DE2633640B2 - Verfahren zur Gewinnung von gasförmigem Chlorwasserstoff aus verdünnter wäßriger Salzsäure - Google Patents
Verfahren zur Gewinnung von gasförmigem Chlorwasserstoff aus verdünnter wäßriger SalzsäureInfo
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Description
Bei vielen technischen Prozessen fällt Chlorwasserstoff als Nebenprodukt in Form einer mehr oder
weniger stark verdünnten, wäßrigen Salzsäure an, für die es nur einen begrenzten technischen Anwendungsbereich
gibt.
Um den in Form einer solchen verdünnten, wäßrigen Salzsäure vorliegenden Chlorwasserstoff als Chemierohstoff,
beispielsweise für die Herstellung von Vinylchlorid, Äthylchlorid, Chloropren oder Chlorsulfonsäure
nutzen zu können, muß er als wasserfreies Gas isoliert werden.
Durch Destillation unter Normaldruck läßt sich aus ■5 verdünnten, wäßrigen Salzsäurelösungen eine maximal
20,2%ige Salzsäure gewinnen, die in dieser Konzentration ein bei 100° C siedendes Azeotrop bildet. Die
Zusammensetzung des Azeotrops läßt sich zwar durch Veränderung des Druckes ändern, so daß man durch
lu Kombination zweier, unter verschiedenem Druck
betriebenen Kolonnen aus verdünnter Salzsäurelösung letztlich auch gasförmigen Chlorwasserstoff gewinnen
könnte, doch verbietet sich dieses Verfahren im großtechnischen Maßstab, weil dabei große Mengen
Wasser unter Aufwendung von viel Energie verdampft werden müssen. Ebenfalls unwirtschaftlich sind Verfahren,
bei denen der Chlorwasserstoff durch Salze, wie Calciumchlorid oder Magnesiumchlorid, aus der wäßrigen
Phase verdrängt oder bei der das Wasser, z. B. mit konzentrierter Schwefelsäure, gebunden wird, weil
diese Zusätze in einer anschließenden Stufe unter Verdampfen des Wassers regeneriert werden müssen.
Es ist deshalb vorgeschlagen worden, wäßrige Salzsäurelösungen mit speziellen Lösemitteln, z. B. mit
Pentanolen, zu extrahieren und den Chlorwasserstoff anschließend als konzentrierte Salzsäure zu gewinnen
(E. D. C r i 11 e π d e η, A. N. H i χ s ο η, Ind. Eng. Chem.
46 [1954], 265—274). Da die Pentanol-Phase außer Chlorwasserstoff erhebliche Mengen Wasser aufnimmt,
erhält man durch Destillation aber nur geringe Mengen wasserfreien Chlorwasserstoff, der größere Teil des
Chlorwasserstoffs fällt wiederum als Azeotrop mit Wasser an.
Der Verteilungskoeffizient von Chlorwasserstoff
η zwischen Isoamylalkohol und Wasser liegt konzentrationsabhängig
zwischen 0,13 und 0,32 bei 5% bzw. 15% Chlorwasserstoff im Wasser, d. h., daß nur der kleinere
Teil des Chlorwasserstoffes bei gleichen Extrakt- und Raffinalmengen in die Extraktphase geht.
Als Extraktionsmittel mit weitaus günstigeren Verteilungskoeffizienten
bieten sich längerkettige Amine an, deren Hydrochloride infolge der Hydrophobie der
Alkylketten in Wasser nicht mehr oder nur sehr wenig löslich sind. Solche Amine, z. B.
5 M ethyldioctylamin (C. A. 1964,10 102 h),
Trilaurylamin (C. A. 61,10092 C),
Trioctylamin (C. A. 71,85 106 C),
N-Octylanilin (C. A. 68,131 337 C),
Hexadecylamin (C. A. 79,10397 e)
Trioctylamin (C. A. 71,85 106 C),
N-Octylanilin (C. A. 68,131 337 C),
Hexadecylamin (C. A. 79,10397 e)
sind, gegebenenfalls bei Gegenwart weiterer inerter organischer Lösemittel wie Benzol, Xylol oder aliphatischen
Kohlenwasserstoffen im Benzinbereich in der Lage, Chlorwasserstoff aus wäßrigen Lösungen nahezu
quantitativ zu extrahieren. Mittels einer solchen Extraktion mit Aminen hat man daher ein technisch
leicht verwertbares Verfahren zur Verfügung, Chlorwasserstoff aus seiner wäßrigen Lösung nahezu
quantitativ zu entfernen und somit ein praktisch säurefreies, wäßriges Raffinat zu erhalten. Es ist aber
bo bisher noch keine einfache technische Methode bekannt, aus so erzeugten Extrakten Chlorwasserstoff
zu gewinnen.
Es ist bekannt, daß man auch mit Anilin einen Teil des Chlorwasserstoffs aus einer wäßrigen Salzsäurelösung
b5 extrahieren kann (N. V. Sidgwick, P. Pickford
und B. H. Wilsdon, J. Chem. Soc. 99, 1122 [1911]), wobei man das Hydrochlorid des Anilins erhält. Von
Anilinhydrochlorid ist bekannt, daß es bei seinem
Siedepunkt von 245°C unter Normaldruck vollständig in seine Komponenten Anilin und Chlorwasserstoff
zerfällt. Eine Abtrennung des Chlorwasserstoffs aus dem Dampfgemisch mit einfachen Mitteln, etwa durch
Kondensieren des darin enthaltenen Anilins, gelingt > jedoch nicht, da bei Abkühlen des Dampfgemisches eine
vollständige Rückbildung des Anilinhydrochlorids stattfindet.
Mangels einer brauchbaren Methode zur Zerlegung der Hydrochloride von Aminen in ihre Bestandteile hat ι ο
man sich daher bisher bei der Extraktion von Chlorwasserstoff mit Aminen auf die Regenerierung der
Amine beschränkt, indem man das erhaltene Ammoniumchlorid mit Alkalien behandelte, wobei das Amin in
Freiheit gesetzt, der Chlorwasserstoff aber als Salz ι j gebunden wurde (zum Beispiel E. L. Smith, J. E.
