EP3658499A1 - Herstellung und abtrennung von phosgen durch kombinierte co2 und chlorid-elektrolyse - Google Patents

Herstellung und abtrennung von phosgen durch kombinierte co2 und chlorid-elektrolyse

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EP3658499A1
EP3658499A1 EP18785519.2A EP18785519A EP3658499A1 EP 3658499 A1 EP3658499 A1 EP 3658499A1 EP 18785519 A EP18785519 A EP 18785519A EP 3658499 A1 EP3658499 A1 EP 3658499A1
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EP
European Patent Office
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hcl
gas mixture
conversion
product
phosgene
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18785519.2A
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Inventor
Bernhard Schmid
Christian Reller
Günter Schmid
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
    • C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Definitions

  • the present invention relates to a method for the manufacture ⁇ development of phosgene directly from the, preferably only dried, directly combined crude products of a combined C0 2 chloride electrolysis.
  • a first gaseous product comprising CO is Herge ⁇ provides and on the anode side of HCl and / or a Me ⁇ tallchlorid a second gaseous product comprising at least ⁇ CI 2 is prepared and made from these phosgene.
  • Phosgene (COCI 2) is a basic chemical with qusociti ⁇ gen uses. It is required, inter alia, for the production of polycarbonates, isocyanates, polyurethanes and polyureas. Phosgene is usually synthesized by reaction of carbon monoxide (CO) with elemental chlorine (CI 2 ). The reaction can be initiated by light, but usually you will kataly ⁇ carried performed by activated carbon. The CO required for this is far from fossil Brennstof ⁇ fen
  • Partial coal combustion 2 C + 0 2 2 CO produced.
  • the coal combustion is also used for the production of
  • the oxygen-consuming cathodes are so-called gas diffusion electrodes. These are porous electric ⁇ that can be penetrated (in this case, 0 2) from the reaction gas, and thus are capable of three-phase boundaries (gas, electrolyte, electrode) to provide at which held a desired reaction can , Thus, much higher current densities can be achieved than when the reaction gas is physically dissolved in the electrolyte.
  • the technology of the gas diffusion electrode is not limited to the reduction of oxygen.
  • a C0 2 reduction to CO for example, can be carried out at a Gasdiffusi ⁇ onselektrode.
  • both educts required for the production of phosgene can thus be produced electrochemically.
  • the components required for the preparation are provided and cleaned separately, which may be associated with an equipment and energy overhead. There is therefore a need for an efficient and simple process for producing phosgene.
  • the invention is based on the fundamental idea that, if a CO 2 electrolysis takes place at the cathode and the
  • Chlorine development at the anode can combine the processes, and can be easily prepared and separated from the product gases phosgene.
  • Ge ⁇ tiktician. C0 2 + 2 HCl -> CO + H 2 0 + Cl 2 (3.1)
  • the present invention relates to a process for the preparation of phosgene, wherein
  • Another aspect of the present invention relates to an apparatus for producing phosgene, comprising:
  • At least one electrolytic cell for C0 2 ⁇ conversion to CO comprising a cathode chamber comprising a cathode for converting CO 2 to a first gaseous product umfas ⁇ send CO, which is designed to convert CO 2 to a first gaseous product comprising CO, and a Anode space comprising an anode for the reaction of HCl and / or metal chloride, wherein the HCl and / or the metal chloride optionally present as a solution to a second gaseous
  • Product comprising at least CI 2 , which is designed to react HCl and / or a metal chloride, wherein the HCl and / or the metal chloride are optionally present as a solution, to give a second gaseous product comprising at least Cl 2 ,
  • At least one first supply device for CO 2 which is connected to the cathode compartment of the electrolytic cell for the C0 2 conversion to CO and is adapted to supply CO 2 for Katho ⁇ denraum the electrolytic cell for the C0 2 conversion to CO
  • HCl or the metal ⁇ chloride optionally present as a solution, which is connected to the anode ⁇ space of the electrolytic cell for C0 2 conversion to CO and is designed to HCl and / or a metal chloride, said HCl or the metal chloride optionally as a solution before ⁇ lie, the anode compartment of the electrolytic cell for C0 2 conversion to CO,
  • At least one first merging device which is connected to the first discharge device and the second discharge device and is designed to zusam ⁇ mate the first gaseous product and the second gaseous product to produce a product gas mixture;
  • At least one first reactor which is connected to the first combining device, and is adapted to at least yaw the product gas mixture to phosgene to rea ⁇ to produce a reacted product gas mixture; and at least one first separation device, which is connected to the first reactor and is adapted to separate phosgene from the reacted product gas mixture; or comprehensive
  • At least one electrolysis cell for the C0 2 conversion to CO comprising fully implement a cathode compartment, a cathode for the conversion of CO 2 into a first gaseous product umfas ⁇ send CO, which is adapted CO 2 for a first gaseous product comprising CO and a Anode space comprising an anode for the reaction of HCl and / or metal chloride, wherein the HCl and / or the metal chloride op ⁇ tion available as a solution, to a second gaseous product comprising at least CI 2 , which is formed, HCl and / or a metal chloride, wherein the HCl and / or the metal chloride are optionally present as a solution to convert to a second gaseous product comprising at least Cl 2 , at least one first supply device for CO 2 , which is connected to the cathode space of the electrolytic cell for C0 2 ⁇ conversion to CO and is adapted to supply CO 2 to Katho ⁇ denraum the electrolytic
  • HCl or the metal ⁇ chloride optionally present as a solution, which is connected to the anode ⁇ space of the electrolytic cell for C0 2 conversion to CO and is designed to HCl and / or a metal chloride, said HCl or the metal chloride optionally as a solution before ⁇ lie, the anode compartment of the electrolytic cell for C0 2 conversion to CO,
  • At least one first reactor connected to the common purge device and configured to react the product gas mixture at least to phosgene to produce a reacted product gas mixture
  • the method according to the invention can be carried out with the device according to the invention.
  • Figures 1 to 12 show schematically possible processes in a method according to the invention.
  • FIGS. 13 to 19 schematically show arrangements of electrolysis cells with supply and discharge devices which can be used in a method according to the invention as well as in a device according to the invention.
  • the invention relates in a first aspect to a process for the preparation of phosgene, wherein i) in at least one electrolytic cell for C0 2 ⁇ conversion to CO on the cathode side of CO 2, a first gaseous Pro ⁇ product comprising CO is produced and on the anode side of HCl and / or a metal chloride, wherein the HCl and / or the metal chloride optionally as a solution present, a second gas ⁇ shaped product comprising at least Cl 2 is prepared; ii) the first gaseous product and the second gaseous product are combined to produce a product gas mixture;
  • steps I) to iv) take place in this order.
  • the CO and CI 2 required for the phosgene production are produced in a first step in the same plant.
  • the generated gases may possibly be dried and then directly mixed to produce a Rescuegasge ⁇ mixed, and reacted to produce a reacted product gas mixture.
  • the thus-obtained reacted product gas mixture is separated in such a way that at least phosgene is separated off.
  • the product gas mixture and / or the reacted product gas mixture are further separated, preferably completely.
  • the separation of the individual components of the product gas mixture and / or the reacted product gas mixture can be carried out at variable times, for example, depending on whether the product gas mixture is also reacted to HCl. It can therefore be a separation of gas components before the reaction to phosgene and / or after the reaction to phosgene.
  • a step i) takes place, wherein in at least one electrolysis cell for the CO 2 - to CO on the cathode side of CO 2, a first gas production Miges product is produced comprising CO conversion and anodes ⁇ side of HCl and / or a metal chloride where the HCl and / or the metal chloride are optionally present as a solution, a second gaseous product comprising at least Cl 2 is Herge ⁇ provides.
  • the first step here is not particularly limited, so ⁇ far in the at least one electrolytic cell both CO from CO 2 and Cl 2 from HCl and / or a metal chloride Herge ⁇ provides are.
  • Such additional electrolysis cells can be used for example to admit a product gas comprising CO from a cathode or a product gas comprising Cl 2 from an anode ei ⁇ ner such additional electrolytic cell for Artsgasge ⁇ mixing the at least one electrolytic cell to egg ne suitable stoichiometry in the reaction phosgene to a ⁇ observed.
  • a suitable stoichiometry for conversion to phosgene can be achieved by suitably controlling the reactions at the anode and / or cathode in the at least one electrolytic cell in the process of the present invention to achieve this appropriate stoichiometry.
  • reactant streams for the cathode and / or anode, the cathode and / or Anodenma ⁇ material, currents, etc. are suitably adjusted.
  • Purification of the product gas mixture can be taken into account in accordance with ⁇ . Likewise, it is not necessary that a complete reaction takes place at the anode and / or cathode. So at ⁇ can play as well in the first gaseous product of the cathode unreacted CO2 remain as this does not interfere with the reaction to phosgene. Since CO2 can not be further oxidized by chlorine, it is unproblematic in phosgene production.
  • the first gas ⁇ shaped product at the cathode not only CO but also hydrogen from a competing reducing water - containing and / or unreacted CO2 - for example when using aqueous electrolyte.
  • the first gaseous product are separated on the cathode side and the second gaseous product on the anode side so at ⁇ example by at least one membrane and / or at least one diaphragm in at least one electrolytic cell, that they do not mix or substantially maximum CO 2 enters the second gaseous product.
