DD292637A5 - Verfahren zur 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 Ausbeuten von 85% bei Phosphordurchsaetzen von 10 kg/h herzustellen und damit den verfahrenstechnischen und energetischen Aufwand zur Abtrennung der Nebenprodukte zu verringern. Erfindungsgemaesz wird der heisze Reaktionsgasstrom auf Temperaturen von 2 200 bis 1 600 K abgekuehlt und nach erfolgter Vergleichmaeszigung des radialen Temperaturprofils mit einer bezueglich des Zielproduktes P4O6 guenstigen Gleichgewichtstemperatur und -zusammensetzung gequencht.{Phosphor(III)-oxid; Verfahren; Herstellung; Elementarphosphor; Sauerstoff-Stickstoff-Gemisch; Ausbeute; Gleichgewichtstemperatur; Quenchung; Temperaturprofil, phosphororganisch}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Phosphor(lll)-oxid aus Elementarphosphor durch Reaktion mit Sauerstoff/Stickstoff-Gemischen. P₄Oe kann aufgrund seiner hohen Reaktivität 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. Kühlstufo indirekt auf 1600 bis 1700K, in der 2. Kühlstufo direkt durch Stickstoffquenchung auf 700K und in der 3. Kühlstufe mit flüssigem P₄Oa oder Reaktionsproduktgemisch auf ca. 300 K 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. 700 Kund dann in bekannter Art und Weise mit flüssigem P₄O₈. Nach diesem Verfahren werden Ausbeuten an P₄O₆ von 70 bis 75% erzielt.

Weiterhin ist ein Verfahren zur Herstellung von P₄Oe vorgeschlagen worden, bei dem in einer Mehrstoffdüse durch eine getrennte, aber gleichzeitige Zugabe der Gasströme Phosphor, Oxydationogas und Quenchstickstoff die Umsetzung und Quenchung erfolgen. Die nachfolgende Abkühlung wird dabei in zwei Stufen - primär durch indirekte Kühlung des Rep.ktionsgases auf Temperaturen von 450 bis 700K und sekundär mit gebildetem flüssigen Reaktionsprodukt-vorgenommen. Nach diesem Verfahren erhält man P₄O₈ in Ausbeuten >80%. Die genannten Verfahren besitzen den 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, vc-wiojend als Phosphorsuboxid und Rhosphordll/ V)-oxide anfallen. Diese Nebenprodukte beeinträchtigen stark die freie Fließbareit 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 vcn P₄O₆ zu entwickeln, welches bei Phosphordurchsätzen von > 10kg/h Ausbeuten an P₄O₆ von >85%, bezogen auf den eingesetzten Phosphor, ermöglicht.

Darlegung dos Wesen« der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren zur Herstellung von P₄O₆ so zu gestalten, daß das der Quenchstufe zugeführte Reaktionsproduktgemisch eine annähernd gleichmäßige Zusammensetzung über den gesamten Strömungsquerschnitt aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der durch Umsetzung von Phosphor mit Sauerstoff/Stickstoff-Gemischen im Molverhältnis P₄:O₂:N₂ = 1:2,5 bis 3,5:>0 bis 25 erhaltene Reaktionsproduktgasstrom ncch erfolgter Abkühlung auf eine Temperatur von 2200 bis 1600 K, vorzugsweise 1800K, durch ein vor der Quenchstufe angeordnetes Segment zur Vergleichmäßigung des radialen Temperaturprofils geleitet wird. Das Segment ist mit hochtemperaturbeständigem Material, das eine ausreichende Temperaturwechselbeständigkeit und chemische Beständigkeit gegenüber dem Reaktionsproduktgas besitzt, wie z. B. Siliziumkarbid, ausgekleidet.

Wird hochtemperaturbeständiges Material mit guter Wärmeleitfähigkeit eingesetzt und ist die Realisierung einer relativ großen Schichtdicke des Mai ials nicht möglich, kann der Wärmedurchgangswiderstand auch durch mehrschichtige Ausführung des Hochtemperaturmaterials oder durch Gasschichten in der Segmentwand verringert werden.

