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Verfahren zur Herstellung von Jod Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zur Herstellung von Jod aus Gemischen, die Jodwasserstoff und Wasser und
gegebenenfalls auch Jod enthalten.
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In der Technik gibt es keinen in großtechnischem Maßstab praktisch
brauchbaren Prozeß zur Wiedergewinnung von Jod, das in Mischungen enthalten ist,
welche Jodwasserstoff, Wasser und Jod enthalten. Gemische aus Jodwasserstoff und
Wasser - insbesondere solche Gemische, die etwas Jod enthalten - reagieren außerordentlich
stark. Jodwasserstoff-Wasser- und Jodwasserstoff-Wasser-Jod-Gemische wirken korrodierend
gegenüber den Metallen, die üblicherweise zur Konstruktion der Aufarbeitungsanlagen
verwendet werden. Um solche Gemische ohne Schaden bearbeiten zu können, müssen die
Flächen der Aufarbeitungseinrichtung, die mit solchen Gemischen in Berührung kommen,
aus inerten Metallen bestehen wie Tantal, Platin, Gold, Speziallegierungen od. dgl.,
oder sie müssen aus anderen inerten Stoffen hergestellt werden, wie plastischen
Stoffen, harzartigen Materialien, Glas, keramischem Material oder Kohlenstoff. Verarbeitungseinrichtungen,
die solche Metalle enthalten, sind teuer und schwer herzustellen. Verarbeitungseinrichtungen,
die Glas, keramisches Material od. dgl. enthalten, sind schwer herzustellen und
in Betrieb zu halten. Anlagen, die die erwähnten Metalle enthalten, sind kostspielig
und schwer herzustellen. Einrichtungen, die Glas bzw. keramisches Metall od. dgl.
enthalten, sind ebenfalls sehr schwer herzustellen und betriebsfähig zu erhalten,
da solches Material zerbrechlich und empfindlich gegenüber Temperaturunterschieden
ist. Plastische Stoffe, harzartiges Material, Glas und keramische Materialien haben
weiter die unangenehme Eigenschaft eines sehr niedrigen Wärmeübertragungskoeffizienten,
so daß ein Verfahren, welches die Anwendung solcher Materialien einschließt, in
bezug auf die Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. bei Wärmeaustauschern, Wiedererhitzern
von Destillationskolonnen u. dgl., nur mit geringer Leistung arbeitet. Geformte
Kohlenstoffmaterialien, wie durch Harz gebundener Kohlenstoff, haben zwar vorzügliche
Wärmeübertragungseigenschaften, sind aber sehr leicht zerbrechlich, so daß die Anwendung
solcher Materialien stark beschränkt ist.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, das die Wiedergewinnung
des Jodgehaltes eines Jodwasserstoff-Wasser-Gemisches oder aus jodwasserstoff-Wasser-Jod-Gemischen
ermöglicht.
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Erfindungsgemäß werden alle erforderlichen Arbeitsmaßnahmen so geleitet,
daß keine Wärmeübertragungsflächen für Wärmeableitung erforderlich sind, wobei im
wesentlichen bei konstanter Temperatur gearbeitet wird, so daß kein Wärmesprung
in nennenswertem Maße auftritt. Unter diesen Bedingungen ist eine Einrichtung, die
hergestellt ist aus plastischen Massen, Harzen, Glas, keramischen Materialien oder
Kohlenstoff und beständig ist gegenüber Schädigungen, durch die bei solchen Anlagen
üblicherweise auftretenden Beanspruchungen gut brauchbar, und es zeigt sich hierbei
kein Verlust hinsichtlich der Wirksamkeit. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird der Jodwasserstoff im Gemisch aus Jodwasserstoff und Wasser und gegebenenfalls
Jod im wesentlichen vollständig in Jod umgewandelt, und die gesamte Jodmenge der
Mischung wird mit guter Ausbeute in reinem Zustand und praktisch wasserfrei gewonnen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist also vorzüglich geeignet zur Wiedergewinnung
des gesamten Jodgehalts aus Jodwasserstoff-Wasser-Mischungen einschließlich von
Jodwasserstoff-Wasser-Jod-Gemischen in beliebig großem Maßstab.
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Gemäß der Erfindung wird Jod gewonnen aus Mischungen, die Jodwasserstoff
und Wasser und gegebenenfalls auch Jod enthalten, durch die Anwendung der nachstehend
angegebenen Arbeitsstufen: 1. Das Gemisch wird in der Dampfphase mit Sauerstoff
oder einem sauerstoffhaltigen Gas oxydiert; 2. die erhaltenen Dämpfe werden durch
Berührung mit einer wäßrigen Flüssigkeit kondensiert; 3. das Jod wird aus der wäßrigen
Flüssigkeit abgetrennt; 4. die wäßrige Phase wird mit einem Gas abgestreift, und
5. das erhaltene jodhaltige Gas wird durch Berührung mit einer wäßrigen Flüssigkeit
kondensiert. Vorzugsweise wird das jodhaltige Gas aus der fünften Stufe in die Kondensationsstufe
2 zurückgeführt. Die Fig. 1 zeigt schematisch die Aufeinanderfolge der Stufen gemäß
dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Es ist festzustellen, daß bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren alle Arbeitsmaßnahmen und insbesondere alle Arbeitsstufen,
die eine Wärmeübertragung umfassen, durchgeführt werden durch die direkte Berührung
zwischen den Strömen des Prozesses. So wird die Oxydation des Jodwasserstoffs direkt
durchgeführt durch direkte Einwirkung eines molekularen Sauerstoff enthaltenden
Gases, während das Jod kondensiert wird durch direkte Berührung mit einer wäßrigen
Flüssigkeit. Das Jod wird ge-,vonnen durch einfache Phasentrennung des im wesentlichen
nicht mischbaren Jods von der wäßrigen Phase, und die geringe Jodmenge, die sich
in der wäßrigen Phase löst, wird gewonnen durch direktes Abstreifen der wäßrigen
Phase mit einem Gas. Nach der bevorzugten Ausführungsform wird das jodhaltige Gas
der Kondensationsstufe zugeführt, in der das Jod durch direkte Berührung mit der
flüssigen wäßrigen Phase kondensiert wird. Wenn das Verfahren in dieser Weise geleitet
wird, ist keine Wärmeüberführung durch leitende Flächen erforderlich, und der überwiegende
Teil der für das Verfahren erforderlichen Einrichtung besteht lediglich aus Metallreaktionsgefäßen,
die mit Glas oder keramischem Material ausgekleidet sind. Eine solche Einrichtung
besitzt eine hohe mechanische Festigkeit, eine lange Lebensdauer und ist auch leicht
herzustellen.