P a g e, J. Soc. Chem. I nd. 67,48 [ 1948]).
Zusammenfassend muß festgestellt werden, daß bis heute keine mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand
durchführbare Methode bekannt ist, aus wäßrigen, 2<i insbesondere verdünnten Salzsäurelösungen gasförmigen
Chlorwasserstoff mit hohen Ausbeuten zu gewinnen.
Es bestand die Aufgabe, ein derartiges Verfahren zu finden. Diese Aufgabe konnte gelöst werden durch ein 2>
Verfahren zur Herstellung gasförmigen Chlorwasserstoffes durch Extraktion von verdünnter wäßriger
Salzsäure mit Aminen, dadurch gekennzeichnet, daß man
a) die wäßrige Salzsäure mit einem Amin oder einem m
Gemisch aus einem Amin und einem inerten, mit Wasser nicht mischbaren, niedriger als das
verwendete Amin siedenden Lösungsmittel extrahiert, wobei als Amin verwendet werden tertiäre
Alkylamine, tertiäre Aryldialkylamine, sekundäre j-> Aralkylamine, primäre Aikylarylamine oder Mischungen
davon, die 14 bis 32 Kohlenstoffatome in den stickstoffgebundenen Seitenketten enthalten,
davon höchstens eine stickstoffgebundene Methylgruppe und mindestens einen stickstoffgebundenen,
mindestens 6 Kohlenstoffatome enthaltenden aliphatischen Rest und bei denen die Säurekonstante
/fades Amins kleiner als 1O-3 ist,
b) dem Extrakt ein inertes, mit Wasser nicht mischbares, niedriger als das verwendete Amin v-,
siedendes Lösungsmittel zugibt, sofern das Lösungsmittel nicht schon in Stufe a) zugegeben
wurde,
c) den Extrakt destilliert, die entstehenden Dämpfe kondensiert, aus dem zweiphasigen Kondensat 5i>
kontinuierlich das Wasser abtrennt und die organische Phase in den Destillationsprozeß
zurückgibt und
d) nach Entfernen des Wassers den Extrakt bei Sumpf tempera türen zwischen 100 und 250° C am
Rückfluß destilliert und den am Kopf der Kolonne frei werdenden gasförmigen Chlorwasserstoff
abzieht.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Amine sind tertiäre Alkylamine, tertiäre Aryldialkylami- t>o
ne, sekundäre Aralkylamine, primäre Aikylarylamine sowie gegebenenfalls Mischungen dieser Amine. Die
Amine müssen 14 bis 32 Kohlenstoffatome in den stickstoffgebundenen Seitenketten besitzen, eine der
aliphatischen stickstoffgebundenen Seitenketten muß t>5 mindestens 6 Kohlenstoffatome besitzen, also ein
Cyclohexyl-, Hexyl-, Isohexylrest sein, und die Aminogruppe darf höchstens eine Methylgruppe tragen.
Die Dissoziationskonstante Kä der Gleichgewichtsreaktion
NR3H+ + H2O <=» NR3 + H3O +
muß, um eine ausreichende Extraktion des Chlorwasserstoffs sicherzustellen, kleiner als 10~3 sein. Die
Dissoziationskonstante K11 ist für viele Amine der
einschlägigen Literatur, z. B. Handbook of Chemistry and Physics, 51. Ed. (1970-71), Seite D 117 folgende zu
entnehmen.
Geeignete Amine sind z. B. folgende:
Geeignete Amine sind z. B. folgende:
Trihexylamin, Triheptylamin, Trioctylamin,
Cyclohexyl-diisooctylamin,
Tri-2-äthylhexyl-amin,
Di-2-Äthylhexyl-methylamin,
Didecyl-äthylamin.Tri-dodecyl-amin,
Didodecyl-methyl-amin,
Dodecyl-diisopropyl-amin,
Dodecyl-di-butyl-amin,
DodecyJ-diisobutyl-amin,
Dodecyl-isobutyl-methyl-amin,
Diisopentadecyl-methyl-amin,
Diisopentadecyl-äthyl-amin,
Diisopentadecyl-isopropyl-amin;
N-Octyl-Anilin, N-2-äthylhexyl-anilin,
N-Laurylanilin, N-Isotridecylanilin,
N-Isopentadecylanilin, N-Stearylanilin;
Ν,Ν-Dihexylanilin, N,N-Dioctylanilin,.
N,N-Di-2-äthylhexylaniIin,
Ν,Ν-Di-dodecyl-anilin,
N-Dodecyl-N-methyl-anilin,
N-Dodecyl-N-äthyl-anilin,
N-Dodecyl-N-hexyl-anilin,
N,N-Dihexyl-p-toluidin,
N,N-Di-2-äthylbutyl-p-toluidin,
N,N-Diheptyl-p-toluidin,
Ν,Ν-Dioctyl-p-toluidin,
N,N-Di-2-äthylhexyl-p-toluidin.
Die zur Extraktion benutzten Amine sollen etwa 14 bis 32 Kohlenstoffatome in den Seitenketten enthalten. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, bei der Extraktion das Amin in einer Menge einzusetzen, die stöchiometrisch mindestens der Menge des zu extrahierenden Chlorwasserstoffs entspricht. Mit zunehmender Kohlenstoffzahl in den Seitenketten nimmt deshalb die einzusetzende Gewichtsmenge zur Extraktion einer bestimmten Menge Chlorwasserstoff entsprechend zu. Wegen der mit zunehmender Kohlenstoffzahl vermehrt zu transportierenden Stoffmengen ist deren Erhöhung eine wirtschaftliche Grenze gesetzt. Andererseits nimmt die, wenn auch sehr geringe Löslichkeit der Amine bzw. ihrer Hydrochloride in Wasser mit abnehmender Kohlenstoffzahl in den Seitenketten zu.
