DE2119980A1 - Freifließende Cyanursäure - Google Patents

Freifließende Cyanursäure

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    • C07D251/02Heterocyclic compounds containing 1,3,5-triazine rings not condensed with other rings
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    • C07D251/32Cyanuric acid; Isocyanuric acid

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Description

Dr- F. Zumttetn »en. - Dr. E. Aesmann Dr.lLKo*nigsbergor - DipLPhys. R. Holzbauef
Dr. F. Zumstoin jun.
Pot»itto»welti
• MlHch·» 2, Iräuhausstroe· 4/IiI
Case PMC 3221
PMC-Corporation, Hew York / USA
Preifließende Cyanursäure
Die Erfindung "betrifft ein Verfahren, um mit Säure digerierte Cyanursäure freifließend und nicht-klumpig zu machen.
Die Erfindung betrifft ein Behandlungsverfahren für Cyanursäurepulver, das mit Säure digeriert wurde, um das getrocknete Produkt freifließend zu machen. Man vermischt eine ausreichende Menge an Ammoniak oder einem Alkyl- oder Arylamin mit dem Cyanursäurepulver, so daß eine 25/^ige Aufschlämmung des behandelten Pulvers in Wasser einen pH-Wert von mindestens ungefähr 3,0 und vorzugsweise von weniger als ungefähr 7,0 besitzt.
Cyanursäure wird üblicherweise technisch durch Pyrolyse von Harnstoff und anschließender Digestion bzw. und anschließendem Digerieren mit Säure hergestellt. Unerfreulicherweise werden bei der Pyrolyse von Harnstoff zahlreiche unerwünschte Nebenprodukte zusammen mit Cyanur-
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""* cL mm
säure gebildet, und es gibt keine technisch verwendbaren Verfahren, um die Pyrolyse zu kontrollieren und um die Bildung von unerwünschten Nebenprodukten zu verhindern. Jedoch können die Nebenprodukte, die bei der Pyrolyse von Harnstoff entstehen, durch Digerieren mit Säure entweder von der Cyanursäure abgetrennt oder in Cyanursäure überführt werden. Daher wird durch die Säurebehandlung der Feststoffe, die man bei der Pyrolyse von Harnstoff erhält, die Ausbeute an Cyanursäure erhöht und die Cyanursäure wird gereinigt. Jedoch liegt die so erhaltene Cyanursäure - in Form eines feinen Pulvers vor, das beim lagern zusamraen-
» backt bzw. klumpig wird und das nicht freifließend ist.
Das Verfahren zur Herstellung von Cyanursäure durch Pyrolyse von Harnstoff mit anschließender Behandlung mit Säure wird in der US-Patentschrift 2 943 088 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird Cyanursäurepulver gebildet, das nicht freifließt und das beim Lagern klumpig wird. Um dieses Cyanursäurepulver freifließend zu machen, wird nach bekannten Verfahren das Pulver mit Walzen mechanisch agglomeriert. Dieses Verfahren wird in der US-Patentschrift 3 380 667 beschrieben. Stellt man freifließende Cyanursäure durch Agglomeration des Cyanursäurepulvers, das mit Säure digeriert wurde, her, so wird die Teilchengröße des r Cyanursäureprodukts wesentlich erhöht. Der Hauptnachteil des mechanischen Agglomerierens der Cyanursäure, um sie freifließend zu machen, besteht darin, daß teure Vorrichtungen erforderlich sind, was hohe -Betriebskosten mit sich bringt. Die Energie, die erforderlich ist, um die Cyanursäure mechanisch zu agglomerieren, ist ebenfalls teuer.