  • a formation of a reactive mixture in the electrolysis cell for example of CO and Cl 2 and / or in particular of H 2 (from a cathodic side reaction) and Cl 2 - ie of
  • the respective electrode material not be ⁇ Sonders limited insofar as the respective reaction can proceed entspre ⁇ accordingly.
  • the cathode is suitable for the electrochemical conversion of gaseous CO 2 to CO
  • the anode for electrochemical ⁇ oxidation of chloride to chlorine especially in solutions of Hydrogen chloride or metal chlorides such as Alkalime ⁇ tallchloriden, especially aqueous solutions, is suitable.
  • the production of the first gaseous product and / or the second gaseous product takes place with a gas diffusion electrode.
  • a silver and / or gold is based Gasdiffusionselektro- de, a gas diffusion electrode of a composite of silver and / or gold with an anion exchange membrane (AEM), a carbon-gas diffusion layer loaded with silver particles, an open area of silver and / or gold, a silver and / or gold based coating on an AEM, cation exchange membrane (CEM) or a diaphragm, etc.
  • AEM anion exchange membrane
  • CEM cation exchange membrane
  • anode for example, an open-area structures of, for example titanium, which is coated with a Ka ⁇ talysator, one with a catalyst loading ⁇ ne or impregnated carbon gas diffusion layer, a catalyst coating on one AEM, CEM or a diaphragm , etc., wherein suitable catalysts, for example, IrO x , RuÜ 2 , or their mixed oxides, possibly also with the addition of T1O2, etc. are.
  • suitable catalysts for example, IrO x , RuÜ 2 , or their mixed oxides, possibly also with the addition of T1O2, etc.
  • At least one electrolytic cell Minim ⁇ least one electrolyte can be used. If a cathode space and an anode space or other spaces are separated by at least one membrane and / or a diaphragm, it is also possible for a plurality of electrolytes to be present in the at least one electrolysis cell. These may be the same or different and are not particularly limited. In certain embodiments, one or more aqueous electrolytes are used. Such factors may comprise a conductive salt, which be ⁇ Sonders is not limited. In particular, on the anode side, so there is a metal chloride used in the electrolysis, this also serve as conductive salt.
  • HCl may also be present as hydrochloric acid on the anode side, but this may also be supplied as gas, for example in a gas diffusion electrode.
  • the metal chloride on the anode side is not particularly be ⁇ limits, as long as you can from this herstel ⁇ len by electrolysis chlorine.
  • the metal chloride is an alkali metal chloride, eg, LiCl, NaCl, KCl, RbCl, CsCl, and / or mixtures thereof. It is not excluded that further metal chlorides and / or conductive salts, including acids and bases, are present on the anode side.
  • a second step ii) the first gaseous product and the second gaseous product are combined to produce a product gas mixture.
  • This is not particularly limited, and can be done within the at least one electric ⁇ lysezelle or outside, but is preferably carried out, for example when in the at least one elec- rolysezelle at least one membrane and / or a diaphragm is provided.
  • the electrolysis cell for CO 2 conversion to CO thus a cathode space and a
  • Anode space which are separated by at least one membrane and / or a diaphragm.
  • the membrane or the diaphragm are not particularly limited.
  • the nature of the merging of the first gaseous product and the second gaseous product, for example, except ⁇ half the at least one electrolytic cell is not particular ⁇ DERS limited, and, for example, by at least egg ne first combining device, for example in the form of a T or Y Piece or similar line merger.
  • the first gaseous product and the second gaseous product may be further purified and / or dried.
  • a drying lends itself to possibly remove entrained water such as from an electric ⁇ LYTEN. Since the first gaseous product and the second gaseous product are mixed in any case as raw gases ⁇ the contamination of one of the two with the other is not detrimental in contrast to most other applications. As a result, the apparatus can be made simpler, and in particular complicated membrane, diaphragm and / or flow arrangements can be avoided.
  • the product gas mixture is reacted at least to phosgene to produce a reacted product gas mixture.
  • reaction is not particularly limited here.
  • they can be carried catalyzed, for example with active ⁇ charcoal, in a suitable reactor which can be cooled, for example.
  • phosgene is separated from the reacted product gas mixture.
  • This is not particularly limited and can be suitably carried out, regardless of whether in the reacted product gas mixture still possibly HCl, H 2 and / or HCl and / or unreacted C0 2 and / or CO and / or Cl 2 are present.
  • the phosgene can be very easily separated, in particular because of its high boiling point. Phosgene boiling to withdraw it to the mixture at 7 ° C, which is why a ⁇ be already very mild cooling to, for example, 0 ° C is sufficient.
  • the separation of the phosgene is carried out at a temperature of 7 ° C or less, preferably 5 ° or less, for example 0 ° C or less. According to certain embodiments, the separation of the phosgene is carried out at a temperature of -30 ° C or more, preferably -20 ° C or more, more preferably -10 ° C or more. The higher the temperature at the
  • H are represented by electrolysis in the at least one electrolytic cell 2 and Cl 2 - that H 2 is produced as Maupro ⁇ domestic product, for example at the cathode - is, for example, the following stoichiometry during phosgene mög ⁇ Lich, that is, it is additionally HCl produced in ⁇ play, in a second reactor:
  • HCl is additionally prepared in the process according to the invention, it is preferred to carry out the preparation of phosgene and the preparation of HCl in separate steps, ie to prepare HCl before or after the phosgene.
  • the phosgene yield drops sharply. Therefore, it is also advantageous to run the phosgene formation and the chlorine-oxyhydrogen reaction in separate stages.
  • Cl 2 and H 2 still present in the reacted product gas mixture can be converted into HCl after the production of phosgene in a chlorine-oxyhydrogen gas reaction.
  • the HCl can be removed from the reacted product gas mixture or, if the HCl production takes place before the phosgene is prepared, it can also be separated off from the product gas mixture before the phosgene is produced. This can be done, for example, by washing, for example with water, or by absorption, for example in KHC0 3 solution of any concentration in water, preferably between 0.5-1.5 M. In the latter case, it is released under formation of KCl CO 2 which can be both ⁇ returned gurge in the inventive method. According to certain embodiments, HCl is washed out of the product gas mixture or the reacted product gas mixture. According to certain embodiments, HCl is separated from the product gas mixture or the reacted product gas mixture by absorption in KHCO 3 .
  • the production of HCl and the separation of HCl occur prior to the preparation of
  • the CO 2 can be separated, for example, by freezing or Kryoadsorbtion.
  • This method delivers then in particular no dilute hydrochloric acid, but Trocke ⁇ NEN hydrogen chloride, which can be used for example to direct Lichter ⁇ essential recycling in place for recirculation to the electrolysis.
  • CO 2 is thus separated from the reacted product gas mixture, in particular by cryoadsorption or freezing.
  • H 2 and Cl 2 can remain in the reacted product gas mixture.
  • Leads to the product gas mixture for example, only through an activated carbon catalyst, to obtain a mixture of COCl 2, CO2, H2 and CI2, in egg ⁇ nem ratio of 1 H 2 and Cl 2: can be present.
  • the chlorine / oxyhydrogen gas reaction can also be omitted, whereby a change in the separation process of the gases in the controlled product gas mixture may be required here.
  • the gas mixture can then be equivalent to CO 2
  • Cryo distillation (cryogenic distillation) are separated.
  • Cl 2 passes through
  • Cryodistillation separated from the reacted product gas mixture for example at a temperature of -34 ° C or less, preferably -35 ° C or less, preferably -40 ° C or more Weni ⁇ ger.
  • chlorine can be separated in another way.
  • H 2 ⁇ separation H 2 -C0 2 mixture can then by conventional methods for CO 2 or H 2 Separati ⁇ on, such as a membrane permeation, a pressurized water wash, an amine wash, a carbonate wash, etc., depending on Use case to be separated.
  • the separated CO 2 is recycled to the electrolysis.
  • Figures 1 to 12 illustrate abstract and schematic different variants of the process according to the invention, which is described in detail above. In the figures is assumed here that H 2 is produced at the cathode side as Ne ⁇ ben
  • MCI alkali metal chloride
  • Fig. 1 in this case shows a variant is set forth in the first ⁇ HCl before phosgene is prepared.
  • the electrolytic cell is first given a first gaseous product on the side of the cathode K comprising CO, H 2 and unreacted CO 2 from the electrolysis of CO 2 .
  • a first gaseous product on the side of the cathode K comprising CO, H 2 and unreacted CO 2 from the electrolysis of CO 2 .
  • by-product MHCO 3 is formed with
  • Hydrogencarbonationen which can react with the electrolyte, discharged from the cathode compartment, so present.
  • a second gaseous product ⁇ including CI 2 and possibly CO 2 which may have come into the anode compartment obtained.
  • the two gaseous products leave the electrolysis cell from the respective electrode space separated and outside merged to a Pro ⁇ duktgasgemisch containing CI 2 to obtain CO, H 2 and CO 2.
  • the product gas mixture obtained is dried before reacting in a step 2 H 2 and Cl 2 to obtain a product gas mixture in which CO, CI 2 , HCl and CO 2 are contained.
