DE102008050976A1

DE102008050976A1 - Verfahren zur Herstellung von Chlor aus Prozessgasen

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Publication number: DE102008050976A1
Application number: DE200810050976
Authority: DE
Inventors: Leslaw Prof. Dr. Mleczko; Oliver Felix-Karl Dr. Schlueter; Stephan Dr. Schubert; Aurel Dr. Wolf
Original assignee: Bayer Technology Services GmbH
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 2008-10-09
Filing date: 2008-10-09
Publication date: 2010-04-15
Also published as: WO2010040462A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Chlor aus Prozessgasen, wobei die Prozessgase insbesondere Gasgemische umfassend Chlorwasserstoff sind, die signifikante Anteile an Nebenbestandteilen, wie halogenierte Kohlenwasserstoffe, Kohlenstoffmonoxid und weitere Kohlenstoffverbindungen enthalten können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Chlor aus Prozessgasen, wobei die Prozessgase insbesondere Gasgemische umfassend Chlorwasserstoff sind, die signifikante Anteile an Nebenbestandteilen, wie halogenierte Kohlenwasserstoffe, Kohlenstoffmonoxid und weitere Kohlenstoffverbindungen enthalten können.
Eine Reaktion von großem industriellem Interesse ist das von Deacon 1868 entwickelte Verfahren der katalytischen Chlorwasserstoffoxidation mit Sauerstoff.
Durch die Chloralkalielektrolyse wurde das Deacon-Verfahren in der Vergangenheit stark in den Hintergrund gedrängt. Nahezu die gesamte Produktion von Chlor erfolgte durch Elektrolyse wässriger Kochsalzlösungen.
Das o. g. Deacon-Verfahren ist aber insbesondere in Hinblick auf den weltweit wachsenden Chlorbedarf in Anbetracht weniger stark wachsender Nachfrage nach Natronlauge, die das wesentliche Nebenprodukt der Chloralkalielektrolyse bildet, von hohem wirtschaftlichem Interesse.
Dieser Entwicklung kommt das Verfahren zur Herstellung von Chlor durch katalytische Oxidation von Chlorwasserstoff entgegen, das von der Natronlaugenherstellung entkoppelt ist. Darüber hinaus fällt Chlorwasserstoff in großen Mengen beispielsweise bei Phosgenierungsreaktionen, etwa bei der Isocyanat-Herstellung, als Koppelprodukt an.
Die katalytische Oxidation von Chlorwasserstoff zu Chlor ist eine Gleichgewichtsreaktion. Die Lage des Gleichgewichts verschiebt sich hierbei mit zunehmender Temperatur zu Ungunsten des gewünschten Endproduktes Chlor.
Die gegenwärtig zur katalytischen Oxidation von Chlor verwendeten Katalysatoren im Zusammenhang mit Verfahren, die mit dem o. g. Deacon-Verfahren verwandt sind, basieren daher auf Katalysatorkomponenten, die bereits bei niedrigen Temperaturen eine hohe Aktivität bzgl. des Umsatzes von Chlorwasserstoff zu Chlor aufweisen.
So offenbart die WO 2007/134726 , dass hierfür Katalysatoren basierend auf Ruthenium, Palladium, Platin, Osmium, Iridium, Silber, Kupfer oder Rhenium geeignet seien. Die WO 2007/134726 offenbart auch, dass aus diesem ersten Verfahrensschritt nach dem Stand der Technik stets noch ein Produktstrom erhalten wird, der noch Anteile an Chlorwasserstoff, Wasser, Sauerstoff sowie weitere Nebenbestandteile, wie z. B. Kohlenstoffdioxid enthält.
Die WO 2007/134726 offenbart nicht, dass ein weiterer Nebeneffekt, der insbesondere aus der Verwendung von Katalysatorkomponenten auf Basis von Ruthenium resultiert, nicht auftritt. Dieser bezieht sich auf die allgemein bekannte Eigenschaft von solchen Übergangsmetallen wie es Ruthenium ist bei erhöhten Temperaturen Komplexe mit Nebenbestandteilen der Prozessgase zu bilden, oder selber durch Oxidation in eine flüchtige Form überführt zu werden.