Bei einigen Anwendungen für Cyanursäure muß die Cyanursäure freifließend sein und in feiner Pulverform vorliegen. Ein Verfahren, bei dem man Cyanursäure durch Agglomerieren des Pulvers.in größere Teilchen freifließend macht, liefert keine freifließende Cyanursäure in Form eines feinen Pulvers.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, um mit Säure digeriertes Cyanursäurepulver freifließend und nicht zusammenbackend zu machen, indem man das mit Säure digerierte Cyanursäurepulver mit einer Menge einer Stickstoff enthaltenden Base wie mit Ammoniak mit Alkylaminen, die im Normalzustand gasförmig oder flüssig sind, und 1 bis 16 Kohlenstoff atome enthalten,und mit Arylaminen, die im Normalzustand flüssig sind und 6 bis 14 Kohlenstoffatome enthalten, behandelt, wobei man ein behandeltes Cyanursäurepulver'erhält, daß, wenn es mit Wasser unter Bildung einer Aufschlämmung mit einem Peststoffgehalt von 25$ vermischt wird, einen pH-Wert von mindestens 3,0 besitzt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist ebenfalls nützlich, um Cyanursäure, die während des Lagerns klumpig wurde, freifließend zu machen.
Wird Cyanursäure durch Pyrolyse von Harnstoff und nachfolgender Behandlung mit Säure hergestellt, so bleibt ein Teil der Säure, die man zum Digerieren verwendete, im allgemeinen Schwefel- oder Chlorwasserstoffsäure, mit dem Cyanursäurepulver verbunden, trotz Versuchen, den Säurerest zu entfernen. Ein Teil der Digeriersäure bleibt mit dem Cyanursäurepulver selbst nach mehrmaligem Waschen mit Wasser verbunden, wobei die Menge davon abhängt, wie wirksam das Cyanursäurepulver gewaschen wurde.
Die Menge an Digeriersäure, die üblicherweise verbleibt, beträgt ungefähr 0,15$, da wiederholtes Waschen, um wesentlich geringere Mengen an Digeriersäureresten zu erhalten, ebenfalls wegen der Löslichkeit in Wasser einen wesentlichen Verlust an Produkt mit sich bringt. Diese restliche Digeriersäure verursacht die Fließ- und Zusammenklebprobleme, die bei Cyanursäurepulver, das mit Säure digeriert wurde, auftreten.
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Cyanursäure, die durch Pyrolyse von Harnstoff hergestellt und dann durch Digerieren mit Säure gereinigt wurde, wird freifließend und klumpt während des Lagerns nicht zusammen, wenn sie mit der entsprechenden Menge einer geeigneten, Stickstoff enthaltenden Base erfindungsgemäß behandelt wird. Die bevorzugte, Stickstoff enthaltende Base ist gasförmiges Ammoniak, obgleich Alkylamine mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen und Arylamine mit 6 bis 14 Kohlenstoffatomen ebenfalls nützlich sind.
Die nachteiligen Wirkungen der restlichen Digeriersäure in fc dem Cyanursäurepulver werden vermieden, indem man die entsprechende Menge einer geeigneten, Stickstoff enthaltenden Base mit dem Cyanursäurepulver, das mit Säure digeriert wurde, vermischt, ohne daß im wesentlichen ein Teil der Base mit der Cyanursäure reagiert. Die Selektivität der Stickstoff enthaltenden Base ist sehr überraschend. Es ist überraschend, daß eine Säure, nämlich Cyanursäure, mit der Stickstoff enthaltenden Base unter den erfindungsgemäßen Bedingungen behandelt werden kann, ohne daß im wesentlichen ein Teil der Cyanursäure mit der Base reagiert und wobei die Basenselektivität die nachteiligen Wirkungen der zurückbleibenden Digeriersäure neutralisiert.
Das Cyanursäurepulver wird durch das erfindungsgemäße Verfahren freifließend gemacht, wenn die Menge an Base, die bei der Behandlung verwendet wird, geringer ist als die Menge an Base, die erforderlich ist, um die Digeriersäure, die mit dem Cyanursäurepulver verbunden blieb, nach der Reinigung und dem Waschen zu neutralisieren. Die geringste Menge an Base, die verbraucht werden muß, um das Cyanursäurepulver freifließend zu machen, beträgt mindestens die Menge an Base, die bewirkt, daß eine 25%ige Aufschlämmung des behandelten Pulvers in Wasser einen pH-Wert von ungefähr 3,0 besitzt.
