DE1226991B - Verfahren zur Herstellung reiner Chlorsulfonsaeure - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

COIb

Deutsche KL: 12 i-17/46

Nummer: 1226 991

Aktenzeichen: B 79247IV a/12 i

Anmeldetag: 7. November 1964

Auslegetag: 20. Oktober 1966

Für die technische Herstellung von Chlorsulfonsäure geht man von Schwefeltrioxyd und getrocknetem gasförmigem Chlorwasserstoff aus. Bei den älteren Verfahren verwendet man lOOVoiges flüssiges oder gasförmiges Schwefeltrioxyd.

So ist es bekannt, gasförmigen Chlorwasserstoff in einem Tauchabsorber oder einer Füllkörperkolonne auf flüssiges Schwefeltrioxyd oder ein Gemisch von Chlorsulfonsäure und Schwefeltrioxyd meist in chargenweisem Betrieb einwirken zu lassen. Die entstehende Reaktionswärme wird durch Außenkühlung abgeführt.

Bei Verwendung von gasförmigem Schwefeltrioxyd werden die Reaktionskomponenten in einer Füllkörperkolonne zusammengebracht, die mit umgepumpter Chlorsulfonsäure berieselt wird. Die Reaktionswärme wird durch Kühlung der umgepumpten Säure in einem gesonderten Kühler abgeführt.

Bei den neueren Verfahren geht man an Stelle von reinem Schwefeltrioxyd direkt von Kontaktgasen aus. Nach einem bekannten Verfahren wird das Kontaktgas mit Chlorsulfonsäure in Berührung gebracht und das in ihm enthaltene Schwefeltrioxyd von der Säure absorbiert. In einer zweiten Stufe wird das Chlorsulfonsäure-Schwefeltrioxydgemisch mit Chlorwasserstoff begast, um das Schwefeltrioxyd zu Chlorsulfonsäure umzusetzen. Nach einer anderen bekannten Arbeitsweise werden die 150 bis 200° C heißen Kontaktgase in einer leeren Füllkörperkolonne mit Chlorwasserstoff umgesetzt und die entstandene gasförmige Chlorsulfonsäure in einem mit Wasser beschickten Querstromkühler und in einer daran angeschlossenen, mit Chlorsulfonsäure berieselten Füllkörperkolonne zur Kondensation gebracht.

Alle diese bekannten Verfahren haben den gemeinsamen Nachteil, daß die gebildete Chlorsulfonsäure durch wechselnde Mengen an freiem Schwefeltrioxyd, freiem Chlorwasserstoff, Schwefelsäure, Pyrosulfurylchlorid und Sulfurylchlorid verunreinigt ist.

Es wurde nun gefunden, daß man auf einfache Weise in einem Arbeitsgang eine praktisch reine Chlorsulfonsäure durch Umsetzung von gasförmigem Schwefeltrioxyd und Chlorwasserstoff in Gegenwart von Chlorsulfonsäure bei erhöhten Temperaturen herstellen kann, wenn man die Reaktionskomponenten in Chlorsulfonsäure bei deren Siedepunkt oder in seiner Nähe miteinander umsetzt.

Bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise wird ein Produkt erhalten, das praktisch keine Verunreinigungen an Pyrosulfurylchlorid, Sulfurylchlorid, Schwefeltrioxyd und Chlorwasserstoff enthält. Lediglich die in den beiden Reaktionskomponenten bei Verfahren zur Herstellung reiner Chlorsulfonsäure

Anmelder:

Badische Anilin- & Soda-Fabrik

Aktiengesellschaft,

Ludwigshafen/Rhein

Als Erfinder benannt:

Dr. Herbert Wolf,

Dr. Willi Klingler, Ludwigshafen/Rhein

deren technischen Herstellung immer vorhandenen Spuren von Wasser reagieren mit Schwefeltrioxyd zu Schwefelsäure, die sich in der gebildeten Chlorsulfonsäure wiederfindet. Diese Mengen sind jedoch so gering, daß sie analytisch kaum nachweisbar sind.

Es ist zweckmäßig, die gebildete Chlorsulfonsäure unmittelbar aus der Reaktionszone abzuziehen und rasch abzuschrecken, z. B. auf Temperaturen unterhalb 50° C und darunter, um Zersetzungen mit Sicherheit zu vermeiden. Um geringe Mengen an nicht umgesetztem Schwefeltrioxyd ebenfalls in Chlorsulfonsäure umzuwandeln, ist es vorteilhaft, die Chlorsulfonsäure vor der Kühlung, z. B. im Gegenstrom, mit gasförmigem Chlorwasserstoff zu behandeln. Bei dieser Arbeitsweise treten keine Verunreinigungen der Chlorsulfonsäure durch Chlorwasserstoff auf, da letzterer in der heißen Chlorsulfonsäure praktisch nicht löslich ist.

Zwecks Abführung der bei der Umsetzung frei werdenden Wärme kann man das Gefäß, in dem die Umsetzung vorgenommen wird, außen oder innen mit Kühlvorrichtungen versehen.

