JPH0659331B2 - 四塩化炭素の処理方法 - Google Patents

四塩化炭素の処理方法

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JPH0659331B2
JPH0659331B2 JP1339095A JP33909589A JPH0659331B2 JP H0659331 B2 JPH0659331 B2 JP H0659331B2 JP 1339095 A JP1339095 A JP 1339095A JP 33909589 A JP33909589 A JP 33909589A JP H0659331 B2 JPH0659331 B2 JP H0659331B2
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hydrogen chloride
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泰史 小林
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C17/00Preparation of halogenated hydrocarbons
    • C07C17/093Preparation of halogenated hydrocarbons by replacement by halogens
    • C07C17/16Preparation of halogenated hydrocarbons by replacement by halogens of hydroxyl groups

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
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  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Fire-Extinguishing Compositions (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はオゾン層破壊の元凶の一つとされている四塩化
炭素を無害化するための処理方法に関するものである。
(従来の技術とその問題点) 近年、特定フロン等の化学物質による地球オゾン層の破
壊が大きな社会的問題となってきている。この特定フロ
ンについては今世紀中に全廃するという内外の決議が行
なわれ産業界もそれに従う方向で計画が進められてい
る。しかし、オゾンの破壊能という点では特定フロン以
外にもこれに匹敵する能力を持つ物質があり、四塩化炭
素(CCl4)もその一つである。オゾン破壊係数ではフ
ロン−11、−12が各々1.0であるのに対し、四塩化炭素
は1.0〜1.2と同等もしくはそれ以上の破壊能を持つ。ま
た四塩化炭素はオゾン破壊能力に加え、地球温暖化の元
凶の一つに教えられている。
そこで、四塩化炭素もフロンと同様に今世紀中の全廃が
内外の趨勢となっている。
四塩化炭素の工業的製法は、 二硫化炭素法: CS2+3Cl2→CCl4+S2Cl2 メタンまたは塩化メチルの塩素化法: CH4+4Cl2→CCl4+4HCl CH3Cl+3Cl2→CCl4+3HCl である。前者は四塩化炭素を選択的に製造する方法のた
め、製造中止になったとしても、それ以外への影響は小
さい。しかし、後者は四塩化炭素を選択的に得る方法で
はない。すなわち、 CH4+Cl2→CH3Cl+HCl CH3Cl+Cl2→CH2Cl2+HCl CH2Cl2+Cl2→CHCl3+HCl CHCl3+Cl2→CCl4+HCl というように、CH4→CH3Cl→CH2Cl2→CHCl3
を経由して最後にCCl4が作られる逐次併発塩素化法で
あり、その生成物は未反応メタンや塩化メチルから四塩
化炭素に至るクロロメタン類の混合物となる。これらメ
タンの中途塩素化物は、それ自身有用な大きなマーケッ
トを持っているので、この製造法を中止した場合には他
に及ぼす影響が極めて大きい。その上、CH3Cl、CH
2Cl2またはCHCl3を得るには、この反応機構の特性
上四塩化炭素(CCl4)の副生を避けられない宿命にあ
る。
それ故、副生する四塩化炭素を速やかに他の無害な有用
物質に転換する手段が望まれることになる。この方法と
して、研究開発途上のもの、既に工業化されているもの
として以下のものがある。
i)四塩化炭素の水素による低塩素化メタンへの還元: この方法は反応速度が遅く、触媒の寿命に限界があり、
かつClCH2CH2Clなどの不純物が多く副生するなど
の問題があって、未だ研究室レベルの域を脱していな
い。
ii)高温燃焼: メタン、LPGなどと一緒に燃焼させ、二酸化炭素と塩
化水素として回収する方法であるが、1,000℃という高
温での燃焼であり、炉材に煉瓦等を用いた特殊な構造の
炉が必要となる。また回収によって得られる二酸化炭素
と塩化水素は、いずれも別の方法で安価に大量に得られ
る付加価値の低いものである。
塩化メチル(CH3Cl)の工業的製法にはメタンの直接塩