  • this product gas mixture is reacted to form CO 2 and Cl 2 phosgene (COCl 2 ).
  • FIG. 3 corresponds in large part to that of FIG. 1, wherein, instead of step 5, a step 6 of CO 2 separation is carried out by cryoadsorption or freezing. In this way, HCl may be recovered as gaseous value ⁇ material. The CO2 can be recycled again ⁇ to.
  • the sequence in FIG. 4 again corresponds to that in FIG. 3 with reversed step 2 of the production of HCl and step 3 of the production of phosgene.
  • FIG. 5 and FIG. 6 show possible processes for a combined hydrochloric acid-C02-Elektroyse with complete reaction and HCl separation by washing out and chloride recycling.
  • FIG. 5 corresponds in large part to that in FIG. 1, HCl being added to the anode space instead of MCI, possibly even in the form of hydrochloric acid.
  • HCl being added to the anode space instead of MCI, possibly even in the form of hydrochloric acid.
  • Latest in the anode compartment can be formed by an existing aqueous electrolyte hydrochloric acid. Since no MCI is added ⁇ ent is shown in FIG 5 MHCO no. 3
  • the further procedure corresponds to that of FIG. 1.
  • Figures 7 and 8 show possible process for a combined hydrochloric acid-C0 2 -electroysis with complete conversion and cryogenic CO 2 separation.
  • the sequence in Fig. 7 corresponds to the major part of Fig. 5, where at ⁇ as in Fig. 3 instead of the step 5 here a step 6, the C0 2 ⁇ separation by a cryoadsorption or freezing is performed.
  • the sequence in FIG. 8 again corresponds to that in FIG. 7 with reversed step 2 of the production of HCl and step 3 of the production of phosgene.
  • FIGS. 9 and 10 show the possibility of inserting the preparation of HCl and separation before the actual phosgene synthesis, for example when the temperature is driven high enough to prevent phosgene formation.
  • FIG. 9 shows a possible process for a combined alkali metal chloride C0 2 -electroysis with intermediate hydrochloric acid removal.
  • a product gas mixture is produced. This is not initially dried, but there is a step 2 of HCl production. This is then washed out in a step 5, which is why no drying was previously required. Only after a drying step 1 takes place, after which the phosgene production 3 and the separation of phosgene 4 followed by cooling to about 5 ° C. The aqueous HCl as well as the CO2 are recycled as in FIG.
  • FIG. 10 shows a possible process for a combined hydrochloric acid-C02-Elektroyse with intermediate hydrochloric acid separation.
  • the sequence in FIG. 10 corresponds to that in FIG. 9, wherein HCl is used in the electrolysis, as in FIG. 5, instead of MCI, with the corresponding sequences as in FIG. 5.
  • FIG. 11 and FIG invention
  • FIG. 11 shows a possible process for a combined alkali metal chloride-C02-Elektroyse with distillative chlorine separation.
  • step 1 first electrolyzed as in FIG. 1, dried (step 1), phosgene prepared (step 3) and this separated (step 4), so that still a gas mixture comprising H 2 , Cl 2 and CO2 remains.
  • step 2 it is possible to separate off Cl 2 by means of a cryodistillation 7 at, for example, -35 ° C., before CO 2 is separated off by a CO 2 separation 8 and recycled.
  • the remaining H2 can be otherwise terver Listet wei ⁇ .
  • Fig. 12 shows a possible process for a combined hydrochloric acid C02-Elektroyse with distillative chlorine separation, which corresponds to that of Fig. 11, except that - as in Fig. 5 - instead of MCI HCl in the electrolysis we used.
  • an apparatus for producing phosgene comprising:
  • At least one electrolytic cell for C0 2 ⁇ conversion to CO comprising a cathode chamber comprising a cathode for converting CO 2 to a first gaseous product umfas ⁇ send CO, which is designed to convert CO 2 to a first gaseous product comprising CO, and a Anodenraum comprising an anode for the reaction of HCl and / or metal chloride, wherein the HCl and / or the metal chloride op ⁇ tion as a solution present, to a second gaseous product comprising at least CI 2 , which is formed, HCl and / or a metal chloride, wherein the HCl and / or the metal chloride are optionally present as a solution to convert to a second gaseous product comprising at least Cl 2 ,
  • At least one first supply device for CO 2 which is connected to the cathode compartment of the electrolytic cell for the C0 2 conversion to CO and is adapted to supply CO 2 for Katho ⁇ denraum the electrolytic cell for the C0 2 conversion to CO
  • HCl or the metal ⁇ chloride optionally present as a solution, which is connected to the anode ⁇ space of the electrolytic cell for C0 2 conversion to CO and is designed to HCl and / or a metal chloride, said HCl or the metal chloride optionally as a solution before ⁇ lie, the anode compartment of the electrolytic cell for C0 2 conversion to CO,
  • At least one first discharge device for the first gaseous product which is connected to the cathode compartment of the electric ⁇ lysezelle to C0 2 conversion to CO and is formed to from ⁇ , the first gaseous product from the cathode ⁇ space of the electrolysis cell for C0 2 conversion to dissipate CO, at least one second removal device for the second gaseous product, which is connected to the anode space of the electrolyte ⁇ cell to C0 2 ⁇ conversion to CO and out ⁇ forms, the second gaseous product from the anode compartment of the electrolysis cell for C0 2 ⁇ conversion to CO dissipate,
  • At least one first merging device which is connected to the first discharge device and the second discharge device and is designed to zusam ⁇ mate the first gaseous product and the second gaseous product to produce a product gas mixture;
  • At least one first reactor which is connected to the first combining device, and is adapted to at least yaw the product gas mixture to phosgene to rea ⁇ to produce a reacted product gas mixture; and at least one first separation device, which is connected to the first reactor and is adapted to separate phosgene from the reacted product gas mixture; or comprehensive
  • At least one electrolysis cell for the C0 2 conversion to CO comprising fully implement a cathode compartment, a cathode for the conversion of CO 2 into a first gaseous product umfas ⁇ send CO, which is adapted CO 2 for a first gaseous product comprising CO and a Anode space comprising an anode for the reaction of HCl and / or metal chloride, wherein the HCl and / or the metal chloride op ⁇ tion available as a solution, to a second gaseous product comprising at least CI 2 , which is formed, HCl and / or a metal chloride, wherein the HCl and / or the metal chloride are optionally present as a solution to convert to a second gaseous product comprising at least Cl 2 ,
  • At least one first supply device for CO 2 which is connected to the cathode compartment of the electrolytic cell for the C0 2 conversion to CO and is adapted CO 2 to the cathode to supply the denraum of the electrolysis cell for C0 2 conversion to CO,
  • HCl or the metal ⁇ chloride optionally present as a solution, which is connected to the anode ⁇ space of the electrolytic cell for C0 2 conversion to CO and is designed to HCl and / or a metal chloride, said HCl or the metal chloride optionally as a solution before ⁇ lie, the anode compartment of the electrolytic cell for C0 2 conversion to CO,
  • At least one common discharge device for the first gaseous product and the second gaseous product which is ver ⁇ connected with the electrolysis cell for C0 2 -Ümmann to CO and is adapted to the first gaseous product and the second gaseous product from the Elektroly ⁇ cell to C0 2 conversion to CO dissipate,
  • At least one first reactor connected to the common purge device and configured to react the product gas mixture at least to phosgene to produce a reacted product gas mixture
  • At least one first separation device which is connected to the first reactor and is adapted to separate phosgene from the reacted product gas mixture.
  • inventive method can be carried out with the device according to the invention.
  • the present invention relates to an apparatus for producing phosgene disclosed comprising:
  • At least one electrolysis cell for the C0 2 conversion to CO comprising a cathode chamber comprising a cathode for the reaction of CO 2 first to a first gaseous product umfas ⁇ send CO, which is adapted to a CO 2 comprising reacting gaseous product comprising CO, and an anode space comprising an anode for the reaction of HCl and / or metal chloride, wherein the HCl and / or the metal chloride op ⁇ tion as a solution, to a second gaseous product comprising at least Cl 2 , which is formed HCl and / or a metal chloride, wherein the HCl and / or the metal chloride are optionally present as a solution to convert to a second gaseous product comprising at least Cl 2 ,
  • At least one first supply device for CO 2 which is connected to the cathode compartment of the electrolytic cell for the C0 2 conversion to CO and is adapted to supply CO 2 for Katho ⁇ denraum the electrolytic cell for the C0 2 conversion to CO
  • HCl or the metal ⁇ chloride optionally present as a solution, which is connected to the anode ⁇ space of the electrolytic cell for C0 2 conversion to CO and is designed to HCl and / or a metal chloride, said HCl or the metal chloride optionally as a solution before ⁇ lie, the anode compartment of the electrolytic cell for C0 2 conversion to CO,
  • At least one first discharge device for the first gaseous product which is connected to the cathode compartment of the electric ⁇ lysezelle to C0 2 conversion to CO and is formed to from ⁇ , the first gaseous product from the cathode ⁇ space of the electrolysis cell for C0 2 conversion to dissipate CO
  • at least one second discharge device for the second gaseous product which is connected to the anode compartment of the electrolyte ⁇ cell to C0 2 -Umario CO and out ⁇ forms, the second gaseous product from the anode compartment of the electrolytic cell to C0 second Conversion to CO
  • At least one first merging device which is connected to the first discharge device and the second discharge device and is adapted to the first leissheim gaseous product and the second gaseous product together ⁇ to produce a product gas mixture
  • At least one first reactor which is connected to the first combining device and to this is trained det, at least gieren the product gas mixture to phosgene to rea ⁇ to produce a reacted product gas mixture; and at least one first separation device, which is connected to the first reactor and is adapted to separate phosgene from the reacted product gas mixture.