Solche Komplexe sind etwa solche mit Kohlenstoffmonoxid, wie es auch gemäß der WO 2007/134726 aus dem Betrieb des offenbarten Verfahrens im Verbund mit Phosgenierungsverfahren in den Prozessgasen enthalten sein kann. Die Bildung und auch die Flüchtigkeit solcher Verbindungen beschreiben etwa Goodwin et al. in „Reactive metall votallization from Ru/Al2O3 as a result of Ruthenium Carbonyl formation" (Appl. Catalysis, 1986 24: 199–209). Hierin wird auch offenbart, dass eine solche Verflüchtigung von Ruthenium bereits bei Temperaturen ab 100°C merklich auftritt.
Die Möglichkeit der weiteren Oxidation von Ruthenium zur flüchtigen Verbindung beschreiben etwa Backmann et al. in „On the transport and speciation of ruthenium in high temperature oxidising conditions" (Radiochim. Acta, 2005 93: 297–304). Hierin wird auch offenbart, dass außer den Phasen Ru und RuO₂ alle Oxide des Rutheniums flüchtige Verbindungen sind, die innerhalb von Minuten bei Temperaturen oberhalb von 800°C in größeren Mengen gebildet werden. Bei Temperaturen von bis zu 500°C, wie sie in der WO 2007/134726 offenbart werden, ist daher davon auszugehen, dass die Bildung der flüchtigen Rutheniumspezies ebenfalls eintritt, wenn auch nicht in der Geschwindigkeit. In industriellen Verfahren, in denen solche Verfahren betrieben werden, sind jedoch Betriebszeiten von Monaten bis zu Jahren durchaus üblich, so dass von einem merklichen Effekt auszugehen ist.
Hierdurch würde die katalytische Oxidation von Chlorwasserstoff zu Chlor nach kurzer Zeit durch den Verlust an Katalysator nicht mehr in ausreichendem Maße einen Umsatz erzielen können. Weiter können sich solche Komplexe in der nachfolgenden elektrochemischen Oxidation auf den Elektrodenoberflächen durch Reduktion des in ihnen enthaltenen Übergangsmetalls abscheiden, wodurch auch dieser Verfahrensschritt nachteilig beeinflusst wird.
Gemäß der WO 2007/134726 ist es auch daher bevorzugt die katalytische Oxidation isotherm auszuführen. Auf jeden Fall sollte die katalytische Oxidation innerhalb der Temperaturen 180°C bis 500°C ausgeführt werden. Besonders bevorzugt sind jedoch niedrigere Temperaturen von 220°C bis 350°C.
Das in der WO 2007/134726 offenbarte Verfahren ist also nachteilig, weil es bei höheren Temperaturen nicht betrieben werden kann, ohne dass ein Verlust des Katalysators aus der katalytischen Oxidation von Chlorwasserstoff zu Chlor befürchtet werden müsste.
Da die katalytische Oxidation von Chlorwasserstoff zu Chlor aber eine exotherme Reaktion ist, ist eine solche Temperaturerhöhung stets prozesstechnisch (s. o.) aufwändig zu verhindern, bzw. führt im Störfall gegebenenfalls zur Notwendigkeit der Erneuerung der hiernach zerstörten Katalysatoren der katalytischen Oxidation von Chlorwasserstoff zu Chlor.
In der JP 2005 289 800 A wird ein Verfahren zur Herstellung von Chlor offenbart, bei dem Chlorwasserstoff mit Sauerstoff in Gegenwart eines Katalysators umfassend eine Rutheniumkomponente auf einem Titanoxid-Träger und in Gegenwart weiterer Nebenbestandteile, wie Kohlenstoffmonoxid und weiterer organischer Komponenten, zu Chlor umgesetzt wird. Der Anteil der weiteren Nebenbestandteile an den dem Verfahren zugeführten Prozessgasen kann bis zu 20 Vol.-% betragen.
Wesentlich ist aber, dass der Anteil an Kohlenstoffmonoxid unter 1 Vol.-% beträgt sowie der Anteil an organischen Komponenten weniger als 0,1 Vol.-% beträgt.
Das in der JP 2005 289 800 A offenbarte Verfahren ist also ebenso nachteilig, wie das in der WO 2007/134726 offenbarte Verfahren, da es immer noch auf recht niedrige Temperaturen des sicheren Betriebs beschränkt ist.
Aus der DE 1 078 100 ist bekannt, dass auch Salze oder Oxide der Seltenen Erden, des Silbers und des Urans als Katalysatoren für die katalytische Oxidation von Chlorwasserstoff zu Chlor verwendbar sind. Es wird weiter offenbart, dass bei einer Temperatur von 480°C ein Katalysator umfassend Uranoxid einen Umsatz von 62% des Chlorwasserstoffs zu Chlor ermöglicht.
