电化学、卤化和氧卤化的系统及方法技术方案

本文公开了这样的方法和系统，其涉及将具有处于较低氧化态的金属离子的金属卤化物电化学地氧化至较高氧化态；用具有处于较高氧化态的金属离子的金属卤化物将不饱和烃或饱和烃卤化；以及在存在氧化剂的情况下将具有金属离子的金属卤化物从较低氧化态氧卤化至较高氧化态。在一些实施方案中，该氧卤化与该电化学氧化依次执行，该电化学氧化与该氧卤化依次执行，该氧卤化与该电化学氧化并发执行，并且/或者该氧卤化与该卤化同时进行。

The system and method of electrochemistry, halogenation and halogenation

The method and system are disclosed in this paper, which involves the electrochemical oxidation of metal halides with metal ions in a relatively low oxidation state to a higher oxidation state; the halogenation of unsaturated hydrocarbons or saturated hydrocarbons with metal halides in a higher oxidation state; and in the presence of oxidants in the presence of oxidants. Metal halides of metal ions are halogenated from lower oxidized oxygen to higher oxidation state. In some implementation schemes, the oxygen halogenation is followed by the electrochemical oxidation in turn, the electrochemical oxidation and the oxygen halogenation, which is executed simultaneously with the electrochemical oxidation, and / or the oxygen halogenation is carried out at the same time as the halogenation.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电化学、卤化和氧卤化的系统及方法相关申请的交叉引用本申请要求于2015年10月28日提交的第62/247,421号美国临时专利申请的权益，该申请在此通过引用整体并入本公开内容中。
技术介绍
二氯化乙烯可通过使用由氯-碱法制成的氯气直接对乙烯进行氯化来制造。在以电化学方式例如通过氯-碱法生产苛性钠时，使用大量的能量、盐和水。通过电解氯化钠水溶液或盐水生产氯和苛性钠是需要高能耗的电化学工艺之一。为维持氯-碱工业的这一过程，总能量需求例如在美国为产生的总电力的约2％，而在日本约为1％。高能耗可能会导致因燃烧化石燃料而引起的高二氧化碳排放。因此，需要致力于降低电力需求以减少环境污染和减缓全球变暖。存在以低能耗的方式生产化学品的需求。
技术实现思路
在一方面，本专利技术提供了一种方法，其包括：(i)使阳极与阳极电解液接触，其中该阳极电解液包含金属卤化物和咸水(saltwater)；使阴极与阴极电解液接触；向阳极和阴极施加电压并在该阳极处将具有处于较低氧化态的金属离子的金属卤化物氧化至较高氧化态；(ii)在咸水中用具有处于较高氧化态的金属离子的金属卤化物将不饱和烃或饱和烃卤化以得到一种或多种有机化合物或其对映体以及具有处于较低氧化态的金属离子的金属卤化物；以及(iii)在存在氧化剂的情况下将具有处于较低氧化态的金属离子的金属卤化物氧卤化至较高氧化态。在上述方面的一些实施方案中，该方法进一步包括将阳极电解液从步骤(i)输送至卤化步骤(ii)和/或氧卤化步骤(iii)；将包含具有处于较低氧化态的金属离子的金属卤化物的咸水从步骤(ii)输送至步骤(i)和/或步骤(iii)；以及/或者将包含具有处于较高氧化态的金属离子的金属卤化物的咸水从步骤(iii)输送至步骤(i)和/或步骤(ii)。在上述方面的一些实施方案中，步骤(iii)与步骤(i)依次执行(inseries)。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，步骤(i)与步骤(iii)依次执行。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，步骤(iii)与步骤(i)并发执行(parallelto)。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，步骤(iii)与步骤(ii)同时进行(simultaneouswith)。在上述方面的一些实施方案中，步骤(iii)与步骤(i)依次执行，步骤(i)与步骤(iii)依次执行，步骤(iii)与步骤(i)并发执行，并且/或者步骤(iii)与步骤(ii)同时进行。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，所述氧化步骤、卤化步骤和氧卤化步骤均在咸水中进行。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，该咸水含有具有处于较低氧化态和较高氧化态的金属离子的金属卤化物。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，该咸水包含碱金属卤化物。