СПОСОБ УЛАВЛИВАНИЯ И ПОВТОРНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОГО КАТАЛИЗАТОРА, ИСПОЛЬЗУЕМОГО ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ГАЛОГЕНАЛКАНОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
METHOD FOR CAPTURING AND RECYCLING IRON CATALYST USED IN PRODUCTION OF HALOALKANE COMPOUNDS

Ссылка на родственную заявку
По настоящей заявке испрашивается приоритет на основании одновременно находящейся на рассмотрении заявки того же заявителя на патент США №61/492907, поданной 3 июня 2011, содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
Область техники
Настоящее изобретение относится к способу получения галогеналкановых соединений, а конкретнее к улучшенному способу получения соединения 1,1,1,3,3-пентахлорпропана (HCC-240fa). Настоящее изобретение также применимо при способах получения других галогеналкановых соединений, таких как НСС-250 и НСС-360.
Уровень техники
4
Соединение 1,1,1,3,3-пентахлорпропан (HCC-240fa) является исходным веществом для получения 1,1,1,3,3-пентафторпропана (HFC-245fa), который представляет собой вещество, не разрушающее озоновый слой, и может быть использовано в качестве вспенивателя, среды передачи энергии, и т.д. Из области техники известны дополнительные реакции получения применимых галогеналканов, таких как HCC-240fa. Например, в патенте США №6313360 сообщен способ получения HCC-240fa путем осуществления взаимодействия тетрахлорида углерода (CCl) и винилхлорида (VCM) в присутствии каталитической смеси, содержащей фосфорорганическое соединение, например трибутилфосфат (ТВР), металлическое железо и хлорид железа, при условиях, подходящих для получения смеси продукта, содержащей HCC-240fa. Затем продукт 240fa выделяли путем отделения его от реагентов, катализатора и побочных продуктов. См. также патенты США №5902914, 6187978, 6198010, 6235951, 6500993, 6720466, 7102041, 7112709 и 7265082 и заявки на патент США №2004/0225166 и 2008/0091053. Содержания всех этих ссылочных материалов включены в настоящий документ посредством ссылки.
4
4
Железный порошок использовали в качестве основного катализатора в течение синтеза HCC-240fa при реакции соединения CCl с VCM. Жидкая среда, состоящая из CCl, ТВР и 240fa, образует взвесь с железным порошком. По этой причине выходящий из реактора поток будет содержать значительное количество суспендированных твердых частиц, которые могли бы теоретически нарушить механические и химические процессы последующих установок. Более того, поскольку катализатор удаляли из выходящего потока, реакционноспособность будет нарушаться, тем самым увеличивая необходимый состав утерянного железного порошка. Таким образом, существует потребность в средствах, при помощи которых железный катализатор может быть уловлен и направлен обратно в реактор. Настоящее изобретение предоставляет решение этой проблемы.
Сущность изобретения
4
Согласно настоящему изобретению использовали элемент электромагнитного разделения (EMSU), который сконфигурирован для позволения непрерывного удаления железных частиц из выходящего из реактора потока и для повторного применения уловленных железных частиц в течение каталитического образования галогеналкановых соединений из CCl и VCM.
Как правило, согласно одному варианту осуществления настоящее изобретение может быть описано как способ улавливания и повторного применения железного катализатора, используемого при получении 1,1,1,3,3-пентахлорпропана, при котором элемент электромагнитного разделения (EMSU) использовали для облегчения реакции. При возбуждении EMSU действует для удаления частиц железа из выходящего из реактора потока; при обесточивании частицы железа, захваченные EMSU, могут быть выпущены обратно в реактор для повторного использования.
Таким образом, один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой способ улавливания и повторного применения железного катализатора в течение получения 1,1,1,3,3-пентахлорпропана, причем способ включает стадии:
4
(а) подачи CCl и VCM в реактор с катализатором, включающим в себя железный порошок и ТВР с образованием HCC-240fa;
(b) удаления железных частиц из выходящего из реактора потока HCC-240fa с использованием активированного элемента электромагнитного разделения (EMSU); и
(c) обесточивания EMSU и повторного использования железных частиц и возвращения железных частиц в реактор для повторного использования на стадии (а).
