CH529148A

CH529148A - Verfahren zur Herstellung von Cyanurchlorid

Info

Publication number: CH529148A
Application number: CH1337370A
Authority: CH
Inventors: Riethmann Jean
Original assignee: Agripat Sa
Priority date: 1970-09-08
Filing date: 1970-09-08
Publication date: 1972-10-15

Description

Verfahren zur Herstellung von Cyanurchlorid
Vorliegende Erfindung betrifft ein neues verbessertes Verfahren zur Herstellung von Cyanurchlorid durch Trimerisierung von gasförmigem Chlorcyan in Gegenwart von Aktivkohle als Katalysator, welches Verfahren es gestattet, die Lebensdauer dieses Katalysators merklich zu verlängern.

Cyanurchlorid ist ein wertvolles chemisches Zwischenprodukt zur Herstellung vieler anderer Stoffklassen, wie z. B.

Chemotherapeutika, Herbizide, Farbstoffe, Aufheller, Kunstharze, Kunststoffe, Gummiprodukte, Sprengstoffe und andere Materialien.

Bei der Herstellung von Cyanurchlorid wird gewöhnlich gasförmiges Chlorcyan in Gegenwart eines Chlorierungsmittels mit Aktivkohle als Katalysator behandelt.

Es wurde nun gefunden, dass man die Lebensdauer des Katalysators und somit dessen Wirkungsgrad ganz beträchtlich erhöhen kann, wenn man das feuchtigkeitshaltige, gasförmige Chlorcyan vor der Trimerisierung mit Phosphorpentoxid in Berührung bringt. Diese Umsetzung wird in Gegenwart eines Chlorierungsmittels durchgeführt.

Die Behandlung des feuchten Chlorcyan-Gasstroms muss vor der Trimerisation erfolgen, d. h. vor der Umwandlung des Ausgangsstoffes Chlorcyan in das gewünschte Cyanurchlorid.

Die damit erzielte Erhöhung der Lebensdauer und der Wirksamkeit des Katalysators ist ausserordentlich überraschend und unerwartet.

Die Herstellung von Cyanurchlorid durch Umwandlung von gasförmigem Chlorcyan wird üblicherweise so vorgenommen, indem man Chlorcyan in einem Trimerisierungs-Apparat in Gegenwart eines Aktivkohle-Katalysators bei Temperaturen oberhalb etwa 2500C erhitzt. Die Umsetzung lässt sich durch folgende Gleichung veranschaulichen:
EMI1.1

Chlorcyan <SEP> N <SEP> Cyanurchlorid <SEP> (CC)
<tb>
Die Umsetzung wird in Gegenwart eines Chlorierungsmit tels durchgeführt wie z. B. Chlor, Phosgen und dgl., in Mengen zwischen 0,5 und 10% und vorzugsweise etwa 5%, berechnet auf das Chlorcyan. Dieses Verfahren ist im amerikanischen Patent Nr. 3 312 697 beschrieben worden.

Der verwendete Aktivkohle-Katalysator ist vorzugsweise ein solcher, welcher im USA-Patent Nr. 3 018 288 beschrieben ist.

Vor der Behandlung des gasförmigen Chlorcyans mit dem Aktivkohle-Katalysator ist das verwendete Chlorcyan üblicherweise mit Wasserdampf gesättigt (200C) und enthält gewöhnlich etwa 5 000 ppm (5 Promill) Wasser. Es wurde festgestellt, dass der Aktivkohle-Katalysator durch die Anwesenheit schon von geringen Mengen Feuchtigkeit sehr ungünstig beeinflusst wird, d. h. bei Anwesenheit von Mengen von
1-3 Promill oder mehr Wasser und deshalb kann der Katalysator nur für eine beschränkte Zeitperiode wirksam bleiben, wenn das Chlorcyan in Berührung mit der Aktivkohle gebracht wird. So beträgt die Lebensdauer des Aktivkohle-Katalysators bei Behandlung von mit Feuchtigkeit beladenem Chlorcyan nur etwa 30-60 Tage, was notwendigerweise eine ständige Ersetzung des Katalysators bedingt.

