CH641785A5 - Verfahren zur gewinnung von cyanurchlorid. - Google Patents

Description

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PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur Gewinnung von Cyanurchlorid in fester und/oder flüssiger Form aus dem Reaktionsgemisch, das nach der Trimerisierung von Chlorcyan anfällt, dadurch gekennzeichnet, dass man das Reaktionsgasgemisch in eine Apparatekombination mit einer Abtriebskolonne und einem ihr nachgeschaiteten Kondensator einleitet und den Sumpf der Abtriebskolonne auf Siedetemperatur des Cyanurchlorids hält, worauf man das im Reaktionsgasgemisch enthaltene Cyanurchlorid am Austritt des Kondensators im Bereich von 146 bis 190°C abkühlt und zur Gewinnung des Cyanurchlorids in flüssiger Form das flüssige Cyanurchlorid am unteren Ende der Abtriebskolonne als solches abnimmt und/ oder direkt oder nach einer Zwischenlagerung einem Sprühturm zuführt und darin versprüht, worauf man das feste, feinkörnige Cyanurchlorid am Boden des Sprühturms entnimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das in flüssiger Form anfallende Cyanurchlorid im Anschluss an die Kondensation in der Abtriebskolonne von gelöstem Chlor und Chlorcyan befreit.

Cyanurchlorid, das durch Trimerisieren von Chlorcyan mit Hilfe von Katalysatoren, vor allem Aktivkohle, gewonnen wird, ist bekanntlich ein sehr interessantes Zwischenprodukt für verschiedene industrielle Sektoren, wie die Herstellung von Farbstoffen und Produkten für die Textilindustrie, sowie für Pharmazeutika, Produkte für die Landwirtschaft, aber auch solche für die Kunststoff-, Kautschuk- und Sprengstoffindustrie. Cyanurchlorid fällt bekanntlich nach der Trimerisierung gasförmig an, zusammen mit nicht umgesetzten Chlorcyan und Chlor, sowie Nebenprodukten.

Es war lange Zeit üblich, dieses Reaktionsgasgemisch direkt in festes Cyanurchlorid zu überführen, z.B. durch Einleiten des Gasgemisches in von aussen gekühlte Räume (s. «Ulimann», Enzyklopädie der technischen Chemie, 3. Auflage, 1954, Bd. 5, Seite 624 und 625 und 4. Auflage 1975,

Band 9, Seite 652).

Oder durch Einführung in eine mit Wasser gekühlte Kugelmühle gemäss dem Verfahren der US-PS 3.256.070.

Festes Cyanurchlorid fällt im allgemeinen pulverförmig an und wird bisher überwiegend in dieser Form weiterverarbeitet.

Ein Nachteil des festen Cyanurchlorids ist aber seine oft nicht einfache Handhabung.

Bei seiner Abfüllung und Lagerung, wie auch bei seiner Weiterverarbeitung waren Vorsichtsmassnahmen notwendig.

Ausserdem war die Abscheidung in fester Form auch mit gewissen technischen Schwierigkeiten verbunden, da sich Cyanurchlorid zum Teil in Form grober Kristalle an den Wänden und Einbauten der Abscheidegefässe und Austrags-aggregate absetzte.

Diese groben Kristalle mussten mechanisch abgeschlagen werden und führten dann zu einer deutlichen Qualtätsver-schlechterung des Endproduktes.

Um die Abscheidung grober Kristalle zu vermeiden, wurden inerte Kühlflüssigkeiten bei der Abscheidung des festen Cyanurchlorides über Düsen versprüht, s. DE-PS 1 266 308.

Dabei traten aber Verkrustungen an den Düsen und damit Verstopfungen auf.

Aus Gründen der Arbeitshygiene und des Umweltschutzes, sowie auch mit dem Aufkommen von immer mehr automatisierten Verfahren war es erforderlich, Cyanurchlorid in einer besser zu handhabenden und zu verarbeitenden Form zu gewinnen.

Hierfür bot sich Cyanurchlorid in flüssiger oder gelöster Form an. Das Vorliegen von Cyanurchlorid in gelöster Form erfordert aber einen ziemlich grossen Aufwand für die Bereitstellung und Rückgewinnung des Lösungsmittels. Ausserdem traten Abgasprobleme auf, die das Verfahren zusätzlich komplizierten, s.US-PS 3 539 565.

Auch muss sich das verwendete Lösungsmittel in jedem Fall nach dem späteren Verarbeitungszweck richten, und die Löslichkeit von Cyanurchlorid in den einzelnen Lösungsmitteln ist recht unterschiedlich.

Des weiteren sind Verfahren bekannt, die gasförmiges Cyanurchlorid unter Zuhilfenahme einer Hilfsflüssigkeit verflüssigen.

Diese Hilfsflüssigkeit - wie z.B. Phosphoroxychlorid - soll das Austreten des Cyanurchlorids aus der Fraktionierkolonne verhindern.