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Das neue Verfahren ist vorteilhaft für die Wiedergewinnung des Jods,
das in irgendeiner Mischung mit Jodwasserstoff enthalten ist, gleichgültig ob die
Konzentration an Jodwasserstoff gering ist, z. B. in der Größenordnung von 1 oder
2 Gewichtsprozent, oder groß ist, beispielsweise in der Größenordnung der Konzentration
von Jodwasserstoff in einem konstant siedenden Jodwasserstoff-Wasser-Gemisch. Andere
Verbindungen außer Jodwasserstoff und Wasser können ebenfalls vorliegen, vorausgesetzt,
daß solche Verbindungen in der Oxydationszone des neuen Verfahrens im wesentlichen
inert sind und in den verschiedenen Zonen des Prozesses, welche physikalische Trennungen
umfassen, keine Schwierigkeiten bereiten. Wenn z. B. Ströme behandelt werden, welche
gasförmige Jodwasserstoff-'\Vasser-Gemische darstellen, können inerte Verdünnungsmittel
wie Stickstoff, Helium oder andere inerte gasförmige Elemente oder auch Verbrennungsprodukte
wie Kohlendioxyd, Kohlenmonoxyd u. dgl. vorhanden sein.
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In solchen der Behandlung unterworfenen Strömen können auch organische
Stoffe vorliegen. Solche organischen Stoffe sollen aber im Gegensatz zu den vorstehenden
Verdünnungsmitteln vorzugsweise bei der verwendeten Oxydationstemperatur mit Jodwasserstoff
und/oder Jod reagieren, und sie sollen auch bei der verwendeten Temperatur mit molekularem
Sauerstoff reagieren, so daß der gesamte vorliegende Jodidgehalt dieser Stoffe in
elementares Jod umgewandelt wird. Es ist gefunden worden, daß die Anwesenheit einer
wesentlichen Menge von Jod in den behandelten Jodwasserstoff-Wasser-Gemischen die
Oxydation von Jodwasserstoff zu Jod nicht ungünstig beeinflußt, so daß das erfindungsgemäße
Verfahren bezüglich der Wiedergewinnung des gesamten Jodgehaltes, sowohl des Jods
als auch des Jodwasserstoffes, aus Jodwasserstoff-Wasser-Jod-Gemischen vorteilhaft
ist.
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Die Verdampfung der Flüssigkeit vor der Oxydationsstufe kann bewirkt
werden, indem man die Flüssigkeit direkt mit einem heißen Gas in Berührung bringt,
das z. B. durch Verbrennung eines Heizöls erzeugt sein kann. Die erhaltene dampfförmige
Mischung wird dann in die Oxydationszone geleitet. Vorzugsweise wird die zu verdampfende
Flüssigkeit direkt mit einem heißen Gas in einem porösen Bett aus feuerfestem Material
in Berührung gebracht, indem man sie z. B. mit Richtung nach unten hindurchfährt
durch ein poröses Bett aus feuerfesten Stoffen wie Kieselsteine, anderes Gesteinsmaterial,
Ziegelsplitter, aus keramischem Material geformte keramische Körper u. dgl. ; die
heißen gasförmigen Produkte aus der Verbrennung eines Heizöls werden nach oben geführt.
Hierbei ist das Bett aus feuerfesten Körpern in einem Behälter mit verengtem Querschnitt
untergebracht, dessen Oberfläche, die mit den Strömen des Verfahrens in Berührung
kommt, aus einem inerten Material wie Glas, keramischem Material oder kohlenstoffhaltigem
Material besteht.
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Die Oxydation des Jodwasserstoffs in dem entstehenden dampfförmigen
Gemisch kann nach verschiedenen Methoden durchgeführt werden, z. B. indem man das
dampfförmige Gemisch in Mischung mit einem molekularen Sauerstoff enthaltenden Gas
durch einen ungefüllten Reaktor bei einer Temperatur in der Größenordnung von etwa
600°C hindurchfährt. Die erforderliche Reaktionstemperatur kann jedoch wesentlich
herabgesetzt werden bis zur Größenordnung von etwa 200 bis etwa 400°C, und es kann
trotzdem eine im wesentlichen quantitative Oxydation des Jodwasserstoffs in Jod
in Verweilzeiten, die 1 Minute nicht überschreiten, erzielt werden, indem man das
zur Reaktion zu bringende Gemisch durch ein poröses Bett aus einem inerten, nicht
katalytisch wirkenden, im wesentlichen nicht porösen, festen Kontaktmaterial hindurchfährt,
das eine große Oberflächenausdehnung aufweist und auf der gewünschten Reaktionstemperatur
gehalten wird wie Glas und keramische Materialien, die im allgemeinen als feuerfeste
Stoffe bezeichnet werden, kieselsäurehaltige Stoffe, Siliciumcarbid, aluminiumhaltige
Stoffe wie geschmolzene Tone, Korund u. dgl., Bornitrid, gebrannte Ziegelsteine,
natürlich vorkommende Gesteinsmaterialien u. dgl.