素化以外にメタノールと塩化水素の反応が知られてい
る。この反応は液相では反応速度が遅いので、両原料の
利用率を高めることが難しいが、気相触媒下ではそれが
可能となる。
この気相触媒としては、Al23、軽石、カオリン、ゼ
オライト、活性炭等の担体に、CASバージョンによる
周期表(F.Albert Cotton & Geoffrey Wilkinson :Ad
vanced Inorganic Chemistry,裏表紙,John Wiley & S
ons, Inc.(1988)参照)のIB族(Cu)、IIA族(M
g、Ca、Ba)、IIB族(Zn、Cd、Hg)、VIB族(C
r、Mo)、VIIB族(Mn)、VIII族(Fe、Co、Ni)
の元素のハロゲン化物または酸化物を担持させた触媒が
知られている。
メタノールのエステル化反応だけであれば、上記の触媒
能について極端な差は認められないが、メタノールと四
塩化炭素との反応では四塩化炭素の加水分解反応の進行
が前提となり、過去において塩化メチルにまで高収率で
高速に転化させた例は無い。
また、特開昭56-167628号および同57-165330号公報に
は、ZnCl2担持のAl23触媒系でのCH2Cl2、CH
Cl3、CCl4を含んだ塩化水素ガスとメタノールとを反
応させる記述があるが、これらは塩素化反応器から出た
直後の塩化水素に、生成物であるクロロメタンを含むガ
スから塩化水素を分離せずに直接メタノールを反応させ
て、CH3Clを得ることを目的とするものであるから、
同伴する一方の製品であるCH2Cl2、CHCl3、CCl
4が分解しないことを前提としている。
特開昭56-167628号に記載の技術は、CHCl3、CCl4
の分解による炭素析出がメタノールと塩化水素の反応触
媒であるZnCl2/Al23の不活性化を防ぐことを目的
とし、また特開昭57-165330号は、その実施例でZnCl2
/Al23触媒では同伴するCH2Cl2、CHCl3、CC
l4が全く分解しないことを示している。
(発明が解決しようとする課題) 本発明の目的は、四塩化炭素を高収率で高速にメタノー
ルと反応させて経済的に有用な物質に転換する方法を提
供しようとするものである。
(課題を解決するための手段) 本発明による四塩化炭素の処理方法は、CASバージョ
ンによる周期表のIB族、IIA族、IIB族、VIB族、VI
IB族、VIII族の内の少なくとも1種の元素のハロゲン
化物または酸化物を、必要に応じ塩化水素の共存下で、
活性炭に担持させた触媒を用い、メタノールと四塩化炭
素とを気相で反応させることを特徴とするものである。
この発明を一括した反応式で示すと、 4CH3OH+CCl4→4CHCl+2H2O+CO2
(1) となるが、この素反応は CCl4+2H2O→C2+4HCl ……(2) (四塩化炭素の加水分解反応) 4CH3OH+4HCl→4CH3Cl+2H2O……(3) (メタノールのエステル化反応) となる。
これをさらに詳細に説明すると、本発明で用いられる触
媒としては、CASバージョンによる周期表のIB族
(Cu)、IIA族(Mg、Ca、Ba)、IIB族(Zn、C
d、Hg)、VIB族(Cr、Mo)、VIIB族(Mn)、VIII
族(Fe、Co、Ni)の金属のハロゲン化物または酸化
物を、活性炭に担持させたものであるが、これらの内で
は反応速度の速いVIII族の金属のハロゲン化物または酸
化物、とりわけ塩化亜鉛が好ましい。
本発明では担体に活性炭を使用したことで、上記の全体
の反応(1)での速度を支配する。素反応(2)が際立って
促進され、高収率で高速度のメタノールと四塩化炭素と
の反応が可能となった。
担体の種類による反応速度の違いは、次表に示すように
比表面積に起因する。担体の種類 比表面積(m2/g) 活 性 炭 700〜1,500 アルミナ 150〜 350 シ リ カ 200〜 600 活性白土 100〜 250 合成ゼオライト 400〜 750 これより活性炭は他の担体に比べ比表面積が大きく、反
応物に対し大面積の活性表面を提供している。
この反応は150℃位から始まるが、250℃位までが好まし
い。高温になれば反応速度はさらに増すが、250℃を超
えると腐食性が増し恒久材質の選定が困難になる。反応
圧力は加圧になれば、それだけ容積が少なくて済むが、
腐食を考慮した強度から恒久材質の選定がやはり困難と
なり、結局大気圧から5kg/cm2G位までが好ましい。以
上の条件下では、滞留時間10〜20秒で四塩化炭素の95%
以上がメタノールと反応し、そのほぼ全量が塩化メチル
に転換される。
工業的プロセスを考える場合には、過剰のメタノールと
それに見合う量の塩化水素の同時添加が好ましい。四塩
化炭素を副生するメタンまたは塩化メチルの塩素化プラ
ントでは、反応の副生物である塩化水素をメタノールと
反応させ、塩化メチルに転化する工程を付属させること
が経済的に有利であり、その際本発明を同一の反応器で
行なえば有害な四塩化炭素を排出しないクロロメタンの
製造法が可能となる。その際の原料比は、 であることが好ましい。ここでモル比が1.01未満では、
メタノールの未反応物が増え、かつ 〔2CH3OH→(CH3)2O+H2O〕の副反応によるジ