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，该碱金属卤化物为氯化钠或氯化钾。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，该阳极电解液进一步包含浓度为约1-5M的碱金属卤化物。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，所述氧化剂为HX气体或HX溶液与包含氧气的气体，其中X为选自氟、氯、碘和溴的卤素。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，该HX为HCl，并且所述氧卤化为氧氯化。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，当氧卤化步骤(iii)与步骤(i)依次执行时，该方法进一步包括将包含咸水和具有处于较低和较高氧化态的金属离子的金属卤化物的阳极电解液从步骤(i)输送至步骤(iii)，其中步骤(iii)在咸水中将具有金属离子的金属卤化物从较低氧化态氧卤化至较高氧化态。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，该方法进一步包括将氧卤化步骤(iii)的具有处于较高氧化态的金属离子的金属卤化物和咸水输送至所述卤化步骤(ii)以将不饱和烃或饱和烃卤化。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，该方法进一步包括在卤化步骤(ii)之后将所述一种或多种有机化合物或其对映体与咸水中的具有处于较低氧化态的金属离子的金属卤化物分离。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，该方法进一步包括将具有处于较低氧化态的金属离子的金属卤化物输送至阳极电解液。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，离开电化学反应并进入氧卤化反应的具有处于较低氧化态的金属离子的金属卤化物的浓度为约0.5-2M；离开氧卤化反应并进入卤化反应的具有处于较低氧化态的金属离子的金属卤化物的浓度为约0.1-1.8M；离开卤化反应并进入电化学反应的具有处于较低氧化态的金属离子的金属卤化物的浓度为约0.6-2.5M；或其组合。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，当电化学步骤(i)与步骤(iii)依次执行时，该方法进一步包括将包含咸水和具有处于较低和较高氧化态的金属离子的金属卤化物的阳极电解液从步骤(i)输送至卤化步骤(ii)以将不饱和烃或饱和烃卤化。在上述实施方案的一些实施方案中，该方法进一步包括将该卤化步骤(ii)的咸水中的具有处于较低氧化态的金属离子的金属卤化物输送至步骤(iii)，其中步骤(iii)将具有金属离子的金属卤化物从较低氧化态氧卤化至较高氧化态。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，该方法进一步包括将该氧卤化步骤(iii)的咸水中的具有处于较高氧化态的金属离子的金属卤化物输送至步骤(i)的阳极电解液。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，离开电化学反应并进入卤化反应的具有处于较低氧化态的金属离子的金属卤化物的浓度为约0.5-2M；离开卤化反应并进入氧卤化反应的具有处于较低氧化态的金属离子的金属卤化物的浓度为约0.7-2.5M；离开氧卤化反应并进入电化学反应的具有处于较低氧化态的金属离子的金属卤化物的浓度为约0.6-2.5M；或其组合。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，当氧卤化步骤(iii)与步骤(i)并发执行时，该方法进一步包括将步骤(i)的包含具有处于较高氧化态的金属离子的金属卤化物的阳极电解液以及步骤(iii)的包含具有处于较高氧化态的金属离子的金属卤化物的咸水二者输送至卤化步骤(ii)以将不饱和烃或饱和烃卤化。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，该方法进一步包括在卤化步骤之后将金属卤化物溶液与所述一种或多种有机化合物分离，并将该金属卤化物溶液输送至电化学反应。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，离开电化学反应并进入卤化反应的具有处于较低氧化态的金属离子的金属卤化物的浓度为约0.5-2M；离开氧卤化反应并进入卤化反应的具有处于较低氧化态的金属离子的金属卤化物的浓度为约0.5-2.5M；离开卤化反应并且/或者进入电化学反应的具有处于较低氧化态的金属离子的金属卤化物的浓度为约0.6-2.5M；或其组合。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，当所述氧卤化步骤(iii)与步骤(ii)同时进行时，该方法进一步包括将氧化剂添加至卤化步骤(ii)以将不饱和烃或饱和烃卤化。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，离开电化学反应并进入卤化反应的具有处于较低氧化态的金属离子的金属卤化物的浓度为约0.5-2M；离开卤化反应并进入电化学反应的具有处于较低氧化态的金属离子的金属卤化物的浓度为约0.6-2.5M；或其组合。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，该氧化剂为X2气体。