Настоящее изобретение также применимо при катализируемом железом способе получения других галогеналкановых соединений, таких как НСС-250 и НСС-360:
4
(1) НСС-250 может быть получен из CCl а и этилена согласно следующей реакции:
4
2
3
2
2
CCl+СН=СН→CClCHCHCl.
4
(2) НСС-360 может быть получен из CCl и 2-хлорпропена согласно следующей реакции:
4
2
3
3
2
2
3
CCl+СН=CClCH→CClCHCClCH.
Краткое описание чертежей
На фигуре 1 представлена установка процесса для непрерывного удаления и повторного применения каталитических твердых частиц при получении HCC-240fa и других галогеналкановых соединений в реакторе непрерывного действия с механическим перемешиванием (CSTR).
Подробное описание изобретения
Железо широко использовали во многих каталитических применениях, при которых его порошкообразная форма суспендирована в жидкой смеси, которая была бы составлена из химических реагентов. Часто эти взвеси обрабатывали непрерывно и может требоваться аккуратное распределение присутствующих твердых частиц. Иногда последующее оборудование (т.е. насосы, клапаны, трубки) неспособно обрабатывать потоки с большим количеством твердого вещества. Более того, нежелательные химические взаимодействия (отделения, побочные реакции) могут существовать в присутствии железа. Хотя предпочтительным является железный порошок, может быть использован любой предмет из железа, такой как железные шарики, железная проволока, железная стружки и т.п.
Фильтры часто используют и стратегически размещают для предотвращения дальнейшего переноса твердых частиц. Тем не менее, эти фильтры обычно необходимо удалять из эксплуатации как только они пропитаются железом. В итоге значимый катализатор может быть утрачен и/или в результате чистоты и содержания этих фильтров может возникать простой процесса.
4
Настоящее изобретение предназначено для минимизации переноса железа и простоя процесса в течение катализируемого железом образования галогеналкановых соединений из CCl, а также для максимизации удержания катализатора в процессе, при котором используют суспензии твердых частиц железа посредством применения одного или нескольких элементов электромагнитного разделения (EMSU). Такие устройства являются коммерчески доступными. Одним коммерческим производителем является Eriez of Erie, PA.
4
Более конкретно, настоящее изобретение предназначено для улавливания и повторного применения железного катализатора, используемого при получении 1,1,1,3,3-пентахлорпропана, при котором CCl и VCM непрерывно подавали в реактор при необходимом соотношении, и железный порошок и сокатализатор ТВР могут быть добавлены в реактор периодически или непрерывно. Используемые в настоящем описании дополнительные сокатализаторы включают в себя следующие фосфорорганические соединения: трифенилфосфат, трибутилфосфат, триэтилфосфат, триметилфосфат, трипропилфосфат или любое подобное фосфорорганическое соединение, и смеси двух или более из этого.
4
Взаимодействие CCl и VCM предпочтительно проводили при времени удержания от приблизительно 0,01 часа до приблизительно 24 часов, предпочтительно, от приблизительно 1 часа до приблизительно 12 часов. Условия реакции законно выбирали из эффективности VCM, высокого выхода HCC-240fa и низкого производства побочных продуктов. В то время как для взаимодействий согласно настоящему изобретению может быть использована серийная обработка, здесь предпочтительным является использование непрерывной обработки.
При непрерывном режиме содержимое реактора непрерывно извлекали через погруженную в жидкую взвесь трубку. Как только взвесь удалили из реактора, поток будет получен путем удаления железа с применением EMSU перед последующей обработкой. Хотя этот поток может быть обработан одним EMSU, согласно предпочтительному варианту осуществления последовательно установлено два (или несколько) EMSU, и они работали параллельно, как представлено на фигуре 1.
