось 19 г ЧХУ, 91 г водного раствора щелочи (20% мас.), 1 г гранулированного катализатора (1% металлического палладия, нанесенного на УН). Реакционную массу разогревали до заданной температуры. В реактор подавали водород до достижения заданного давления. Одна операция длилась 3 часа, после этого катализатор отделяли от реакционной массы и использовали в следующих операциях. Суммарно время реакции составило 24 часа. Условия и результаты опытов по гидродехлорированию ЧХУ представлены в таблице 1.

Таблица 1
Условия проведения процесса гидродехлорирования ЧХУ и полученные результаты
Пример	Катализатор	Температура, °С	Давление, МПа	Производительность катализатора, г ПХЭ/(г кат·ч)
3 часа	9 часов	15 часов	24 часа
1 (по прототипу)	0,5% Pt, 0,5% гексахлорплатеата калия на Al2O3	140	0,1	0,37	0,32	0,30	0,28
2	1% Pd на УН	100	0,9	1,04	1,03	1,03	1,02
3	1% Pd на УН	110	0,8	1,12	1,12	1,11	1,12
4	1% Pd на УН	110	0,9	1,26	1,25	1,25	1,25
5	1% Pd на УН	120	0,9	1,42	1,42	1,42	1,42
6	1% Pd на УН	130	0,9	1,60	1,59	1,58	1,58
7	1% Pd на УН	130	1,0	1,62	1,62	1,61	1,61
8	1% Pd на УН	130	1,1	1,62	1,61	1,60	1,60
9	1% Pd на УН	130	1,2	1,57	1,57	1,56	1,56
10	1% Pd на УН	140	1,2	1,52	1,51	1,49	1,49

Анализ результатов, представленных в таблице, показывает, что применение палладиевого катализатора и проведение процесса в жидкой фазе дает более высокую производительность по продукту и устойчивую работу катализатора в течение 24 часов. Активность катализатора в известном способе за 24 часа снизилась на 25%, в то время как активность катализатора в заявляемом способе осталась на прежнем уровне, что свидетельствует о высоком сроке службы палладиевого катализатора.

При температуре ниже 110°С наблюдается заметное снижение скорости процесса и, как следствие, производительности. При температурах выше 130°С производительность падает за счет перехода реакции в парофазную область. При давлениях до 0,9 МПа выход ПХЭ резко снижается за счет уменьшения скорости процесса. При давлениях более 1,1 выход ПХЭ начинает уменьшаться за счет увеличения образования продуктов C1 гидродехлорирования ЧХУ.