Verfahren zum Herstellen nichtaromatischer Kohlenwasserstoffe Process for the production of non-aromatic hydrocarbons
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Homologisierung niederer Alkane oder Halogenalkane, das heißt ein Verfahren zum Herstellen längerkettiger und/oder verzweigtkettiger und/oder cyclischer Kohlenwasserstoffe aus einem niederen Alkan bzw. Halogenalkan oder einem Gemisch dieser Stoffe.The invention relates to a process for the homologation of lower alkanes or haloalkanes, that is to say a process for producing longer-chain and / or branched-chain and / or cyclic hydrocarbons from a lower alkane or haloalkane or a mixture of these substances.
Der Begriff "Homologisierung" soll im Rahmen dieser Beschreibung das Herstellen beliebiger längerkettiger und/oder verzweigter und/oder cyclischer Kohlenwasserstoffe umschreiben. Ein niederes Alkan bzw. Halogenalkan soll ein vorzugsweise lineares Alkan bzw. Halogenalkan mit einem Kohlenstoffatom oder nur wenigen verketteten Kohlenstoffatomen sein, wobei die Erfindung vorzugsweise auf die Homologisierung von Methan als Hauptbestandteil von Erdgas gerichtet ist .In the context of this description, the term “homologization” is intended to describe the production of any longer-chain and / or branched and / or cyclic hydrocarbons. A lower alkane or haloalkane should preferably be a linear alkane or haloalkane with one carbon atom or only a few linked carbon atoms, the invention preferably being aimed at the homologation of methane as the main constituent of natural gas.
Wie unter anderem dem Artikel von Robert H. Crabtree, "Aspects of Methane Chemistry" , Chem. Reviews, 1995, Vol. 95, Seiten 987-1007 zu entnehmen ist, hat die Homologisierung von Methan eine enorme wirtschaftliche Bedeutung. Nahezu 60% der weltweit bekannten Erdgasreserven liegen abseits der Verbrauchermärkte. Der Erdgastransport mittels Pipeline ist nur bis zu einer Entfernung von etwa 4000 bis 6000 km wirtschaftlich. Deshalb ist eine wirtschaftlich sinnvolle Nutzung dieser Reserven ohne eine Umwandlung des Energieträgers Erdgas in eine transportable Form nicht möglich. Es besteht deshalb seit langem die Bestrebung, Erdgas in eine Flüssigkeit umzuwandeln, die mit herkömmlichen Tankschiffen kostengünstig zu den Verbrauchermärkten transportiert werden kann.As can be seen, inter alia, from the article by Robert H. Crabtree, "Aspects of Methane Chemistry", Chem. Reviews, 1995, Vol. 95, pages 987-1007, the homologation of methane has an enormous economic significance. Almost 60% of the world's known natural gas reserves are outside the consumer markets. The transportation of natural gas by pipeline is only economical up to a distance of around 4000 to 6000 km. It is therefore not economically viable to use these reserves without converting natural gas into a transportable form. For this reason, there has long been an effort to convert natural gas into a liquid that can be transported inexpensively to the consumer markets with conventional tankers.
Es gibt eine Reihe sogenannter Gas-To-Liquid-Verfahren (GTL) , bei denen Erdgas, insbesondere dessen Hauptbestandteil Methan, in eine Flüssigkeit umgewandelt wird. Bei einem
älteren Verfahren, der Fischer-Tropsch-Synthese, wird aus dem Erdgas in einem Reforming-Schritt zunächst ein Synthese- gas, eine Mischung aus CO und H2, hergestellt. Das Synthesegas wird anschließend mit Hilfe von Katalysatoren in Kohlen- Wasserstoffe umgewandelt. Alternativ kann aus dem Synthesegas Methanol hergestellt werden, welches dann nach dem Tankschiff-Transport in der Nähe der Verbrauchermärkte in Olefine oder Kraftstoffe umgewandelt wird. Ein wirtschaftlicher Nachteil der genannten älteren Verfahren beruht auf ihrer Zweistufigkeit und den damit verbundenen erhöhten Anlagekosten. Außerdem ist die Synthesegaserzeugung ein endothermer Prozeß mit einem geringen energetischen Wirkungsgrad.There are a number of so-called gas-to-liquid (GTL) processes in which natural gas, in particular its main component methane, is converted into a liquid. At a older processes, the Fischer-Tropsch synthesis, a natural gas, a mixture of CO and H 2 , is produced from the natural gas in a reforming step. The synthesis gas is then converted into hydrocarbons using catalysts. Alternatively, methanol can be produced from the synthesis gas, which is then converted into olefins or fuels after the tanker transport near the consumer markets. An economic disadvantage of the older processes mentioned is based on their two-stage process and the associated increased investment costs. In addition, synthesis gas generation is an endothermic process with a low energy efficiency.
