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Verfahren zur Gewinnung von Bortrichlorid Die Erfindung betrifft ein
Verfahren zur Gewinnung von Bortrichlorid aus anläßlich der Chlorierung von borhaltigem
Material erhaltenen heißen Reaktionsgasen, wobei die Gase mit einer kalten, Bortrichlorid
lösenden Flüssigkeit behandelt und das Bortrichlorid-Lösungsmittel-Gemisch durch
Destillation zerlegt wird.
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Nach Behandlung von Borverbindungen mit Kohlenstoff und Chlor in einem
Fließbettreaktor enthalten die etwa 600° C heißen Reaktionsgase Bortrichlorid, Kohlenmonoxyd
und Kohlendioxyd, außerdem andere gegebenenfalls mit den Reaktionsteilnehmern eingebrachte
Inertgase, nicht umgesetztes Chlor, daneben noch mitgerissene feine Kohlenstoffteilchen
und oft geschmolzene oder feste Teilchen des Ausgangsmaterials. Alle nicht gasförmigen
Stoffe müssen aus den Reaktionsgasen entfernt werden, da sie sich sonst auf der
ersten Kühlfläche ablagern und deren Wärmeübergangswert erheblich vermindern.
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Nach einem bekannten Verfahren zum Abtrennen von Metallhalogeniden
werden die aus einer trockenen Halogenierung anorganischer Materialien herrührenden
Umsetzungsprodukte zur Kondensation der Metallhalogenide mit einer organischen Kühlflüssigkeit
in Berührung gebracht, die bei Arbeitstemperatur nicht verdampft, die halogenierbar
ist, sich aber gegenüber allen anorganischen Reaktionsprodukten indifferent verhält.
Weiterhin wurde Bortrichlorid dargestellt durch Behandeln eines in bestimmten Anteilverhältnissen
aus einer sauerstoffhaltigen Borverbindung und freiem Kohlenstoff bestehenden Gemisches
mit Chlorgas bei 400 bis 700° C.
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Das Verfahren nach der Erfindung zur Gewinnung von Bortrichlorid aus
anläßlich der Chlorierung von borhaltigem Material in Gegenwart von Kohlenstoff
erhaltenen Reaktionsgasen ist dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktionsgase
mit solchen Mengen eines bei 70 bis 200° C, besonders bei 100 bis 200° C, siedenden
Lösungsmittels unter jähem Abkühlen auf mindestens 200° C behandelt, daß das Lösungsmittel
verdampft, worauf das Dampfgemisch auf eine zwischen dem Siedepunkt des Lösungsmittels
und dem Kondensationspunkt des Bortrichlorids liegende Temperatur weiter abgekühlt
und nach Abtrennen des Kondensats mit dem diesmal auf unter -15° C, vorzugsweise
auf -20° C, gekühlten Lösungsmittel behandelt wird, worauf aus der erhaltenen Lösung
das Bortrichlorid in an sich bekannter Weise abdestilliert wird.
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Nach einem Ausführungsbeispiel wird das Bortrichlorid durch Umsetzung
von Boroxyd, Kohlenstoff und Chlor in einem Reaktor bei einer Temperatur von 800°
C erzeugt und als Lösungsmittel Tetrachlorkohlenstoff benutzt.
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So erhält man bei einer einzelnen besonderen Arbeitsweise annähernd
2540 kg/Std. von den den Reaktor verlassenden heißen Gasen, die annähernd 75 0/a
Bortrichlorid und Rest im wesentlichen Kohlendioxyd und Kohlenmonoxyd mit einer
geringen Menge mitgerissenen Kohlenstoffs, Boroxyds und anderer Feststoffe und eine
geringe Menge Chlor enthalten, und führt sie dem Kühlturm 1 durch Leitung 10 zu.
