191411. lajstromszámú szabadalom • Eljárás 1-hidroxi-etán-1,1-difoszfonsav előállítására mellék-visszavezetéssel
1 191 411 2 A találmány tárgya eljárás foszfonsav acetilezésével 1 -hidroxi-etán-1,1 -difoszfonsav (CH3C (OH) [PO (OH)2 ] 2) előállítására erős acetilezőszer (acetil-klorid és/vagy ecetsavanhidrid) és hidratált foszfonsavforma (foszforossav vagy foszforossav és víz), továbbá gyenge acetilezőszer (ecetsav vagy ecetsav és víz) és dehidratált foszfonsavfornia (foszfor-triklorid és/vagy foszfor-trioxid) egymás melletti, vagy egymás utáni, vagy váltakozva alkalmazott reagáltatásával, és a keletkező melléktermékek egyidejű visszavezetésével. Ismeretes, hogy az l-hidroxi-etán-l,l-difoszfonsav (HEdF) vagy sója az ipari vizek kezelésére használt segédanyag-készítmények egyik leghatékonyabb komponense, amely jelentős mértékben járul hozzá a készítmények korrózió- és rozsdásodásgátló, vízkőképződés-, vízkőlerakódás- és szennyezéslerakódás-gátló hatásához. A HEdF előállítására sokféle eljárás ismeretes, ezekről — egyebek között — a ,,Metodü polucsenija himicseszkih reaktivov i preparatov” (IREA,Moszkva, 1970) c. könyvben Las7.lovs7.kij, R. P. és társai cikke (150-155. oldal) ad áttekintést. Figyelembe véve a 2 345 199. számú NSZK-beli nyilvánosságra hozatali iratban szereplő eljárást is, megállapítható, hogy az ismert eljárások az előállítási lehetőségek valamelyikén, így: foszfor-triklorid és ecetsav; vagy foszfor-triklorid, ecetsav és víz; vagy foszfor-triklorid, ecetsav és ecetsavanhidrid; vagy foszforossav és ecetsavanhidrid; vagy foszforossav és acetilklorid; vagy foszfor-trioxid/foszforossav és ecetsav/ecetsavanhidrid használatán alapulnak. Ezeknek az eljárásoknak az alkalmazása minden esetben több-kevesebb, környezetszennyező és nehezen ártalmatlanítható, illetve nehezen hasznosítható melléktermékkel és hulladékkal jár. Egy-egy eljárás megvalósításának legnagyobb problémáját éppen a közbenső termékek (kondenzált HEdF és/vagy acetilezett HEdF), a melléktermékek (acetilklorid vagy ecetsavanhidrid vagy ecetsav) és a hulladékok (sósavas víz és/vagy ecetsavas víz) elhelyezése, hasznosítása, ártalmatlanítása jelenti. Az újabb, ismert eljárások ennek megfelelően a közbenső termékek, a melléktermékek és a hulladékok mennyiségének csökkentésére, valamint a kihozatal fokozására törekszenek, különleges reaktánsok vagy különleges reakciókörülmények (nagy hőmérséklet, hosszú reakcióidő) alkalmazásával. A 3 475 486. számú amerikai szabadalom szerint a HEdF előállításához dialkil-foszfitot és ecetsavanhidridet használnak 220 °C-ig terjedő rcakcióhőmérsékleten. Ezzel az eljárással a bevitt foszforra nézve jó kihozatalt (85 %) érnek el, de a viszonylag hosszú reakcióidő (acetilezés, 3—5 óra) és végtermék-kialakítási idő (közbenső termékek hidrolízise, sok órás gőzölés) ellenére még mindig sok és közvetlenül nem hasznosítható mellékterméket (foszforossav, ecetsav, alkohol, ecetsavészter) kapnak. A 4 060 546. számú amerikai szabadalom szerint közel sztöchiometrikus mennyiségű foszfor-trikloridból, ecetsavból és vízből, összesen 3,5-4 órás reakcióidő és néhány órás gőzölés után 130-140 °C-ig fokozatosan növelt hőmérsékleten a HEdF kevés melléktermék képződése mellett előállítható. A szabadalmi leírás szerint mérsékelt mennyiségű foszforossav és acetilklorid melléktermék, a gőzölésből eredő sósavas és ecetsavas hulladékvíz