Die Verwendung einer solchen Hilfsflüssigkeit erfordert aber eine aufwendige Apparatur zur Aufarbeitung und Rezy-klierung der eingesetzten Hilfsflüssigkeit, sowie zur Reinigung des Abgases.

Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass gelegentliche Durchbrüche der Hilfsflüssigkeit in die flüssige Cyanurchlorid-phase zu erheblichen Qualitätseinbussen führten.

Trotzdem wäre es aufgrund der steigenden Bedeutung des flüssigen Cyanurchlorides und des hohen Marktanteils von pulverförmigem Cyanurchlorid wünschenswert, wenn ein Verfahren existieren würde, nach dem beide Phasen in der gleichen Apparatur und auf einfachem Wege gewonnen werden könnten.

Zweck der Erfindung ist also die Schaffung eines Herstellungsverfahrens für Cyanurchlorid, bei dem Cyanurchlorid weitgehend wahlweise in flüssiger oder fester Form gewonnen weden kann.

Es wurde nun gefunden, dass sich Cyanurchlorid kontinuierlich aus dem nach der Trimerisierung von Chlorcyan anfallenden Reaktionsgemisch in fester und/oder flüssiger Form gewinnen lässt, wenn man das Reaktionsgasgemisch in eine Apparatekombination mit einer Abtriebskolonne und einem ihr nachgeschalteten Kondensator, vorzugsweise oberhalb der Abtriebskolonne einleitet, und den Sumpf der Abtriebskolonne auf Siedetemperatur des Cyanurchlorids hält, worauf man das im Reaktionsgasgemisch enthaltene Cyanurchlorid am Austritt des Kondensators im Bereich von 146 bis 190°C abkühlt und zur Gewinnung des Cyanurchlorids in flüssiger Form das flüssige Cyanurchlorid am unteren Ende der Abtriebskolonne als solches abnimmt und/oder direkt oder nach einer Zwischenlagerung einem Sprühturm zuführt und darin versprüht, worauf man das feste, feinkörnige Cyanurchlorid am Boden des Sprühturms entnimmt.

Durch Einstellen der Temperatur am Austritt des Kondensators kann die Menge der flüssig abzuscheidenden zu der aus der über Kopf mit dem Restgas abgehenden Menge Cyanurchlorid eingestellt werden.

Je tiefer diese Temperatur liegt, desto geringere Mengen an Cyanurchlorid werden mit dem Restgas entfernt.

Dieses Restgas kann vernichtet oder in bekannter Weise aufgearbeitet werden, z.B. durch Desublimation.

Bekanntlich hängen die Mengen an nichttrimerisiertem Chlorcyan, sowie an Chlor und Inertgasbestandteilen im Restgas von der Beschaffenheit des Katalysators und damit den Bedingungen ab, die im Trimerisierungsteil für Chlorcyan herrschen.

Als Abtriebskolonne dienen z.B. herkömmliche Destillationskolonnen.

Als Kondensatoren können bekannte Wärmeaustauscher, vorzugsweise Wärmeaustauscher mit Rohrbündeln, eingesetzt werden. Diese Kondensatoren können der Abtriegsko-lonne entweder nachgeschaltet oder - wie schon gesagt -

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bevorzugt als Kopfkondensatoren angeordnet sein.

Die Wärmeabführung geschieht vorzugsweise durch bekannte Wärmeübertragungsmedien.

Zwar ist es möglich, das Reaktionsgasgemisch direkt in die Abtriebskolonne einzuführen, aber es hat sich als energetisch günstig erwiesen, das Reaktionsgas oberhalb der Abtriebskolonne in die Apparatekombination einzuleiten. Besonders günstig ist der Einbau eines Zwischenelementes in die Apparatekombination, und zwar zwischen der Gaseinführung oberhalb der Abtriebskolonne und dem Kondensator.

In diesem Zwischenelement erfährt das zu kondensierende Reaktionsgasgemisch eine Zwischenkühlung, bevor es in den Kondensator eintritt.

Als Sprühturm und Abscheidekammer können übliche Apparate mit Luft- oder Flüssigkeitskühlung verwendet werden.

Als Sprühorgan des Sprühturmes dienen z.B. alle hierfür geeigneten Apparaturen, wie Sprühteller, Ein- und Zweistoffdüsen verschiedener Bauarten, denen verschiedenartige Zerstäubungsprinzipien zugrunde liegen können.

Der technische Fortschritt des erfindungsgemässen Verfahrens liegt einmal - wie schon gesagt - in der Flexibilität des Verfahrens, mit dem flüssige und feste Anteile an Cyanurchlorid aus dem Reaktionsgasgemisch im Anschluss an die Trimerisierung von Chlorcyan gewonnen werden können.

