DD292636A5 - Verfahren zur kontinuierlichen herstellung von phosphor(iii)-oxid - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Phosphor(III)-oxid aus Elementarphosphor durch Reaktion mit Sauerstoff/Stickstoff-Gemischen. P4O6 kann als Ausgangsstoff zur Synthese einer Vielzahl phosphororganischer Verbindungen eingesetzt werden. Ziel der Erfindung ist es, P4O6 in hohen Ausbeuten bei Phosphordurchsaetzen von 10 kg/h herzustellen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren so zu gestalten, dasz der der Quenchstufe zugefuehrte Reaktionsproduktgasstrom eine gleichmaeszige Temperatur ueber den gesamten Stroemungsquerschnitt aufweist. Erfindungsgemaesz wird der Reaktionsproduktgasstrom in einer unmittelbar vor der Quenchstufe angeordneten Brennkammer durch einen Stromteiler in eine brennkammerwandnahe und eine Kernstroemung geteilt. Die Kernstroemung, die ein annaehernd gleichmaesziges radiales Temperaturprofil aufweist, wird mit einer Temperatur von 1 200 bis 1 900C der Quenchung unterworfen, waehrend die brennkammerwandnahe Stroemung in den Prozesz zurueckgefuehrt wird.{Herstellung; Phosphor(III)-oxid; Elementarphosphor; Sauerstoff; Stickstoff; Stromteiler; Kernstroemung; Quenchung; Gleichgewichtszusammensetzung, phosphororganisch}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Phosphor(lll)-oxid aus Elementarphosphor durch

Reaktion mit ii^uerstoff/Stickstoff-Gemischen. P₄O_e kann als Ausgangsstoff zur Synthese einer Vielzahl phosphororganischer

Verbindungen eingesetzt werden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Gemäß DD-PS 216516 erhält man P₄O₆ bei Normaldruck in Ausbeuten >80%, wenn man gasförmigen Phosphor mit durch Sauerstoff angereicherter Luft in einer Reaktionsstufe umsetzt und den Reaktionsproduktgasstrom in drei nachfolgenden Kühlstufen abkühlt, wobei die Abkühlung in der 1. Kühlstufe indirekt auf 1600 bis 1700 K, in der 2. Kühlstufe direkt durch Stickstoffquenchung auf 700K und in der 3. Kühlstufe mit flüssigem P₄Oe oder Reaktionsproduktgemischen auf ca. 300K erfolgt.

Nach DD-PS 222268 lassen sich hohe Reaktionstemperaturen durch die Verwendung von Luft als Oxydationsmittel bei gleichzeitiger Einsparung des zur direkten Kühlung eingesetzten Stickstoffs vermeiden. Die Kühlung der Reaktionsprodukte erfolgt indirekt mittels Wasser und Luft auf Temperaturen von ca. 700K und dann in bekannter Art und Weise mit flüssigem P₄O₆. Nach diesem Verfahren werden Ausbeuten an P₄O₈ von 70 bis 75% erzielt.

Weiterhin ist ein Verfahren zur Herstellung von P₄O₉ vorgeschlagen worden, bei dem in einer Mehrstoffdüse durch eine getrennte oder gleichzeitige Zugabe der Gas ströme Phosphor, Oxydationsgas und Quenchstickstoff die Umsetzung und Quenchung erfolgen. Die nachfolgende Abkühlung wird dabei in zwei Stufen - primär durch indirekte Kühlung des Reaktionsgases auf Temperaturen von 450 bis 700K und sekundär mit gebildetem flüssigen Reaktionsprodukt-vorgenommen. Nach diesem Verfahren erhält man P₄O₆ in Ausbeuten >80%. Die genannten Verfahren besitzenden Nachteil, daß bei ihrer technischen Anwendung wesentlich geringere Ausbeuten an P₄O₆ erzielt werden und somit ein bedeutender Anteil des als Ausgangsstoff eingesetzten Phosphors als unerwünschte Nebenprodukte, vorwiegend als Phosphorsuboxid und Phosphor(lll/V)-oxide anfallen. Diese Nebenprodukte beeinträchtigen stark die freie Flioßbarkeit von flüssigem P₄O₆ und führen zu einer Verschlechterung der Ökonomie des Verfahrens.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein ökonomisch und technologisch günstiges Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von P₄O₈ zu entwickeln, das bei Phosphordurchsätzen von > 10 kg/h Ausbeuten an P₄Oe von S 85%, bezogen auf den eingesetzten Phosphor, ermöglicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren zur Herstellung von P₄Og so zu gestalten, daß das der Quenchstufe zugeführte Rekationsproduktgemisch eine annähernd gleichmäßige Temperatur über den gesamten Strömungsquerschnitt aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der durch Umsetzung von dampfförmigem Phosphor mit Sauerstoff/ Stickstoff-Gemischen im Molverhältnis P₄:0₂.'N₂ = 1:2,5 bis 3,5:>0 bis 20 erhaltene Reaktionsproduktgasstrom in einer unmittelbar vor der Quenchstufe angeordneten Brennkammer durch einen Stromteiler in eine brennkammerwandnahe Strömung und eine Kernströmung getrennt und die Kernströmung mit einer Temperatur von 1200 bis 1900°C in an sich bekannter Art und Weise der Quenchung unterworfen wird. Die brennkammerwandnahe Strömung wird in den Reaktionsproduktgasstrom zurückgeführt. Die der Quenchstufe zugeführte Kernströmung besitzt ein annähernd gleichmäßiges Temperaturprofil über den gesamten Strömungsquerschnitt und weist somit eine günstige Gleichgewichtszusammensetzung bezüglich des Zielproduktes P₄O₆ auf, woraus eine Ausbeuteerhöhung resultiert. Die erfindungsgemäße Verfahrensweise besitzt den Vorteil, daß durch die Absenkung des NebenproduUgehaltes im Reaktionsproduktgasstrom Desublimationserscheinungen im Reaktor vermieden werden. Außerdem kann der verfahrenstechnische und energetische Aufwand zur Abtrennung der Nebenprodukte gesenkt werden