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Die Herabsetzung von Temperatur und Reaktionszeit kann ferner auch
erreicht werden durch Anwendung eines Katalysators in der Oxydationszone. Es ist
eine Vielzahl von Stoffen zur Katalysierung der Reaktion zwischen Jodwasserstoff
und molekularem Sauerstoff geeignet. Eine bevorzugte Klasse von Katalysatoren zu
dieser Reaktion umfaßt feste Stoffe, die im wesentlichen eine ausgesprochene Oberflächenaktivität
und ein großes Verhältnis zwischen Oberfläche und Gewicht ausweisen wie die sauren
Tone, Siliciumdioxyd-Aluminiumoxyd-Katalysatoren, die zur Spaltung von Kohlenwasserstoffen
verwendet werden, u. dgl. Eine andere speziell geeignete Gruppe von Katalysatoren,
die für diese Oxydation eingesetzt werden können, sind die porösen, im wesentlichen
neutralen festen Stoffe mit einem großen Verhältnis zwischen Oberfläche und Gewicht,
z. B. die verschiedenartigen neutralen Tonmaterialien, neutrale Siliciumdioxydgele,
neutrale Aluminiumoxyde, die calcinierten Erden u. dgl.
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Es ist auch gefunden worden, daß die Metallhalogenide und andere Verbindungen,
die in der Technik als Katalysatoren für die Dampfphasenoxydation von Chlorwasserstoff
zu Chlor nach dem bekannten Deaconprozeß bekannt sind, auch geeignete Katalysatoren
darstellen zur Anwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Umwandlung von Jodwasserstoff
in Jod. Diese katalytischen Stoffe sind in der einschlägigen Technik als Deacon-Prozeß-Katalysatoren
oder einfach als Deaconkatalysatoren bekannt.
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Anstatt die Oxydation des Jodwasserstoffs in der vorstehend beschriebenen
Weise durchzuführen, kann diese Oxydation nach einer anderen Ausführungsform auch
im Sinne der Erfindung bewirkt werden, indem man ein Gemisch aus den jodwasserstoffhaltigen
Dämpfen und einem molekularen Sauerstoff enthaltenden Gas verbrennt. So kann man
die jodwasserstoffhaltigen Dämpfe
mit einer gewissen Menge eines
sauerstoffhaltigen Gases wie Luft oder reinem molekularem Sauerstoff vermischen,
die ausreicht, um mindestens die Menge an molekularem Sauerstoff zu liefern, die
theoretisch zur Umsetzung mit dem Jodwasserstoff erforderlich ist, wobei man das
erhaltene Gemisch zu einem in einem geeigneten Gefäß angeordneten Brenner für das
Gemisch führt, entzündet und abbrennen läßt. Diese Methode der Oxydation des Jodwasserstoffs
ist anwendbar, wenn die Konzentration von Jodwasserstoff und molekularem Sauerstoff
im Gemisch aus jodwasserstoffhaltigen Dämpfen und einem molekularen Sauerstoff enthaltenden
Gas derart ist, daß eine Verbrennung des Gemisches eintritt. Das entstehende Jod
wird in der Weise gewonnen, wie sie für die Gewinnung des Jods im Abfluß aus der
Oxydationszone beschrieben worden ist. Zu diesem Zweck kann irgendeiner der üblichen
Brenner, wie sie zum Verbrennen von Heizgasen dienen, benutzt werden, vorausgesetzt,
daß die Teile des Brenners, die mit dem jodwasserstoffhaltigen Gas in Berührung
kommen, aus keramischem oder anderem säurefestem Material bestehen. Gewünschtenfalls
kann man das Gemisch, anstatt ein jodwasserstoffhaltiges Gemisch getrennt zu verdampfen,
auch in situ im Brenner verdampfen, so daß die Verdampfung der Flüssigkeit und die
Oxydation des darin enthaltenen Jodwasserstoffs in einem Arbeitsgang erfolgt. Die
Verdampfung der Flüssigkeit in dem Brenner wird herbeigeführt, indem man dem Brenner
eine ausreichende Menge Heizstoff und eines molekularen Sauerstoff enthaltenden
Gases zuführt, um das Heizmaterial zu verbrennen, das flüssige Gemisch zu verdampfen
und den Jodwasserstoff zu oxydieren. Die Teile des Brenners, die mit der Jodwasserstoff
enthaltenden Flüssigkeit in Berührung kommen, müssen aus geeignetem keramischem
oder sonstigem säurefestem Material hergestellt sein. Diese Arbeitsweise ist auch
anwendbar für die Oxydation des Jodwasserstoffs in jodwasserstoffhaltigen Dämpfen,
in welchen die Konzentration des Jodwasserstoffs und des molekularen Sauerstoffs
in einem Gemisch aus Jodwasserstoff enthaltenden Dämpfen und einem molekularen Sauerstoff
enthaltenden Gas derart ist, daß Verbrennung des Gemisches nicht auftritt.
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Die Oxydation des Jodwasserstoffs und die Kondensation des erhaltenen
Jods kann gleichzeitig erfolgen. Bei dieser Ausführung kann eine Arbeitsweise verwendet
werden, die als eine unter der Oberfläche verlaufende Verbrennung bezeichnet werden
kann. - Nach dieser Arbeitsweise wird eine Mischung aus den Jodwasserstoff enthaltenden
Dämpfen und einem molekularen Sauerstoff enthaltenden Gas einem Brenner zugeführt,
der in eine flüssige, wäßrige Phase eintaucht. Das Gemisch wird entzündet und verbrannt,
wobei die aus der Verbrennung entstehenden Gase unmittelbar mit der flüssigen wäßrigen
Phase in Berührung kommen und hierbei das Jod kondensiert wird.