メチルエーテルが増加する。モル比の上限の1.30は臨界
値ではないが、この比が増すほど塩素分の塩化メチルへ
の転換が非効率的となり、塩化水素の形態での未反応物
が増加する。
メタンまたは塩化メチルの塩素化工程から排出される塩
化水素は通常水に吸収されて再利用される場合が多いの
で、本反応において四塩化炭素、メタノール、塩化水素
の他に、水が存在することは何ら差し支えない。
また、本反応で副生する二酸化炭素は水酸化ナトリウ
ム、炭酸アルカリ,エタノールアミンによる吸収等の常
法によって塩化メチルから分離除去される。
(実施例) 以下、本発明の具体的態様を実施例および比較例により
説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
実施例 1. 比表面積が1,500m2/gで、4mmφ×6mmHの粒状活性炭
に塩化亜鉛を30重量%担持させた触媒を内径45mmφのガ
ラス管に450mmの長さに充填し、200℃に加熱した。この
反応管へ、四塩化炭素:56.2g/時(0.365モル/時)、メ
タノール:130.9g/時(4.091モル/時)、塩化水素:11
1.0g/時(3.042モル/時)をガス状で供給し、200℃に
保ちつつ100時間反応させた。反応生成ガスは凝縮物を
コンデンサーで水冷分離した後、氷冷水中でバブリング
し、その後ガスメーターで未凝縮、未トラップのガス量
を計量した。凝縮物、氷冷水、ガスメーター入口ガスに
ついて、以下の分析を行なった。
凝縮物:水、塩化水素、メタノール、塩素化メタン類の
組成および重量。
氷冷水:塩化水素、メタノール、塩素化メタン類の組成
および重量増加分。
ガスメーター入口ガス:メタノール、塩素化メタン類、
一酸化炭素、二酸化炭素、ジメチルエーテルの組成。
3種のサンプルの組成、重量、容量を合算した生成ガス
量は、以下の通りであった。
塩化メチル:4.080モル/時 二酸化炭素:0.355 〃 メタノール:0.011 〃 塩化水素 :0.382 〃 水 :4.080 〃 四塩化炭素:0.010 〃 なお、ジメチルエーテルに関しては定量不能程度のごく
微量が検出されたが、CH2Cl2、CHCl3、COは全
く検出されず、また100時間の間、ガスメータでの発生
ガス量は減少することなく反応が進行した。
四塩化炭素の反応率:97.2% メタノールの 〃 :99.7% 実施例 2. 反応管への供給ガスを、四塩化炭素:173.3g/時(1.12
5モル/時)、メタノール:130.9g/時(4.091モル/時)
としたほかは、実施例1と同様に反応させ、生成ガスを
同様に分析した。
3種のサンプルの組成、重量、容量を合算した生成ガス
量は、以下の通りであった。
塩化メチル:4.058モル/時 二酸化炭素:1.091 〃 メタノール:0.033 〃 塩化水素 :0.306 〃 水 :4.058 〃 四塩化炭素:0.034 〃 なお、ジメチルエーテルは定量不能程度のごく微量を検
出したが、CH2Cl2、CHCl3、COは全く検出され
ず、また100時間の間、ガスメーターでの発生ガス量は
減少することなく反応が進行した。
四塩化炭素の反応率:97.0% メタノールの 〃 :99.2% 比較例 担体として粒状活性炭に代えて比表面積が150 m2/g
で、4〜6mmの球状のAl23としたほかは実施例と同
じ条件で反応を行なった。50時間を経過するあたりから
ガスメーターでの発生ガス量が減少し始め、60時間目に
は極端に低下したので反応を停止した。それまでの間に
分析した結果はつぎの通りであった。
塩化メチル:2.586モル/時 二酸化炭素:0.274 〃 メタノール:1.501 〃 ジメチルエーテル:0.002 〃 塩化水素:1.560 〃 水 :2.586 〃 四塩化炭素: 0.089〃 なお、CH2Cl2、CHCl3、COは実施例と同様全く
検出されなかった。
四塩化炭素の反応率:75.0% メタノールの 〃 :63.3〃 (発明の効果) 本発明によれば、150〜200℃という比較的低温で10〜20
秒という極めて短時間で、四塩化炭素の95%以上という
殆ど全量をメタノールと反応させることができ、メタノ
ールのほぼ全量を有用な塩化メチルに転換することが可
能となる。
このため、本発明は単なる有害物の除害処理という意味
に止まらず、塩化メチルの有力な製造手段を提供するも
のである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】CASバージョンによる周期表のIB族、
    IIA族、IIB族、VIB族、VIIB族およびVIII族の内の
    少なくとも1種の元素のハロゲン化物または酸化物を活
    性炭に担持させた触媒を用い、メタノールと四塩化炭素
    とを気相で反応させることを特徴とする四塩化炭素の処
    理方法。
  2. 【請求項2】メタノールと四塩化炭素との反応を、塩化
    水素の共存下で行うことを特徴とする請求項1記載の四
    塩化炭素の処理方法。
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