Die Erfindung soll nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert werden.

Ausf Ohrungsbeispiel

120Mol/h dampfförmiger Phosphor unti 202,5 Mol/h Stickstoff mit einerTemperatur von 36O⁰C werden mit 360Mol/h Sauerstoff mit einer Temperatur von 310°C in einem Rohrreaktor zur Reaktion gebracht. Der Rohrreaktor besteht in seinem oberen Teil aus wassergekühlten Brennkammern 1, in denen 29,25kW aus dem Reaktionsproduktgasstrom abgeführt werden. An die wassergekühlten Brennkammern 1 schließt sich eine In Strömungsrichtung in ihrem Querschnitt konisch erweiterte mit einem Stromteiler 4 versehene Rückführbrennkammer 2 an, die mit Luft gekühlt wird. Mittels Stromteiler 4 werden ca. 30% des Reaktionsproduktgasstromes (unmittelbare wandnahe Strömung) von der Kernströmung getrennt und über einen Ringkanal 5, der in einen Ringspalt 6 mündet, in den Reaktionsproduktgasstrom zurückgeführt. Die Kernströmung, die eine Temperatur von ca. 155O⁰C besitzt und ein gleichmäßiges Temperaturprofil über den gesamten Strömungsquerschnitt aufweist, wird unmittelbar nach Passieren des Stromteilers 4 mit 1335Mol/h Stickstoff gequencht und in einer nachgeschalteten Kühlstufe 7 indirekt mittels Wasser und Luft auf 36O⁰C abgekühlt. Der Reaktionsproduktgasstrom gelangt in einen gekühlten Ströderwäscher, wo die Kondensation des P₄O₆ und der Nebenprodukte erfolgt. Es werden 25,8ko/h P₄O_e/Neberiprodukt-Suspension mit einem P^Oe-Masseanteil von 86% gewonnen. 0,6 kg/h gasförmiges P₄Oe werden mit dem Stickstoff aus der Kondensationsstufe ausgetragen, das in einer nachgeschalteten Füllkörperkolonne zu Phosphorigsäure reagiert. Die anfallende P₄O_e/Nebenprodukt-Suspension ist bei 25°C gut pumpfähig. Die Ausbeute an P₄O₆, bezogen auf den eingesetzten Phosphor, beträgt 86,3%.

Claims (2)

1. Verfahren zur kontinuierlicHen Herstellung von Phosphor(lll)-oxid durch Umsetzung von dampfförmigem Phosphor und Sauerstoff/Stickstoff-Gemischen im Molverhältnis P₄-O₂IN₂= 1:2,5 bis 3,5: >0 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsproduktgasstrom in einer unmittelbar vor der Quenchstufe (3) angeordneten Brennkammer (2) durch einen Stromteiler (4) in eine brennkammerwandnahe Strömung und eine Kernströmung getrennt und die Kernströmung mit einer Temperatur von 1200 bis 1800⁰C in an sich bekannter Art und Weise der Quenchung unterworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die brennkammerwandnahe Strömung

in den Reaktionsproduktgasstrom zurückgeführt wird.