In der WO 2000/020342 , sowie in der WO 1996/030085 werden Verfahren zur Oxidation von chlorhaltigen Verbindungen in Gegenwart von Uranoxid-Katalysatoren offenbart.
Gemäß der WO 2000/020342 muss der Katalysator in einer wässrigen Lösung vorliegen, was ein Ausschlusskriterium für die wirtschaftliche Verwendung des Verfahrens nach der WO 2000/020342 im Rahmen der industriellen Herstellung von Chlor aus Chlorwasserstoff mittels heterogen katalytischer Verfahren ist, die ausschließlich in der Gasphase ausgeführt werden.
Die WO 1996/030085 offenbart ein Verfahren zur Behandlung von Prozessgasströmen zur Entfernung von flüchtigen organischen Komponenten aus diesen Prozessgasströmen, wobei der Katalysator ein Uranoxid sein kann. Die flüchtigen organischen Komponenten können auch halogenierte Kohlenwasserstoffe sein. Die WO 1996/030085 offenbart aber kein Verfahren zur Herstellung von Chlor.
Ausgehend vom Stand der Technik besteht also immer noch die Aufgabe ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das es erlaubt einen Umsatz von Chlorwasserstoff zu Chlor zu ermöglichen, bei dem zugleich Nebenbestandteile entweder den vorgenannten Umsatz nicht beeinträchtigen und/oder bei dem die Nebenbestandteile zu Stoffen umgesetzt werden, die entweder Bestandteil des Verfahrens zur Herstellung von Chlorwasserstoff zu Chlor oder aus dem Verfahren als unbedenkliches oder weiter verwertbares Nebenprodukt abgeführt werden können.
Es wurde nun überraschend gefunden, dass ein Verfahren zur Herstellung von Chlor in einer Reaktionszone aus einem Prozessgas A, das Chlorwasserstoff und Sauerstoff sowie einen Anteil an Nebenbestandteilen von mindestens 2 Vol.-% umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass in der Reaktionszone des Verfahrens ein Katalysator umfassend eine Uranverbindung, vorliegt und dass die Nebenbestandteile Stoffe umfassend Kohlenstoff sind, in denen mindestens ein Kohlenstoff in einer Oxidationszahl kleiner oder gleich 2 vorliegt, diese Aufgabe zu lösen vermag.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft, weil überraschend gefunden wurde, dass das erfindungsgemäße Verfahren es erlaubt auch Prozessgase einem Verfahren zur Herstellung von Chlor zuzuführen, die gegenwärtig aus wirtschaftlichen und/oder technischen Gründen heterogen katalytischen Verfahren zur Herstellung von Chlor nicht zugänglich sind.
Dies ist bedingt durch den Katalysator umfassend eine Uranverbindung, der sowohl eine hohe Aktivität für die heterogen katalytische Oxidation von Chlorwasserstoff mit Sauerstoff zu Chlor aufweist, zugleich auch eine katalytische Aktivität für die heterogen katalytische Oxidation von etwa Kohlenstoffmonoxid zu Kohlenstoffdioxid, als auch von weiteren Nebenbestandteilen umfassend Kohlenstoff, in denen mindestens ein Kohlenstoff in einer Oxidationszahl kleiner oder gleich 2 vorliegt, unter anderem zu Kohlenstoffdioxid aufweist.
Bevorzugte Nebenbestandteile umfassend Kohlenstoff, in denen mindestens ein Kohlenstoff in einer Oxidationszahl kleiner oder gleich 2 vorliegt, sind jene ausgewählt aus der Liste enthaltend nicht halogenierte Kohlenwasserstoffe, halogenierte Kohlenwasserstoffe und Kohlenstoffmonoxid.
Besonders bevorzugte Nebenbestandteile sind halogenierte Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenstoffmonoxid. Bevorzugte halogenierte Kohlenwasserstoffe sind chlorierte Kohlenwasserstoffe.
Nicht abschließende Beispiele für ganz besonders bevorzugte Nebenbestandteile sind Chlorbenzol, o-Dichlorbenzol, p-Dichlorbenzol, Trichlorbenzole, die entsprechenden Chlortoluole und Chlorxylole, Chlorethylbenzol, Toluol, Xylol und Kohlenstoffmonoxid.