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Gemäß der Erfindung wird das Jod in dem Dampfabstrom aus der Oxydationszone
kondensiert, indem man den dampfförmigen Abfluß direkt mit einer flüssigen wäßrigen
Phase in Berührung bringt. Der erforderliche Flüssigkeits-Gas-Kontakt kann herbeigeführt
werden, indem man die Flüssigkeit in das Gas einsprüht, oder durch die Anwendung
mechanischer Kontaktvorrichtungen, wie Roste, Platten und Glockenböden, gepackte
Säulen od. dgl., in welchen diejenigen Teile, die mit den verarbeiteten Strömen
in Berührung kommen, aus säurefesten Materialien hergestellt sind. Auch dampfförmiges
Jod kann kondensiert werden, indem man die Dämpfe und die flüssige wäßrige Phase
in eine Düse führt, in welcher die Dämpfe und die Flüssigkeit gründlich vermischt
werden, worauf man das Dampf-Flüssigkeits-Gemisch durch eine Zone von beschränktem
Querschnitt, z. B. ein Rohr, führt, in welchem eine stark turbulente Strömung aufrechterhalten
wird, worauf man das Gemisch in einen Kessel ausströmen läßt, der mit einem Kontaktmaterial
der vorstehend beschriebenen Art gefüllt ist. In manchen Fällen hat es sich als
sehr zweckmäßig erwiesen, eine Kombination - aus Sprüh- und Kontakttechnik, Abschreckdüsentechnik
und Technik des gepackten Bettes zu verwenden. Vorzugsweise werden die Dämpfe wegen
der Einfachheit der dabei verwendeten Einrichtungen mit der wäßrigen Flüssigkeit
in einem porösen Bett aus glasartigen, keramischen oder sonstigen feuerfesten Materialien
in Berührung gebracht, z. B. indem man die Flüssigkeit durch das Bett dem aufwärts
strömenden Gas entgegen nach unten fließen läßt. Als flüssige wäßrige Phase kann
auch reines Wasser verwendet werden, oder man kann wäßrige Lösungen benutzen, die
eine oder mehrere gelöste inerte Stoffe enthalten. Wenn nicht reines Wasser verwendet
wird, enthält die wäßrige Lösung vorzugsweise keine anderen Stoffe als Wasser, Jodwasserstoff
und Jod. Die Kondensation des Jods kann unter solchen Bedingungen durchgeführt werden,
daß das Jodprodukt entweder in flüssiger oder in fester Form anfällt. Weil flüssiges
Jod leichter zu handhaben ist als festes Jod, wird vorgezogen, die Kondensation
unter solchen Bedingungen hinsichtlich Temperatur und Druck durchzuführen, daß das
kondensierte Jod flüssig ist. So ist es erwünscht, die Kondensation bei überatmosphärischen
Drücken durchzuführen, die ausreichen, um die Kondensationstemperatur über dem Schmelzpunkt
des Jods (113,7°C) zu halten.
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Das Kondensat, welches eine flüssige wäßrige Phase und eine mit dieser
nicht mischbare Jodphase enthält, wird dann einer Trennungszone zugeführt, in welcher
die Jodphase abgetrennt und als gewünschtes Verfahrensprodukt gewonnen wird. Es
ist offensichtlich, daß es in machen Fällen zweckmäßig ist, eine kombinierte Kondensations-
und Trennungszone zu verwenden. Wenn z. B. die Kondensation durch Einsprühen der
wäßrigen flüssigen Phase in die Dämpfe durchgeführt wird oder wenn Flüssigkeit und
Dampf in einer Abschreckdüse od. dgl. in Berührung gebracht werden oder wenn Flüssigkeit
und Dampf in einem Kontaktbett aus inertem Kontaktmaterial in Berührung gebracht
werden, kann es zweckmäßig sein, am unteren Ende des Kessels eine Zone vorzusehen,
welche dazu dient, den Flüssigkeits-Dampf-Kontakt herbeizuführen und in welcher
die nicht mischbare Jodphase gesammelt und als Verfahrensprodukt abgezogen werden
kann.
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Jod ist ziemlich löslich in Wasser und unter sonst gleichen Bedingungen
noch stärker löslich, wenn Jodwasserstoff zugegen ist. Gemäß der Erfindung wird
die flüssige, wäßrige Phase aus der Trennungszone zweckmäßig behandelt, um das darin
enthaltene Jod zu gewinnen. Es ist gefunden worden, daß diese Wiedergewinnung sehr
leicht durchgeführt werden kann, indem die flüssige, wäßrige Phase innig mit einem
Gas in Berührung gebracht wird, welches das Jod aus der Flüssigkeit abstreift, worauf
man das abströmende Gas, welches das Jod enthält, in die Kondensationszone führt,
in welcher das Jod kondensiert und gleichzeitig auch das Jod aus dem Abfluß des
Oxydationsgefäßes kondensiert wird. Als Abstreifgas kann irgendein Gas verwendet
werden, das im wesentlichen in dem Absorptionssystem unlöslich ist. Beispielsweise
kann Luft verwendet werden, oder das Gas kann auch reiner Stickstoff, Helium od.
dgl. sein. Dampf ist aber das bevorzugte Abstreifmittel.
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Wenn ein flüssiges, jodwasserstoffhaltiges Gemisch als ursprünglich
zugeführte Flüssigkeit verwendet und diese durch heiße Verbrennungsgase verdampft
wird, und/oder
wenn das zur Oxydation des Jodwasserstoffs dienende,
molekularen Sauerstoff enthaltende Gas Luft ist oder wenn in der Oxydationsstufe
reiner Sauerstoff im Überschuß verwendet wird, wird dampfförmiges Material aus der
Kondensationszone abgezogen. Gewöhnlich enthalten diese dampfförmigen Stoffe wesentliche
Mengen von Jodwasserstoff bzw. Jod oder von beiden Stoffen. Diese jodhaltigen Materialien
müssen aufgearbeitet werden. Die Gewinnung des Jods bzw. des Jodwasserstoffs wird
mit guter Wirkung durchgeführt durch einfaches Berieseln der dampfförmigen Stoffe
mit einer flüssigen wäßrigen Phase, worauf dann der erhaltene flüssige Berieselungs-Abfluß
verdampft wird und die Dämpfe in die Jodwasserstoffoxydierungszone geführt werden.