  • the at least one electrolytic cell for example, an electrochemical device for the combined production of CO and CI 2 from CO 2 and HCl / metal, in particular Alkalime ⁇ tall-, chlorides is not particularly limited, if it is suitable for the tick. It comprises at least one anode and one cathode, and may additionally comprise at least one membrane and / or a diaphragm.
  • FIGS. 13 to 19 exemplary and schematically preferred embodiments are shown in FIGS. 13 to 19.
  • the following part particularly shows illustration of electrolysis cell concepts compatible with the method of the invention.
  • the following abbreviations are used in FIGS. 13 to 19:
  • AEM anion exchanger membrane
  • Anode and cathode are not particularly be limited ⁇ in this case, inasmuch as the cathode for the electrochemical implementation-of gaseous CO2 to CO is suitable and the anode for the electrochemical oxidation of chloride to chlorine in solutions of hydrogen chloride or metal chlorides, particularly Alka ⁇ limetallchloriden, suitable is.
  • Figs. 13 and 14 show membrane-electrode assemblies
  • MEA MEA or MEA cells on the model of fuel cells or PEM (proton exchange membrane) electrolyzers with anion exchange membrane in Fig. 13 and with cation / proton exchange membrane in Fig. 14.
  • a 13 similar construction for example, US 2016/0251755 AI and US 9481939 can be removed.
  • a 13 similar construction for example, US 2016/0251755 AI and US 9481939 can be removed.
  • it can, however, when using the AEM (up to 2/3 of the total feed) are (with the charge carrier ⁇ hydrogen carbonate) to a release of CO2. This can be problematic, especially in the case of uncoupled CO2 electrolysis, since a 1: 4 mixture of O2 and CO2 which is thus present at the anode can no longer be used.
  • FIG. 15 shows a cell with a diaphragm after the front ⁇ image of the alkali electrolysis with a simple diaphragm, wherein Here on the cathode side, a space II is present as an intermediary, in which an electrolyte contacts the cathode K and so ⁇ makes the electrical contact with the anode compartment III.
  • FIGS. 16 and 17 show single-membrane cells modeled on chlor-alkali electrolysis.
  • Fig. 16 shows an arrangement with at ⁇ here CEM for alkali metal chlorides as Rea ⁇ gens on the anode side
  • Fig. 17 an arrangement with CEM for hydrochloric acid as the reagent on the anode side.
  • FIGS. 18 and 19 show double-membrane cells in which a salt bridge space II is provided between two membranes, which serves as an intermediary between anode space III and cathode space I and can further reduce or prevent gas transfer and / or mass transfer into the respective rooms.
  • the respective electrode material is not limited be ⁇ Sonders, inasmuch as the respective reaction can proceed entspre ⁇ accordingly.
  • anode and cathode are not particularly limited in so ⁇ away the cathode for the electrochemical reaction of gaseous CO 2 is suitable to CO, and the anode to elektrochemi ⁇ rule oxidation of chloride to chlorine, especially in solutions of hydrogen chloride or Metal chlorides such as alkali metal chlorides, in particular aqueous solutions, is suitable.
  • the production of the first gaseous product and / or the second gaseous product takes place with a gas diffusion electrode.
  • a cathode example ⁇ as a silver and / or gold is based gas diffusion electric ⁇ de, a gas diffusion electrode of a composite of silver and / or gold with an anion-exchange membrane (anion exchange membrane; AEM), a silver-loaded particles of carbon Gas diffusion layer, an open area of silver and / or gold, a silver and / or gold based coating on an AEM, cation exchange membrane (CEM) or a diaphragm, etc.
  • anion exchange membrane anion exchange membrane
  • CEM cation exchange membrane
  • the anode for example, an open-area structures of, for example titanium, which is coated with a Ka ⁇ talysator, one with a catalyst loading ⁇ ne or impregnated carbon gas diffusion layer, a catalyst coating on one AEM, CEM or a diaphragm , etc., wherein suitable catalysts, for example, IrO x , RuÜ 2 , or their mixed oxides, possibly also with the addition of T1O2, etc. are.
  • the cathode and / or anode of the electrolysis cell for CO 2 conversion to CO formed as a gas ⁇ diffusion electrode.
  • HCl may also be present as hydrochloric acid on the anode side, but this may also be supplied as gas, for example in a gas diffusion electrode. Regardless, it may be useful in an HCl or metal chloride solution to form the anode as a gas diffusion electrode to gas bubbles in
  • the at least one first supply device, the at least one second supply device which, insofar as they are suitable for at least one first discharge device, which not particularly limited, at least one second discharge device, and the at least one common outfeed device ⁇ , a substance contained therein and / or to transport a mixture of substances, for example CO 2 , HCl and / or metal chloride, for example in solution form, or product gases, that is to say, for example, are made from a suitable material which is not particularly limited otherwise.
  • suitable pumping devices, valves, etc. may be provided.
  • the at least one electrolysis cell for C0 2 conversion to CO comprises the at least one first removal device and the at least one second removal device, preferably the cathode space and the anode space in the electrolysis cell for C0 2 conversion to CO through at least one membrane and / or a diaphragm is separated.
  • the at least one first joining device is not particularly limited as long as it can contain the product gas mixture.
  • the at least one first joining device makes it possible to mix the gaseous products.
  • the at least one separation device for separating phosgene is not particularly limited, and may play comprise a cooling device at ⁇ that the reacted product gas mixture at 7 ° C or less, preferably 5 ° or less, for example 0 ° C or less cooling can.
  • the cooling device cools the reacted product gas mixture to -30 ° C or more, preferably -20 ° C or more, more preferably -10 ° C or more.
  • the separation device for separating phosgene may for example comprise a third discharge device for phosgene, which is designed to dissipate phosgene from the at least one Abtren ⁇ drying apparatus for separating phosgene.
  • At least one dryer may be provided for drying the product gas mixture and / or the first and / or second gaseous product, which is not particularly limited.
  • inventive device may also include at least one heating and / or at least ei ⁇ NEN cooler, for example for cooling of the second reactor in order optionally to control the reactions HCl in the manufacture of phosgene and if necessary.
  • a gas scrubbing device for scrubbing HCl which is connected to the second reactor or the first reactor and is adapted to wash out of HCl from the product gas mixture, or the reacted product gas mixture, and which is also not particularly limited .
  • a first return device for HCl can be provided, which is designed to return the HCl from the gas scrubber to the second supply device.
  • Return device for CO 2 may be provided, which is designed to return the CO 2 from the one device for freezing CO 2 to the first supply device.
  • the second reactor and the gas scrubber are located upstream of the first reactor in the flow direction of the product gas mixture. 3 b
  • the erfindungsge ⁇ Permitted device further comprises a device for
  • At least one first electrolysis cell for C0 2 conversion to CO comprising a cathode space comprising a cathode for converting CO 2 into a first gaseous product.
  • comprising CO which is designed to convert CO 2 into a first gaseous product comprising CO
  • At least one second electrolytic cell comprising an anode compartment comprising an anode for reacting HCl
  • HCl and / or the metal ⁇ chloride optionally present as a solution to a second gas ⁇ shaped product comprising at least CI 2, which is to be formed ⁇ , HCl and / or a metal chloride, wherein the HCl and / or the metal chloride are present optionally as a solution comprising at least Cl 2 to ⁇ them into a second gaseous product,
  • At least one first supply device for CO 2 which is connected to the cathode compartment of the electrolytic cell for the C0 2 conversion to CO and is adapted to supply CO 2 to the cathode compartment of the electrolytic cell for the C0 2 conversion to CO
  • HCl or the metal ⁇ chloride optionally present as a solution which is connected to the anode cavities of the electrolytic cell for C0 2 conversion to CO and is formed to HCl and / or a metal chloride, said HCl or the metal chloride optionally as a solution before ⁇ lie, the anode compartment of the electrolytic cell for C0 2 conversion to CO,
  • At least a first discharge device for the first gaseous product which is connected to the cathode compartment of the electric ⁇ lysezelle to C0 2 conversion to CO and is formed to from ⁇ , the first gaseous product from the cathode ⁇ space of the electrolysis cell to the C0 2 - Dissipate conversion to CO
  • - at least a second discharge device for the second gaseous product which is connected to the anode compartment of the electrolyte ⁇ cell to C0 2 -Umario CO and out to ⁇ forms, the second gaseous product from the anode compartment of the electrolysis cell C0 2 conversion to CO dissipate
  • at least one first merging device connected to the first discharge device and the second discharge device and configured to combine the first gaseous product and the second gaseous product to produce a product gas mixture
  • the first and second Elect ⁇ rolysezelle here are not particularly limited and Queen ⁇ NEN, for example, those of the electrolysis cell of the device Invention ⁇ proper match, being produced in the first electrolytic cell anode hand, no Cl 2 and in the second electrolytic cell cathode hand, no CO.