In jüngerer Zeit wurden alternative, einstufige Verfah- ren entwickelt, mit deren Hilfe eine direkte Umwandlung von Erdgas bzw. Methan in längerkettige oder verzweigte Kohlenwasserstoffe möglich ist (vergl . den eingangs genannten Übersichtsartikel) . Die Homologisierung von Methan zu Ethan oder längerkettigen und verzweigten Kohlenwasserstoffen unter Freisetzung von Wasserstoff ist ein stark endothermer Prozeß. Die bisherige Lehre geht davon aus, daß man die Homologisierung dadurch erreicht, daß man das niedere Alkan, beispielsweise bei Temperaturen von 50-60°C, in eine supersaure Lösung einleitet, der ein mildes Oxidationsmittel zugegeben wurde, wobei alternativ auch eine oxidierendeMore recently, alternative, one-step processes have been developed, with the help of which a direct conversion of natural gas or methane into longer-chain or branched hydrocarbons is possible (cf. the overview article mentioned at the beginning). The homologation of methane to ethane or longer-chain and branched hydrocarbons with the release of hydrogen is a highly endothermic process. The previous teaching assumes that homologation is achieved by introducing the lower alkane, for example at temperatures of 50-60 ° C., into a super acidic solution to which a mild oxidizing agent has been added, alternatively also an oxidizing one
Supersäure eingesetzt werden kann (vergl. in oben genanntem Übersichtsartikel Abschnitt F) . Bei der Verwendung von sauerstoffhaltigen Oxidationsmitteln, die aus ökonomischen Gründen sinnvoll ist, wird der bei der Reaktion freigesetzte Wasserstoff zu Wasser oxidiert. Die Bildung von Wasser führt in Verbindung mit den supersauren Systemen zu Problemen bei der Aufrechterhaltung der erforderlichen Reaktionsbedingungen und/oder bei der Regeneration des Katalysators . Aufgabe der Erfindung ist es, eine alternativeSuper acid can be used (cf. in the above-mentioned review article section F). When using oxygen-containing oxidizing agents, which makes sense for economic reasons, the hydrogen released during the reaction is oxidized to water. The formation of water in connection with the super acidic systems leads to problems in maintaining the required reaction conditions and / or in the regeneration of the catalyst. The object of the invention is to provide an alternative
Möglichkeit zur direkten Herstellung längerkettiger und/oder
verzweigtkettiger und/oder cyclischer Kohlenwasserstoffe aus wenigstens einem niederen Alkan bzw. wenigstens einem niederen Halogenalkan zu schaffen.Possibility of direct production of long-chain and / or to create branched-chain and / or cyclic hydrocarbons from at least one lower alkane or at least one lower haloalkane.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a method having the features of patent claim 1.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zunächst wenigstens ein niederes Halogenalkan und eine Salzschmelze, die eine elektrophile Verbindung und ein Reduktionsmittel enthält, bereitgestellt, wobei die Salzschmelze frei von Sauerstoff und/oder SauerstoffVerbindungen ist. Der Begriff der "Salzschmelze" soll hier sowohl die klassischen Salzschmelzen (Schmelzpunkt > 100°C) als auch die sogenannten ionischen Flüssigkeiten (geringerer Schmelzpunkt) (vgl. Artikel von Peter Wasserscheid und Wilhelm Keim, "Ionische Flüssigkeiten - neue "Lösungen" für die Übergangsmetallkatalyse", Angewandte Chemie, 2000, 112, Seiten 3926-3945) umfassen. Die elektrophile Verbindung soll elektrophil im Sinne des Konzepts von Pearson sein. Das Reduktionsmittel soll in der Lage sein, Elektronen derart abzugeben, daß in protischen Medien Wasserstoff gebildet werden kann.In the method according to the invention, at least one lower haloalkane and a molten salt which contains an electrophilic compound and a reducing agent are initially provided, the molten salt being free of oxygen and / or oxygen compounds. The term "molten salt" is intended here to mean both the classic molten salt (melting point> 100 ° C) and the so-called ionic liquids (lower melting point) (cf. article by Peter Wasserscheid and Wilhelm Keim, "Ionic liquids - new" solutions "for Transition metal catalysis ", Angewandte Chemie, 2000, 112, pages 3926-3945). The electrophilic compound is said to be electrophilic in the Pearson concept. The reducing agent should be able to release electrons in such a way that hydrogen can be formed in protic media.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das wenigstens eine niedere Halogenalkan mit der Salzschmelze derart in Kontakt gebracht, daß in der Salzschmelze (ggf. über mehrere Zwischenstufen) die längerkettigen und/oder verzweigtkettigen und/oder cyclischen Kohlenwasserstoffe gebildet werden. Die gebildeten längerkettigen und/oder verzweigtkettigen und/oder cyclischen Kohlenwasserstoffe werden aus der Salzschmelze abgeführt. Das genannte erfindungsgemäße Verfahren geht von dem imIn the process according to the invention, the at least one lower haloalkane is brought into contact with the molten salt in such a way that the longer-chain and / or branched-chain and / or cyclic hydrocarbons are formed in the molten salt (possibly via several intermediate stages). The longer-chain and / or branched-chain and / or cyclic hydrocarbons formed are removed from the molten salt. The method according to the invention is based on the im