Der freie Strömungsquerschnitt des Segmentes beträgt S 80% des geringsten Strömungsquerschnittes des Reaktors. Die Verringerung des freien Strömung! des Reaktionsproduktgasstromes

Durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise wird ein Abbau bzw. eine Verringerung der durch die indirekte Kühlung des Reaktionsproduktgasstromes auftretenden radialen Temperaturgradienten erreicht, so daß das Reaktionsgasgemisch, welches eine temperaturabhängige thermodynamische Gleichgewichtszusammensetzung besitzt, der Quenchstufe mit einer bezüglich des Zielproduktes P₄O₀ optimalen GleichgewichtszusammenseUungzugoführt werden kann. Die Erfindung soll nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert werden.

Ausführungsbeispiel

Einem Gasbrenner, welcher auf dem Kopf eines Rohrreaktors zur Herstellung von P₄O_e montiert ist, werden 12 kg/h gasförmiger Phosphor vermischt mit 3,6Nm³/h Stickstoff mit einor Temperatur von 620 K, sowie Sauerstoff im stöchiometrischen Verhältnis zum Phosphor mit einer Temperatur von 600 K zugeführt.

Das Reaktionsproduktgas wird im oberen Teil des Reators 1 indirekt intensiv mit Wasser gekühlt. Nachdem mit dem Kühlwasser 23,4kW aus dem Reaktionsproduktgas abgeführt wurden, wird das Gas durch ein 0,2m langes, mit einem SiC-Rohr 3 ausgekleidetes, luftgekühltes, aus dem Werkstoff X10 CrAI 24 bestehendes Segrnent geleitet. Das SiC-Rohr hat gegenüber dem vorangehenden Reaktorrohr nur den halben Innendurchmesser. Zwischen SiC-Rohr 3 und umgebender luftgekühlter Wand 2 wurde ein Ringspalt 4 von ca. 5 mm Spaltbreite realisiert, in welchem sich im Betriebszustand des Reaktors Reaktionsgas befindet, wodurch eine Wärmeisolierung des SiC-Rohres erreicht wird. Das Reaktionsproduktgas tritt in das SiC-Rohr 3 mit einer Temperatur von ca. 1900K ein und verläßt es mit einer Temperatur von ca. 1850K und weitgehend ausgeglichenem radialem Temperaturprofil. Die Temperaturdifferenz zwischen Reaktionsgas und Siliziumkarbidrohrinnenwandfläche 5 beträgt etwa 200 K. Aus dem mit SiC ausgekleideten Segment werden mit der Kühlluft 0,7 kW abgeführt. Nach Verlassen des Segmentes zur V^rgleichmäßigung des radialen Temperaturprofils wird das Reaktionsproduktgas durch Zumischung von 24Nm³/h Stickstoff mit Umgebungstemperatur und durch intensiven Kontakt mit wassergekühlten Wänden in einer Quenchstufe 6 abgeschreckt. In einem gekühlten Sträderwäscher, in welchon das Reaktionsproduktgas mit einer Temperatur von 620K eintritt, wird die Kondensation des P₄O₆ und der Nebenprodukte durchgeführt. Es werden 20,7 kg/h P₄O₆/Nebenprodukt-Suspension mit einem P₄O_e-Masseanteil von 85,6% gewonnen. Mit dem Stickstoff werden 0,6 kg/h gasförmiges P₄Oe aus der Kondensationsstufe ausgetragen, welche in einer Füllkörperkolonne zu Phosphorigsäure verarbeitet werden. Die Ausbeute an P₄O₆ in bezug auf den eingesetzten Phosphor beträgt 86%.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung von Phosphor(lll)-oxid durch Umsetzung von Phosphor mit Sauerstoff/ Stickstoff-Gemischen im Molverhältnis P₄IO₂IN₂ = 1:2,5 bis 3,5:>0 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsproduktgasstrom nach erfolgter Abkühlung auf Temperaturen von 2200 bis 1600K, vorzugsweise 1800K, durch ein vor der Quenchstufe angeordnetes Segment zur Vergleichmäßigung des radialen Temperaturprofils des Reaktionsproduktgasstromes geleitet und die Quenchung in an sich bekannter Art und Weise vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Strömungsquerschnitt des Segmentes :£ 80% des geringsten Strömungsquerschnittes des Reaktors beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Segment mit SiC-Formteilen ausgekleidet ist.