Solche Nebenbestandteile stammen üblicherweise aus Phosgenierungsverfahren und/oder Verfahren zur Herstellung von Isocyanaten mit denen das erfindungsgemäße Verfahren somit auch in vorteilhafter Weise im Verbund betrieben werden kann.
Während in Verfahren z. B. nach der Offenbarung der WO 2007/134726 damit zu rechnen ist, dass das Vorliegen von z. B. Kohlenstoffmonoxid zur Bildung von Übergangsmetallkomplexen in der katalytischen Oxidation von Chlorwasserstoff zu Chlor und damit nach kurzer Zeit zu mangelhaftem Umsatz der katalytischen Oxidation führt, erweist sich überraschenderweise das erfindungsgemäße Verfahren als unanfällig gegenüber solchen Problemen, da der Katalysator umfassend eine Uranverbindung nicht zur Bildung solcher Komplexe neigt.
Das erfindungsgemäße Verfahren und seiner bevorzugten Ausführungsformen ist weiter besonders vorteilhaft, da die Nebenbestandteile und insbesondere die chlorierten Kohlenwasserstoffe gleichzeitig mit dem Chlorwasserstoff und dem Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid, Wasser und Chlor umgesetzt werden.
Hierdurch können Reinigungsschritte, um die vorgenannten Nebenbestandteile, die mangels Verwertbarkeit in Verfahren zur heterogen katalytischen Oxidation von Chlorwasserstoff zu Chlor nach dem Stand der Technik separat aufbereitet werden müssen, in einem Verfahrensschritt zu einem gewünschten Reaktionsprodukt sowie zu leicht abtrennbaren und sicherheitstechnisch unbedenklichen Stoffen umgewandelt werden. Insbesondere hierdurch ergibt sich die vorteilhafte Betriebsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens im Verbund mit Phosgenierungsverfahren und/oder Verfahren zur Herstellung von Isocyanaten.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens stammt also das Prozessgas A, das Chlorwasserstoff und Sauerstoff, sowie einen Anteil an Nebenbestandteilen von mindestens 2 Vol.-% umfasst, aus Phosgenierungsverfahren und/oder Verfahren zur Herstellung von Isocyanaten.
Katalysatoren umfassend eine Uranverbindung können gemäß der vorliegenden Erfindung ein Trägermaterial umfassen oder nicht.
Wird ein Katalysator umfassend eine Uranverbindung, der ein Trägermaterial umfasst, so sind verwendbare Trägermaterialien solche ausgewählt aus der Liste enthaltend Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Titandioxid, Zinndioxid, Zirkondioxid, Cerdioxid, Kohlenstoffnanoröhrchen oder deren Gemische.
Üblicherweise liegt der Anteil der Uranverbindung am Katalysator, wenn er zusätzlich ein Trägermaterial umfasst, im Bereich von 0,1 bis 90 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 1 bis 60 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse aus Uran oder der Uranverbindung und Trägermaterial.
Die Verwendung von Katalysatoren umfassend ein Trägermaterial ist im Allgemeinen vorteilhaft, um insbesondere die im Folgenden beschriebenen strukturierten Schüttungen zu erhalten. Allerdings können die Trägermaterialien gemäß vorstehender Liste ähnlich wie die nach dem Stand der Technik verwendeten Katalysatoren gegebenenfalls im Produktstrom wiedergefunden werden, so dass ihre Verwendung gegenüber der nachfolgend beschriebenen bevorzugten Weiterentwicklung gegebenenfalls nachteilig ist.
Im Allgemeinen haben die Trägermaterialien eine geringere Neigung flüchtige Verbindungen mit Nebenbestandteilen zu bilden, so dass sie dennoch prinzipiell verwendbar sind.
Geeignete Uranverbindungen des Katalysators sind Uranoxide, Uranchloride, Uranoxychloride und/oder Alkali- und/oder Erdalkaliuranate.
Geeignete Uranoxide sind entweder UO₃, UO₂, UO oder Uranoxide einer nichtstöchimoetrischen Zusammensetzung.
Bevorzugte Uranoxide nichtstöchimoetrischer Zusammensetzung sind jene mit einem Uran zu Sauerstoffverhältnis gemäß der Formel UO_X von UO_2,1 bis UO₅. Besonders bevorzugt sind jene Uranoxide ausgewählt aus der Liste enthaltend U₃O₅, U₂O₅, U₃O₇, U₃O₈ und U₄O₉.
