178914. lajstromszámú szabadalom • Eljárás klórcián előállítására ciánhidrogénből és klórból vizes közegben
178914 A Emiatt az ammóniumkJorid keletkezését a lehető legnagyobb mértékben vissza kell szorítani. A találmánnyal az a célunk, hogy a reakciótér csökkentése útján a hidrolízist gátoljuk, tehát javítsuk a klórcián kitermelését időegységre és térfogategységre vonatkoztatva. Azt találtuk, hogy a klórcián olyan előállításánál, ahol a reakció során nincs térfogatváltozás, az egységnyi időre es térfogatra eső kitermelés lényegesen javítható, ha a vizes közegben lejátszódó reakciónál a klór összmennyiségét teljesen oldatba visszük a jelenlevő reakcióközegben, mégpedig nyomás alkalmazásával. Az eddig ismert előállítási eljárásokkal szemben, amelyek vegyes fázisban, mégpedig gáz-folyadék-fázisban, dolgoznak nagy vízmennyiségek jelenlétében és rossz a térfogat-idő-kitermelésük, felismertük, hogy a klórnak csak az oldatba ment része reagál a ciánhidrogénnel klórciánná. A nyomást előnyösen olyan nagyra választjuk, hogy a képződött klórcián is oldatban marad, így homogén, folyékony fázisban dolgozunk. Emellett az egész rendszerben vagy csak a reaktorban alkalmazunk nyomást. A nyomás nagysága 1,5—16 bar, előnyösen 2- 4 bar. Az egyes esetekben alkalmazott nyomás a klóricán kívánt átalakulásától, illetve az egyidejűleg keletkező sósav kívánt koncentrációjától függ, növekvő nyomás esetén több klór és ciánhidrogén alakul át víz-térfogategységenként. Más szavakkal ez azt jelenti, hogy több klórcián és egyidejűleg koncentráltabb sósav keletkezik. A víz mennyiségét úgy választjuk meg, hogy a klór és adott esetben a képződött klórcián oldásához is elegendő legyen az adott hőmérsékleten és az alkalmazott nyomáson. A vízmennyiséget egyszerű kísérlet útján meg tudjuk állapítani. Víz helyett vizes sósav, mégpedig a körfolyamatban keletkezett sósav, ugyancsak használható. A találmány szerint tehát nagy klór- és klórciánkoncentrációval dolgozunk vizes közegben. így például 1 liter vizes közegre számítva több, mint 100 g klórciánkoncentrációnál vagy ennél nagyobb koncentrációknál is dolgozhatunk. Az eddigi eljárásoknál általában csak körülbelül 30 g klórciánt alkalmaztak 1 liter vizes közegre számítva. A nagy klórciánkoncentrációkat eddig tudatosan kerülték, mivel a szakterületen az a felfogás volt az uralkodó, hogy ezzel a (2) és a (3) reakcióegyenletek szerinti hidrolízis meggyorsul. Az eddigi felfogással szemben azonban kitűnt, hogy a hidrolízis nem fokozódik, hanem lényegesen csökken, ha a reakció az említett nyomáson megy végbe. Ennek oka az, hogy a reakcióelegy jóval rövidebb ideig tartózkodik a reaktorban, a tartózkodási idő annyira megrövidül, hogy az eddigieknél magasabb hőmérsékletet is alkalmazhatunk. Kitűnt, hogy bár egészen a víz forráspontjáig terjedő hőmérsékleten dolgozhatunk, elsősorban a körülbelül 70 °C-ig terjedő hőmérsékletek alkalmazhatók minden további nélkül. A hőmérséklettartomány alsó határa a klórcián forráshőmérsékletén van, előnyösen tehát 20 °C és 60 °C között dolgozhatunk. Az eddigi eljárásoknál a reakciót csak körülbelül 30 °C-on végezték, ennek során a hőmérsékletet például víznek közvetlen adagolása útján alacsonyan tartották, mint azt a 3 197 273 számú amerikai szabadalmi leírás ismerteti. A találmány szerinti eljárásnál alkalmazott magasabb hőmérsékletek a körfolyamatban áramló oldatnál hűtőenergia megtakarításához vezet, mivel most a reakció magasabb hőmérsékletszintről vezethető el, így az eddigiekhez képest melegebb hűtővizet vagy kisebb felületű hűtőket használhatunk. Mivel ezáltal a körfolyamatban levő oldat lecsapolandó részáramának - illetve egyszeri átfolyásnál az egész folyadékmennyiség - hőmérséklete is magasabb, mint a nyomás nélküli eljárásé, kevesebb fűtőenergiára van szükség ennek az áramnak a kiforralásához, azaz a klórcián és a ciánhidrogén viszszanyeréséhez. Ezenkívül a második végtermékként keletkező sósav is töményebb formában kapható, mint eddig. A keletkező sósav tehát alkalmasabb továbbfeldolgozásra, mint az eddigi híg sósav. A találmány szerinti eljárással például 25 súly%-os sósavat is kaphatunk. Kedvező, ha 2,5 bar nyomáson és 55 °C hőmérsékleten dolgozunk és 15 súly%-os sósavat kapunk. A ciánhidrogén és klór kiindulási anyagokat mind gáz alakban, mind pedig folyékony alakban alkalmazhatjuk, előnyösen folyékony formában használjuk. Lehetőség van arra is, hogy a ciánhidrogént 20 súly%-os vizes oldatként vagy cianidokból felszabadított állapotban alkalmazzuk. Az eljárást a reakcióban részt vevő anyagok sztöchiometrikus mennyiségeivel hajtjuk végre, csak az indulásnál használunk kis feleslegben, előnyösen 0,l-0,5súly% mennyiségben, ciánhidrogént a vizes közegre vonatkoztatva, de nagyobb mennyiségeket is alkalmazhatunk (827 358 számú NSZK-beli és 2 672 398 számú amerikai szabadalmi leírás). A reakció alatt bevitt sztöchiometrikus mennyiségű klór és kéksav az oldatban gyakorlatilag mennyiségileg reagálnak. így tehát nincs szükség nagy ciánhidrogénkoncentrációra a vizes oldatban azért, hogy a kapott klórciángáz klórfeleslegtől mentes legyen és a sztöchiometrikusnál nagyobb mennyiségű klórt sem kell alkalmazni annak érdekében, hogy a képződött klórciángázt gyakorlatilag ciánhidrogéntől mentesen állítsuk elő. Ez érvényes akkor is, ha - ahogy fent említettük - egy ismert csekély ciánhidrogén-szintet kell fenntartani a vizes közegben. Amennyiben megfelelő magas nyomáson a reakciót az (1) egyenlet szerint teljesen jobbra toljuk el, olyan klórcián keletkezik, amely teljesen mentes klórgáztól, ami például a klórciánnak acélpalackokban való tárolásánál szükséges. Lehetséges az is, hogy a nyomást a reakciótérben valamivel kisebbre állítsuk be a fent megadott értékeknél. Ennél a kisebb nyomásnál a reakció nem játszódik le teljesen, az átalakulás nem 100%-os. Cseppfolyós klór használata esetén célszerű, ha a klórozási szakaszban legalább olyan nyomást tartunk fenn, amely megfelel a klór gőznyomásának a klórnak a klórozási szakaszba való belépési helyén, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