Besonders zweckmäßig ist es, die Reaktionswärme dadurch abzuführen, daß man einen Teil der erzeugten Chlorsulfonsäure verdampft und die restliche Reaktionswärme in Form der heißen Chlorsulfonsäure selbst abführt. Durch entsprechende Bemessung der Mengen der Reaktionskomponenten lassen sich in der Reaktionszone Temperaturen von etwa 148 bis 151° C einstellen. Die Einhaltung dieses Temperaturbereichs ist indessen für das Verfahren nicht kennzeichnend, da dieses sich auch bei vermindertem Druck und entsprechend niedrigeren Temperaturen durchführen läßt. Wird die Reaktionswärme teilweise durch Verdampfen der erzeugten

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Chlorsulfonsäure abgeführt, so ist es zweckmäßig, die verdampfte Chlorsulfonsäure in einem Rückflußkühler zu kondensieren und das Kondensat in die Reaktionsflüssigkeit zurückzuleiten.

Eine zweckmäßige Vorrichtung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Figur beschrieben. Die mit Chlorsulfonsäure in Berührung kommenden Teile der Kolonne 1 sind aus einem gegen den Angriff siedender Chlorsulfonsäure beständigen Material, wie Quarz, Tantal oder Edelmetall, gefertigt oder aber mit einem solchen Werkstoff ausgekleidet. Im oberen Teil der Kolonne 1 ist ein Rückflußkühler 2 angeordnet. Durch das Rohr 3 wird gasförmiges Schwefeltrioxyd, durch Rohr 4 Chlorwasserstoff in die Kolonne eingeleitet. Der Chlorwasserstoff wird in einem Überschuß von etwa 1% über die stöchiometrisch zur Bildung der Chlorsulfonsäure erforderliche Menge eingeführt. Zweckmäßig ist es, Rohr 4 in einer Entfernung entsprechend dem Durchmesser der Kolonne senkrecht unterhalb von Rohr 3 anzuordnen. Im mittleren Teil der Kolonne befindet sich eine Füllkörpersäule 5, die auf einer perforierten Platte 6 gelagert ist. Innerhalb dieser Füllung bildet sich in einer bestimmten Höhe, die von der Menge der eingeführten Reaktionskomponenten abhängig ist, eine frei tragende Schicht siedender Chlorsulfonsäure aus, in die von unten die Reaktionskomponenten einströmen. Ein Teil der gebildeten Chlorsulfonsäure verdampft und führt hiermit den überwiegenden Teil der frei werdenden Reaktionswärme ab. Die verdampfte Säure wird am Rückflußkühler 2 kondensiert und in die Reaktionsschicht zurückgeleitet, während der überschüssige Chlorwasserstoff durch' Rohr 7 entweicht. Die erzeugte Chlorsulfonsäure wird mit einer Temperatur knapp unterhalb ihres Siedepunktes im Sumpf 8 der Kolonne aufgefangen und von dort durch das Rohr 9 einem Kühler 10 zugeführt, in dem sie rasch auf eine Temperatur von unterhalb 50° C abgekühlt wird.

Um die verdampfte Chlorsulfonsäure und die überschüssige Chlorwasserstoffmenge rascher aus der Reaktionszone abzuführen, ist es zweckmäßig, dem gasförmigen Scnwefeltrioxyd eine geringe Menge, z. B. 0;5 Volumprozent, eines Inertgases, z. B. Luft oder Stickstoff, zuzugeben. In diesem Fall besteht das durch Rohr 7 die Kolonne verlassende Abgas aus Chlorwasserstoff und dem Inertgas.

Beispiel

In eine gemäß der Zeichnung gestaltete Kolonne aus Quarzglas, deren Höhe 300 cm und deren Durchmesser 20 cm beträgt, werden stündlich 88,6 kg Schwefeltrioxyd durch das Rohr 3 und 40,5 kg Chlorwasserstoff durch das Rohr 4 eingeleitet. In der Füllkörpersäule 5 bildet sich eine frei tragende, etwa 70 mm hohe Reaktionsschicht aus siedender Chlorsulfonsäure aus, in der Temperaturen von etwa 150° C gemessen werden. Die gebildete Chlorsulfonsäure läuft mit einer Temperatur von etwa 145° C ab. Durch das Rohr 9 werden stündlich etwa 129 kg Chlorsulfonsäure abgeführt. Etwa 15% der Reaktionswärme werden mit der abfließenden heißen Chlorsulfonsäure, 85% durch Verdampfung von Chlorsulfonsäure und anschließende Kondensation der verdampften Säure am Kühler 2 aus der Kolonne abgeführt. Die erzeugte Chlorsulfonsäure weist einen SOg-Gehalt von 68,7% und einen HCl-Gehalt von 31,2% auf. Freies Schwefeltrioxyd, Chlorwasserstoff sowie Sulfurylchlorid oder Pyrosulfurylchlorid lassen sich in ihr nicht nachweisen.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung reiner Chlor-. surfonsäure durch Umsetzung von gasförmigem Schwefeltrioxyd und Chlorwasserstoff in Gegenwart von Chlorsulfonsäure bei erhöhten Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktionskomponenten in Chlorsulfonsäure bei deren Siedepunkt oder in seiner Nähe miteinander umsetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Teil der Reaktionswärme dadurch abführt, daß man einen Teil der erzeugten Chlorsulfonsäure verdampft, den verdampften Teil kondensiert und das Kondensat m die Reaktionsflüssigkeit zurückführt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Reaktionskomponenten geringe Mengen an Inertgasen zu- setzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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