Die zur Extraktion benutzten Amine sollen etwa 14 bis 32 Kohlenstoffatome in den Seitenketten enthalten. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, bei der Extraktion das Amin in einer Menge einzusetzen, die stöchiometrisch mindestens der Menge des zu extrahierenden Chlorwasserstoffs entspricht. Mit zunehmender Kohlenstoffzahl in den Seitenketten nimmt deshalb die einzusetzende Gewichtsmenge zur Extraktion einer bestimmten Menge Chlorwasserstoff entsprechend zu. Wegen der mit zunehmender Kohlenstoffzahl vermehrt zu transportierenden Stoffmengen ist deren Erhöhung eine wirtschaftliche Grenze gesetzt. Andererseits nimmt die, wenn auch sehr geringe Löslichkeit der Amine bzw. ihrer Hydrochloride in Wasser mit abnehmender Kohlenstoffzahl in den Seitenketten zu.
Da das in der wäßrigen Phase, wenn auch nur in sehr niedriger Konzentration gelöste Amin verlorengeht
oder aber durch eine weitere, kostspielige Operation wiedergewonnen werden muß, wird man aus wirtschaftlichen
Erwägungen Amine mit mindestens 14 Kohlenstoffatomen in den Seitenketten wählen.
Sekundäre und primäre aliphatische Amine sind für das erfindungsgemäße Verfahren weniger geeignet.
Zwar eignen sich diese Amine ebenso wie die obengenannten Amine zur Extraktion von Chlorwasserstoff,
es hat sich aber gezeigt, daß die Abtrennung von Chlorwasserstoff aus solchen Extrakten durch Rektifikation
so hohe Temperaturen erfordert, daß die Amine sich zu zersetzen beginnen. Auch Ν,Ν-Dimethylalkylamine
eignen sich aus diesem Grunde nicht für das
erfindungsgemäße Verfahren.
Zur Extraktion wird das Amin in einer Menge eingesetzt, die zweckmäBigerweise der zu extrahierenden
Chlorwasserstoffmenge äquivalent ist. Zwar ist bekannt, daß Amin-Lösungen auch ein Mehrfaches der
stöchiometrischen Menge an Chlorwasserstoff zu lösen vermögen, jedoch wird die Verteilung zwischen
wäßriger und organischer Phase dann ungünstig, und es verbleibt zuviel Chlorwasserstoff in der wäßrigen Phase.
Im allgemeinen reicht eine leicht, das sind 5 bis 10%, über der äquivalenten Menge liegende Menge Amin aus,
um über 90% des Chlorwasserstoffes aus der wäßrigen Phase bei einmaliger Extraktion zu entfernen.
Es wurde weiterhin gefunden, daß Additionsverbindungen von Amin und Chlorwasserstoff bei Gegenwart
von organischen, polaren wie auch apolaren, mit Wasser nicht mischbaren Lösemitteln, die einen höheren
Dampfdruck haben als das eingesetzte Amin bei Abwesenheit von Wasser bei höheren Temperaturen
Chlorwasserstoff abgeben. Bei Einsatz von Amingemischen müssen die angewandten Lösemittel naturgemäß
unter entsprechenden Bedingungen einen höheren Dampfdruck haben als das darin enthaltene Amin mit
dem höchsten Dampfdruck.
Als Lösemittel verwendet man organische Flüssigkeiten,
die unter den Bedingungen des Verfahrens gegen Wasser, Chlorwasserstoff, Amine und Temperaturbelastung
inert sind. Dafür geeignet sind insbesondere geradkettige oder verzweigte, aliphatische oder cycloaliphatische,
aromatische oder araliphatische Kohlenwas.jrstoffe mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen sowie
Gemische dieser Verbindungen oder entsprechende Erdölfraktionen, z. B. Decan, Tetralin, Dekalin, Tetradecan,
Benzol, Toluol, Xylol, Durol, Isobutylbenzol, Pentylbenzol oder Dodecylbenzol. Es können aber auch
geradkettige oder ringförmige Äther mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen, wie z. B. Dibutyläther oder Hexylmethyläther,
Abkömmlinge von Tetrahydrofuran und -pyran und des 1,4-Dioxans verwandt werden, ferner in
«-Stellung verzweigte (nicht kondensationsfähige) Ketone mit 6 bis 20 C-Atomen wie Diisopropylketon,
cyclische Ketone mit 6 bis 20 C-Atomen wie 2,6-Dimethylcyclohexanon und auch Benzolderivate wie
Chlor-, Dichlor- oder Nitrobenzol. Von den ungesättigten oder gesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffen
kommen nur perchlorierte Verbindungen in Frage; Chloraliphaten, die noch Wasserstoffatome als Substituenten
tragen, können unter dem Einfluß des Amins Chlorwasserstoff abspalten.
Alkohole und Ester kommen für das erfindungsgemäße Verfahren nicht in Betracht, da sie mit Salzsäure oder
Chlorwasserstoff oder Amin zu reagieren vermögen.
Die Zugabe des organischen Lösungsmittels ist für die Abspaltung von Chlorwasserstoff aus der gebildeten
Ammoniumverbindung unentbehrlich. Das Lösungsmittel kann bereits mit dem Amin in der Extraktionsstufe
zugegeben werden, es ist jedoch auch möglich, das Lösungsmittel dem Extrakt erst nach eier Extraktion
zuzusetzen.