  • FIG. 1 An exemplary method according to the invention takes place according to FIG.
  • a silver gas diffusion electrode which is supplied with CO 2 and which dips into an electrolyte of aqueous HCl, is found on the cathode side.
  • the anode On the anode side, the anode is an open area made of titanium, which is coated with a ruthenium catalyst. The anode is supplied with aqueous HCl.
  • a first gaseous product comprising CO, H 2 and CO 2
  • a second gaseous product comprising Cl 2 and CO 2 is formed .
  • the two gasför ⁇ shaped products are each removed from the respective electrode space and combined in a gas mixer.
  • the product gas mixture is dried and then a chlorine-gas reaction by burning started. Subsequently, the product gas mixture are in the CI 2, CO, CO 2 and HCl before ⁇ hands is passed through a first reactor with activated carbon, wherein CI are left 2 and CO react to form phosgene.
  • the reacted product gas mixture is then passed through a cooling device at 5 ° C and separated phosgene as a liquid.
  • HCl is separated by gas scrubbing with water as hydrochloric acid and recycled to the supply of HCl on the anode side of the electrolysis cell.
  • the remaining CO 2 is recycled to supply the CO 2 to the silver gas diffusion electrode.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Phosgen direkt aus den, bevorzugt lediglich getrockneten, direkt zusammengeführten Rohprodukten einer kombinierten CO2-Chlorid-Elektrolyse. Dabei wird in mindestens einer Elektrolysezelle zur CO2-Umsetzung zu CO auf Kathodenseite aus CO2 ein erstes gasförmiges Produkt umfassend CO hergestellt wird und auf Anodenseite aus HC1 und/oder einem Metallchlorid ein zweites gasförmiges Produkt umfassend zumindest C12 hergestellt wird, und aus diesen Phosgen hergestellt wird.

Description

Beschreibung
Herstellung und Abtrennung von Phosgen durch kombinierte CO2 und Chlorid-Elektrolyse
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel¬ lung von Phosgen direkt aus den, bevorzugt lediglich getrockneten, direkt zusammengeführten Rohprodukten einer kombinierten C02-Chlorid-Elektrolyse . Dabei wird in mindestens einer Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO auf Kathodenseite aus CO2 ein erstes gasförmiges Produkt umfassend CO herge¬ stellt wird und auf Anodenseite aus HCl und/oder einem Me¬ tallchlorid ein zweites gasförmiges Produkt umfassend zumin¬ dest CI2 hergestellt wird, und aus diesen Phosgen hergestellt wird.
Hierbei wird auf eine kostspielige individuelle Auftrennung der einzelnen Gasströme aus den Halbzellen verzichtet. Statt¬ dessen werden diese zusammengeführt und zur Reaktion ge- bracht. Anschließend wird der hohe Siedepunkt des Phosgens für eine kostengünstige und ökonomische Produktabtrennung ausgenutzt .
Phosgen (COCI2) ist ein chemischer Grundstoff mit vielfälti¬ gen Verwendungsmöglichkeiten. Es wird unter anderem zur Herstellung von Polykarbonaten, Isocyanaten, für Polyurethane und Polyharnstoffe benötigt. Phosgen wird gewöhnlich durch Reaktion von Kohlenmonoxid (CO) mit elementarem Chlor (CI2) synthetisiert. Die Reaktion kann durch Licht eingeleitet werden, in der Regel wird Sie aber durch Aktivkohle kataly¬ siert durchgeführt. Das hierfür benötigte CO wird bislang aus fossilen Brennstof¬ fen durch
Dampfreformation : CH4 + H20 -> CO + 3 H2;
Kohlevergasung: C + H20 CO + H2; oder
partielle Kohleverbrennung: 2 C + 02 2 CO hergestellt . Die Kohleverbrennung dient daneben auch zur Erzeugung von
Energie. Durch die Verbrennung von fossilen Brennstoffen wird momentan etwa 80% des weltweiten Energiebedarfs gedeckt.
Durch diese Verbrennungsprozesse wurden im Jahr 2011 weltweit circa 34.032,7 Millionen Tonnen Kohlenstoffdioxid (C02) in die Atmosphäre emittiert. Diese Freisetzung ist der einfachs¬ te Weg, auch große Mengen an C02 (Braunkohlekraftwerke über 50000t pro Tag) zu entsorgen.
Die Diskussion über die negativen Auswirkungen des Treibhaus- gases C02 auf das Klima hat dazu geführt, dass über eine Wie¬ derverwertung von C02 nachgedacht wird. Thermodynamisch gesehen liegt C02 sehr niedrig und kann daher nur schwer wieder zu brauchbaren Produkten reduziert werden. Die elektrochemische Reduktion von C02 an Festkörperelektro¬ den bietet in wässrigen Elektrolytlösungen eine Vielzahl an Produktmöglichkeiten, welche in der folgenden Tabelle 1, entnommen aus Y. Hori, Electrochemical C02 reduction on metal electrodes, in: C. Vayenas, et al . (Eds.), Modern Aspects of Electrochemistry, Springer, New York, 2008, pp . 89-189, dargestellt sind.
Tabelle 1: Faraday-Effizienzen bei der Elektrolyse von C02 an verschiedenen Elektrodenmaterialien Elektrode CH4 C2H4 C2H50H C3H7OH CO HCOO" H2 Total
Cu 33 .3 25 .5 5.7 3 0 1.3 9.4 20.5 103.5
Au 0. 0 0. 0 0.0 0 0 87.1 0.7 10.2 98.0
Ag 0. 0 0. 0 0.0 0 0 81.5 0.8 12.4 94.6
Zn 0. 0 0. 0 0.0 0 0 79.4 6.1 9.9 95.4
Pd 2. 9 0. 0 0.0 0 0 28.3 2.8 26.2 60.2
Ga 0. 0 0. 0 0.0 0 0 23.2 0.0 79.0 102.0
Pb 0. 0 0. 0 0.0 0 0 0.0 97.4 5.0 102.4
Hg 0. 0 0. 0 0.0 0 0 0.0 99.5 0.0 99.5
In 0. 0 0. 0 0.0 0 0 2.1 94.9 3.3 100.3
Sn 0. 0 0. 0 0.0 0 0 7.1 88.4 4.6 100.1
Cd 1. 3 0. 0 0.0 0 0 13.9 78.4 9.4 103.0
Tl 0. 0 0. 0 0.0 0 0 0.0 95.1 6.2 101.3
Ni 1. 8 0. 1 0.0 0 0 0.0 1.4 88.9 92.4
Fe 0. 0 0. 0 0.0 0 0 0.0 0.0 94.8 94.8
Pt 0. 0 0. 0 0.0 0 0 0.0 0.1 95.7 95.8
Ti 0. 0 0. 0 0.0 0 0 0.0 0.0 99.7 99.7
In der Tabelle sind Faraday Effizienzen [%] von Produkten angegeben, die bei der Kohlenstoffdioxid-Reduktion an verschiedenen Metallelektroden entstehen. Die angegebenen Werte gelten für eine 0,1 M Kaliumhydrogencarbonatlösung als Elektrolyten und Stromdichten unterhalb von 10 mA/cm2.
Derzeit wird die Elektrifizierung der chemischen Industrie diskutiert. Dies bedeutet, dass chemische Grundstoffe oder Treibstoffe bevorzugt aus CO2 (CO) , H2O unter Zuführung über¬ schüssiger elektrischer Energie, bevorzugt aus regenerativen Quellen, hergestellt werden sollen. In der Einführungsphase einer solchen Technologie wird angestrebt, dass der ökonomi¬ sche Wert eines Stoffes deutlich größer ist als sein Heizwert (Brennwert) . Beispielsweise kann hierbei das zur Phosgen- Synthese benötigte CO an einer Kathode erzeugt werden. Daneben wird Chlor derzeit durch anodische Oxidation von Chloriden gewonnen. Ursprünglich wurde dabei stets an der Kathode Wasserstoff erzeugt (siehe z.B. Gl. 1.1 + 1.2) .
2 HCl -> H2 + Cl2 (1.1)
2 NaCl + H20 ~> 2 NaOH + H2 + Cl2 (1.2)
Eine neuere Entwicklung stellt die Verwendung sogenannter Sauerstoff-Verzehr-Kathoden dar, wobei an der Kathode statt Wasser Sauerstoff reduziert wird, was zu einer geringeren Ge¬ samtspannung führt (siehe z.B. Gl. 2.1 + 2.2) .
4 HCl + 02 -> 2 H20 + 2 Cl2 (2.1)
4 NaCl + 2H20 + 02 ~> 4 NaOH + 2 H20 + 2 Cl2 (2.2)
Bei den Sauerstoff-Verzehr-Kathoden handelt es sich um sogenannte Gas-Diffusions-Elektroden. Dies sind poröse Elektro¬ den, die vom Reaktions-Gas (in diesem Fall 02) durchdrungen werden können und somit in der Lage sind, Drei-Phasen-Grenzen (Gas, Elektrolyt, Elektrode) bereitzustellen, an denen eine erwünschte Reaktion stattfinden kann. So können wesentlich höhere Stromdichten erzielt werden, als wenn das Reaktionsgas physikalisch im Elektrolyt gelöst vorliegt.