Stand der Technik vorgezeichneten Weg der Homologisierung unter oxidierenden Bedingungen ab und führt die Homologisierung unter reduzierenden Bedingungen durch. Dabei kann Wasserstoff erzeugt werden. Aufgrund der reduzierenden Bedingungen wird die Gefahr der Oxidation des Alkans bzw. Halogenalkans zu Kohlenmonoxid bzw. Kohlendioxid vermieden.
Die erforderliche Reaktionsenergie wird zum Teil durch die Oxidation des Reduktionsmittels zugeführt. Dies wird mit einer Bereitstellung des Reduktionsmittels in einer Salzschmelze mit einer elektrophilen Verbindung kombiniert. Vorzugsweise wird als Halogenalkan ein Halogenmethan bereitgestellt und die längerkettigen und/oder verzweigkettigen und/oder cyclischen Verbindungen weisen wenigstens 2 Kohlenstoffatome, vorzugsweise 5 bis 10 Kohlenstoffatome, auf. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird alsState of the art prescribed way of homologization under oxidizing conditions and carries out the homologation under reducing conditions. This can generate hydrogen. Due to the reducing conditions, the risk of oxidation of the alkane or haloalkane to carbon monoxide or carbon dioxide is avoided. The required reaction energy is supplied in part by the oxidation of the reducing agent. This is combined with providing the reducing agent in a molten salt with an electrophilic compound. A halomethane is preferably provided as the haloalkane and the longer-chain and / or branched-chain and / or cyclic compounds have at least 2 carbon atoms, preferably 5 to 10 carbon atoms. In a preferred embodiment, as
Halogenmethan Methylchlorid bereitgestellt. Methylchlorid ist eine wichtige Grundchemikalie der chemischen Industrie, leicht zugänglich und großtechnisch beispielsweise durch die thermische Chlorierung von Methan herzustellen. Bei einer Weiterbildung der Erfindung kann das wenigstens eine niedere Halogenalkan auch bereitgestellt werden, indem wenigstens ein niederes Alkan, vorzugsweise Methan, mit der Salzschmelze in Kontakt gebracht wird und mit einem in der Salzschmelze enthaltenen Halogen und/oder Halogenid reagiert. Indem das Bereitstellen des wenigstens einen Halogenalkans auf diese Weise erfolgt, kann ein Prozeßschritt, nämlich das Herstellen des Halogenalkans, entfallen, was eine kostengünstigeren Prozeßführung erlaubt. Nach der Bereitstellung des wenigstens einen Halogenalkans und vor der Bildung der längerkettigen und/oder verzweigkettigen und/oder cyclischen Kohlenwasserstoffe kann eine Aufbereitung des Produktgemisches zwischengeschaltet werden.Halomethane methyl chloride provided. Methyl chloride is an important basic chemical in the chemical industry, is easily accessible and can be produced on an industrial scale, for example by thermal chlorination of methane. In a further development of the invention, the at least one lower haloalkane can also be provided by bringing at least one lower alkane, preferably methane, into contact with the molten salt and reacting with a halogen and / or halide contained in the molten salt. By providing the at least one haloalkane in this way, one process step, namely the production of the haloalkane, can be omitted, which allows the process to be carried out more cheaply. After the at least one haloalkane has been provided and before the formation of the longer-chain and / or branched-chain and / or cyclic hydrocarbons, preparation of the product mixture can be interposed.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält das wenigstens eine niedere Alkan maximal 3 Kohlenstoffatome, und die längerkettigen und/oder verzweigtkettigen und/oder cyclischen Kohlenwasserstoffe weisen im Vergleich zu dem wenigstens einen niederen Alkan wenigstens die doppelte Anzahl von Kohlenstoffatomen auf. Vorzugsweise ist das wenigstens eine niedere Alkan Methan und die längerkettigen und/oder verzweigten und/oder cyclischen Kohlenwasserstoffe
weisen wenigstens 2 Kohlenstoffatome, vorzugsweise 5 - 10 Kohlenstoffatome, auf.In a preferred embodiment, the at least one lower alkane contains a maximum of 3 carbon atoms, and the longer-chain and / or branched-chain and / or cyclic hydrocarbons have at least twice the number of carbon atoms compared to the at least one lower alkane. The at least one lower alkane is preferably methane and the longer-chain and / or branched and / or cyclic hydrocarbons have at least 2 carbon atoms, preferably 5-10 carbon atoms.