Ein aus dem Abscheider 26 zu 6713,2 kg/Std. kommender, etwa 15,6 Gewichtsprozent
Bortrichlorid und Rest Tetrachlorkohlenstoff enthaltender Tetrachlorkohlenstoffstrom
wird mit einem Strom von etwa 997,9 kg/Std. Tetrachlorkohlenstoff aus dem Lösungsmittelbehälter
57 kombiniert und zusammen in den Kopf des Kühlturmes 1 durch Leitung 30 geführt,
in dem Tetrachlorkohlenstoff verdampft und die Gase auf die Verdampfungstemperatur
des Tetrachlorkohlenstoffs abgekühlt werden. Die erforderliche innige Durchmischung
kann durch Einführen der heißen Gase unter den Lösungsmittelspiegel bewirkt werden
oder indem das Lösungsmittel am Kopf und die Gase am Boden des Turmes zugeführt
werden, wobei Sperr- oder Umlenkplatten im Turmoberteil angeordnet sind. Die Kühlflüssigkeit
wird in einer solchen Menge angewendet, daß sie bis auf einen geringen Teil, mit
dem die Feststoffe heruntergewaschen und in breiiger Beschaffenheit am Turmboden
gesammelt werden, verdampft wird. In Abständen
kann man den Schlamm
der abgesetzten Feststoffpartikeln durch Öffnen des Ventils 13 in Leitung 12 in
den Destillierapparat 11 einführen. Die verdampfte Flüssigkeit gelangt durch Leitung
21 in den Kondensator 22. Durch den mit Motor 16 angetriebenen Schneckengang 14
werden die Feststoffe durch den Auslaß 17 ausgestoßen und verworfen. Der
Destillierapparat wird mit Hilfe eines Dampfmantels 18 (Dampfzugang 19, Abgang 20)
beheizt.
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Durch das rasche Kühlen der aus dem Reaktor kommenden heißen Gase
wird das Entstehen von Phosgen im wesentlichen sogar bei Gegenwart von Chlor ausgeschaltet.
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Bei der Verdampfung von praktisch allem dem Kühlturm 1 zugeleiteten
Tetrachlorkohlenstoff verläßt ein Dampfstrom von etwa 1035,2 kg/Std., der etwa 29
Gewichtsprozent Bortrichlorid, 6,1 Gewichtsprozent Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd
und Rest Tetrachlorkohlenstoff enthält, den Kühlturm mit einer Temperatur von etwa
55° C und gelangt durch Leitung 23 zum wassergekühlten Teilkondensator 22, in dem
der Strom auf annähernd 30° C gekühlt wird, wobei eine Fraktion von etwa 6713,2
kg/Std. kondensiert wird. Nach Passieren der Leitung 24 wird der Tetrachlorkohlenstoff,
der 15,6 Gewichtsprozent Bortrichlorid gelöst enthält, im Scheider 26 abgetrennt
und weiter dem Kühlturm als Rückfluß durch die Leitungen 29 und 30 zugeführt.
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Der nichtkondensierte Teil der aus dem Kühlturm abströmenden Gase,
die im wesentlichen 1905,1 kg/Std. Bortrichlorid und 635,03 kg/Std. Kohlendioxyd
und Kohlenmonoxyd aufweisen, die dem Kühlturm mit etwa 997,9 kg/Std. Tetrachlorkohlenstoff
zugeführt sind, werden vom Scheider 26 durch Leitung 28 zum Teilkondensator 27,
in dem der Strom auf eine Temperatur von etwa 10° C abgekühlt wird, und durch Leitung
32 in den Scheider 31 geführt. Durch dieses Abkühlen werden ein überwiegender Teil
des Tetrachlorkohlenstoffs und ein geringerer Teil des Bortrichlorids verflüssigt.
Der flüssige Anteil wird durch Leitung 36 der Pumpe 34 zugeführt. Der nichtkondensierte
Teil von etwa 2630,8 kg/Std., der auf 62,5 Gewichtsprozent Bortrichlorid, 1,3 Gewichtsprozent
Tetrachlorkohlenstoff und Rest nichtkondensierbare Gase, hauptsächlich Kohlendioxyd
und Kohlenmonoxyd, enthält, wird aus dem Abscheider 31 durch Leitung 33 dem Absorptionsturm
2 zugeführt. Man pumpt annähernd 8,8 kg/Std. Tetrachlorkohlenstoff aus dem Vorratsbehälter
57 mittels der Pumpe 62 über die Leitungen 61, 63 und 37 durch den Kühler 64, in
dem das Lösungsmittel auf eine Temperatur von annähernd 30° C unter Benutzung von
Wasser abgekühlt wird, und den Kühler 65, in welchem seine Temperatur auf unter
-15° C, vorzugsweise etwa -20° C, absinkt, zum Oberteil der Absorptionskolonne 2.
Der nach unten durch den Turm gehende Tetrachlorkohlenstoff kommt mit dem am Boden
in Berührung, wobei das Bortrichlorid aus dem Gasstrom gekühlt und absorbiert wird.