При запуске клапаны 1 открыты, что позволяет подаваемому материалу заполнять реактор 240fa, хотя обходной канал и выходящий поток направлены через EMSU "А". После непрерывного процесса EMSU "А" будет активирован. Этот активированный EMSU принимает выходящий из реактора поток и работает для улавливания суспендированных железных частиц. Жидкая часть затем может продолжать проходить далее без железа. Как только EMSU "А" становится насыщенным железом, клапаны 1 закрывали, а 3 открывали, так что EMSU "В" может принимать выходящий из реактора поток и начинать удалять железо.
При работе EMSU "В" обесточивали насыщенный EMSU "А". Затем подача в реактор может быть перенаправлена через насыщенный EMSU "А", таким образом, железный катализатор промывали обратно в реактор. По этой причине, непрерывный процесс может поддерживаться обменом задач каждого EMSU или открытием клапанов 3, если насыщен EMSU "А", или клапанов 2, если насыщен EMSU "В", для предотвращения дальнейшей утраты железа, максимизации применения катализатора и подавления простоя процесса.
4
После прохождения через EMSU, на который улавливаются ионы железа, выходящий из реактора поток подвергали флеш-дистилляции для удаления "верхнего" потока, содержащего загружаемые вещества непрореагировавшего CCl и VCM (если имеется) и продукт реакции НСС-240, в то время как оставалась смесь катализатора/сокатализатора. Дистилляция может быть выполнена в одной или нескольких дистилляционных колоннах, которые хорошо известны из области техники.
4
Предпочтительно, флеш-дистилляцию проводили в две стадии: сначала флеш-дистилляцию проводили при температуре ниже температуры реакции под давлением, предпочтительно, под вакуумом, для удаления любого непрореагировавшего CCU и/или VCM, с последующей другой вакуумной флеш-дистилляцией при более низком давлении для удаления продукта реакции HCC-240fa. "Нижний" поток возвращали обратно в реактор. Дистиллированные, непрореагировавшие CCl и VCM могут быть возвращены обратно в реактор. Периодические продувания могут быть использованы с целью избегания накопления в каталитическом возвратном потоке тяжелых побочных продуктов, таких как изомеры НСС-470.
На более поздней стадии процесса настоящее изобретение относится к очистке дистилляцией неочищенного продукта. Фракционную вакуумную дистилляцию проводили при приблизительно от 5 до приблизительно 200 мм рт.ст. и при температуре от приблизительно 50°C до приблизительно 150°C для извлечения продукта. Обнаружили, что проведение этой стадии очистки в присутствии фосфорорганического соединения, такого как трибутилфосфат, или другого металлохелатирующего соединения существенно увеличивает дистилляционный выход очищенного продукта.
Не желая связываться с конкретной теорией, полагали, что трибутилфосфат действует для предотвращения распада продукта HCC-240fa. Таким образом, согласно предпочтительному варианту осуществления стадия очистки включает добавление количества металлохелатирующего соединения, достаточного для увеличения выхода продукта HCC-240fa. Предпочтительно, использовали 5 массовых процентов трибутилфосфата.
Используемые согласно настоящему описанию формы единственного числа включают в себя формы множественного числа, если контекст четко не диктует другого. Более того, если количество, концентрация или другое значение или параметр представлены или в виде диапазона, предпочтительного диапазона, или списка верхних предпочтительных значений и нижних предпочтительных значений, это следует понимать как особое раскрытие всех диапазонов, образованных из любой пары любой верхней границы диапазона или предпочтительного значения и любой нижней границы диапазона или предпочтительного значения, независимо от того, обнаружены ли диапазоны отдельно. Если здесь представлен диапазон числовых значений и если не отмечено иное, подразумевается, что диапазон включает в себя его конечные точки, и все целые числа и части в пределах диапазона. Не предполагается, что объем настоящего изобретения является ограниченным конкретными значениями, описанными при определении диапазона.
Следует понимать, что вышеизложенное описание представлено только для иллюстрации настоящего изобретения. Различные альтернативы и модификации могут быть выведены специалистами настоящей области техники без отклонения от изобретения. Таким образом, настоящее изобретение включает охват всех таких альтернатив, модификаций и вариаций, которые подпадают под объем приложенной формулы изобретения.