Die Technologie der Gasdiffusion-Elektrode ist allerdings nicht auf die Reduktion von Sauerstoff beschränkt. Auch eine C02 Reduktion zu beispielsweise CO kann an einer Gasdiffusi¬ onselektrode durchgeführt werden.
Mit CO und Cl2 können somit beide für die Phosgen-Herstellung erforderlichen Edukte elektrochemisch hergestellt werden. Bei der bisherigen Phosgen-Herstellung nach dem Stand der Technik werden die zur Herstellung benötigten Komponenten jedoch separat bereitgestellt und gereinigt, was mit einem apparativen und energetischen Mehraufwand verbunden sein kann. Es besteht daher ein Bedarf an einem effizienten und einfachen Verfahren zur Herstellung von Phosgen.
Der Erfindung liegt die grundlegende Idee zu Grunde, dass, so eine CO2 Elektrolyse an der Kathode stattfindet und die
Chlorentwicklung an der Anode, sich die Verfahren kombinieren lassen, und aus den Produktgasen Phosgen einfach hergestellt und abgetrennt werden kann. Dabei ergeben sich folgende Ge¬ samtgleichungen . C02 + 2 HCl -> CO + H20 + Cl2 (3.1)
3 C02 + H20 + 2KC1 -> CO + 2 KHCO3 + KCl (3.2)
Die Erfinder haben nunmehr gefunden, dass Gemische aus den Gasen CO2, CI2, H2, HCl und COCI2 wesentlich leichter und da- mit kostengünstiger getrennt werden können als Gemische aus H2, CO und C02.
In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Phosgen, wobei
i) in mindestens einer Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO auf Kathodenseite aus CO2 ein erstes gasförmiges Pro¬ dukt umfassend CO hergestellt wird und auf Anodenseite aus HCl und/oder einem Metallchlorid, wobei das HCl und/oder das Metallchlorid optional als Lösung vorliegen, ein zweites gas- förmiges Produkt umfassend zumindest Cl2 hergestellt wird; ii) das erste gasförmige Produkt und das zweite gasförmige Produkt zusammengeführt werden, um ein Produktgasgemisch zu erzeugen ; b iii) das Produktgasgemisch zumindest zu Phosgen reagiert wird, um ein reagiertes Produktgasgemisch herzustellen; und iv) Phosgen aus dem reagierten Produktgasgemisch abgetrennt wird .
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Phosgen, umfassend:
mindestens eine Elektrolysezelle zur C02~Umsetzung zu CO, umfassend einen Kathodenraum umfassend eine Kathode zur Umsetzung von CO2 zu einem ersten gasförmigen Produkt umfas¬ send CO, welche dazu ausgebildet ist, CO2 zu einem ersten gasförmigen Produkt umfassend CO umzusetzen, und einen Anodenraum umfassend eine Anode zur Umsetzung von HCl und/oder Metallchlorid, wobei das HCl und/oder das Metallchlorid op- tional als Lösung vorliegen, zu einem zweites gasförmigen
Produkt umfassend zumindest CI2, welche dazu ausgebildet ist, HCl und/oder eine Metallchlorid, wobei das HCl und/oder das Metallchlorid optional als Lösung vorliegen, zu einem zweiten gasförmigen Produkt umfassend zumindest Cl2 umzusetzen,
- mindestens eine erste Zuführvorrichtung für CO2, welche mit dem Kathodenraum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO verbunden ist und dazu ausgebildet ist, CO2 zum Katho¬ denraum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO zuzuführen,
- mindestens eine zweite Zuführvorrichtung für HCl
und/oder ein Metallchlorid, wobei das HCl oder das Metall¬ chlorid optional als Lösung vorliegen, welche mit dem Anoden¬ raum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO verbunden ist und dazu ausgebildet ist, HCl und/oder ein Metallchlorid, wobei das HCl oder das Metallchlorid optional als Lösung vor¬ liegen, dem Anodenraum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO zuzuführen,
mindestens eine erste Abführvorrichtung für das erste gasförmige Produkt, welche mit dem Kathodenraum der Elektro- lysezelle zur C02~Umsetzung zu CO verbunden ist und dazu aus¬ gebildet ist, das erste gasförmige Produkt aus dem Kathoden¬ raum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO abzuführen, mindestens eine zweite Abführvorrichtung für das zweite gasförmige Produkt, welche mit dem Anodenraum der Elektroly¬ sezelle zur C02-Umsetzung zu CO verbunden ist und dazu ausge¬ bildet ist, das zweite gasförmige Produkt aus dem Anodenraum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO abzuführen,
mindestens eine erste Zusammenführungsvorrichtung, die mit der ersten Abführvorrichtung und der zweiten Abführvorrichtung verbunden ist und dazu ausgebildet ist, das erste gasförmige Produkt und das zweite gasförmige Produkt zusam¬ menzuführen, um ein Produktgasgemisch zu erzeugen;
mindestens einen ersten Reaktor, der mit der ersten Zusammenführungsvorrichtung verbunden ist und dazu ausgebildet ist, das Produktgasgemisch zumindest zu Phosgen zu rea¬ gieren, um ein reagiertes Produktgasgemisch herzustellen; und mindestens eine erste Abtrennungsvorrichtung, welche mit dem ersten Reaktor verbunden ist und dazu ausgebildet ist, Phosgen aus dem reagierten Produktgasgemisch abzutrennen; oder umfassend
mindestens eine Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO, umfassend einen Kathodenraum umfassend eine Kathode zur Umsetzung von CO2 zu einem ersten gasförmigen Produkt umfas¬ send CO, welche dazu ausgebildet ist, CO2 zu einem ersten gasförmigen Produkt umfassend CO umzusetzen, und einen Anodenraum umfassend eine Anode zur Umsetzung von HCl und/oder Metallchlorid, wobei das HCl und/oder das Metallchlorid op¬ tional als Lösung vorliegen, zu einem zweites gasförmigen Produkt umfassend zumindest CI2, welche dazu ausgebildet ist, HCl und/oder eine Metallchlorid, wobei das HCl und/oder das Metallchlorid optional als Lösung vorliegen, zu einem zweites gasförmigen Produkt umfassend zumindest Cl2 umzusetzen, mindestens eine erste Zuführvorrichtung für CO2, welche mit dem Kathodenraum der Elektrolysezelle zur C02~Umsetzung zu CO verbunden ist und dazu ausgebildet ist, CO2 zum Katho¬ denraum der Elektrolysezelle zur C02~Umsetzung zu CO zuzuführen,
mindestens eine zweite Zuführvorrichtung für HCl
und/oder ein Metallchlorid, wobei das HCl oder das Metall¬ chlorid optional als Lösung vorliegen, welche mit dem Anoden¬ raum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO verbunden ist und dazu ausgebildet ist, HCl und/oder ein Metallchlorid, wobei das HCl oder das Metallchlorid optional als Lösung vor¬ liegen, dem Anodenraum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO zuzuführen,
mindestens eine gemeinsame Abführvorrichtung für das erste gasförmige Produkt und das zweite gasförmige Produkt, welche mit der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO ver¬ bunden ist und dazu ausgebildet ist, das erste gasförmige Produkt und das zweite gasförmige Produkt aus der Elektroly¬ sezelle zur C02-Umsetzung zu CO abzuführen,
mindestens einen ersten Reaktor, der mit der gemeinsamen Abführvorrichtung verbunden ist und dazu ausgebildet ist, das Produktgasgemisch zumindest zu Phosgen zu reagieren, um ein reagiertes Produktgasgemisch herzustellen; und
mindestens eine erste Abtrennungsvorrichtung, welche mit dem ersten Reaktor verbunden ist und dazu ausgebildet ist, Phosgen aus dem reagierten Produktgasgemisch abzutrennen.
Insbesondere kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden.
Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung sind den abhängi gen Ansprüchen und der detaillierten Beschreibung zu entneh men . Beschreibung der Figuren
Die beiliegenden Zeichnungen sollen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen und ein weiteres Verständnis dieser vermitteln. Im Zusammenhang mit der Beschreibung dienen sie der Erklärung von Konzepten und Prinzipien der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise ma߬ stabsgetreu zueinander dargestellt. Gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten sind in den Figuren der Zeichnungen, sofern nichts anderes ausgeführt ist, jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Figuren 1 bis 12 zeigen schematisch mögliche Abläufe in einem erfindungsgemäßen Verfahren.
Den Figuren 13 bis 19 sind schematisch Anordnungen von Elektrolysezellen mit Zuführ- und Abführeinrichtungen zu entnehmen, welche in einem erfindungsgemäßen Verfahren wie auch in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung Anwendung finden können.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Definitionen
So nicht anderweitig definiert haben hierin verwendete tech¬ nische und wissenschaftliche Ausdrücke dieselbe Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Fachgebiet der Erfindung gemeinhin verstanden wird.