Nach der Behandlung des genannten Chlorcyan mit wasserfreiem Phosphorpentoxid gemäss der Erfindung wurde eine sehr beträchtliche und wichtige Herabsetzung des Wassergehalts des Chlorcyans erzielt, nämlich auf etwa 50 ppm Wasser und sogar herab bis auf 10 ppm Wasser und es wurde überraschenderweise festgestellt, dass in einem solchen praktisch wasserfreien Medium die Lebensdauer des Katalysators auf unbestimmte Zeit verlängert wird, so dass seine Wirksamkeit 6-9 Monate und sogar mehr erhalten bleibt.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird nachstehend näher erläutert.

Es wird eine geeignete Reaktorkolonne, z. B. eine solche, wie sie im USA-Patent 3 197 273 beschrieben ist, verwendet und ein Chlorgasstrom sowie ein Chlorcyanstrom werden in den Mittelteil der Reaktionskolonne eingeführt. Der Chlorcyan-Einlass liegt oberhalb des Chlorgas-Einlasses. Am oberen Ende des Reaktors wird genügend Wasser eingegeben, um das Nebenprodukt HC1 am Boden der Kolonne mit der gewünschten Konzentration abzuziehen. Das gasförmige Chlorcyan und überschüssiges Chlorgas werden am Kopfteil aus dem genannten Reaktor abgezogen und da der dort erhaltene Gasstrom merkliche Mengen Wasser enthält, wird er durch drei geeignete, mit Calziumchlorid beschickte und in Serie angeordnete Entwässerungs-Kolonnen und dann durch einen, mit Phosphorpentoxid gefüllten Trockner durchgelassen.

Es ist wichtig, soviel Wasser wie möglich aus dem Chlorcyan zu entfernen, da sonst die Lebensdauer des Katalysators merklich verkürzt wird. In einem kontinuierlichen Verfahren ist es höchst wünschenswert, die Desaktivierung des Katalysators zu vermeiden und damit auch eine häufige Ersetzung des Katalysators zu umgehen.

Es wurden Untersuchungen durchgeführt, um die Wirksamkeit verschiedener Trocknungsmittel zur Entfernung oder merklichen Reduktion des Wassergehaltes im Chlorcyangasstrom zu bestimmen. Silicagel, aktivierte Tonerde, 76- und 93 %-ige Schwefelsäure sowie Polyphosphorsäure (105% H3PO4) wurden untersucht, aber wegen ihrer Reaktionsfähigkeit mit Chlorcyan als unbefriedigend befunden. Molekularsiebe sind ebenfalls ungeeignet, da sie auch mit Chlorcyan reagieren und dessen Hydrolyse oder sonstige unerwünschte Nebenreaktionen hervorrufen.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass Phosphorpentoxid nicht nur mit Chlorcyan nicht reagiert, sondern zudem hervorragend wirksam ist für die Herabsetzung des Wassergehaltes im Chlorcyan auf ein Niveau, bei welchem der Aktivkohle-Katalysator während einer unbeschränkten Zeitspanne von 6-9 Monaten störungsfrei und effektvoll wirken kann.

Beispiel 1
Um den Zusammenhang zwischen Feuchtigkeitsgehalt des Chlorcyanstroms und der Lebensdauer des Katalysators festzustellen, wurden Trimerisierungskolonnen mit frisch hergestellten Aktivkohle-Katalysatoren kurz vor Beginn des Testes beschickt. Der Chlorcyangasstrom zur ersten Trimerisierungskolonne wird mit Calziumchlorid allein getrocknet während der Chlorcyangasstrom zur zweiten Kolonne sowohl mit Calziumchlorid als auch mit Phosphorpentoxid getrocknet wurde.

Das Phosphorpentoxid befindet sich dabei in einem Bett von der Dimension 0,76 X 2,4 m, welches mit einer 6,4 mm dicken Schicht P205 ausgekleidet ist, und dieses Bett wird stromaufwärts zwischen die Calziumchlorid-Trockner und die Trimerisatoren installiert. In den Trimerisator-Röhren befindet sich auch ein Thermoelement zur Messung der Reaktionstemperatur.

Es wurde festgestellt, dass der Katalysator infolge Vergiftung durch die Feuchtigkeit entaktiviert wird. Ebenso wurde gefunden, dass bei Behandlung des Chlorcyangases mit Calziumchlorid allein (und nicht zusätzlich noch mit Phosphorpentoxid), die Lebensdauer des Katalysators beschränkt ist und derselbe nur während etwa 30-60 Tagen wirksam bleibt und nach dieser Zeitspanne ersetzt werden muss.