Zum anderen erfordert das technisch leicht durchführbare Verfahren nur wenige Verfahrensstufen, da das Verfahren ohne zusätzliche chemische Hilfsstoffe auskommt.

Darüber hinaus zeichnen sich die Endprodukte durch grosse Reinheit - und was das Festprodukt betrifft - durch eine besondere Feinkörnigkeit und sogar verbesserte Rieselfähigkeit aus.

Das flüssige Cyanurchlorid wird ausserdem vorzugsweise frei von Chlor und Chlorcyan gewonnen, z.B. durch Austreiben der gelösten Gase aus dem verflüssigten Cyanurchlorid.

Ferner arbeitet das Verfahren umweltfreundlich, da die in den Restgasen enthaltenen schädlichen Komponenten, wie z.B. Chlor und Chlorcyan, durch übliche Waschprozesse entfernt und gegebenenfalls wieder in die Chlorcyanherstellung zurückgeführt werden können.

Das erfindungsgemässe Verfahren wird anhand der Zeichnung und des Beispiels näher erläutert. In der Zeichnung wird durch die Rohrleitung 1 das überhitzte Reaktionsgasgemisch, das sich aus Cyanurchloriddampf und dem Restgas aus Chlor, Chlorcyan und Inertgasen zusammensetzt, und das den hier nicht gezeigten Trimerisierungsreaktor verlässt, in die Apparatekombination 2 geleitet.

Die Apparatekombination besteht aus der Abtriebskolonne 2 b und dem Kopfkondensator 2 c. Gegebenenfalls kann durch Einschiebung des Zwischenelementes 2 a die Abkühlung des Dampfgemisches auf Sattdampftemperatur erfolgen, wobei ein Teil des aus dem Kondensator ablaufenden Cyanurchloridkondensates erneut verdampft.

Ohne Zwischenelement 2 a wird das Dampfgemisch direkt unterhalb des Kondensators 2 c eingeführt und dort gekühlt.

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Ein Teil des in die Apparatekombination 2 eintretenden Cyanurchloriddampfgemisches wird im Kondensator 2 c verflüssigt, der restliche Anteil wird gemeinsam mit den nicht kondensierten Gasen aus dem System herausgeführt und gegebenenfalls in einer Abscheidekammer (nicht gezeigt) von Cyanurchlorid befreit.

Das Verhältnis von kondensiertem zu gasförmig bleibenden Cyanurchlorid wird mit Hilfe der Temperaturmessund Regelstelle 3 am Austritt des Kondensators 2 c eingestellt.

Im Abtriebsteil der Abtriebskolonne 2 b werden die im verflüssigten Cyanurchlorid gelösten Restgase, vor allem Chlor und Chlorcyan, entfernt.

Dazu ist eine Sumpftemperatur erforderlich, die grösser oder gleich der Siedetemperatur des flüssigen Cyanurchlorids bei dem entsprechenden Kolonnendruck ist und die mit Hilfe des Verdampfers 9 aufrecht erhalten wird.

Die so hergestellte, von Restgasen gereinigte Cyanurchlo-ridschmelze wird durch die Leitung 10 dem Vorratsbehälter 11 zugeführt, aus dem sie über Leitung 11 a entnommen werden kann.

Soll die Cyanurchloridschmelze in feste Form überführt werden, so kann man sie sowohl direkt über Leitung 12 wie aus dem Vorratsbehälter 11 und Leitung 15 mittels Pumpe 13 dem Sprühturm 14 zuführen und dort versprühen und sie über Leitung 14 a als gesprühtes Festprodukt entnehmen.

Alle Apparateteile und Leitungen, die Cyanurchlorid-schmelzen enthalten oder führen, müssen auf Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes von Cyanurchlorid beheizt werden.

Beispiel

Ein Gemisch von 981 kg Cyanurchloriddampf und 70 kg Restgas (N2, CI2, CINCN, CO2) wird der Abtriebskolonne 2 b stündlich zugeführt. Der Druck des Gemisches beträgt 106 kPa und seine Temperatur 225°C.

Nach der Abkühlung auf die Sattdampftemperatur von 191 °C in dem Zwischenelement 2 a wird das Gemisch im Kondesator 2 c auf 150°C abgekühlt. Zur Abscheidung der gelösten Restgase im verflüssigten Cyanurchlorid wird dem in der Kolonne herablaufenden Flüssigkeitsstrom ein Cya-nurchloriddampfstrom von 196 kg/h aus dem Sumpf entgegengeführt.

Im Sumpf der Kolonne fallen 891 kg/h praktisch reiner Cyanurchloridschmelze an. Diese Schmelze wird in einem Sprühturm mit einer Zweistoffdüse versprüht, dabei wird folgende Kornverteilung erhalten:

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50-71 (im 4,1 Gew.%

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Das Cyanurchlorid enhaltende Restgas von 150°C verlässt den Kopfkondensator 2c über die Leitung 4.

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1 Blatt Zeichnungen