Bei einer Ausführungsform kann das wenigstens eine niedere Alkan als Bestandteil eines Gasgemisches mit der Salzschmelze in Kontakt gebracht werden. Als Gasgemisch kann beispielsweise Erdgas verwendet werden. Die gesicherten Weltreserven an konventionellem Erdgas haben in den letzten Jahren stetig zugenommen und betrugen Ende 1997 etwa 145 x 1012 m3. Durch die Verwendung des in großen Mengen zur Verfügung stehenden Erdgases kann das erfindungsgemäße Verfahren besonders kostengünstig geführt werden.In one embodiment, the at least one lower alkane can be brought into contact with the molten salt as part of a gas mixture. For example, natural gas can be used as the gas mixture. The secured world reserves of conventional natural gas have increased steadily in recent years and were around 145 x 10 12 m 3 at the end of 1997. By using the natural gas available in large quantities, the method according to the invention can be carried out particularly inexpensively.
Vorzugsweise ist die elektrophile Verbindung Bestandteil einer sauren Salzschmelze, die das Reduktionsmittel enthält. Die Salzschmelze enthält vorzugsweise Komplex-Anionen mit jeweils wenigstens einem Zentralatom. An das wenigstens eine Zentralatom ist vorzugsweise wenigstens ein Alkyl-Ligand anlagerbar. Die Komplex-Anionen enthalten vorzugsweise wenigstens ein Zentralatom aus einer Gruppe, die Aluminium, Zinn, Eisen, Zink, Kupfer, Titan, Scandium, Gallium, Vanadium und Zirkonium umfaßt, wobei die Komplex-AnionenThe electrophilic compound is preferably part of an acidic salt melt which contains the reducing agent. The molten salt preferably contains complex anions, each with at least one central atom. At least one alkyl ligand can preferably be attached to the at least one central atom. The complex anions preferably contain at least one central atom from a group comprising aluminum, tin, iron, zinc, copper, titanium, scandium, gallium, vanadium and zirconium, the complex anions
Halogen-Liganden enthalten können.Halogen ligands can contain.