Die Erfindung betrifft in einem ersten Aspekt ein Verfahren zur Herstellung von Phosgen, wobei i) in mindestens einer Elektrolysezelle zur C02~Umsetzung zu CO auf Kathodenseite aus CO2 ein erstes gasförmiges Pro¬ dukt umfassend CO hergestellt wird und auf Anodenseite aus HCl und/oder einem Metallchlorid, wobei das HCl und/oder das Metallchlorid optional als Lösung vorliegen, ein zweites gas¬ förmiges Produkt umfassend zumindest Cl2 hergestellt wird; ii) das erste gasförmige Produkt und das zweite gasförmige Produkt zusammengeführt werden, um ein Produktgasgemisch zu erzeugen ;
iii) das Produktgasgemisch zumindest zu Phosgen reagiert wird, um ein reagiertes Produktgasgemisch herzustellen; und iv) Phosgen aus dem reagierten Produktgasgemisch abgetrennt wird . Im erfindungsgemäßen Verfahren laufen hierbei die Schritte I) bis iv) in dieser Reihenfolge ab. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren werden also das für die Phosgen-Herstellung benötige CO und CI2 in einem ersten Schritt in der gleichen Anlage erzeugt. Die in der mindestens einen Elektrolysezelle, z.B. in einem Elektrolyseur, erzeugten Gase können ggf. getrocknet werden und werden dann direkt gemischt, um ein Produktgasge¬ misch zu erzeugen, und zur Reaktion gebracht, um ein reagiertes Produktgasgemisch zu erzeugen. Anschließend wird das so erhaltene reagierte Produktgasgemisch derart aufgetrennt, dass zumindest Phosgen abgetrennt wird. Gemäß bestimmten Aus¬ führungsformen werden das Produktgasgemisch und/oder das reagierte Produktgasgemisch jedoch weiter aufgetrennt, bevorzugt vollständig. Hierbei kann die Abtrennung der einzelnen Bestandteile des Produktgasgemisches und/oder des reagierten Produktgasgemisches zu variablen Zeiten erfolgen, z.B. abhängig davon, ob das Produktgasgemisch auch zu HCl reagiert wird. Es kann also eine Abtrennung von Gasbestandteilen vor der Reaktion zu Phosgen und/oder nach der Reaktion zu Phosgen erfolgen . Im erfindungsgemäßen Verfahren findet zunächst ein Schritt i) statt, wobei in mindestens einer Elektrolysezelle zur CO2- Umsetzung zu CO auf Kathodenseite aus CO2 ein erstes gasför- miges Produkt umfassend CO hergestellt wird und auf Anoden¬ seite aus HCl und/oder einem Metallchlorid, wobei das HCl und/oder das Metallchlorid optional als Lösung vorliegen, ein zweites gasförmiges Produkt umfassend zumindest Cl2 herge¬ stellt wird.
Der erste Schritt ist hierbei nicht besonders beschränkt, so¬ fern in der mindestens einen Elektrolysezelle sowohl CO aus CO2 als auch Cl2 aus HCl und/oder einem Metallchlorid herge¬ stellt werden. Es können auch mehrere Elektrolysezellen vor- handen sein, in denen zugleich CO und Cl2 hergestellt werden. Auch ist es möglich, dass zusätzlich auch Elektrolysezellen vorhanden sind, in denen nur CO an einer Kathode oder nur Cl2 an einer Anode hergestellt werden, wobei die entsprechende Anoden- oder Kathodenreaktion dann nicht eingeschränkt ist. Solche zusätzlichen Elektrolysezellen können beispielsweise dazu verwendet werden, ein Produktgas umfassend CO von einer Kathode oder ein Produktgas umfassend Cl2 von einer Anode ei¬ ner solchen zusätzlichen Elektrolysezelle zum Produktgasge¬ misch der mindestens einen Elektrolysezelle zuzugeben, um ei- ne geeignete Stöchiometrie bei der Umsetzung zu Phosgen ein¬ zustellen .
Natürlich kann auch oder alternativ eine geeignete Stöchiometrie zur Umsetzung zu Phosgen dadurch erreicht werden, dass die Reaktionen an der Anode und/oder Kathode in der mindestens einen Elektrolysezelle im erfindungsgemäßen Verfahren geeignet gesteuert werden, um diese geeignete Stöchiometrie zu erreichen. Hierbei können beispielsweise Eduktströme für die Kathode und/oder Anode, das Kathoden- und/oder Anodenma¬ terial, Stromstärken, etc. geeignet eingestellt werden.
Auch ist es nicht ausgeschlossen, dass an der Kathode
und/oder Anode zusätzlich H2 hergestellt wird als Nebenpro¬ dukt, welches dann bei der nachfolgenden Reaktion und
Aufreinigung des Produktgasgemisches entsprechend berücksich¬ tigt werden kann. Ebenso ist es nicht erforderlich, dass an der Anode und/oder Kathode eine vollständige Umsetzung erfolgt. So kann bei¬ spielsweise auch im ersten gasförmigen Produkt der Kathode nicht umgesetztes CO2 verbleiben, da dies bei der Umsetzung zu Phosgen nicht stört. Da CO2 durch Chlor nicht weiter oxi- diert werden kann ist es bei der Phosgen-Herstellung unproblematisch .
Entsprechend kann im Falle der CO2 Elektrolyse das erste gas¬ förmige Produkt an der Kathode nicht nur CO, sondern auch Wasserstoff aus einer konkurrierenden Wasserreduktion - beispielsweise bei Verwendung wässriger Elektrolyten - und/oder nicht umgesetztes CO2 enthalten.
Ebenso ist es auch nicht ausgeschlossen, dass Gase von der Anodenseite zur Kathodenseite übertreten und/oder Gase von der Kathodenseite zur Anodenseite. So kann beispielsweise CO2 auch nach nicht erfolgter Reaktion zur Anodenseite übertreten und sich im zweiten gasförmigen Produkt finden. So kann beispielsweise das zweite Produktgas auf Anodenseite ggf. neben Cl2 auch nicht umgesetztes CO2 von der Kathoden¬ seite aufweisen. Gemäß bestimmten bevorzugten Ausführungsformen werden jedoch das erste gasförmige Produkt auf Kathodenseite und das zweite gasförmige Produkt auf Anodenseite derart getrennt, bei¬ spielsweise durch mindestens eine Membran und/oder mindestens ein Diaphragma in der mindestens einen Elektrolysezelle, dass sich diese im Wesentlichen nicht vermischen oder maximal CO2 in das zweite gasförmige Produkt gelangt. Hierdurch kann eine Bildung einer reaktiven Mischung in der Elektrolysezelle, beispielsweise von CO und Cl2 und/oder insbesondere von H2 (aus einer kathodischen Nebenreaktion) und Cl2 - also von
Chlor-Knallgas - vermieden werden. Beispielhafte Ausführungs¬ formen für Membranen und/oder Diaphragmen in der mindestens einen Elektrolysezelle werden nachfolgend in Bezug auf die erfindungsgemäße Vorrichtung im Detail erläutert, können aber auch entsprechend im erfindungsgemäßen Verfahren angewendet werden, sodass auch hier auf diese konkreten Ausführungsformen Bezug genommen wird.
Für die Umsetzung von C02 zu CO und von HCl und/oder Metall- chlorid zu Cl2 ist das jeweilige Elektrodenmaterial nicht be¬ sonders beschränkt, insofern die jeweilige Reaktion entspre¬ chend ablaufen kann. In der mindestens einen Elektrolysezelle sind also Anode und Kathode nicht besonders beschränkt, inso¬ fern die Kathode zur elektrochemischen Umsetzung von gasför- migem CO2 zu CO geeignet ist, und die Anode zur elektrochemi¬ schen Oxidation von Chlorid zu Chlor, insbesondere in Lösungen von Chlorwasserstoff oder Metallchloriden wie Alkalime¬ tallchloriden, insbesondere wässrigen Lösungen, geeignet ist. Gemäß bestimmten Ausführungsformen erfolgt die Herstellung des ersten gasförmigen Produkts und/oder des zweiten gasförmigen Produkts mit einer Gasdiffusionselektrode.
Mögliche Ausführungsformen für eine Kathode sind beispiels¬ weise eine Silber und/oder Gold basiere Gasdiffusionselektro- de, eine Gasdiffusionselektrode eines Verbunds aus Silber und/oder Gold mit einer Anionen-Austauscher Membran (anion exchange membrane; AEM) , eine mit Silberpartikeln beladene Kohlenstoff-Gasdiffusionsschicht, ein offenes Flächengebilde aus Silber und/oder Gold, eine Silber und/oder Gold basierte Beschichtung auf einer AEM, Kationen-Austauscher Membran (cation exchange membrane; CEM) oder einem Diaphragma, etc.
Mögliche Ausführungsformen für die Anode sind beispielsweise ein offenes Flächengebilde aus z.B. Titan, das mit einem Ka¬ talysator beschichtet ist, eine mit einem Katalysator belade¬ ne oder imprägnierte Kohlenstoff-Gasdiffusions-Schicht , eine Katalysator-Beschichtung auf einer AEM, CEM oder einem Diaphragma, etc., wobei geeignete Katalysatoren beispielsweise IrOx, RuÜ2, oder deren Mischoxide, ggf. auch unter Zuschlag von T1O2, etc. sind.