Nach einer anderen Ausführungsform kann der Jodgehalt der Flüssigkeit gewonnen werden,
indem man die Flüssigkeit mit aktivierter Holzkohle in Berührung bringt, welche
das Jod selektiv adsorbiert. Das adsorbierte Jod kann dann nach bekannten Methoden
gewonnen werden, z. B. durch Dampfahstreifung, Lösungsmittelextraktion od. dgl.
In manchen Fällen, z. B. wenn das Verfahren nicht vorschriftsmäßig durchgeführt
wird, erfolgt keine vollstärdige Oxydation von Jodwasserstoff zu Jod. In solchen
Fällen strömt der Jodwasserstoff durch die Kondensations- und Abstreifzone und findet
sich in der abgestreiften flüssigen, wäßrigen Phase. Um einen Verlust dieses Jodwasserstoffs
zu vermeiden, ist es erwünscht, daß die abgestreifte flüssige, wäßrige Phase gekühlt
und die gekühlte Flüssigkeit als Kondensierflüssigkeit in der Kondensationszone
verwendet wird. Das Abkühlen der heißen, abgestreiften, flüssigen wäßrigen Phase
wird besonders wirksam durchgeführt durch Anwendung der direkten Verdampfungs-Kühltechnik,
wobei die heiee Flüssigkeit mit einem Gas, wie Luft, in Berührung gebracht wird,
Verdampfung von Wasser aus der Flüssigkeit auftritt und damit die Temperatur der
Flüssigkeit wirksam herabgesetzt wird. Es ist gefunden worden, daß der Dampfdruck
von Jodwasserstoff in der verdünnten wäßrigen Lösung desselben so gering ist, daß
im wesentlichen kein in der wäßrigen Flüssigkeit enthaltener Jodwasserstoff bei
Anwendung der vorerwähnten Technik zum Kühlen dieser Flüssigkeit verlorengeht. Nach
einer anderen Arbeitsweise kann die Flüssigkeit auch gekühlt werden, indem man sie
in einen Kessel führt, in welchem mit Hilfe eines Dampfprojektors ein Vakuum aufrechterhalten
wird.
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Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verf2hrenist in Fig.2
erläutert. Fig. 3 enthält eine noch mehr im einzelne gehende Erläuterung des Verfahrens.
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Die Arteitszoren sind durch Buchstaben bezeichnet, wobei der zur Kennzeichnung
jeder Zone verwendete Buchstabe für die entsprechende Zone in den Fig. 1 und 2 der
gleiche ist. Die Tahelle zeigt spezielle Arbeitsbedingungen, Strcmungsgeschwindigkeiten
und Zusammensetzung der hehandelten 117aterialströme für die der Pehardlung zugeführten
Ausgangsstrome.
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Beim Arbeiten nach der in Fig. 3 erläuterten Ausführungsforrn des
Prozesses tritt die flüssige Jodwasserstoff-Wasser-Jod-Mischung (Strom 1) durch
die Leitung 300 in das Svstem ein. Die Flüssigkeit wird über das Bett aus Kontaktmaterial
in Kessel A durch eine Verteilereinrichtung 301 verteilt. Dampfförmiges Heizmittel
(Strom 3) tritt durch die Leitung 302 ein und wird im Brenner 303 mit Luft (Strom
2), die durch die Leitung 306 zustrcmt, verbrannt. Die nicht verdampfte Flüssigkeit
wird durch die Leitung 3G7 in die Verteilereinrichtung 301 zurückgeführt. Die Dämpfe
(Strom 4) werden durch die Leitung 3C8 in das Oxydationsgefäß B geführt, in welchem
der Jodwasserstoff umgesetzt wird mit molekularem Sauerstoff, der mit der Luft (Strom
2) durch die Leitung 306 eingeleitet wird. Die abströmenden Dämpfe (Strom 5) werden
(durch die Leitung 309) zusammen mit den Dämpfen (Strom 6) aus dem Abstreifgefäß
F (durch die Leitung 310) in die Abschreckdüse N geführt, in welcher die Dämpfe
mit Kühlwasser (Strom 7) abgekühlt werden, das durch die Leitung 311 eingeführt
wird. Die Dampf-Flüssigkeit-Mischung aus der Abschreckdüse (in Strom 8) gelangt
durch die Leitung 312 in den Kondensationskessel C. Zusätzliches Kühlwasser (Strom
9) wird durch die Leitung 313 zu Verteilereinrichtungen 314 im Kessel C geführt,
um dort weiter in Berührung zu kommen mit den Dämpfen, die durch den Kessel C aufwärts
strömen. Die gekühlten und berieselten Dämpfe (Strom 10) werden abgezogen und durch
die Leitung 315 in den Berieselungskessel D geleitet. Das Kondensat (Strom 11) wird
durch die Leitung 316 in das Trenngefäß E geleitet, in welchem Jod von der wäßrigen
Phase getrennt wird. Das als Verfahrensprodukt gewonnene Jod (Strom 12) wird
über die Leitung 317 abgezogen und in den Dehydrierungsprozeß zurückgeleitet. Die
wäßrige Phase aus dem Trenngefäß E (Strom 13) wird in zwei Teile geteilt. Ein Teil
(Strom 14) wird über dieLeitung 318 in denDehydrierungsprozeß zurückgeführt. Der
andere Teil (Strom 15) wird über die Leitung 319 zu Verteilereinrichtungen im Berieselungsgefäß
F geleitet. Dampf (Strom 16) wird durch die Leitung 321 in den Kessel F geführt.