Die Abspaltung des Chlorwasserstoffs aus dem Lösungsmittel enthaltenden Extrakt erfolgt durch
thermische Zerlegung. Die Durchführung der thermischen Zerlegung ist sehr einfach: Die Lösung der
Amin-Additionsverbindung wird in einem mit einer Kolonne versehenen Behälter durch Heizen zum Sieden
gebracht. Am Kopf der Kolonne werden die vornehmlich aus dem Lösemittel bestehenden Brüden auf übliche
Weise kondensiert und der Kolonne als Rückfluß wieder zugeführt, wobei der in den Brüden enthaltene
und vom kondensierten Lösemittel nicht gelöste Chlorwasserstoff zugleich aus der Kondensationszone
entweicht. Zur Beschleunigung der Chlorwasserstoff Bildung kann der abgespaltene Chlorwasserstoff hinter
dem Kondensator auf minderen Druck entspannt oder mit Hilfe eines Inertgasstromes ausgetragen werden.
Als Inertgase kommen Stickstoff, ferner unter den vorherrschenden Bedingungen gasförmige Stoffe, wie
ι« z. B. Äthylen, in Frage, die in einer nachfolgenden Stufe mit Chlorwasserstoff urngesetzt werden sollen.
Die Abspaltung des Chlorwasserstoffs ist an die Voraussetzung gebunden, daß die eingesetzte Lösung
der Amin-Chlorwasserstoff-Additionsverbindung wasserfrei ist. Es hat sich nämlich gezeigt, daß Lösungen, die
bei der Extraktion von wäßriger Salzsäure anfallen, stets Wasser enthalten, durch welches die Abgabe von
gasförmigem Chlorwasserstoff bei der oben angegebenen Verfahrensweise verhindert wird. Eine genauere
Untersuchung der Vorgänge bei der Rektifikation ergab, daß aus einem im Siedezustand befindlichen
homogenen System, bestehend aus den Komponenten Amin, Chlorwasserstoff, Lösemittel und Wasser, in der
Hauptsache zunächst nur Lösemittel und Wasser
2> verdampft, zumindest in den Fällen, in denen das Amin
bezüglich des Chlorwasserstoffs in mindestens stöchiometrischer Menge vorliegt. Die Freisetzung von
Chlorwasserstoff aus diesem System setzt erst dann ein, wenn dieses mit Hilfe der vorerwähnten Destillation auf
jo solche Weise von Wasser befreit wurde, daß dieses aus
dem Kondensat auf bekannte Weise abgetrennt und als Rückfluß nur das vom Wasser befreite Lösemittel der
Kolonne wieder zugeführt wurde.
Das Lösemittel muß einen höheren Dampfdruck
r> haben als das verwendete Amin, und zwar soll, um den
notwendigen Rektifikationsaufwand in Grenzen zu halten, die Siedepunktsdifferenz zwischen Lösemittel
und Amin mindestens 20°C, vorzugsweise 30" C und
mehr, betragen.
4(i Die Abtrennung des Wassers sowie des Chlorwasserstoffs
erfolgt durch Destillation bzw. Rektifikation. In einer ersten Stufe wird das Wasser als Heteroazeotrop
mit dem Lösemittel übergetrieben. Aus dem zweiphasigen Kondensat wird das Wasser kontinuierlich abgetrennt,
und die organische Phase wird in den Destillationsprozeß zurückgegeben.
Die Abtrennung des Wassers aus den kondensierten Brüden muß möglichst schnell erfolgen, um eine Lösung
des nachfolgenden Chlorwasserstoffs im kondensierten
V) Wasser zu vermeiden. Nach Abtrennen des Wassers
wird bei totalem Rückfluß des kondensierten Lösemittels destilliert, der nicht kondensierte und nicht im
kondensierten Lösemittel gelöste Chlorwasserstoff wird gasförmig abgezogen. Hierfür ist es zweckmäßig, den
Chlorwasserstoff in ein Gebiet niederen Druckes zu entspannen, um einen ständigen Fluß des entweichenden
Chlorwasserstoffs zu gewährleisten. Der Chlorwasserstoff kann selbstverständlich auch durch einen Strom
eines bei den am Kopf der Kolonne herrschenden
bo Bedingungen inerten Gases, wie Stickstoff oder
Äthylen, aus der Kondensationszone ausgetragen werden. Selbstverständlich können auch entsprechende
Extrakte, die auf andere Weise als durch Extraktion wäßriger Salzsäure erhalten wurden, nach dem erfin-
b5 dungsgemäßen Verfahren in Chlorwasserstoff und Amin zerlegt werden.
Nach Abspaltung des Chlorwasserstoffs kann das derart regenerierte Amin-Lösungsmittelgemisch direkt
wieder in die Extraktionsstufe zurückgegeben werden.
Eine destillative Trennung in Amin und Lösungsmittel
ist natürlich auch möglich.
Destillation und Rektifikation zwecks Entfernung von Wasser und Abspalten des Chlorwasserstoffs können
bei Unter-, Normal- und Überdruck betrieben werden. Im allgemeinen wird man bei Normaldruck oder bei
einem leichten Überdruck von z. B. 1 bar arbeiten, letzteres, um eine Kompressionsstufe zur Förderung des
Chlorwasserstoffs in eine nachfolgende Umsetzungsstufe zu vermeiden.
Es wurde gefunden, dz.ß die Geschwindigkeit der
Abspaltung des Chlorwasserstoffs aus der wasserfrei destillierten Lösung mit steigender Temperatur im
siedenden Sumpfgemisch ansteigt. Die Temperatur im Sumpf soll zwischen 100°C und 2500C, vorzugsweise
zwischen 120°C und 2300C, betragen. Bei Temperaturen
unter 1000C verläuft die Chlorwasserstoffabspaltung sehr langsam, bei Temperaturen oberhalb 2500C muß
man mit zunehmender Zersetzung der Amine rechnen, z. B. nach der Gleichung:
R1N + HCl- R2NH + RCI.
Eine Minimierung des Aminverlustes ist aber für die wirtschaftliche Durchführbarkeit des Verfahrens essentiell.
Die innerhalb des vorgegebenen Bereiches gewünschte Sumpftemperatur wird beeinflußt durch die
Wahl des Lösemittels, durch das Mengenverhältnis zwischen Lösemittel und Amin und durch den
Betriebsdruck.