Vorzugsweise wird als Salzschmelze eine Halogenoaluminat-Salzschmelze, insbesondere eine Alkali- und/oder Erdalkali-Halogenoaluminat-Salzschmelze, verwendet. Besonders bevorzugt wird eine Natrium-Chloroaluminat- oder eine Natrium-Bromoaluminat-Salzschmelze verwendet, wobei diese vorzugsweise aus Aluminiumhalogenid (als Lewis- Säure) und Natriumhalogenid im Stoffmengenverhältnis 90:10 bis 10:90, vorzugsweise etwa 70:30 bis 30:70, gebildet wird. In Abhängigkeit vom gewählten Stoffmengenverhältnis kann dieA halogenoaluminate salt melt, in particular an alkali and / or alkaline earth metal haloaluminate salt melt, is preferably used as the salt melt. A sodium chloroaluminate or a sodium bromoaluminate salt melt is particularly preferably used, this preferably consisting of aluminum halide (as Lewis acid) and sodium halide in the molar ratio 90:10 to 10:90, preferably about 70:30 to 30:70, is formed. Depending on the selected molar ratio, the
Natrium-Chloroaluminat-Salzschmelze neben dem Komplexanion A1C14 " die Komplexanionen der allgemeinen Formel AlnCl3n+1 sowie A12C16 enthalten. Die Eigenschaften von Chloroaluminat-Schmelzen sind eingehend untersucht; darüber hinaus sind diese Schmelzen relativ preiswert herstellbar. Bei der Verwendung einer Natrium-Chloroaluminat-Salzschmelze
entstehen vorteilhafterweise hochverzweigte, durch Rektifikation von Erdöl nicht gewinnbare Kohlenwasserstoffe, deren Oktanzahl zum Teil erheblich über der des Isooktans liegt. Diese eignen sich beispielsweise als Zusätze für Kraftstoffe, um deren Klopffestigkeit zu erhöhen oder unmittelbar als Kraftstoff. Bei der Verwendung einer Natrium-Bromoaluminat-Salzschmelze hingegen entstehen bevorzugt cyclische Kohlenwasserstoffe, die als Ausgangsprodukte für eine Reihe wichtiger chemischer Reak- tionen dienen. So läßt sich beispielsweise Cyclohexan in mehreren Folgeschritten zu Caprolactam, der Ausgangsverbindung von Polyamid-6, umsetzen.Sodium chloroaluminate salt melt contains, in addition to the complex anion A1C1 4 ", the complex anions of the general formula Al n Cl 3n + 1 and A1 2 C1 6. The properties of chloroaluminate melts have been extensively investigated; in addition, these melts are relatively inexpensive to produce Use of a sodium chloroaluminate salt melt Advantageously, highly branched hydrocarbons, which cannot be obtained by rectification of petroleum, the octane number of which is in some cases considerably higher than that of the isooctane. These are suitable, for example, as additives for fuels to increase their knock resistance or directly as fuel. By contrast, when using a sodium bromoaluminate salt melt, cyclic hydrocarbons are preferably formed, which serve as starting products for a number of important chemical reactions. For example, cyclohexane can be converted into caprolactam, the starting compound of polyamide-6, in several subsequent steps.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise ein Reduktionsmittel bereitgestellt, das in der elektro- chemischen Spannungsreihe unedler als Wasserstoff ist.In the method according to the invention, a reducing agent is preferably provided which is less noble than hydrogen in the electrochemical voltage series.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird beim Bereitstellen der Salzschmelze das Reduktionsmittel durch eine elektrochemische Reduktion in der Salzschmelze gebildet. Bei einer Ausführungsform könnte das Reduktionsmittel gleichzeitig eines der Ionen der die Salzschmelze bildenden Salze sein, was die Bereitstellung vereinfacht. Beispielsweise könnte ein Komplexanion der Schmelze selbst als Reduktionsmittel dienen, wenn es in eine höhere Oxidationsstufe übergehen kann. Dies ist beispielsweise bei einer Dimethyl- zinndichlorid enthaltenden Schmelze möglich.In a preferred embodiment, when the molten salt is provided, the reducing agent is formed by an electrochemical reduction in the molten salt. In one embodiment, the reducing agent could simultaneously be one of the ions of the salts forming the salt melt, which simplifies the provision. For example, a complex anion of the melt itself could serve as a reducing agent if it can pass into a higher oxidation state. This is possible, for example, in the case of a melt containing dimethyltin dichloride.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Verfahrens wird als Reduktionsmittel ein Metall, vorzugsweise das zu dem in der Salzschmelze enthaltenen Komplexanion korrespondierende Metall, oder eine Metall- Alkyl-Verbindung bereitgestellt. Bei einer Chloroaluminat- Salzschmelze ist dies vorzugsweise Aluminium. Alternativ könnten bei einer Chloroaluminat-Salzschmelze auch Gallium oder ein Gemisch von Aluminium und Gallium als Reduktionsmittel verwendet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das wenigstens eine niedere Halogenalkan in eine Salzschmelze