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_ 5 —
Wenn die Menge an Base, die während der Behandlung verbraucht wird, größer ist als die geringste Menge, nimmt der pH-Wert einer 25$igen Aufschlämmung zu, und die Selektivität der Behandlung nimmt ab. W-ird die Menge an Base über die geringste Menge erhöht, so erhält man noch ein freifließendes Produkt, selbst wenn die Menge an Base, die während der Behandlung verbraucht wurde, bewirkt, daß eine 25$ige Aufschlämmung des behandelten Pulvers in Wasser einen pH-Wert von ungefähr 7,0 besitzt. Eine größere Menge an Base als die Menge, die erforderlich ist, um einer 25$igen Aufschlämmung einen pH-Wert von ungefähr 7,0 zu verleihen, bewirkt die Zugabe eines Überschusses an Stickstoff und die Neutralisation Von wesentlichen Mengen der Cyanursäure, obgleich das entstehende Pulver freifließend ist und für viele Zwecke wie zur Herstellung von organischen Derivaten von Cyanursäure geeignet ist.
Eine Hauptverwendung gepulverter Cyanursäure besteht in der Weiterverarbeitung in chlorierte Derivate. Die Anwesenheit von Stickstoff enthaltenden Verbindungen während der Chlorierung von Cyanursäure kann zu der Bildung von Stickstof ftrichlorid führen, das sehr explosiv ist. Es wurde gefunden, daß die Menge an Stickstoff enthaltender Base, die bei der vorliegenden Behandlung verwendet wird, nicht so viel Stickstoff einführt, daß die Chlorierung gefährlich wird. Wenn die Restdigeriersäure nach dem Waschen der Cyanursäure geringer als ungefähr 0,25$ ist, dann ist der pH-Wert, einer 25$igen Aufschlämmung des behandelten Pulvers in Wasser geringer als ungefähr 7,0, wenn Alkyl- oder Arylamine verwendet werden,und geringer als ungefähr 5,0, wenn Ammoniak verwendet ist. Dieses ist ein gutes Anzeichen dafür, daß kein Überschuß an Stickstoff enthal-. tender Base verwendet wurde, und die behandelte Cyanursäure kann sicher chloriert werden. Jedoch ist die bevorzugte Basenmenge die kleinste oben definierte Menge.
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Cyanursäurepulver, das mit einer Baserunenge behandelt wurde, die bewirkt, daß eine 25$ige Aufschlämmung in Wasser einen pH-Wert besitzt, der größer als ungefähr 7,0 (5,0, wenn Ammoniak verwendet wurde) ist, ist für die Weiterverarbeitung in chlorierte Derivate der Cyanursäure ungeeignet. Wenn nach der Behandlung mit der Stickstoff enthaltenden Base eine 25$ige Aufschlämmung des behandelten Pulvers in Wasser einen pH-Wert von größer als ungefähr 7,0 (5,0, wenn Ammoniak verwendet wurde) besitzt, dann kann das Pulver mit einer Menge an nicht behandeltem oder teilweise behandeltem Pulver vermischt werden, so daß der pH-Wert einer 25$igen Aufschlämmung der entstehenden Mischung in Wasser zwischen den pH-Werten der Aufschlämmungen, die vermicht wurden, liegt. Durch dieses Verfahren können Mischungen, deren 25$ige Aufschlämmungen pH-Werte innerhalb der gewünschten Bereiche von ungefähr 3,0 7,0 besitzen,hergestellt werden, ohne daß man große Mengen an säuredigeriertem Cyanursäurepulver behandeln muß. Diese entstehende Mischung oder die Gemische sind ebenfalls freifließend wie das Pulver, das mit einem Überschuß an Base behandelt wurde, und die Mischung ist für die Weiterverarbeitung in chlorierte Derivate von Cyanursäure geeignet.