Uranoxychloride bezeichnen im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung Stoffe der allgemeinen Zusammensetzung UO_xCl_y, wobei x und y jeweils natürliche Zahlen größer Null sind. Somit bezeichnen Uranoxychloride auch nicht stöchiometrische Zusammensetzungen enthaltend Chlor, Sauerstoff und Uran.
Bevorzugte Uranverbindungen sind die vorgenannten Alkali- und/oder Erdalkaliuranate.
Uranate bezeichnen im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung Stoffe enthaltend Uran und Sauerstoff in jeder stöchiometrischen oder nichtstöchiometrischen Zusammensetzung, die negative Ladungen aufweisen.
Bevorzugt sind Uranate negativ geladene Stoffe mit einer Zusammensetzug von UO_X, wobei X eine reelle Zahl größer 1 aber kleiner oder gleich 5 ist.
Das im Alkali- und/oder Erdalkaliuranat enthaltene eine Alkali- und/oder Erdalkalimetall bezeichnet im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung jeden Stoff der ersten oder zweiten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente.
Bevorzugte Alkali- und/oder Erdalkalimetalle sind jene ausgewählt aus der Liste enthaltend Barium, Calcium, Cäsium, Kalium, Lithium, Magnesium, Natrium, Rubidium und Strontium.
Besonders bevorzugt sind jene ausgewählt aus der Liste enthaltend Barium, Calcium, Kalium, Magnesium und Natrium.
Die Alkali- und/oder Erdalkaliuranate haben üblicherweise eine allgemeine Zusammensetzung [M^q]_2m/q[U_nO3_n+m] mit n = 1, 2, 3, 6, 7, 13, 16 und m = 1, 2 oder 3 und q = 1 oder 2. Hierbei repräsentiert q die Anzahl positiver Ladungen, die das Alkali- oder Erdalkalimetall aufweist.
Bevorzugte Uranate von Alkali- oder Erdalkalimetallen sind Na₆U₇O₂₄ oder Ba₃U₇O₂₄.
Besonders bevorzugt ist das Natriumuranat Na₆U₇O₂₄. Es hat sich nun überraschend gezeigt, dass solche Alkali- und/oder Erdalkaliuranate im Vergleich zu den Katalysatoren nach dem Stand der Technik sehr hohe Stabilitäten gegen die Bildung flüchtiger Verbindungen aufweisen, dass diese aber zugleich eine auch gegenüber den vorgenannten Uranoxiden drastisch gesteigerte Aktivität für die heterogen katalytische Oxidation von Chlorwasserstoff zu Chlor aufweisen. Die Aktivität für den Umsatz der Nebenbestandteile ist gleichfalls hoch.
Damit kann unter Verwendung dieser Alkali- und/oder Erdalkaliuranate das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft betrieben werden.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält der verwendete Katalysator nur einen Träger aus mindestens einer der vorgenannten Uranverbindung; d. h. der Katalysator enthält nur eine Uranverbindung oder eine Mischung der vorgenannten Uranverbindungen.
Die Verwendung solcher Katalysatoren ist besonders vorteilhaft, weil auf die Verwendung von Übergangsmetallen und Edelmetallen vollständig verzichtet werden kann und somit die vorstehenden Nachteile der Verfahren des Standes der Technik bzgl. der verwendeten Katalysatoren ausgeschlossen werden können.
Außerdem können in diesem Fall auch gegebenenfalls störende Einflüsse von Trägermaterialien ausgeschlossen werden. Solche störenden Einflüsse sind etwa die mindestens teilweise Mitführung dieser Trägermaterialien in dem Produktstrom.
Der verwendete Katalysator kann als Schüttung von Partikeln oder in Form von Formkörpern vorliegen.
Liegt der Katalysator als Schüttung von Partikeln vor, so liegt er bevorzugt als strukturierte Schüttung vor, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Katalysatoraktivität in der Hauptströmungsrichtung der Reaktionszone ansteigt.
Diese strukturierte Schüttung ist besonders vorteilhaft, weil hierdurch in der Hauptströmungsrichtung der Reaktionszone gleiche Umsätze je Raumeinheit erzielt werden. Während am Eingang der Reaktionszone durch die hohe Konzentration von Chlorwasserstoff und Sauerstoff bereits hohe Reaktionsgeschwindigkeiten erzielt werden können, werden diese gegen Ausgang der Reaktionszone durch die erhöhte Katalysatoraktivität weiter aufrechterhalten. Dies bedingt einen besonders effizienten Gebrauch des Katalysators.