bei einer Temperatur zwischen 50°C und 650°C, vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 130°C und 250°C, und bei einem Druck zwischen 1 und 200 bar, vorzugsweise zwischen 1 und 50 bar, eingeleitet. Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird das bei der Bildung von längerkettigen und/oder verzweigtkettigen und/oder cyclischen Kohlenwasserstoffen in Schritt c) verbrauchte Halogenalkan und/oder verbrauchte Reduktionsmittel ständig durch Zufuhr von wenigstens einem niederen Halogenalkan und/oder Reduktionsmittel ersetzt, wobei das das verbrauchte Reduktionsmittel ersetzende Reduktionsmittel der Salzschmelze zugeführt oder in dieser durch elektrochemische Reduktion gebildet wird. Vorteilhafterweise ist es möglich, in Schritt d) abgeleitete, nicht umgesetzte Edukte von den Produkten zu trennen und diese dem Verfahren wieder zur Verfügung zu stellen. Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen längerkettiger und/oder verzweigter und/oder cyclischer Kohlenwasserstoffe kontinuierlich zu betreiben, indem die Edukte in dem Maße bereitgestellt werden, wie sie durch die Reaktion verbraucht und anschließend abgeführt werden. Dieses ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Verfahren zum Herstellen längerkettiger und/oder verzweigter und/oder cyclischer Kohlenwasserstoffe mit einem Druck von 1 bis 200 bar, vorzugsweise 1 bis 50 bar, geführt wird. Da das bei der Reaktion verbrauchte Reduktionsmittel durch elektrochemische Reduktion bereitgestellt werden kann, besteht keine Notwendigkeit, einen mit der Salzschmelεe gefüllten Reaktor zum Zuführen verbrauchten Reduktionsmittels zu öffnen.In a preferred embodiment of the process according to the invention, a metal, preferably the metal corresponding to the complex anion contained in the molten salt, or a metal-alkyl compound is provided as the reducing agent. In the case of a chloroaluminate salt melt, this is preferably aluminum. Alternatively, gallium or a mixture of aluminum and gallium could also be used as a reducing agent in a chloroaluminate salt melt. In a preferred embodiment, the at least one lower haloalkane is converted into a molten salt at a temperature between 50 ° C and 650 ° C, preferably at a temperature between 130 ° C and 250 ° C, and at a pressure between 1 and 200 bar, preferably between 1 and 50 bar. In a preferred development of the invention, the haloalkane and / or reducing agent consumed in the formation of longer-chain and / or branched-chain and / or cyclic hydrocarbons in step c) is constantly replaced by supplying at least one lower haloalkane and / or reducing agent, which is the used reducing agents replacing the reducing agents supplied to the salt melt or formed therein by electrochemical reduction. It is advantageously possible to separate unreacted starting materials derived from the products in step d) and to make them available again to the process. In this embodiment, it is possible to operate the process according to the invention for the production of longer-chain and / or branched and / or cyclic hydrocarbons continuously by providing the starting materials to the extent that they are consumed by the reaction and are subsequently removed. This is particularly advantageous if the process for producing longer-chain and / or branched and / or cyclic hydrocarbons is carried out at a pressure of 1 to 200 bar, preferably 1 to 50 bar. Since the reducing agent consumed in the reaction can be provided by electrochemical reduction, there is no need to open a reactor filled with the molten salt for feeding in used reducing agent.
Vorteilhafte und/oder bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous and / or preferred developments of the invention are characterized in the subclaims.
Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.The invention is explained in more detail below on the basis of preferred embodiments.
Ausführungsform I
In einem mit einer Gaseinleitungseinrichtung, einer Rühreinrichtung und einer Gasableitungseinrichtung ausgestatten Autoklaven werden unter Schutzgas 21,34 g A1C13 (0,161 mol), 14,00 g trockenes NaCl (0,240 mol) sowie ungefähr 0,05 g Al-Flitter (0,002 mol) eingewogen. Aus den eingewogenen Stoffmengen ergibt sich ein AlCl3/NaCl- Stoffmengenverhältnis von 40:60. Das Gemisch wird auf 180°C erhitzt und anschließend bei gleicher Temperatur 2 Stunden gerührt, wobei über eine Gaseinleitungseinrichtung Methylchlorid durch die Salzschmelze geleitet wird. Der ausgehende Gasstrom wird analysiert . Neben dem Edukt Methylchlorid können folgenden Komponenten nachgewiesen werden: Methan, Isobutan, Neopentan, Isopentan, 2- Methylbutan, 2 , 2-Dimethylbutan, 2 , 3-Dimethylbutan, 2- Methylpentan, 3-Methylpentan, 2 , 4-Dimethylpentan, 2,2,3- Trimethylbutan, 3 , 3-Dimethylpentan, 2-Methylhexan, 2- Methylhexan, und 2 , 2 , 3 , 3 -Tetramethylbutan.Embodiment I In an autoclave equipped with a gas inlet device, a stirring device and a gas outlet device, 21.34 g of A1C1 3 (0.161 mol), 14.00 g of dry NaCl (0.240 mol) and approximately 0.05 g of Al-flitter (0.002 mol) are placed under protective gas. weighed. An AlCl 3 / NaCl molar ratio of 40:60 results from the weighed quantities of substance. The mixture is heated to 180 ° C. and then stirred at the same temperature for 2 hours, methyl chloride being passed through the molten salt via a gas inlet device. The outgoing gas flow is analyzed. In addition to the starting material methyl chloride, the following components can be detected: methane, isobutane, neopentane, isopentane, 2-methylbutane, 2, 2-dimethylbutane, 2, 3-dimethylbutane, 2-methylpentane, 3-methylpentane, 2, 4-dimethylpentane, 2, 2,3-trimethylbutane, 3, 3-dimethylpentane, 2-methylhexane, 2-methylhexane, and 2, 2, 3, 3-tetramethylbutane.