Die Reinigungsstufe, bei der mit Säure digeriert wird und die man beim Herstellen der Cyanursäure verwendet, die durch Pyrolyse von.Harnstoff gebildet wurde, besteht im allgemeinen darin, daß man Cyanursäure in einer heißen Digeriersäure, üblicherweise Schwefel- oder Chlorwasserstoff'säurev"digeriert, die Digeriersäure von der gereinigten Cyanursäure, die in Form von Feststoff vorliegt, abtrennt und die gereinigte Cyanursäure in fester Form in Wasser zur Entfernung der Digeriersäure wäscht. Jedoch verbleibt ein Teil der Digeriersäure nach dem Waschen bei dem gereinigten Cyanursäurepulver, wobei die Menge abhängig ist von der Wirksamkeit der Waschstufe. Nach dem Waschen des gereinigten, säuredigerierten Cyanursäurepul-
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vers wird das Pulver getrocknet. Es ist zweckdienlich, das erfindungsgemäße Verfahren während dieses Trocknens des feuchten, gereinigten Cyanursäurepulvers anzuwenden, indem man die Stickstoff enthaltende Base direkt kontrolliert in die heißen Gase injiziert, die man verwendet, um das feuchte, gereinigte Cyanursäurepulver zu trocknen. Dies ist die bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform, wobei gasförmiges Ammoniak die bevorzugte, Stickstoff enthaltende Base ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann entweder ansatzweise oder kontinuierlich durchgeführt werden, sowohl mit einer gasförmigen Stickstoff enthaltenden Base, einer Lösung oder Mischungen davon. Ist die Stickstoff enthaltende Base gasförmig, ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Vorrichtung erforderlich, die geeignet ist, um Gase und Feststoffe miteinander zu kontaktieren. Es gibt verschiedene Arten von Vorrichtungen, um Gase und Feststoffe zu kontaktieren, und alle, verfügbaren Vorrichtungen können verwendet werden, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Die Wirksamkeit, mit der das Gas in Kontakt mit der gepulverten Cyanursäure gebracht wird, wird durch Bewegung des Cyanursäurepulvers in der Gas-Feststoff -Behandlungsvorrichtung erhöht. Die Wirksamkeit wird ebenfalls durch feine Dispersion des Gases erhöht. Daher sind verfügbare Vorrichtungen zum Kontaktieren von Gasen und Feststoffen, die die Möglichkeit ergeben, die Feststoffe zu bewegen und die ein freies Dispersionssystem besitzen, um die Feststoffe mit dem Gas zu kontaktieren, bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt .
Wird das erfindungsgemäße Verfahren mit einer Stickstoff enthaltenden, basischen Lösung durchgeführt, so ist eine Vorrichtung erforderlich, um eine Flüssigkeit und einen ' Feststoff zu kontaktieren. Bei der Auswahl einer Vorrich-
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tung, um eine Flüssigkeit und einen Feststoff zu kontaktieren, gelten ähnliche Überlegungen, wie sie für die Wahl der Vorrichtung zur Behandlung des Gases-Feststoffs gelten. Eine wirksame Dispersion der Lösung und eine Bewegung des Gyanursäurepulvers ist bevorzugt, um zwischen der basischen Lösung und dem Cyanursäurepulver einen guten Kontakt zu ergeben.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens muß beachtet werden, daß der geschwindigkeitsbestimmende Faktor die Wirksamkeit ist, mit der die Stickstoff enthaltende Base in Kontakt mit dem Cyanursäurepulver gebracht wird. Daher erhöhen eine wirksame Dispersion der Stickstoff enthaltenden Base und Bewegung des Cyanursäurepulvers die Herstellungsgeschwindigkeit. Die Temperatur, bei der die erfindungsgemäße Behandlung durchgeführt wird, ist nicht kritisch, und im allgemeinen ist es bevorzugt, bei üblicher Zimmertemperatur zu arbeiten, ausgenommen, wenn die Behandlung mit dem Trocknen des Pulvers verbunden wird, wobei in einem solchen Fall die Durchführung des Verfahrens bei einer erhöhten Temperatur, beispielsweise über ungefähr 1000C, bevorzugt ist.
Der normale atmosphärische Druck ist der zweckdienlichste Druck, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Um jedoch die Dispersion von Gas oder das Verdampfen der Feuchtigkeit zu unterstützen, kann man bei der Vorrichtung zum Kontaktieren von Gas und Feststoff ein Partialvakuum verwenden.