Der jodreiche Dampf (Strom 6) gelangt aus dem Kessel F durch die Leitung 310 in
die Kühldüse N. Die abgestreifte wäßrige Flüssigkeit (Strom 17) wird durch die Leitung
322 in den Kühler G geführt, wo sie durch teilweise Verdampfung von Wasser abgekühlt
wird. Dämpfe aus der Berieselungseinrichtung D (Strom 18) gelangen durch die Leitung
332 in den Kühler. Luft für die Herbeiführung der Verdampfung eines Teiles des Wassers
aus den in den Kühler einströmenden Flüssigkeiten und damit zur Abkühlung dieser
Flüssigkeiten tritt in den Kühler durch Leitung 323 als Strom 19 ein. Die feuchte
Luft (Strom 20) wird durch die Leitung 324 abgeblasen. Ergänzendes Wasser (Strom
21) wird durch die Leitung 325 zugeführt. Die gekühlte wäßrige Phase (Strom 22)
wird teilweise durch die Leitung 326 und 322 zurückgeführt, um die Temperatur der
wieder in den Kühler G eintretenden Flüssigkeit niedrig zu halten. Der Rest der
gekühlten wäßrigen Phase (Strom 22) wird in zwei Ströme geteilt: Strom 23, der durch
die Leitung 327 in den Dehydrierungsprozeß geführt wird, und Strom 24, der über
die Leitungen 328 und 311 in die Abschreckdüse Al und durch die Leitung 313 in den
Kondensator C geführt wird.
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Die Dämpfe aus dem Kondensator C (Strom 10) werden durch die Leitung
315 in den Berieselungskessel D geführt, wo sie berieselt werden mit einem wäßrigen
Strom (Strom 25), der in dem Dehydrierungsprozeß angefallen ist und durch die Leitung
330 in die Verteilereinrichtung 329 in der Rieselvorrichtung D geleitet wird. Die
berieselten Dämpfe (Strom 18) werden durch die Leitung 332 in den Kühler G geführt,
um etwa in den berieselten Dämpfen vorhandenen Jodwasserstoff wiederzugewinnen.
Wenn die berieselten Dämpfe keinen Jodwasserstoff enthalten, können sie in die Atmosphäre
abgeblasen werden. Dies ist besser als das Einleiten in den Kühler G, da so die
Belastung des Kühlers herabgesetzt wird. Der flüssige Abfluß aus der Berieselungseinrichtung
(Strom 26) wird durch die Leitung 331 beispielsweise in einen Dehydrierungsprozeß
geführt. Die nachstehende Tabelle erläutert typische Arbeitsbedingungen und Materialverhältnisse
für die wesentlichen Ströme des Verfahrens für den Fall der besonderen Ausführung
des Verfahrens, wie es in Fig. 3 erläutert ist. Die einzelnen Teilströme sind numeriert.
Die Zahlen sind auch in Fig. 3 in Rhomben angegeben.
I. Verdampfungszone
-Zone A A. Arbeitsbedingungen 1. Temperaturen a) Zufuhr zum Verdampfer (Strom 1).
. .
105'C
b) Abfluß aus dem Verdampfer (Strom 4) 175°C c) Luft im Verdampfer
(Strom 2)
...... 100'C
d) Heizöl im Verdampfer (Strom 3)
.... 18°C
2. Drücke a) Luft im Verdampfer . . . . . . . . . . . . . . . 3,5 kg/cm2 b) Heizmittel
im Verdampfer . . . . . . . . . . 3,5 kg/cm2
B. Bestandteile |
Kom- |
Nummer Strömungs- ponenten |
des Bezeichnung und geschwindigkeit |
Stromes Bestandteile (Gewichtsteile (Ge- |
pro Zeiteinheit) wichts- |
prozent) |
1 Zufluß |
zum Verdampfer . |
H J . . . . . . . . . 33,972 30,3 |
H20 ......... 37,537 32,9 |
J2........... 41,833 36,8 |
gesamt 113,342 100,0 |
2 Luft |
im Verdampfer |
02 .......... 12,274 23,0 |
N2 . . . . . . . . . . . 40,403 75,7 |
H20 . . . . . . . . 720 1,3 |
gesamt 53,397 100,0 |
3 Heizmittel |
im Verdampfer |
Methan ....... 2,256 100,0 |
II. Oxydationszone - Zone B A. Arbeitsbedingungen 1. Temperaturen a) Zustrom zum
Oxydationsgefäß (Strom 4) ......................... 175°C b) Abfluß aus dem Oxydationsgefäß
(Strom 5) ......................... 375°C 2. Drücke a) Abfluß aus dem Oxydationsgefäß
.... 2,8 kg/cm2
B. Komponenten |
Zu- |
Nummer sammen |
Nummer |
des Bezeichnung und geschwindigkeit setzun |
g |
Stromes Bestandteile (Gewichtsteile (Ge- |
pro Zeiteinheit) wichts- |
prozent) |
5 Abfluß aus |
Oxydationsgefäß |
N ............ 40,403 23,9 |
01 ........... 1,115 0,7 |
Co, . . . . . . . . . 6,235 3,7 |
H J . . . . . . . . . 340 0,2 |
H20 ......... 45,712 27,0 |
j2 ............ 75,223 44,5 |
gesamt 169,028 100,0 |
III. Kühlungsdüse - N A. Arbeitsbedingungen 1. Temperaturen a) Abfluß aus dem Oxydationsgefäß
(Strom 5) ......................... 375°C b) Kühlwasser (Strom
7) .... ***'******
30°C c) Dampfabfluß aus Abstreifer (Strom
6) 120'C
B. Komponenten |
Zu- |
Nummer Strömungs- sammen- |
des Bezeichnung und geschwindigkeit Setzung |
Stromes Bestandteile (Gewichtsteile (Ge- |
pro Zeiteinheit) wichts- |
prozent) |
5 Abfluß aus |
Oxydationsgefäß |
N ........... 40,403 23,9 |
01 ........... 1,115 0,7 |
Co, .......... 6,235 3,7 |
H J . . . . . . . . . 340 0,2 |
H20 ......... 45,712 27,0 |
J2........... 75,223 44,5 |
gesamt 169,028 100,0 |
6 Ausströmender |
Abstreifdampf |
H20 ......... 23,572 62,9 |
j2 ............ 13,910 37,1 |
gesamt 37,482 100,0 |
7 Kühlwasser |
H20 ......... 99,054 99,0 |
H J . . . . . . . . . 1,029 1,0 |
gesamt 100,083 100,0 |
IV. Kondensationszone -Zone C A. Arbeitsbedingungen 1. Temperaturen a) Kühlwasser
für den Kondensator (Strom 9) ......................... 30°C b) Dampfabfluß aus
Kondensator (Strom 10) ........................ 35°C c) Flüssiger Abfluß aus dem
Kondensator (Strom 11) ........................ 115°C 2. Druck im Kondensator. .
