СПОСОБ ЖИДКОФАЗНОГО ХЛОРИРОВАНИЯ 1,3-БУТАДИЕНА
METHOD OF LIQUID-PHASE 1,3-BUTADIENE CHLORINATION

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения дихлорбутенов - важных промежуточных продуктов в синтезе хлоропрена - мономера для получения ценных полимерных материалов.
Известен способ получения дихлорбутенов [US 5077443, опубл. 31.12.1991] хлорированием бутадиена при молярном соотношении бутадиена с хлором 3,5:1 при 130-250°C, при подаче смеси бутадиена и хлора в реакционную зону при 70-175°C, причем растворитель выбирают из группы, состоящей из бутана, пентана или фторированных углеводородов. Выход смеси целевых продуктов - дихлорбутенов (1,4-дихлорбутен-2 и 3,4-дихлорбутен-1) составил 92%. Дихлорбутены получают в соотношении 1,8:1.
Недостатком известного способа являются значительные энергетические затраты. Для получения хлоропрена необходимо дихлорбутен-1,4 изомеризацией переводить в 3,4-дихлорбутен, что требует дополнительных энергетических затрат.
Известен способ жидкофазного хлорирования 1,3-бутадиена (RU 2051892, опубл. 10.01.1996) с получением дихлорбутенов - 3,4-дихлорбутен-1 и транс-1,4-дихлорбутен-2 - ценных промежуточных продуктов в производстве полиамидов, хлоропрена. Условия синтеза: жидкофазное хлорирование в растворителе, инертном к реакции с элементарным хлором в условиях синтеза, который выбирают из группы бутан, пентан или фторированных углеводородов формулы
<mrow><mi>C</mi><msub><mi>R</mi><mn>3</mn></msub><msub><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>C</mi><msubsup><mi>R</mi><mn>2</mn><mo>'</mo></msubsup><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mi>m</mi></msub><msub><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>C</mi><msubsup><mi>R</mi><mn>2</mn><mrow><mo>'</mo><mo>'</mo></mrow></msubsup><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mi>n</mi></msub><mi>R</mi></mrow>
,
где R - независимо водород, фтор или бром, R' - водород, R'' - независимо фтор, хлор или бром, m и n равны 0-3, при условии, что концевые атомы углерода независимо пергалоидированы или полностью гидрогенизированы, причем температура кипения растворителей составляет от -15 до 40°C при атмосферном давлении, процесс ведут при 25-100°C и давлении, достаточном для того, чтобы обеспечить получаемой реакционной смеси температуру кипения на уровне не ниже примерно 25-100°C при массовом соотношении растворителя к дихлорбутену 2,5-10:1, в присутствии катализатора хлорирования, отделяют непрореагировавший 1,3-бутадиен и растворитель и возвращают в реактор, извлекают дихлорбутены.
Недостатком известного способа является проведение процесса хлорирования под давлением.
Наиболее близким по технической сущности к описываемому способу является получение дихлорбутенов хлорированием бутадиена [RU 2125036, опубл. 20.01.1999]. Основными продуктами реакции являются - 3,4-дихлорбутен-1, 1,4-дихлорбутен-2, три- и тетрахлорбутены.
Непрерывное жидкофазное хлорирование бутадиена ведут путем проведения реакций при кипении реакционной смеси в среде хлористого этила, содержащего 6-9 мас.% продуктов хлорирования бутадиена. Процесс ведут либо без катализатора, либо с применением в качестве катализатора азотсодержащих соединений, выбранных из триэтил- или трибутил-1-хлорбутен-2-ил-аммоний хлорида или триэтилаллил аммоний хлорида, взятого в количестве 0,005-0,05 мас.% в расчете на хлористый этил, при температуре 14-30°C и при мольном соотношении бутадиен:хлор, равном 1,2-3:1.
Катализатор готовят добавлением триалкиламина, растворенного в хлористом этиле, к продуктам хлорирования бутадиена.
Недостатками известного способа являются: применение инертного растворителя, низкое содержание дихлорбутенов в растворителе, низкая селективность процесса и, как результат, высокое содержание побочных продуктов.
Задачей настоящего изобретения является упрощение технологии процесса, увеличение выхода целевых продуктов, снижение энергетических затрат и снижение себестоимости продуктов процесса - дихлорбутенов.