Das Verhältnis zwischen Lösemittel und Amin kann in weiten Grenzen von 10 bis 0,1 variiert werden. Im
allgemeinen ist ein Gewichtsverhältnis von Lösemittel zu Amin wie etwa 1 : 1 zweckmäßig. Bei Verwendung
von Aminen, die mit der Zahl von Kohlenstoffatomen an der unteren Grenze sich bewegen, ist die Verwendung
einer größeren Menge an Lösemittel zu empfehlen, um die, wenn auch nur in Spuren nicht zu vermeidende
Löslichkeit des Amins bzw. seines Salzes in der wäßrigen Phase möglichst niedrig zu halten. Bei Aminen
mit einer Kohlenstoffzahl an der oberen Grenze kann es ebenfalls zweckmäßig sein, im Verhältnis zum Amin
mehr Lösemittel einzusetzen, um die Temperatur im siedenden Sumpfgemisch unterhalb 250°C bzw. 2300C
zu halten.
Auch bei Verwendung von Aminen, deren Hydrochloride zur Kristallisation neigen, kann es aus rein
verfahrenstechnischen Gründen in der Extraktionsstufe angezeigt sein, größere Mengen von Lösemitteln
einzusetzen, um ein Ausfallen der Salze zu vermeiden. Die kristallisierten Aminhydrochloride können aber
auch abfiltriert und in fester Form der Rektifikation zugeführt werden.
Bei Verwendung von Aminen schließlich, deren Hydrochloride überhaupt nicht oder nur sehr schwer
kristallisieren, kann es zweckmäßig sein, in der Extraktionsstufc nur sehr wenig Lösemittel einzusetzen
oder auf ein solches in der Exlraktionsstufc überhaupt zu verzichten.
Die Temperatur bei der Extraktion ist nicht kritisch.
Um Verdampfungen bzw. Überdrücke zu vermeiden, werden Temperaturen unter 60üC vorgezogen. Die
untere Temperaturgrenze kann durch das Auskristallisieren einer Komponente des Gemisches gegeben sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für die Gewinnung von Chlorwasserstoff aus
solchen Salzsäurclösungen, aus denen durch Destillation
unter Normalbedingungen gasförmiger Chlorwasserstoff nicht zu gewinnen ist, also für niedrigere als
20%ige Salzsäurelösungen. Diese Lösungen können noch anorganische Neutralsalze enthalten; deren
Elektrolyteffekt kann sowohl die Verteilung des Chlorwasserstoffs zwischen wäßriger Phase und organischer
Phase zugunsten des Verfahrens verbessern als auch die Phasentrennung nach der Vermischung in der
Extraktionsstufe beschleunigen.
Ein '^-I-Rundkolben mit Magnetrührer, versehen mit
einer 30-cm-Raschigring-Kolonne und Rückflußkühler, wird mit 88 g Xylol und 97 g (0,25 Mol) Tri-2-äthylhexylammoniumchlorid,
hergestellt durch Einleiten einer äquivalenten Menge Chlorwasserstoff in eine ätherische
Lösung des Amins und darauffolgendes Abdampfen des Äthers, beschickt und auf Rückfluß erhitzt, dabei stellt
sich eine Sumpftemperatur von 135°C ein. Durch einen seitlichen Stutzen wird in den Kolben 101 Stickstoff/h
eingeleitet. Der den Kühler passierende Stickstoff wird durch zwei hintereinandergeschaltete Waschflaschen
geleitet, die mit 0,5 η-Natronlauge beschickt sind. Durch titrimetrische Bestimmung der Natronlauge in den
2-Ί Waschflaschen kann jederzeit die Menge des erzeugten
Chlorwasserstoffs ermittelt werden. Die nach drei Stunden Versuchsdauer abgespaltenen und in der
Natronlauge der Waschflaschen gebundenen 0,24 Mol Chlorwasserstoff entsprechen einer Ausbeute von 96%.
Ji) Wird zum Vergleich das Lösemittel Xylol weggelassen,
so wird selbst bei einer Sumpftemperatur von 180° C und einer Versuchsdauer von 6 Stunden kein
Chlorwasserstoff abgespalten.
j. Beispiel 2
68,5 g einer wäßrigen Lösung, enthaltend 6,5 g Natriumchlorid und 9,1 g (0,25 Mol) Chlorwasserstoff,
wurden in einem Scheidetrichter mit 88 g (0,25 Mol) Tri-2-äthylhexylamin und 88 g Xylol durch Schütteln
4(i vermischt und der Phasentrennung überlassen. Man
erhielt 190 g obere organische Phase und 53 g wäßrige
Phase. Die organische Phase enthielt 8,5 g, die wäßrige 0,6 g Chlorwasserstoff.
Die organische Phase wurde nunmehr in einer
4) Apparatur gemäß Beispiel 1 unter Durchleiten von 10 I
Stickstoff/h auf Rückfluß erhitzt, wobei zwischen Destillationskolonne und Kondensator ein Wasserabscheider
eingebaut wurde. Sobald nun das erste Kondensat über den Abscheider in die Kolonne
so zurücklief, setzte sich in diesem Wasser ab, das abgetrennt wurde. Insgesamt erhielt man 5,5 g Wasser,
welches noch 0,5 g Chlorwasserstoff enthielt. Nach Abtrennung des Wassers verließen große Mengen
Chlorwasserstoff im Stickstoffstrom den Kondensator.
ss Nach 3 Stunden waren in den Waschflaschen 7,6 g Chlorwasserstoff aufgefangen. Zusammen mit dem im
abgetrennten Wasser aufgefangenen Chlorwasserstoff sind das 95% der erwarteten Menge.
Zum Vergleich wurde der Wasserabscheider weggc-
Mi lassen und die organische Phase am Rückfluß destilliert.
Dabei stellte sich im Kolben eine Temperatur von 130 bis 135°C ein. Nach 6 Stunden fanden sich in den
Waschflaschen 0,5 g Chlorwasserstoff, das sind 6% der eingesetzten Menge.