Eine solche Strukturierung der Katalysatorschüttung kann durch unterschiedliche Verhältnisse von Uranverbindung zu Trägermaterial oder durch unterschiedliche Verdünnung eines Katalysators mit einem Inertmaterial erfolgen.
Liegt der Katalysator als Formkörper vor, so eignen sich Formkörper mit beliebigen Formen, bevorzugt sind Tabletten, Ringe, Zylinder, Sterne, Wagenräder oder Kugeln, besonders bevorzugt sind Kugeln, Ringe, Zylinder oder Sternstränge.
Die Reaktionszone des erfindungsgemäßen Verfahrens kann bei Temperaturen oberhalb von 350°C bis hin zu Temperaturen von 800°C betrieben werden. Bevorzugt wird sie bei Temperaturen von 400 bis 600°C betrieben.
Im Unterschied zu den Verfahren nach dem Stand der Technik, wie sie etwa in der WO 2007/134726 beschrieben werden, ist hierbei die obere Temperatur keine Begrenzung, bei der das erfindungsgemäße Verfahren nicht mehr hinlänglich durchführbar ist.
Vielmehr sind die gemäß des erfindungemäßen Verfahrens im Prozessgas A enthaltenen Nebenbestandteile oberhalb dieser Temperaturen im Wesentlichen schon nach kurzer Zeit bereits beinahe vollständig zu Kohlenstoffdioxid, Wasser etc. umgesetzt, so dass eine weitere Erhöhung der Temperatur wirtschaftlich unvorteilhaft erscheint. Außerdem tritt oberhalb der Temperaturen die rein thermische Zersetzung der Nebenbestandteile bereits merklich auf, so dass die besondere Vorteilhaftigkeit des katalytischen Umsatzes weniger stark ausgeprägt ist.
Die untere Temperaturgrenze ist besonders vorteilhaft, weil bei dieser Temperatur eine Vielzahl der Nebenbestanteile in der Reaktionszone des erfindungsgemäßen Verfahrens bereits oxidiert wird.
Weiter wird der Katalysator umfassend eine Uranverbindung bei diesen Temperaturen überraschenderweise aktiver, als bei niedrigeren Temperaturen, was entgegen z. B. den Ruthenium-Katalysatoren nach dem Stand der Technik ist, die mit zunehmender Temperatur dazu neigen mit dem Produktstrom mitgeführt zu werden, und somit im Verlaufe des Betriebs solcher Verfahren an Aktivität verlieren. Dies ist in dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht der Fall.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird üblicherweise bei Drücken zwischen 1 und 30 bar ausgeführt. Bevorzugt bei Drücken von 5 bis 10 bar.
Diese Drücke sind im Vergleich zu den vorstehend offenbarten, bevorzugten Temperaturbereichen nicht wesentlich für die besonders vorteilhafte Ausführbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Vielmehr sind die hier offenbarten Drücke die Bereiche, in denen sich die allgemeine Ausführung des erfindungemäßen Verfahrens als wirtschaftlich erwiesen hat. Es können sich aber auch, z. B. durch die Verschaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit weiteren Verfahren im Sinne eines Prozessverbundes, niedrigere oder höhere Drücke als vorteilhaft erweisen, ohne dass hierdurch das erfindungsgemäße Verfahren seine besondere Vorteilhaftigkeit einbüßen würde.
Das erfindungsgemäße Verfahrens kann in einer oder in mehreren parallel oder in Reihe geschalteten Reaktionszonen ausgeführt werden. Hierbei können sich die einzelnen Reaktionszonen in einer Vorrichtung befinden oder auch aufgeteilt in verschiedenen Vorrichtungen vorliegen.
Der Sauerstoff kann entweder vollständig zusammen mit dem Chlorwasserstoff vor der ersten Reaktionszone oder über verschiedene Reaktionszonen verteilt zugegeben werden.
Weiter kann das erfindungsgemäße Verfahren kontinuierlich oder diskontinuierlich ausgeführt werden. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren aber kontinuierlich ausgeführt.