keletkezik és foszforra számítva 90- 98 % a kihozatal. Az 1213/83. számú magyar találmányi bejelentés ugyancsak foszfor-triklorid, ecetsav és víz reaktánsok 2 alkalmazására épül. A közbenső termékek mennyisége a foszfonsavfelesleget biztosító reaktánsadagolási sorrenddel, a melléktermékek mennyisége nyomás és katalizátor alkalmazásával, a hulladékok mennyisége pedig a gőzölés és gőz/víz-elvétel mérséklésével csökken a korábban ismert eljárásokkal összehasonlítva. Az eljárás a foszforra és az acilezőszerre nézve egyaránt kedvező kihozatalt biztosít, de — ha viszonylag csekély mennyiségben is — acetil-klorid, ecetsav, sósav, valamint ecetsavval és sósavval szennyezett víz ennek az eljárásnak az alkalmazása során is keletkezik. A foszfonsav-acetilezésre és a HEdF képződésére vezető reakciókat, a potenciális reaktánsok kölcsönhatását,, a különféle foszfonsavformák (foszfonsav vagy foszforossav vagy közeleső szerkezetű, vízzel foszfonsavat adó vegyiüeick, mint pl. a foszfor-trioxid vagy a foszfor-triklorid) és a különféle erősségű acetílezőszerek esetén várható folyamatokat tanulmányozva, megállapítottuk, hogy az acetilezés és a HEdF-képzés hidratált foszfonsavforma (foszforossav vagy foszforossav és víz) cselén csak erős acclilczőszerekkcl (acetil-klorid vagy ecetsavanhidrid) megy végbe, viszont dehidratált foszfonsavforma (foszfor-triklorid vagy foszfor-trioxid) esetén gyenge acetilezőszer (ecetsav vagy ecetsav és víz) jelenlétében is megvalósítható. Az ismert eljárások és a lehetséges reakciók tanulmányozása alapján, az ismert eljárások megállapításain és az eddigi kitanítások erre vonatkozó ismeretein túl azt is megállapítottuk, hogy az előbbi eljáráscsoport, illetve reakciócsoport esetén (reakció hidratált foszfonsavforma és erős acetilezőszer között), melléktermékként általában gyenge acetilezőszer (is) keletkezik, az utóbbi eljáráscsoport, illetve reakciócsoport eseten (reakció dehidratált foszfonsavforma és gyenge acetilezőszer között), melléktermékként általában erős acetilezőszer (is) keletkezik, és ezek a melléktermékek a reaktorba, a megfelelő reakciópartnerekhez, reaktánsként visszavezethetők. Ennek felismerésével melléktermékmentes, továbbá hulladékmentes vagy csak csekély és hasznosítható hulladék képződésével járó eljárás alakítható ki. Találmányunk a foszfonsav-acetilezésnek és a HEdF előállításának olyan, meiléktermékmentes, továbbá hulladékmentes vagy csak csekély és hasznosítható hulladék képződésével járó megoldására vonatkozik, amely a reaktánspárok szempontjából váltakozva alkalmazott lépésekből áll (több berendezésben, egyidejűleg, egymás mellett és/vagy egy berendezésben, időben egymást követően), amelyekben a reakciópartnerek egyikének, az acetilezőszernek egy részét vagy egészét az (ugyanazon vagy másik berendezésben végrehajtott) előző lépésben melléktermékként kapott acetilezőszer képezi, a további reakciópartner pedig az ezen acetilezőszerrel reagáló foszfonsavforma. Az acetilezésre és a HEdF előállitására felhasználható foszfonsavformák: (1) foszfor-triklorid (PC13), (2) foszfor-triklorid és foszfor-trioxid (P406), (3) foszfor-triöxid, (4) foszfor-trioxid és foszforossav (ll^FOj), (5) foszfor-triklorid és foszforossav, (6) foszforossav, (7) foszforossav és víz, továbbá acetilezőszerek: (A) ecetsav (CH3COOH) és víz, (B) ecetsav, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