Gasförmiges Ammoniak ist die bevorzugte Stickstoff enthaltende Base. Alkylamine^ie unter Formalbedingungen gasförmig oder flüssig sind (bei Zimmertemperatur) und die 1 bis 16 Kohlenstoffatome enthalten,oder Arylamine, die unter Normalbedingungen flüssig sind und 6 bis 14 Kohlenstoffatome enthalten, können verwendet werden. Beispiele
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■ sind Pyridin, Piperidin, Dibenzylamin, Diphenylmethylamin, Triäthanolamin, Monomethylamin, Dimethylamin, Trimethylamin, Monoäthylamin, Diäthylamin, Triäthylamin, n-Butylamin und Dioctylamin. Verwendet man eine basische Lösung oder Aufschlämmung, muß das behandelte Cyanursäurepulver nach der Behandlung getrocknet werden.
Alle Basen, die verwendet werden können, enthalten Stickstoff. Andere Basen wie Natriumhydroxyd, die in Lösung verwendet werden und die mit der Digeriersäure unter Bildung von Wasser reagieren, sind außer als Zusatz zu der Stickstoff enthaltenden Base nicht geeignet. Das Wasser, das durch die Neutralisation der nicht geeigneten Basen gebildet wird, hat nachteilige Wirkung auf die Freifließeigenschaften des Cyanursäurepulvers, und diese Wirkung kann nicht immer durch Trocknen des Pulvers eliminiert werden.
Gasförmiges Ammoniak ist bevorzugt,- jedoch können auch Lösungen von Ammoniak, einem Alkylamin oder einem Arylamin in Lösungsmitteln wie in Wasser, Alkohol oder ähnlichen niedrig-siedenden Lösungsmitteln für die Base verwendet werden.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie jedoch zu beschränken. Alle, in den Beispielen verwendeten Prozentgehalte sind Gewichtsprozentgehalte. Die in den Beispielen 1, 2 und 3 als Ausgangsmaterial verwendete Cyanursäure wurde durch Pyrolyse von Harnstoff und anschließender Säuredigestion in heißer Schwefelsäure hergestellt. Das Cyanursäurepulver wurde mit Wasser gewaschen und getrocknet. Eine Bestimmung ergab, daß das Cyanursäurepulver, das in allen Beispielen als Ausgangsmaterial verwendet wurde, 0,18% restliche Schwefelsäure enthielt.
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Beispiel 1
10Og Cyanursäure wurden in einen 350 ml—Buchner—Trichter gegeben und mit einem großen Uhrglas bedeckt. Die Cyanursäure war klumpig und nicht freifließend. Trockenes Ammoniakgas wurde aufwärts während 30 Sekunden durch die Cyanursäure geleitet. Nach der Behandlung mit dem Ammoniakgas war die Cyanursäure freifließend und wurde beim Lagern nicht klumpig. Eine 25$ige Aufschlämmung der behandelten Cyanursäure in Wasser besaß einen pH-Wert von 6,7, und die Analyse zeigte an, daß das behandelte Pulver 0,18$ freies Ammoniak enthielt, was anzeigte, daß die Schwefelsäure neutralisiert war.
Beispiel 2
Das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 wurde verwendet, mit der Ausnahme, daß man während ungefähr 25 Sekunden durch die Cyanursäure Ammoniakgas leitete. Nach der Behandlung mit dem Ammoniakgas war das. Cyanursäurepulver freifließend und klebte beim Lagern nicht. Eine 25$ige Aufschlämmung des behandelten Pulvers in Wasser hatte einen pH-Wert von 5»6 und die Analyse zeigte an, daß das behandelte Pulver 0,014% freies Ammoniak enthielt; dies war ein Anzeichen dafür, daß die Schwefelsäure neutralisiert war.
Beispiel 3
Das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß das Ammoniakgas durch das Cyanursäurepulver während ungefähr 20 Sekunden geleitet wurde. Nach der Behandlung mit Ammoniakgas war die Cyanursäure freifließend und wurde beim Lagern nicht klumpig. Eine 25$ige Aufschlämmung des behandelten Pulvers in Wasser hatte einen pH-Wert von 3,45· Die Analyse zeigte an, daß in der behandelten Cyanursäure kein freies Ammoniak vcr-
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handen war und daß der Gehalt an Schwefelsäure von 0,18 auf 0,015$ abgenommen hatte.