Die Absorptionskolonne kann z. B. eine Bodenkolonne mit Glocken-, Sieb- oder Stauplatten
oder ein Füllkörperturm sein. Die Beheizung erfolgt in der Heizkammer
46 mit Zuleitung 47.
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Beim Passieren der Absorptionskolonne 2 werden das Kohlenmonoxyd,
Kohlendioxyd und etwa vorhandenes Chlor nicht absorbiert und aus ihr durch das Abziehrohr
38 abgezogen. Mit dem abgesaugten Kohlendioxyd und Kohlenmonoxyd geht eine geringe
Menge Tetrachlorkohlenstoff, etwa 43,1 kg/Std., verloren. Die an Bortrichlorid angereicherte
Flüssigkeit wird vom Boden des Turmes durch Leitung 39 abgezogen und der Pumpe 34
zugeführt. Mit deren Hilfe wird der kondensierte Teil aus dem Abscheider 31 und
die angereicherte Flüssigkeit vom Boden der Absorptionskolonne über die Leitung
40 zur Abstreifkolonne 3 unter Durchleiten durch den Wärmeaustauscher
41 geleitet, in dem die Vorerhitzung durch die Rückstände, die aus der Abstreifkolonne
kommen, erfolgt.
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Die Abstreifkolonne 3 ist ein Fraktionierapparat und wird bei einem
Druck von annähernd 1,75 kg/cm2 betrieben; sie kann Glocken- oder Siebböden enthalten
oder als Platten- oder Füllkörperturm ausgebildet sein.
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Beim Destillieren der angereicherten Flüssigkeit wird das Bortrichlorid
verdampft und als überkopfstrom abgezogen. Es gelangt durch Leitung 48 zum
Kondensator 42 und dann über Leitung 49 in den Rücklaufsammelbehälter
43, von dem es mittels Pumpe 44 durch die Leitungen 50, 53 und
51 etwa zur Hälfte der Abstreifkolonne als Rücklauf zurückgeführt wird, während
der Rest über Leitung 52 als Produkt abgenommen wird. Annähernd 1905,1 kg/Std. gereinigtes
Bortrichlorid werden so erhalten. Der praktisch von Bortrichlorid freie Tetrachlorkohlenstoff
wird aus dem Turm abgezogen und mittels Pumpe 54 durch die Leitungen 56, 58 und
59 dem Wärmeaustauscher 41 und schließlich dem Lösungsmittelvorratsbehälter
57 zugeleitet.
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Hinsichtlich des Betriebes und der Anordnung der Apparatur sind auch
andere Modifikationen möglich. So können z. B. Teilkondensator 27 und Flüssigkeitsabscheider
31 entfallen. Der nichtkondensierte Teil der abgehenden Gase und Dampf aus dem Abschreckturm,
der nicht im Kondensationsapparat 22 kondensiert wurde, wird dann direkt der in
diesem Falle größeren Absorptionskolonne zugeführt.
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Zur Vereinfachung der Zeichnung und Beschreibung sind die übliche
Ausrüstung und die herkömmlichen Kontrollinstrumente zur Beobachtung und Regelung
der Temperatur, der Drücke und Flüssigkeitsspiegel u. dgl. nicht gezeigt oder im
einzelnen besonders beschrieben. Auch das Gefriersystem für die Durchführung der
Kühlung im Kühler 65 und Teilkondensator 27 ist nicht angegeben.
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Verwendbar sind außer Tetrachlorkohlenstoff andere inerte Flüssigkeiten,
die für Bortrichlorid Lösemittel sind und einen Siedepunkt im Bereich von 70 bis
200° C haben; dazu gehören unter anderem Perchloräthylen, Chlorbenzole, Zinntetrachlorid
und Titantetrachlorid. Flüssigkeiten mit niedrigeren Siedetemperaturen neigen zur
Erhöhung der Verluste; es eignet sich besonders eine im Bereich von 100 bis 120°
C siedende Flüssigkeit. Es müssen jedoch auch andere Umstände, wie z. B. Verfügbarkeit
und Reaktionsfähigkeit mit dem Produkt berücksichtigt werden; Tetrachlorkohlenstoff
hat in dieser Hinsicht anderen Lösemitteln gegenüber gewisse Vorteile.
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Wie zu erkennen, können die Temperaturen während des ganzen Verfahrens
weitgehend variiert werden. So kann z. B. der Kondensationsapparat 22 unter dem
Gefrierpunkt arbeiten.