. . . . . . . . . . . . . .1,75 kg/cm2
B. Komponenten |
zu- |
Nummer sammen- |
e Nummer Bezeichnung und geschwindigkeit Setzung |
Stromes Bestandteile (Gewichtsteile (Ge- |
pro Stunde) wichts- |
prozent) |
10 Dampfabfluß aus |
Kondensator |
N ............ 40,403 79,1 |
02 .......... 1,115 2,2 |
C02 . . . . . . . . . 6,235 12,2 |
H20 . . . . . . . . 987 1,9 |
j2 ............ 2,324 4,6 |
gesamt 51,064 100,0 |
B. Komponenten (Fortsetzung) |
Zu- |
Nummer Strömungs- sammen- |
des Bezeichnung und geschwindigkeit Setzung |
Stromes Bestandteile (Gewichtsteile (Ge- |
pro Stunde) wichts- |
prozent) |
9 Kühlwasser für |
Kondensator |
H20 . . . . . . . . . 480,411 99,0 |
H J . . . . . . . . . 4,993 1,0 |
gesamt 485,404 100,0 |
11 Aus Kondensator |
abfließende |
Flüssigkeit |
H J . . . . . . . . . 6,362 0,9 |
H20 ......... 647,758 87,4 |
J2........... 86,813 11,7 |
gesamt 740,933 100,0 |
V. Berieselungszone - Zone D A. Arbeitsbedingungen 1. Temperaturen a) Dampfabfluß
aus Kondensator (Strom 10) ........................ 35°C b) DampfabfluB aus Berieselungseinrichtung
(Strom 18) . . ... . . . . . . . . 65°C c) Berieselungsflüssigkeit (Strom 25)
.... 65°C d) Flüssiger AbfluB aus Berieselungseinrichtung (Strom
26) . . . . .. . . . . . .. 35°C
B. Komponenten |
Zu- |
Nummer Strömungs- lammen- |
des Bezeichnung und geschwindigkeit Setzung |
Stromes Bestandteile (Gewichtsteile (Ge- |
pro Zeiteinheit) wichts- |
prozent) |
10 Dampfabfluß aus |
Kondensator |
(vgl. IV, B) |
18 Dampfabfluß aus |
Berieselungs- |
vorrichtung |
N ............ 40,403 78,3 |
01 ........... 1,115 2,1 |
C02 . . . . . . . . . 6,235 12,1 |
H20 ........ 3,857 7,5 |
gesamt 51,610 100,0 |
25 Berieselungs- |
flüssigkeit |
H J . . . . . . . . . 17,165 44,6 |
H20 ......... 21,278 55,4 |
gesamt 38,443 100,0 |
26 Flüssiger AbfluB |
aus Berieselungs- |
einrichtung |
H J . . . . . . . . . 17,165 45,3 |
1120 ......... 18,428 48,6 |
J2............ 2,324 6,1 |
gesamt 37,917 100,0 |
VI. Trennungszone - Zone E A. Arbeitsbedingungen 1. Temperaturen a) Flüssiger Abfluß
aus Kondensator (Strom 11) ........................ 115°C b) Gewonnenes Jod (Strom
12) . . ... .. . . 115°C c) Wäßriger Abfluß aus Trennvorrichtung (Strom 13)
. . . . . . . . . . . . . 115°C 2. Druck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .1,75 kg/cm2
B. Komponenten |
Strömung- zu- |
Nummer lammen- |
des Bezeichnung und geschwindigkeit setzeng |
Stromes Bestandteile (Gewichtsteile |
pro Zeiteinheit) (nach |
Gewicht) |
11 Flüssiger Abfluß |
aus Kondensator |
(vgl. IV, B) |
12 Gewonnenes Jod |
(J2 ......... 72,375 100,0 |
13 Wäßriger AbfluB |
aus Trenn- |
vorrichtung |
H J . . . . . . . . . 6,362 1,0 |
H20 ......... 647,758 96,9 |
J2............ 14,438 2,1 |
gesamt 668,558 100,0 |
VII. Abstreifzone -Zone F A. Arbeitsbedingungen 1. Temperaturen a) Zufuhr zum Abstreifer
(Strom
15) .... 115'C
b) Dampfförmiger Abfluß aus Abstreifer (Strom 6) .........................
120°C c) Abstreiferdampf (Strom 1.6) .. . . . . . . . 148°C d) Flüssiger Abfluß
aus Abstreifer (Strom 17) ........................ 120°C 2. Druck a) Abstreiferdampf
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3,5 kg/cm' b) Abfluß aus Abstreifer
....... .
...... 1,9 kg/cm2
B. Komponenten |
Zu- |
Numm r . Strömungs- lammen- |
des Bezeichnung und geschwindigkeit Setzung |
Stromes Bestandteile (Gewichtsteile (Ge- |
pro Zeiteinheit) wichts- |
prozent) |
15 Zufuhr zum |
Abstreifer |
HJ ......... 6,130 1,0 |
12 . . . . . . . . . . . . 624,166 96,9 |
H20 ......... 13,912 2,1 |
6 DampfabfluB aus gesamt 644,208 100,0 |
Abstreifer |
J2........... 13,910 62,9 |
H20 ......... 23,572 37,1 |
gesamt 37,482 100,0 |
1£ Abstreifdampf |
i20 ......... 24,562 100,0 |
B. Komponenten (Fortsetzung) |
Zu- |
Nummer Strömungs- sarnmen- |
des Bezeichnung und geschwindigkeit Setzung |
Stromes Bestandteile (Gewichtsteile (Ge- |
pro Zeiteinheit) wichts- |
prozent) |
17 Flüssiger Abflüß |
aus Abstreifer |
HJ ......... 6,130 1,0 |
11,0 . . . . . . . . . 625,156 99,0 |
12 . . . . . . . . . . . . 2 - |
gesamt 631,288 100,0 |
VIII. Kühlzone - Zone G A. Arbeitsbedingungen 1. Temperaturen a) Flüssiger Abfluß
aus Abstreifer (Strom 17) ........................ 120°C b) Gekühltes Wasser (Strom
22) ........ 30°C c) Dampfabfluß aus Berieselungsvorrichtung (Strom 18) . . . .