Поставленная задача достигается тем, что способ жидкофазного хлорирования 1,3-бутадиена с получением 3,4-дихлорбутена-1 и цис-1,4-дихлорбутена-2 и транс-1,4-дихлорбутена-2 осуществляют взаимодействием 1,3-бутадиена с хлором в среде самого 1,3-бутадиена, реагента, который участвует в процессе хлорирования как растворитель, при этом процесс ведут при температуре от -5°C до 40°C и атмосферном давлении. Сначала вводят хлор в газообразном состоянии, затем при выходе на режим вводят 1,3-бутадиен в жидком состоянии в зону реакции. Выдерживание молярного соотношения 1,3-бутадиен:хлор, равного 1:1, осуществляют эквимолярным вводом 1,3-бутадиена в жидком состоянии в зону реакции для полного связывания хлора. Процесс возможно осуществляют в присутствии азотсодержащего катализатора хлорирования, выполняющего дополнительную роль ингибитора полимеризации, который представляет собой комплекс двойной четвертичной аммониевой соли с соляной кислотой. Катализатор вводят в количестве 0,008-0,076 мас.% от количества 1,3-бутадиена. Введение 1,3-бутадиена в жидком состоянии в зону хлорирования исключает возможность завышения температуры в зоне реакции. Процесс хлорирования идет в мягких температурных условиях. Изменением количества вводимого катализатора достигают варьирования продуктов реакции: получают один из дихлорбутенов - 3,4-дихлорбутен-1 или 1,4-дихлорбутен-2.
Пример 1.
В реактор при температуре -5°C начинают подавать хлор в количестве 98,6 г/ч и затем загружают 1,3-бутадиен в жидком состоянии в количестве 300 г. При выходе на режим 1,3-бутадиен вводят в эквимолярном соотношении 1,3-бутадиен:хлор, равном 1:1. Температуру в реакторе постепенно повышают до 40°C. Процесс ведут без катализатора. В результате реакции выход 3,4-дихлорбутена-1 составил 46,0%, выход 1,4-дихлорбутена-2 - 23,0%, выход 1,2,3,4-тетрахлорэтана - 4,2%, остаток 1,3-бутадиена - 26,8%. В процессе реакции 1,3-бутадиен через дефлегматор возвращают в зону реакции.
Пример 2.
В реактор при температуре -5°C начинают подавать хлор в количестве 98,6 г/ч и затем загружают 1,3-бутадиен в жидком состоянии в количестве 300 г. При выходе на режим 1,3-бутадиен вводят в эквимолярном соотношении 1,3-бутадиен:хлор, равном 1:1. Температуру в реакторе постепенно повышают до 40°C. Процесс ведут в присутствии катализатора хлорирования - комплекса двойной четвертичной аммониевой соли с соляной кислотой, что позволило полностью подавить образование 1,2,3,4-тетрахлорэтана. Получено: 1,3-бутадиен - 11,0-12,0%, 3,4-дихлорбутен-1 или 1,4-дихлорбутен-2 - 88-89%, тяжелые продукты - следовые количества.
Пример 3.
В реактор при температуре -5°C начинают подавать хлор в количестве 98,6 г/ч и затем загружают 1,3-бутадиен в жидком состоянии в количестве 300 г. При выходе на режим 1,3-бутадиен вводят в эквимолярном соотношении 1,3-бутадиен:хлор, равном 1:1. Температуру в реакторе постепенно повышают до 40°C. Процесс ведут в присутствии катализатора - комплекса двойной четвертичной аммониевой соли с соляной кислотой, что позволило полностью подавить образование 1,2,3,4-тетрахлорэтана. Дихлорбутены представлены в следующем составе в зависимости от количества катализатора: 1,3-бутадиен - 10,0-14,0%, 3,4-дихлорбутен-1 - 51,2-58,8%, 1,4-дихлорбутен-2 - 35,0-39,2%, тяжелые продукты - следовые количества.
Результаты примеров 1,2,3 сведены в таблицу 1.
Таблица 1
№ п/п
Название продуктов
Примеры
1, мас.%
2, мас.%
3, мас.%
1
2
3
4
5
1.
3,4-дихлорбутен-1
46,0
88-89 (в зависимости от количества введенной комплексной четвертичной аммониевой соли)
51,2-58,8
2.
1,4-дихлорбутен-2
23,0
88-89 (в зависимости от количества введенной комплексной четвертичной аммониевой соли)
35,0-39,2
3.
1,2,3,4-тетрахлорэтан
4,2
-
-
4.
Остаток 1,3-бутадиена
26,8
11,0-12,0
10,0-14,0
5.
Трихлорбутены
-
-
-
6.
Монохлорбутадиены
-
-
-
Таким образом, достигается высокий уровень выхода целевых продуктов при снижении энергетических затрат и упрощении технологического процесса.