Ausführungsform II 62,32 g AlBr3 und 10,31 g NaBr werden unter Schutzgas eingewogen, vermischt und auf 110°C erhitzt. Die Lösung wird zwei Stunden mit 0,08 A elektrolysiert (zwei W-Elektroden) , wobei gleichzeitig 20 ml/min Methan durch die Schmelze geleitet werden. Anschließend wird die Schmelze auf 200°C erhitzt und für 30 Minuten mit Argon gespült. DasEmbodiment II 62.32 g of AlBr 3 and 10.31 g of NaBr are weighed in under an inert gas, mixed and heated to 110.degree. The solution is electrolyzed with 0.08 A for two hours (two W electrodes), with 20 ml / min of methane being passed through the melt at the same time. The melt is then heated to 200 ° C. and flushed with argon for 30 minutes. The
Produktgasgemischt wird aufgefangen und enthält 12% Isobutan und 2-Methylbutan, 88% cyclische Alkane, vor allem Methylcyclohexan (24%), 1, 3 -Dimethylcyclohexan (eis und trans) (38%), 1 , 2-Dimethylcyclohexan (4%), 1,3,5- Trimethylcyclohexan (7%), 1, 1 , 3-Trimethylcyclohexan (5%),The product gas mixture is collected and contains 12% isobutane and 2-methylbutane, 88% cyclic alkanes, especially methylcyclohexane (24%), 1,3-dimethylcyclohexane (ice and trans) (38%), 1,2-dimethylcyclohexane (4%) , 1,3,5-trimethylcyclohexane (7%), 1, 1, 3-trimethylcyclohexane (5%),
1, 2 , 4-Trimethylcyclohexan (7%) (Prozentangaben beziehen sich auf die Gesamtkohlenwasserstoffmenge) .1, 2, 4-trimethylcyclohexane (7%) (percentages refer to the total amount of hydrocarbon).
Ausführungsform III In einem Autoklaven werden 8,31 g AlBr3 (0,0312 mol) mit 1,37 g NaBr (0,0168 mol) und 1,00 g Aluminiumflitter (0,0370
mol) eingewogen. Aus den eingewogenen Stoffmengen ergibt sich ein AlBr3/NaBr-Stoffmengenverhältnis von 70:30. Es wird 4,8 g Methylchlorid (0,0954 mol) einkondensiert und die Lösung wird für 2 Stunden bei 110°C im Ölbad gerührt. Die Analyse der heiß in eine Gasmaus entspannten Gase ergab folgende Zusammensetzung: 4,4% Methan, 93,6% Ethan, 0,3 % Propan und Butane, 0,7% Pentane, 0,4% Hexane sowie 0,02% höhere Kohlenwasserstoffe (C7 und höher) . Zudem enthielt das Gasgemisch erhebliche Mengen an Methylbromid; der Umsatz von Methylchlorid lag oberhalb von 90%.Embodiment III 8.31 g of AlBr 3 (0.0312 mol) with 1.37 g of NaBr (0.0168 mol) and 1.00 g of aluminum flake (0.0370 mol) weighed. An AlBr 3 / NaBr substance ratio of 70:30 results from the weighed substance quantities. 4.8 g of methyl chloride (0.0954 mol) are condensed in and the solution is stirred for 2 hours at 110 ° C. in an oil bath. The analysis of the hot gases released into a gas mouse showed the following composition: 4.4% methane, 93.6% ethane, 0.3% propane and butanes, 0.7% pentanes, 0.4% hexanes and 0.02% higher Hydrocarbons (C7 and higher). In addition, the gas mixture contained considerable amounts of methyl bromide; the conversion of methyl chloride was above 90%.