. .. . . .. . . 65°C d) Abgeblasene Kühlgase (Strom 20)
.... 45°C e) Kühlwasser
(Strom 21) . . . . . . . . . . . . .
13'C
f) Kühlluft (Strom 19) . . . . .
. . . . . . . . . . . 22'C (22°C bei feuchter, 33°C bei trockener Thermometerkugel)
2. Druck . . . . . . . . . . . . . . . praktisch Atmosphärendruck
B. Komponenten |
Zu- |
Nummer Strömungs- sammen- |
des Bezeichnung und geschwindigkeit Setzung |
Stromes Bestandteile (Gewichtsteile (Ge- |
pro Zeiteinheit) w-ichts- |
prozent) |
17 Flüssiger Abfluß |
aus Abstreifer |
(vgl. VII, B) |
22 Gekühltes Wasser |
H J . . . . . . . . . 6,130 1,0 |
1110 . . . . . . . . . 590,411 99,0 |
gesamt 596,541 100,0 |
Zu- |
l@rummer Strömungs- sammen- |
des Bezeichnung und geschwindigkeit Setzung |
Stromes Bestandteile (Gewichtsteile (Ge- |
pro Zeiteinheit) wichts- |
prozent) |
18 Dampfabfluß aus |
Abstreifer |
(vgl. V, B) |
20 Abgeblasene Gase |
aus Kühler |
N ............ 1569,280 72,7 |
01 ........... 465,559 21,5 |
Co, . . . . . . . . . 6,235 0,3 |
1120 ......... 118,260 5,5 |
J2........... 2 - |
gesamt 2159,336 100,0 |
21 Kühlwasser |
Hl o . . . . . . . . . 77,210 100,0 |
Zu- |
Nummer sammen- |
des |
Nummer Bezeichnung und geschivindigkeit Setzung Stromes Bestandteile
(Gewichtsteile (Ge- |
pro Zeiteinheit) wichts- |
prozent) |
19 Kühlluft |
N 2.......... 1528 877 |
76>6 |
> |
01 ........... 464,444 23,3 |
H,0 . . . . . . . . . 2,448 0,1 |
gesamt 1995,769 100,0 |
IX. Ströme, die in die Dehydrierungsanlage fließen |
Zu- |
Nummer Strömungs- sammen- |
des Bezeichnung und geschwindigkeit setzeng Stromes Bestandteile
(Gewichtsteile (Ge- |
pro Zeiteinheit) wichts- |
prozent) |
26 Flüssiger Abfluß |
aus Berieselungs- |
vorrichtung |
(Vgl. V, B) |
14 Flüssiger Abfluß |
aus Trenn- |
vorrichtung |
H J . . . . . . . . . 232 1,0 |
1120 ......... 23,592 96,9 |
J2 ............ 526 2,1 |
gesamt 24,350 100,0 |
23 Kühlwasser |
HJ ......... 108 1,0 |
H20......... 10,946 99,0 |
gesamt 11,054 100,0 |
Wenn das Verfahren gemäß der Erfindung auch anwendbar ist zur Wiedergewinnung des
Jodgehaltes aus jedem Jodwasserstoff-Wasser-Gemisch, so ist es doch in erster Linie
von hervorragendem Interesse zur Gewinnung des Jods aus Mischungen von Jodwasserstoff,
Wasser und Jod, die bei Arbeitsweisen erhalten. worden sind, bei denen das Jod als
Reaktionskomponente verwendet wird. Beispielsweise ist neuerdings festgestellt worden,
daß elementares Jod geeignet ist zur Modifizierung der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Struktur
verschiedener organischer Stoffe, insbesondere von Kohlenwasserstoffen. Bei dieser
Anwendung dient das Jod als Dehydrierungsmittel, indem ein oder mehrere Wasserstoffatome
von einem oder mehreren Kohlenstoffatomen des behandelten Materials abgetrennt werden.
Für j edes Atom des abgetrennten Wasserstoffs wird ein Molekül Jodwasserstoff gebildet.
Die anorganischen Anteile des bei diesem Prozeß erhaltenen Reaktionsgemisches sind
normalerweise Jodwasserstoff neben wesentlichen Mengen von elementarem Jod, das
im Verfahren nicht zur Umsetzung gekommen ist, sowie Wasser. Wasser ist normalerweise
vorhanden, weil der Jodwasserstoff und das Jod zweckmäßig aus den Abflüssen aus
der Reaktionszone dieser Prozesse gewonnen werden, indem man einen solchen Abfluß
mit Wasser oder einer wäßrigen Jodwasserstofflösung berieselt. Auch wenn das Produkt
der Dehydrierung sehr reaktionsfähig ist, werden Wasser oder Dampf zu dem Abfluß
hinzugefügt, um im wesentlichen die Temperatur des Abflusses herabzusetzen und/oder
diesen zu verdünnen, wodurch Nebenreaktionen und/oder rückläufige
Reaktionen
zwischen dem Reaktionsprodukt und dem Jod oder dem Jodwasserstoff bzw. beiden Stoffen
vermieden werden. Der Preis des Jods macht die Wiedergewinnung von selbst sehr geringen
Mengen des Elements erforderlich. Die Erfindung schafft ein in der Durchführung
einfaches und wirksames Verfahren, das zur großtechnischen Anwendung zwecks Wiedergewinnung
des gesamten Jodgehaltes solcher Reaktionsgemische geeignet ist.