Wenn hingegen der Chlorcyangasstrom durch eine Reihe Calziumchloridtrockner geleitet wird und hierauf mit Phosphorpentoxid getrocknet wird, ist es möglich, den Feuchtigkeitsgehalt des Chlorcyans auf 50 ppm und sogar bis auf 10 ppm zu reduzieren. Die Lebensdauer des Katalysators ist bei diesem niedrigen Feuchtigkeitsgehalt ganz beträchtlich erhöht und der Katalysator ist für eine Zeitspanne von 6-9 Monaten und länger betriebsfähig.

Daraus geht hervor, dass der Feuchtigkeitsgehalt im Chlorcyangasstrom in direkter Weise mit einer kurzen Lebensdauer des Katalysators zusammenhängt und eine ganz beträchtliche Erhöhung der Lebensdauer des Katalysators erzielt werden kann, wenn das Chlorcyangas mit Phosphorpentoxid getrocknet wird.

Obwohl die Kontaktzeit des gasförmigen Chlorcyan mit Phosphorpentoxid nicht kritisch ist, wurde eine Verweilzeit bis zu 15 Minuten und insbesondere zwischen 1 und 5 Minuten als geeignet befunden. Verweilzeiten von mehr als 15 Minuten ergaben keinerlei Vorteile.

Ebenso spielt die Form, unter welcher das Phosphorpentoxid verwendet wird, keine Rolle, da ausgezeichnete Resultate erhalten wurden bei Verwendung des obengenannten Materials sowohl in Pulverform als auch in Granulatform.

Beispiel 2
Unter Befolgung der im Beispiel 1 angegebenen generellen Verfahrensweise wird Chlorcyangas mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 20 g pro Stunde und Chlor mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 2,3 g pro Stunde über 5 g Aktivkohle mit einer Kontaktzeit von etwa 15 Sekunden bei einer Temperatur von 360OC geleitet. Das Chlorcyan wurde vorher durch Überleiten des Gases über Phosphorpentoxid getrocknet. Man erzielte dabei eine Umwandlungsausbeute von Chlorcyan zu Cyanurchlorid von 82,8% nach 36 Stunden und diese Umwandlungsquote blieb während des Restes des Versuches konstant d. h. während weiteren 56 Stunden.

Verfährt man jedoch in gleicher Weise mit dem einzigen Unterschied, dass das Chlorcyan vorher nicht mit Phosphorpentoxid getrocknet wurde, erhält man nach 40-60 Stunden nur eine Umwandlungsquote zu Cyanurchlorid von 60%; nach 100 Stunden war die Umwandlungsquote auf 30,8% gesunken.

In ähnlicher Weise wurde gemäss der Erfindung unter Verwendung von Phosphorpentoxid als Trocknungsmittel eine Umwandlung von 95,4% erzielt, welche bis zur Beendigung des Experimentes konstant blieb, d. h. nach 162 Stunden.

Bei Verwendung der Verfahrensweise vorliegender Erfindung wird die Lebensdauer des Katalysators auf mindestens 69 Monate erhöht.

Es kann somit ersehen werden, dass mit vorliegender Erfindung ein stark verbessertes Verfahren zur Verlängerung der Lebensdauer des Katalysators bei der Herstellung von Cyanurchlorid entwickelt worden ist.

Claims

PATENTANSPRUCH

Verfahren zur Herstellung von Cyanurchlorid durch Umwandlung von gasförmigem Chlorcyan in Gegenwart eines Aktivkohle-Katalysators und mindestens 0,5% eines Chlorierungsmittels, dadurch gekennzeichnet, dass man den feuchten Chlorcyangasstrom vor der Trimerisierung mit wasserfreiem Phosphorpentoxid behandelt.

UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren gemäss Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man den Chlorcyangasstrom zuerst mit Calciumchlorid trocknet.

2. Verfahren gemäss Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Kontaktzeit zwischen dem wasserfreien Phosphorpentoxid und dem Chlorcyangasstrom von bis zu 15 Minuten einhält.

3. Verfahren gemäss Patentanspruch und Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtigkeitsgehalt des Chlorcyangasstromes auf etwa 50 ppm und darunter herabgesetzt wird.