Vorrichtungen in denen das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann sind etwa Festbett-, Fließbett- oder Wirbelbettreaktoren, wie sie dem Fachmann in ihren Ausführungsformen allgemein bekannt sind. Bevorzugt sind Festbettreaktoren, da in diesen die vorgenannte strukturierte Schüttung des Katalysators in vorteilhafter Weise erreicht werden kann.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungemäßen Verfahrens wird die in der Reaktionszone durch die exotherme Bildung von Chlor aus Chlorwasserstoff oder Kohlenstoffdioxid, Wasser etc. aus Nebenbestandteilen erzeugte Wärme aus der Reaktionszone oder nach der Reaktionszone dem Produktstrom entzogen und für die Erwärmung des Prozessgases A in oder vor Reaktionszone des Verfahrens verwendet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Figur erläutert, ohne sie hierdurch hierauf zu beschränken.
1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Wirbelschicht R. Zunächst werden einem Wärmeübertrager (W₁) die Prozessgase A, enthaltend Chlorwasserstoff, Sauerstoff, Kohlenstoffmonoxid sowie o- und p-Dichlorbenzol, zugeführt und hierin erwärmt. Die nun erwärmten Prozessgase A werden hiernach einer Wirbelschicht R enthaltend eine Reaktionszone mit einem Uranoxid-Katalysator (K) zugeführt, der stetig von unten durch die Prozessgase A durchströmt wird, so dass ein stabiles Wirbelbett entsteht. Die Wirbelschicht ist umgeben von einem Kühlmantel (W₂), durch den ein Wärmeträgeröl (L) geführt wird, das die Wärme, die durch die heterogen katalytische Oxidation von Chlorwasserstoff mit Sauerstoff zu Chlor, sowie durch die exotherme Reaktion von Kohlenstoffmonoxid zu Kohlenstoffdioxid und von o- und p-Dichlorbenzol zu Kohlenstoffdioxid, Wasserdampf und Chlor aufnimmt und über einen Kreislauf dem Wärmeübertrager (W₁) zuführt. In der Wirbelschicht bildet sich in Gegenwart des Uranoxid-Katalysators (K) aus den Bestandteilen des Prozessgases A Chlor, Wasserdampf und Kohlenstoffdioxid, das als Produkt (P) des Verfahrens aus der Wirbelschicht R herausgeführt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 2007/134726 [0008, 0008, 0009, 0010, 0011, 0013, 0014, 0018, 0031, 0063]
- JP 2005289800 A [0016, 0018]
- DE 1078100 [0019]
- WO 2000/020342 [0020, 0021, 0021]
- WO 1996/030085 [0020, 0022, 0022]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Goodwin et al. in „Reactive metall votallization from Ru/Al2O3 as a result of Ruthenium Carbonyl formation” (Appl. Catalysis, 1986 24: 199–209) [0010]
- Backmann et al. in „On the transport and speciation of ruthenium in high temperature oxidising conditions” (Radiochim. Acta, 2005 93: 297–304) [0011]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Chlor aus einem Prozessgas A, das Chlorwasserstoff und einen Anteil an Nebenbestandteilen von mindestens 2 Vol.-% umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer Reaktionszone des Verfahrens ein Katalysator umfassend eine Uranverbindung vorliegt und dass die Nebenbestandteile Stoffe umfassend Kohlenstoff sind, in denen mindestens ein Kohlenstoff in einer Oxidationszahl kleiner oder gleich 2 vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenbestandteile jene ausgewählt aus der Liste enthaltend nicht halogenierte Kohlenwasserstoffe, halogenierte Kohlenwasserstoffe und Kohlenstoffmonoxid sind.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenbestandteile halogenierte Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenstoffmonoxid sind.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die halogenierten Kohlenwasserstoffe chlorierte Kohlenwasserstoffe sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenbestandteile aus Phosgenierungsverfahren und/oder Verfahren zur Herstellung von Ioscyanaten stammen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Uranverbindung des Katalysators Uranoxide, Uranchloride, Uranoxychloride und/oder Alkali- und/oder Erdalkaliuranate sind.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Uranoxide UO₃, UO₂, UO oder Uranoxide einer nichtstöchimoetrischen Zusammensetzung sind, wobei Uranoxide nichtstöchimoetrischer Zusammensetzung jene mit einem Uran zu Sauerstoffverhältnis gemäß der Formel UO_X von UO_2,1 bis UO₅ sind.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, die Alkali- und/oder Erdalkaliuranate Na₆U₇O₂₄ oder Ba₃U₇O₂₄ sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es bei Temperaturen von 350°C bis hin zu Temperaturen von 800°C, bevorzugt bei Temperaturen von 400 bis 600°C betrieben wird.