Beispiel 4-
Eine große Probe aus roher Cyanursäure, die 80$ Cyanursäure und 20$ Ammelid enthielt, wurde gereinigt, indem man in 15$iger Schwefelsäure mehrere Stunden bei Eückflußtemperatur (1030C) erhitzte. Die Mischung wurde zentrifugiert, um die Feststoffe von der Schwefelsäurelösung abzutrennen und die Feststoffe wurden mit Wasser gewaschen» Nach dem Waschen wurden die Feststoffe analysiert, um ihre Wasser- und Schwefelsäuregehalte festzustellen. Diese betrugen 7,0$ Wasser und 0,15$ Schwefelsäure.
A. Vergleichsbeispiel
Die Hälfte der feuchten Cyanursäure in fester Form wurde getrocknet, wobei man ein Produkt erhielt, das 0,1$ Wasser und 0,16$ Schwefelsäure enthielt und das zu Beginn freifließend war, das aber nach einer Lagerung von ungefähr 2 Wochen stark klumpig war bzw. zusammenbackte.
B. Erfindungsgemäß
Die andere Hälfte der feuchten Feststoffe wurde mit heißem Gas getrocknet, wobei man 3 g Ammoniak/kg Cyanursäure, die getrocknet werden sollte, in das heiße Gas injizierte (0,003 pound Ammoniak/pound Cyanursäure). Die getrocknete Cyanursäure war selbst nach Lagerung während 6 Monaten unter den gleichen Bedingungen, unter denen man das Material des Vergleichsbeispiels A gelagert hatte, gut freifließend. Eine 25$ige Aufschlämmung der behandelten Cyanursäure in Wasser hatte einen pH-Wert von 3,7.
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Claims (5)

  1. Patentansprüche
    Verfahren zur Behandlung von mit Säure digeriertem Cyanursäurepulver, um es freifließerid und nicht zusammenbackend bzw. klumpig zu machen, dadurch gekennzeichnet, daß man das mit Säure digerierte Cyanursäurepulver mit einer Menge einer Stickstoff enthaltenden Base wie Ammoniak, Alkylaminen, die unter normalen Bedingungen gasförmig oder flüssig sind und 1 bis 16 Kohlenstoffatome enthalten, und Arylaminen, die unter normalen Bedingungen flüssig sind und 6 bis 14 Kohlenstoffatome enthalten, behandelt, wobei ein behandeltes Cyanursäurepulver gebildet wird, das bei Mischen mit Wasser eine Aufschlämmung mit einem Peststoffgehalt an 25$ bildet, die einen pH-Wert von mindestens 3,0 besitzt.
  2. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Säure digerierte Cyanursäure mit einem erwärmten Gas getrocknet wird und daß das Behandeln des mit Säure digerierten Cyanursäurepulvers mit der Stickstoff enthaltenden Base während des Trocknens der säuredigerierten Cyanursäure durchgeführt wird, indem man die Stickstoff enthal— tende Base mit den erwärmten Gasen, die man zum Trocknen verwendet, einführt.
  3. 3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stickstoff enthaltende Base gasförmiges Ammoniak ist und daß der 'pH-v/ert der 25/oigen Aufschlämmung zwischen 3,0 und 5,0 liegt.
  4. 4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stickstoff enthaltende Base ein Alkylamin ist, das unter Normalbedingungen gasförmig oder flüssig ist und das 1 bis 16 Kohlenstoffatome enthält, und daß der pH-Wert der 25$igen Aufschlämmung zwischen 3,0 und 7,0 liegt.
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  5. 5. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stickstoff enthaltende Base ein Arylamin ist, das unter Normalbedingungen flüssig ist und das 6 bis 14 Kohlenstoff atome enthält, und daß der pH-Wert der 25$igen Aufschlämmung zwischen 3,0 und 7,0 liegt.
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