178915. lajstromszámú szabadalom • Eljárás klórcián előállítására
5 178915 6 A reakciót a klórcián előállítására szokásosan alkalmazott reakciócsövekben hajtjuk végre, amelyeket felső részükön kibocsájtó szeleppel látunk el a távozó gázok számára. A találmány szerinti eljárásnak az a műszaki előnye, hogy a ciánhidrogén sokkal nagyobb mértékben alakul át klórciánná, mint a nyomás nélküli eljárásoknál, ezáltal a ciánhidrogénrész a gázban jelentősen lecsökken és a klórcián-kitermelés jelentősen megnő. Ezenkívül olyan klórciánt kapunk, amely gyakorlatilag mentes oxigéntől, így a danurkloriddá való trimerizálás sokkal egyszerűbben végrehajtható mint eddig. További előny az eddig szokásos, ciánhidrogén közvetlen klórozásán alapuló eljárásokhoz képest, hogy a klórozásnál keletkező sósav azonnal átalakítható klórciánná és így a sósav eltávolítása elmarad. A találmány szerinti eljárást a következő példákon közelebbről is bemutatjuk. 1. példa Az 1. ábrán bemutatott, folyamatos működésű készülékben 40 liter olyan oldatot keringtetünk valamely I reaktorban, II nyomáscsökkentő tartályban, III mosóban, IV gázmentesítő kolonnában és V nyomás alatti mosóban körfolyamatban, amely literenként 13,0 g CuCl2 *2H20-t és 3,35 g FeCl3 •6H20-t tartalmaz. Az 1 vezetéken keresztül 1,6 kg/óra ciánhidrogént adunk a 10 vezetékben levő reakcióoldathoz, amelyet a 10a szivattyú segítségével az I reaktorba szállítunk, az I reaktorba a 3 vezetéken át 4,301 kg/óra 50 súly%-os vizes hidrogénperoxidot (ez a sztöchiometrikus mennyiségnél 10%-kal több) és a 2 vezetéken 21,6 kg/óra 10súly%-os vizes sósavat adagolunk a 3a és a 2a szivattyúk segítségével. Üzem közben a sósavadagolás szabályozása útján a reakcióoldat pH-ját pontosan 0,25 és 0,35 érték között tartjuk. A szabaddá váló klórcián miatt az l reaktorban és az V nyomás alatti mosóban egészen 4 bar-ig terjedő nyomás alakul ki, amelyet a nyomás alatti mosó fejrészén levő 6a nyomástartó szelep segítségével állandó értéken tartunk. Az I reaktor fejrészén összegyűlik a hidrogénperoxid bomlásából eredő oxigén és az oxidativ elszappanosodás és az ezt követő reakciók eredményeként keletkező széndioxid és nitrogén. o A reakcióhőmérsékletet körülbelül 50 °C-on tartjuk. A kialakult nyomáson a katalizátor-oldatban oldott klórcián a 7 vezetéken és a 7a fesztelenítő szelepen keresztül a II nyomáscsökkentő tartályba kerül. Az oldat koncentrációja itt körülbelül 5 súly% klórciánról körülbelül l-2súly%-ra csökken, így körülbelül lOOliter/óra körfolyamatnál mintegy 3,5 kg klórcián szabadul fel. A II nyomáscsökkentő tartály alján levő katalizátor-oldat egy része a 9 vezetéken és a 9a szelepen keresztül a IV gázmentesítő kolonnába jut, ahol körülbelül 100 °C-on mentesítjük a klórciántól, ciánhidrogéntől és a széndioxidtól. Óránként 40 liter katalizátor-oldatot gáztalanítunk. Innen 16 liter/óra mennyiségű oldat a 12 vezetéken és a 12a szivatytyún át az V nyomás alatti mosóba kerül, ahol az I reaktor fejrészében összegyűlt gázelegy az 5 vezetéken keresztül beáramlik, ezt itt mosással klórciántól mentesítjük, majd a 6 vezetéken és a 6a nyomástartó szelepen keresztül fesztelenítjük és kiengedjük. A mosóoldat a 13 vezetéken és a 13a szivatytyún keresztül visszajut az 1 reaktorba. A IV gázmentesítő kolonnából távozó gáz a klórciánon és a széndioxidon kívül az I reaktorban át nem alakult ciánhidrogén egy részét még tartalmazza, amelyet a III mosóban fesztelenített, a 8 vezetéken keresztül érkező katalizátor-oldattal kimosunk a gázelegyből. A mosott gázt a 17 vezetéken keresztül vezetve a 18 vezetékből kiáramló gázzal egyesitjük és egy szárító tornyon keresztül (amely nincs feltüntetve) trimerizálásra továbbítjuk. A mosóoldat a 111 mosóból a 10 vezeték útján, amelyben a ciánhidrogénadagolás is történik, a 10a szivattyún keresztül az V nyomás alatti mosóból származó oldattal együtt a 13a szivattyún át az I reaktorba kerül vissza. A 25 liter/óra szennyvíz eltávolítása a gázmentesített katalizátor-oldattal a 14 vezetéken és a 14a szelepen keresztül, vagy a 4a vagy 4b vezeték útján történik a VI ioncserélő egységekhez. Itt a kupri- és ferriionokat visszatartjuk, míg az ammóniumkloridot tartalmazó szennyvizet a csatornába vezetjük. A kupri- és ferrüonok leoldását 10súly%-os sósavval váltakozva végezzük a fémionokkal telített ioncserélő oszlopokon keresztül. A keletkező friss katalizátor-oldatot a 15 vezetéken és a 15a szivattyún keresztül az ionkoncentráció fenntartása érdekében az I reaktorba visszavezetjük. Az átlagos klórciánkitermelés a ciánhidrogénre vonatkoztatva az elméleti hozam 96,2%-ának felel meg. A klórcián 0,l-0,3súly% diciánt, 0,5 súly% ciánhidrogént és kevesebb, mint 0,5 súly% C02 + N2 gázt tartalmaz. Az oxigéntartalom gázkromatográfiásán sem mutatható ki. 2. példa Az 1. példában leírt 1. ábra szerinti készülékben 40 liter olyan oldatot vezetünk körfolyamatban, amely 13,0 g CuCl2 • 2H20-t és 6,7 g FeCl3 • 6H20-t tartalmaz literenként. Az 1 vezetéken, a 10 vezetéken és a 10a szivatytyún keresztül 1,6 kg/óra folyékony ciánhidrogént, amelyet 0,1 súly% foszforsavval stabilizáltunk, viszünk be az I reaktorba. A ciánhidrogént a 10 vezetéken a reakcióoldattal együtt szállítjuk. Az I reaktorba a 3 vezetéken keresztül 4,3 kg/óra 50 súly%-os vizes hidrogénperoxidot (amely a sztöchiometrikus mennyiségnél 10%-kal több) és a 2 vezetéken át 27,0 kg 8 súly%-os sósavat adagolunk a 2a és a 3a szivattyúk segítségével. A pH-t egy pH-elektróddal ellenőrizzük és megfelelő mennyiségű sósav adagolásával 0,25-0,35 értéken tartjuk. A reakció lefolyása az 1. példában leírtak szerint történik. A kiszállítandó szennyvíz itt azonban a sósav nagyobb mérvű hígításának megfelelően körülbelül 30 literre növekszik. Az eltávolítás az 1. példában leírt módon történik azzal a további művelettel kiegészítve, hogy az ioncserélőn tapadó foszforsavat 0,5 súly%-os vizes 3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