Beispiele 3 bis 9
In diesen Beispielen soll die Gewinnung von
Chlorwasserstoff mit Hilfe von Tri-2-äthylhcxylamin
ίο
und verschiedenen Lösemitteln demonstriert werden. Jeweils 68,5 g einer wäßrigen Lösung, die 6,5 g
Natriumchlorid und 9,1 g (0,25 Mol) Chlorwasserstoff enthielt, wurden mit einer Mischung aus 88 g (0,25 Mol)
Tri-2-äthylhexylamin und 88 g des Lösemittels extrahiert.
Der Extrakt wurde anschließend in einen Rundkolben gegeben, der mit Kolonne, Wasserabscheider
und Kondensator versehen war. Über die Flüssigkeitsoberfläche wurden durch einen Stutzen im
Kolben 101 Stickstoff/h eingeleitet. Das den Rückflußkühler passierende Gas wurde durch zwei Waschnaschen
geleitet, die mit n/2 Natronlauge beschickt waren, um Chlorwasserstoff zu absorbieren. Durch Rücktitration
konnte zu jedem Zeitpunkt die Menge des erzeugten Chlorwasserstoffs ermittelt werden. In der
Tabelle 1 sind die Ergebnisse s'.usammengestellt, wobei
die bei der Rektifikation nach bestimmten Zeiten entwickelte Chlorwasserstoffmenge angegeben wird.
Diese Zeit wird von dem Augenblick an gerechnet, bei dem die Wasserabscheidung beendet ist und die
Chlorwasserstoffentwicklung beginnt. Die Versuche 3 bis 7 wurden nach 4 Stunden, die Versuche 8 und 9 nach
einer Stunde abgebrochen. Man sieht, daß die Chlorwasserstoff-Entwicklung auch von der Natur des
Lösemittels, in erster Linie aber von der Temperatur des siedenden Gemisches abhängt. So sind bei Verwendung
von Diisopropylketon als Lösemittel nach 4 Stunden bei einer Sumpftemperatur von 139°C von möglichen 8,7 g
erst 2,8 g Chlorwasserstoff abgetrennt worden, bei Verwendung von Dibutyläther als Lösemittel hingegen
bei einer Sumpftemperatur von 168°C bereits die gesamte Menge.
Beispiel | *) 100 g. | Lösemittel | Rektifikation | Extraktion | Phase | g | Phase | gHCI | Phase | gHCI | Phase |
Tabelle 1 | g gHCI | g | obere | untere | obere | ||||||
wäßr. in | untere | 203 | 0,9 | 8,2 | |||||||
3 | Ligroin*) | Phase wäßr. | 55 | 191 | 0,4 | 8,7 | |||||
4 | Diisopropylketon | Phase | 52 | 189 | 0,4 | 8,7 | |||||
5 | Chlorbenzol | 55 | 189 | 0,7 | 8,3 | ||||||
6 | Dibutyläther | 55 | 191 | 0,4 | 8,7 | ||||||
7 | Anisol | 52 | 190 | 0,6 | 8,5 | ||||||
8 | tert.-Pentylbenzol | 53 | 187 | 1,8 | 7,3 | ||||||
9 | 57 | ||||||||||
gHCI | gHCI | gHCI | Sumpf- | ||||||||
nach | gHCI | nach | gHCI | nach | gHCI | temp. | |||||
gHCI gHCI | 30 Min. | na'jh | 2 Std. | nach | 4 Std. | gasf. | 0C | ||||
nach nach | I Std. | 3 Std. | + wäßr. | ||||||||
10 Min. 20 Min. | |||||||||||
2-Äthylhexylisobutyläther | |||||||||||
(Fortsetzung) | |||||||||||
Bei- Lösemittel | |||||||||||
spiel | |||||||||||
3 | Ligroin ) | Beispie! | 4,2 | 0,1 |
4 | Diisopropylketon | 7,0 | 0,2 | |
5 | Chlorbenzol | 3,4 | 0,3 | |
6 | Dibutyläther | 5,2 | 0,5 | |
7 | Anisol | 7,0 | 0,4 | |
8 | tert.-Pentylbenzol | 6,1 | 0,5 | |
9 | 2-Äthylhexylisobutyl | 6,8 | 0,8 | |
äther | ||||
') 100 g. | ||||
10 |
0,5
1,0 | 0,6 | 0,9 | 2,0 | 1,9 | 2,0 | 100 | |
1,6 | 1,6 | 1,5 | 4,6 | 2,6 | 2,8 | 139 | |
1,2 | 4,4 | 3,1 | 7,7 | 6,0 | 6,3 | 145 | |
1,0 | 7,5 | 3,5 | 7,5 | 6,4 | 7,8 | 8,3 | 158 |
0,7 | 1,1 | 7,6 | 5,6 | 7,0 | 7,7 | 167 | |
7,2 | 5,5 | 8,1 | 205 | ||||
0,7 | 6,3 | 215 | |||||
139,0 g einer wäßrigen Lösung, enthaltend 13,2 g Natriumchlorid und 18,2 g (0,50 Mol) Chlorwasserstoff,
wurden mit einer flüssigen Mischung aus 177,0 g (0,50 Mol) Tri-2-äthylhexylamin und 120,0 g Xylol ausgeschüttelt.