Ausführungsform IVEmbodiment IV
Gallium als ReduktionsmittelGallium as a reducing agent
8,67 g A1C13 (0,0650 mol) und 2,63 g NaCl (0,0450 mol) sowie 2,58 g Ga (0,0370) werden mit einem Rührfisch in einen Autoklaven verfüllt. Die eingewogenen Stoffmengen ergeben ein AlCl3/NaCl-Stoffmengenverhältnis von 60:40. Es werden 4,8 g Methylchlorid (0,0954 mol) einkondensiert. Der Autoklav wird für 2 Stunden bei 130°C unter Rühren in ein Ölbad gestellt. Anschließend werden die noch heißen Gase in eine Gasmaus entspannt . Die Analyse des Gasgemisches ergab folgende Kohlenwasserstoffmengen: 6,5% Methan, 0,1% Ethan, 1,8% Propan, 6,9% Butane, 79,3% Pentane, 1,3% Hexane, und Octane (bei letzterem 30% 2 , 2 , 3 , 3 -Tetramethylbutan in der C8-Fraktion) , 1% Heptane (davon 22,8% Triptan) und Nonane sowie 0,6% Decane.8.67 g of A1C1 3 (0.0650 mol) and 2.63 g of NaCl (0.0450 mol) and 2.58 g of Ga (0.0370) are introduced into an autoclave using a stirring fish. The quantities of substance weighed in result in an AlCl 3 / NaCl substance ratio of 60:40. 4.8 g of methyl chloride (0.0954 mol) are condensed in. The autoclave is placed in an oil bath for 2 hours at 130 ° C. with stirring. Then the hot gases are released into a gas mouse. The analysis of the gas mixture showed the following hydrocarbon quantities: 6.5% methane, 0.1% ethane, 1.8% propane, 6.9% butane, 79.3% pentane, 1.3% hexane, and octane (the latter 30 % 2, 2, 3, 3 -tetramethylbutane in the C8 fraction), 1% heptanes (thereof 22.8% triptan) and nonanes and 0.6% decanes.
Ausführungsform V Aluminium als Reduktionsmittel 8,67 g A1C13 (0,0650 mol) und 2,63 g NaCl (0,0450 mol) sowie 1,00 g Aluminiumflitter (0,0370) werden mit einem Rührfisch in einen Autoklaven verfüllt. Die eingewogenen Stoffmengen ergeben ein AlCl3/NaCl-Stoffmengenverhältnis von 60:40. Es werden 4,8 g Methylchlorid (0,0954 mol) einkondensiert. Der Autoklav wird für 2 Stunden bei 150°C unter Rühren in ein Ölbad gestellt. Anschließend werden die
noch heißen Gase in eine Gasmaus entspannt. Die Analyse des Gasgemisches ergab folgende Kohlenwasserstoffmengen: 9,8% Cl, 54,3% C2, 0,9% C3 , 1,4% C4 , mindestens 6,9% C5, 16,3% C6 und 5,5% C7 (davon 18% Triptan), 4,03% C8 (davon 68% 2 , 2 , 3 , 3-Tetramethylbutan) und 0,5% C9. Der Umsatz von Methylchlorid liegt bei ungefähr 80%.
Embodiment V Aluminum as reducing agent 8.67 g A1C1 3 (0.0650 mol) and 2.63 g NaCl (0.0450 mol) as well as 1.00 g aluminum flake (0.0370) are filled into an autoclave with a stirring fish. The quantities of substance weighed in result in an AlCl 3 / NaCl substance ratio of 60:40. 4.8 g of methyl chloride (0.0954 mol) are condensed in. The autoclave is placed in an oil bath for 2 hours at 150 ° C. with stirring. Then the still hot gases relaxed in a gas mouse. Analysis of the gas mixture showed the following hydrocarbon amounts: 9.8% Cl, 54.3% C2, 0.9% C3, 1.4% C4, at least 6.9% C5, 16.3% C6 and 5.5% C7 (thereof 18% triptan), 4.03% C8 (thereof 68% 2, 2, 3, 3-tetramethylbutane) and 0.5% C9. The conversion of methyl chloride is approximately 80%.