在上述方面和实施方案的一些实施方案中，该氧化剂为HX气体和/或HX溶液联合包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，其包括：(i)使阳极与阳极电解液接触，其中所述阳极电解液包含金属卤化物和咸水；使阴极与阴极电解液接触；向所述阳极和所述阴极施加电压，并在所述阳极处将具有处于较低氧化态的金属离子的所述金属卤化物氧化至较高氧化态；(ii)在所述咸水中，使用具有处于所述较高氧化态的金属离子的所述金属卤化物来卤化不饱和烃或饱和烃，以得到一种或多种有机化合物或其对映体以及具有处于所述较低氧化态的金属离子的所述金属卤化物；以及(iii)在存在氧化剂的情况下，将具有处于所述较低氧化态的金属离子的所述金属卤化物氧卤化至所述较高氧化态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.28 US 62/247,4211.一种方法，其包括：(i)使阳极与阳极电解液接触，其中所述阳极电解液包含金属卤化物和咸水；使阴极与阴极电解液接触；向所述阳极和所述阴极施加电压，并在所述阳极处将具有处于较低氧化态的金属离子的所述金属卤化物氧化至较高氧化态；(ii)在所述咸水中，使用具有处于所述较高氧化态的金属离子的所述金属卤化物来卤化不饱和烃或饱和烃，以得到一种或多种有机化合物或其对映体以及具有处于所述较低氧化态的金属离子的所述金属卤化物；以及(iii)在存在氧化剂的情况下，将具有处于所述较低氧化态的金属离子的所述金属卤化物氧卤化至所述较高氧化态。2.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤(iii)与所述步骤(i)依次执行，所述步骤(i)与所述步骤(iii)依次执行，所述步骤(iii)与所述步骤(i)并发执行，和/或所述步骤(iii)与所述步骤(ii)同时进行。3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述氧化步骤、所述卤化步骤和所述氧卤化步骤均在咸水中进行。4.如权利要求3所述的方法，其中所述咸水包含碱金属卤化物。5.如权利要求4所述的方法，其中所述碱金属卤化物为氯化钠或氯化钾。6.如权利要求4或5所述的方法，其中所述碱金属卤化物的浓度为约1-5M。7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述氧化剂为HX气体或HX溶液与包含氧气的气体，其中X为选自氟、氯、碘和溴的卤素。8.如权利要求7所述的方法，其中所述HX为HCl，并且所述氧卤化为氧氯化。9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中当所述氧卤化步骤(iii)与所述步骤(i)依次执行时，所述方法进一步包括将包含所述咸水和具有处于所述较低和较高氧化态的金属离子的所述金属卤化物的所述阳极电解液从所述步骤(i)输送至所述步骤(iii)，其中所述步骤(iii)在所述咸水中将所述具有金属离子的金属卤化物从所述较低氧化态氧卤化至所述较高氧化态。10.如权利要求9所述的方法，其进一步包括将所述氧卤化步骤(iii)的具有处于所述较高氧化态的金属离子的所述金属卤化物和所述咸水输送至所述卤化步骤(ii)，以卤化所述不饱和烃或所述饱和烃。11.如前述权利要求中任一项所述的方法，其进一步包括在所述卤化步骤(ii)之后将所述一种或多种有机化合物或其对映体与所述咸水中的具有处于所述较低氧化态的金属离子的所述金属卤化物分离，以及将具有处于所述较低氧化态的金属离子的所述金属卤化物输送至所述阳极电解液。12.如权利要求1-8中任一项所述的方法，其中当所述电化学步骤(i)与所述步骤(iii)依次执行时，所述方法进一步包括将包含所述咸水和具有处于所述较低和较高氧化态的金属离子的所述金属卤化物的所述阳极电解液从步骤(i)输送至卤化步骤(ii)，以卤化所述不饱和烃或所述饱和烃，随后，将所述卤化步骤(ii)的所述咸水中的具有处于所述较低氧化态的金属离子的所述金属卤化物输送至所述步骤(iii)，其中所述步骤(iii)将具有金属离子的所述金属卤化物从所述较低氧化态氧卤化至所述较高氧化态。13.如权利要求12所述的方法，其进一步包括将所述氧卤化步骤(iii)的所述咸水中的具有处于所述较高氧化态的金属离子的所述金属卤化物输送至步骤(i)的所述阳极电解液。14.如权利要求1-8中任一项所述的方法，其中当所述氧卤化步骤(iii)与所述步骤(i)并发执行时，所述方法进一步包括将所述步骤(i)的包含具有处于所述较高氧化态的金属离子的所述金属卤化物的阳极电解液以及所述步骤(iii)的包含具有处于所述较高氧化态的金属离子的金属卤化物的咸水输送至所述卤化步骤(ii)。15.如权利要求1-8中任一项所述的方法，其中当所述氧卤化步骤(iii)与所述步骤(ii)同时进行时，所述方法进一步包括将所述氧化剂添加至所述卤化步骤(ii)以卤化所述不饱和烃或所述饱和烃。16.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述氧化剂为单独的X2气体；或HX气体和/或HX溶液联合包含氧气或臭氧的气体；过氧化氢；HXO或其盐；HXO3或其盐；HXO4或其盐；或其组合，其中每个X独立地为选自氟、氯、碘和溴的卤素。17.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述一种或多种有机化合物的产率大于90wt％。18.如前述权利要求中任...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·A·阿尔布雷希特，R·J·吉利亚姆，K·塞尔夫，迈克尔·约瑟夫·韦斯，
申请(专利权)人：卡勒拉公司，
类型：发明
国别省市：美国,US