Man erhielt 320,0 g i;:iner organischen Phase sowie 115,1 g einer wäßrigen Phase. Letztere enthielt
noch 1,4 g Chlorwasserstoff, der in einer zweiten Stufe praktisch quantitativ extrahiert werden kann. Die
organische Phase, 320,0 g, wurden in einer Apparatur gemäß Beispiel 2 zum Rückfluß erhitzt. Man erhielt 9,0 g
wäßriges Destillat, das 0,6 g Chlorwasserstoff enthielt, danach 15,7 g gasförmigen Chlorwasserstoff, das sind
93%, bezogen auf den extrahierten Chlorwasserstoff. Der in der wäßrigen Phase enthaltene Chlorwasserstoff
kann durch Rückführung in die Extraktionsstufe wiedergewonnen werden, wodurch sich die Ausbeute
auf 97% erhöht.
so Der nach der Destillation verbleibende Kolbeninhalt,
294,3 g, wurde erneut zur Extraktion von 139,0 g der obengenannten, natriumchloridhaltigen Salzsäurelösung
benutzt, der Extrakt wieder durch Destillation und Rektifikation aufgearbeitet. Dieser Prozeß wurde
viermal wiederholt. Man erhielt jeweils etwa 10 g wäßriges Destillat mit 1 g Chlorwasserstoff und 15 bis
16 g gasförmigen Chlorwasserstoff. Bis auf geringe mechanische Verluste war die Ausbeule an Chlorwasserstoff,
bezogen auf die Extraktphase, praktisch
bo quantitativ. In der wäßrigen Raffinatphase verblieben jeweils 1,0 bis 1,5 g Chlorwasserstoff gelöst, was einer
Extraktionsrate von 92 bis 95% entspricht.
Beispiel 11
100,0 g einer wäßrigen Salzsäurelösung, die 10,8 g (0,296 Mol) Chlorwasserstoff enthielt, wurde mit 124,0 g
(0,275 Mol) Diisopcntadecyl-methyl-amin verrührt.
Nach einigem Stehen trennte sich eine obere, etwas
zähflüssige Amin-Chlorwasserstoff-Phase ab, die das
gesamte Amin, 10,5 g Chlorwasserstoff und 23,0 g Wasser enthielt. In der unteren wäßrigen Phase (66,4 g)
wurden noch 0,3 g Chlorwasserstoff gefunden.
Die obere Phase (157,0 g) wurde mit 224,0 g Xylol versetzt und, wie in Beispiel 2 beschrieben, zur
Destillation gebracht. Zunächst wurden 22,4 g wäßriges Kondensat mit 0,7 g Chlorwasserstoff abgetrennt, dann
wurde bei totalem Rücklauf und unter Durchleiten von 10 I Stickstoff/h in 8 Stunden in den Waschflaschen 9,8 g
Chlorwasserstoff aufgefangen.
Zum Vergleich wurde eine organische Phase, enthaltend 87,5 g (0,20 Mol) Diisopentadecylamin, 87,0 g
Xylol und 7,1 g Chlorwasserstoff, zur Destillation gebracht. Zunächst wurden 3,9 g Wasser mit 0,2 g
Chlorwasserstoff abgetrennt, anschließend wurde der Kolbeninhalt unter Durchleiten von 10 1 Stickstoff/h bei
150°C Sumpftemperatur 20 Stunden unter totalem
Rücklauf gehalten. In den Waschflaschen wurde in dieser Zeit nur 1,1 g Chlorwasserstoff aufgefangen.
In der Tabelle 2 sind die Mengen Chlorwasserstoff angegeben, die nach den angeführten Rektifikationszeiten
bei Verwendung der beiden Amine erhalten wurden. Die Angaben erfolgen in Prozent, bezogen auf die
Chlorwasserstoffmenge, die in der zur Destillation gelangenden Menge an Lösung enthalten ist:
Tabelle 2 | Diisopenta | Diisopenta- |
decylamin | decylmethyl- | |
(z. Vergl.) | amin | |
(erfindungs- | ||
gemäß) | ||
3,0 | 6,6 | |
HCI in wäßrigem | ||
Kondensat | ||
Gasförmiges HCI | 0,7 | 3,5 |
nach 1 Stunde | 1,5 | 15,0 |
nach 2 Stunden | 2,2 | 28,2 |
nach 3 Stunden | 2,7 | 42,0 |
nach 4 Stunden | 3,9 | 50,6 |
nach 5 Stunden | 5,0 | 79,5 |
nach 6 Stunden | 5,5 | 92,0 |
nach 7 Stunden | 7,1 | 93,0 |
nach 8 Stunden | 8,1 | 93,0 |
nach 10 Stunden | 12,5 | |
nach 15 Stunden | 16,4 | |
nach 20 Stunden | 19,4% | 99,6% |
HCI-Gesamt | Beispiel 12 | |
72,1 g einer wäßrigen Salzsäurelösung, die 9,1 g (0,25 Mol) Chlorwasserstoff enthielt, wurde mit einer
Mischung aus 51,2 g (0,25 Mol) N-Octylanilin und 51,2 g Xylol durch Schütteln und Absitzen in einem Scheidetrichter
extrahiert. Man erhielt 114,9 g einer oberen organischen Phase mit 8,0 g Chlorwasserstoff und 59,1 g
einer unteren wäßrigen Phase, die noch 1,1g Chlorwasserstoff enthielt.
Die organische Phase wurde, wie in Beispiel 2 beschrieben, destilliert und rektifiziert. Es fielen
zunächst 5,4 g Wasser mit 0,3 g Chlorwasserstoff, anschließend im Laufe von 6 Stunden 7,5 g gasförmiger
Chlorwasserstoff an. Die Sumpftemperatur stieg dabei langsam von 16O0C auf 1860C an.
Beispiel 13
(Vergleichsbeispiel)
(Vergleichsbeispiel)
72,1 g einer wäßrigen Salzsäurelösung, die 9,1 g (0,25
·) Mol) Chlorwasserstoff enthielt, wurde mit einer Mischung aus 51,2 g (0,25 Mol) Ν,Ν-Dibutyl-anilin und
51,2g Xylol geschüttelt und der Phasentrennung überlassen. Es fielen 57,6 g organische Phase und 116,8 g
untere wäßrige Phase an. Die organische Phase enthielt
ίο keinen Chlorwasserstoff; dieser fand sich quantitativ in
der wäßrigen Phase wieder, in der sich auch das Dibutylanilin (als Hydrochlorid) gelöst hatte.
Ν,Ν-Dibutylanilin und N-Octylanilin (aus Beispiel 12)
haben das gleiche Molgewicht, während sich aber das
i) N-Octylanilin mit einem Octylrest zur Extraktion von
Chlorwasserstoff eignet, ist Ν,Ν-Dibutyl-anilin mit 2 Butyl-Resten für diesen Zweck ungeeignet.
Beispiel 14
128,3 g einer wäßrigen Lösung, die 15,7 g (0,43 Mol)
Chlorwasserstoff und 8,1 g Natriumchlorid enthielt, wurde mit einem Gemisch aus 88,0 g (0,43 Mol)
p-(2-Äthylhexyl)-anilin und 88,0 g tert.-Pentylbenzol in
2Ί einem Schütteltrichter extrahiert. Es wurden 221,8 g
einer oberen Phase mit 15,1 g Chlorwasserstoff und 81,1g einer unteren wäßrigen Phase mit 0,6 g
Chlorwasserstoff erhalten. Die obere Phase wurde gemäß Beispiel 2 unter Durchleiten von 10 I Stickstoff/h
H) auf Rückfluß erhitzt. Es l'ielen zunächst 30,1 g einer
wäßrigen Phase mit 0,8 g Chlorwasserstoff an, darauf gingen im Verlauf von 3,5 Stunden 13,7 g gasförmiger
Chlorwasserstoff über. Die Sumpftemperatur stieg während dieser Zeit langsam von 187°C auf 220°C an.
Beispiel 15
72,1 g Salzsäure, die 9,1 g (0,25 Mol) Chlorwasserstoff enthielt, wurde mit einer Mischung aus 80,0 g N,N-Dioctylanilin
und 80,0 g Xylol intensiv vermischt. Dabei fielen 116,3 g eines (feuchten) Salzes an, das abfiltriert
wurde. Das Filtrat zerfiel in 2 Phasen, die untere wäßrige Phase, 60 g, enthielt noch 1,6 g Chlorwasserstoff.
Die obere organische Phase wurde mit dem
4-, abfiltrierten Salz vereinigt und in einem Rundkolben mit
Kolonne, Wasserabscheider und Kondensator unter Durchleiten von 101 Stickstoff/h wie im Beispiel 2 zur
Destillation gebracht. Nach Abtrennen des überdestillierten Wassers, 9,5 g mit 1,0 g Chlorwasserstoff, fielen
6,5 g gasförmiger Chlorwasserstoff an.
71,9 g einer wäßrigen Lösung, enthaltend 9,1 g (0,25 Mol) Chlorwasserstoff, wurden mit einer Mischung aus
88,0 g (0,25 Mol) Tri-2-äthylhexyl-amin und 88,0 g tert.-Pentylbenzol im Schütteltrichter extrahiert. Man
erhielt 186,9 g obere Phase mit 7,5 g Chlorwasserstoff und 59,6 g untere wäßrige Phase mit 1,6 g Chlorwasserstoff.
Die obere Phase wurde gemäß der Verfahrensweise des Beispiels 1, jedoch ohne Durchleiten von
Stickstoff zum Sieden erhitzt. Die kondensierten Brüden liefen über einen Wasserabscheider in einer vom
Dampfraum getrennten Leitung auf den Kopf der Kolonne zurück. Man erhielt 5 g wäßriges Kondensat, in
dem 0,7 g Chlorwasserstoff gelöst waren, sodann im Verlauf von 3 Stunden bei einer Sumpftemperatur von
210°C 5,2 g gasförmigen Chlorwasserstoff.
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung gasförmigen Chlorwasserstoffs durch Extraktion von verdünnter
wäßriger Salzsäure mit Aminen, dadurch gekennzeichnet, daß man
a) die wäßrige Salzsäure mit einem Amin oder einem Gemisch aus einem Amin und einem
inerten, mit Wasser nicht mischbaren, niedriger als das verwendete Amin siedenden Lösemittel
extrahiert, wobei als Amin verwendet werden tertiäre Alkylamine, tertiäre Aryldialkylamine,
sekundäre Aralkylamine, primäre Alkylarylamine oder Mischungen davon, die 14 bis 32
Kohlenstoffatome in den stickstoffgebundenen Seitenketten enthalten, davon höchstens eine
stickstoffgebundene Methylgruppe und mindestens einen stickstoffgebundenen, mindestens
6 Kohlenstoffatome enthaltenden aliphatischen Rest, und bei denen die Säurekonstante K3 des
Amins kleiner als 10-3 ist,
b) dem Extrakt ein inertes, mit Wasser nicht mischbares, niedriger als das verwendete Amin
siedendes Lösemittel zugibt, sofern das Lösemittel nicht schon in Stufe a) zugegeben wurde,
c) den Extrakt destilliert, die entstehenden Dämpfe kondensiert, aus dem zweiphasigen Kondensat
kontinuierlich das Wasser abtrennt und die organische Phase in den Destillationsprozeß
zurückgibt und
d) nach Entfernen des Wassers den Extrakt bei Sumpftemperaturen zwischen 100 und 250°C
am Rückfluß destilliert und den am Kopf der Kolonne frei werdenden gasförmigen Chlorwasserstoff
abzieht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als inerte, mit Wasser nicht
mischbare Lösemittel geradkettige oder verzweigte aliphatische, cycloaliphatische, aromatisch.· oder
araliphatische Kohlenwasserstoffe mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen sowie Gemische dieser Verbindungen
verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in Stufe d) bei Sumpftemperaturen
zwischen 120 und 230° C arbeitet.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man mit einer Menge Amin
extrahiert, die etwa 5 bis. 10% über der dem Salzsäuregehalt äquivalenten Menge liegt.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man etwa gleiche Gewichtsteile
Amin und Lösemittel verwendet.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösemittel mindestens
20° C niedriger als das Amin siedet.
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