Innerhalb der mindestens einen Elektrolysezelle kann mindes¬ tens ein Elektrolyt verwendet werden. Wenn ein Kathodenraum und ein Anodenraum oder weitere Räume durch mindestens eine Membran und/oder ein Diaphragma getrennt sind, können auch mehrere Elektrolyte in der mindestens einen Elektrolysezelle vorliegen. Diese können gleich oder verschieden sein und sind nicht besonders beschränkt. Gemäß bestimmten Ausführungsfor- men werden ein oder mehrere wässrige Elektrolyte verwendet. Diese können ggf. ein Leitsalz aufweisen, welches nicht be¬ sonders beschränkt ist. Insbesondere auf Anodenseite kann, so dort ein Metallchlorid bei der Elektrolyse dient, auch dieses als Leitsalz dienen. Alternativ oder zusätzlich kann auf Ano- denseite natürlich auch HCl als Salzsäure vorliegen, wobei diese aber auch, z.B. in einer Gasdiffusionselektrode, als Gas zugeführt werden kann. Das Metallchlorid auf Anodenseite ist nicht besonders be¬ schränkt, sofern man hieraus durch Elektrolyse Chlor herstel¬ len kann. Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist das Metallchlorid ein Alkalimetallchlorid, z.B. LiCl, NaCl, KCl, RbCl, CsCl, und/oder Mischungen davon. Es ist nicht ausgeschlossen, dass noch weitere Metallchloride und/oder Leitsalze ein¬ schließlich Säuren und Basen auf Anodenseite vorliegen.
In einem zweiten Schritt ii) werden das erste gasförmige Pro- dukt und das zweite gasförmige Produkt zusammengeführt, um ein Produktgasgemisch zu erzeugen. Dies ist nicht besonders beschränkt, und kann innerhalb der mindestens einen Elektro¬ lysezelle oder außerhalb erfolgen, erfolgt jedoch bevorzugt außerhalb, beispielsweise wenn in der mindestens einen Elekt- rolysezelle mindestens eine Membran und/oder ein Diaphragma vorgesehen ist.
Auch oder zusätzlich ist es möglich, eine Trennung des ersten gasförmigen Produkts und des zweiten gasförmigen Produkts in der mindestens einen Elektrolysezelle durch eine entsprechen¬ de Einstellung der Strömungsrichtungen auf Kathodenseite und/oder Anodenseite zu erzielen, sodass auch auf diese Weise das erste gasförmige Produkt und das zweite gasförmige Pro¬ dukt getrennt aus der Elektrolysezelle geführt werden und au- ßerhalb zusammengeführt werden, jedoch erfolgt bevorzugt die Trennung des ersten gasförmigen Produkts und des zweiten gasförmigen Produkts innerhalb der mindestens einen Elektrolyse¬ zelle durch mindestens eine Membran und/oder ein Diaphragma. Gemäß bestimmten Ausführungsformen weist die Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO also einen Kathodenraum und einen
Anodenraum auf, welche durch mindestens eine Membran und/oder ein Diaphragma getrennt sind. Die Membran oder das Diaphragma sind hierbei nicht besonders beschränkt. Die Art der Zusammenführung des ersten gasförmigen Produkts und des zweiten gasförmigen Produkts, beispielsweise außer¬ halb der mindestens einen Elektrolysezelle, ist nicht beson¬ ders beschränkt, und kann beispielsweise durch mindestens ei- ne erste Zusammenführungsvorrichtung, beispielsweise in Form eines T- oder Y- Stücks oder einer ähnlichen Leitungszusammenführung, erfolgen.
Vor dem Zusammenführen des ersten gasförmigen Produkts und des zweiten gasförmigen Produkts können das erste gasförmige Produkt und das zweite gasförmige Produkt noch gereinigt und/oder getrocknet werden. Insbesondere ein Trocknen bietet sich an, um ggf. mitgeführtes Wasser, z.B. aus einem Elektro¬ lyten, zu entfernen. Da das erste gasförmige Produkt und das zweite gasförmige Produkt als Roh-Gase ohnehin gemischt wer¬ den ist auch im Gegensatz zu den meisten anderen Anwendungsfällen eine Kontamination eines der beiden mit dem anderen nicht schädlich. Hierdurch kann die Apparatur einfacher gestaltet werden, und insbesondere können auch komplizierte Membran-, Diaphragmen- und/oder Strömungsanordnungen vermieden werden.
In einem Schritt iii) wird das Produktgasgemisch zumindest zu Phosgen reagiert, um ein reagiertes Produktgasgemisch herzu- stellen.
Die Art der Reaktion ist hierbei nicht besonders beschränkt. Beispielsweise kann sie katalysiert erfolgen, z.B. mit Aktiv¬ kohle, in einem geeigneten Reaktor, der z.B. gekühlt sein kann.
Wie bereits dargelegt kann für die Reaktion zu Phosgen eine geeignete Stöchiometrie des Produktgasgemisches durch ent¬ sprechende Einstellungen in der mindestens einen Elektrolyse- zelle und/oder ggf. durch zusätzliche Zufuhr von Cl2 und/oder CO sichergestellt werden. Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird bei der Phosgenherstellung sichergestellt, dass CO und/oder Cl2 möglichst vollständig und/oder vollständig rea- gieren und/oder Cl2 in einer Menge verbleibt, dass es zusätz¬ lich, bevorzugt vollständig, zu HCl umgesetzt werden kann.
In einem Schritt iv) wird Phosgen aus dem reagierten Produktgasgemisch abgetrennt. Dies ist nicht besonders beschränkt und kann geeignet durchgeführt werden, unabhängig davon, ob im reagierten Produktgasgemisch noch ggf. HCl, H2 und/oder HCl und/oder nicht reagiertes C02 und/oder CO und/oder Cl2 vorliegen. Aus den reagierten Produktgemischen lässt sich das Phosgen insbesondere aufgrund seines hohen Siedepunktes sehr leicht abtrennen. Phosgen siedet bei 7°C, weshalb eine be¬ reits sehr milde Kühlung auf beispielsweise 0°C ausreicht um es dem Gemisch zu entziehen. Gemäß bestimmten Ausführungsformen erfolgt die Abtrennung des Phosgens bei einer Temperatur von 7°C oder weniger, bevorzugt 5° oder weniger, beispiels- weise 0°C oder weniger. Gemäß bestimmten Ausführungsformen erfolgt die Abtrennung des Phosgens bei einer Temperatur von -30°C oder mehr, bevorzugt -20°C oder mehr, weiter bevorzugt -10 °C oder mehr. Je höher die Temperatur bei der
Phosgenabtrennung, umso unwahrscheinlicher ist eine Kontami- nation mit weiteren Gasen.
So CO, H2 und Cl2 durch Elektrolyse in der mindestens einen Elektrolysezelle dargestellt werden - also H2 als Nebenpro¬ dukt entsteht, beispielsweise an der Kathode - ist beispiels- weise folgende Stöchiometrie bei der Phosgenherstellung mög¬ lich, d.h. es wird zusätzlich noch HCl hergestellt, bei¬ spielsweise in einem zweiten Reaktor:
X Cl2 + Y CO + (X-Y) H2 -> Y C0C12 + 2*(X-Y) HCl bevorzugt: Y/X > 0.75
besonders bevorzugt: Y/X > 0.9
Da ein hoher Wasserstoffgehalt bei diesem Prozess unvorteil- haft ist sollte die Faraday-Effizienz, insbesondere für CO an der Kathode, möglichst hoch sein. Ein Grund ist die hohe Energiefreisetzung bei der Chlor-Knallgas Reaktion.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird aus dem Produktgasge- misch zusätzlich HCl hergestellt, wobei die Herstellung des HCl vor, mit oder nach der Herstellung des Phosgens erfolgt.
So im erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich HCl hergestellt wird, ist es bevorzugt, die Herstellung von Phosgen und die Herstellung von HCl in getrennten Schritten durchzuführen, also HCl vor oder nach dem Phosgen herzustellen. Im System H2 + 2CI2 + CO geht beispielsweise bei Erwärmung über 150°C die Phosgen-Ausbeute stark zurück. Daher ist es auch vorteilhaft die Phosgen-Bildung und die Chlor-Knallgas-Reaktion in ge- trennten Stufen ablaufen zu lassen.
Es ist beispielsweise gemäß bestimmten Ausführungsformen mög¬ lich, die Herstellung von HCl vor der eigentlichen Phosgen- Synthese einzuschieben, z.B. wenn die Temperatur hoch genug gefahren wird, z.B. über 150°C, z.B. über 200°C, um eine Phosgen-Bildung zu unterbinden.
Alternativ kann gemäß bestimmten Ausführungsformen noch im reagierten Produktgasgemisch enthaltenes Cl2 und H2 nach der Phosgenherstellung in einer Chlor-Knallgas-Reaktion zu HCl umgesetzt werden.
Mischt man also Anoden- und Kathoden-Gas eines kombinierten CO-CI2 Elektrolyse-Systems, bei dem auch H2 entsteht, und bringt dieses vollständig zur Reaktion, erhält man ein Ge¬ misch aus COCI2, CO2 und HCl.
Anschließend kann das HCl aus dem reagierten Produktgasge- misch entfernt werden, oder es kann, so die HCl-Herstellung vor der Phosgenherstellung erfolgt, auch aus dem Produktgasgemisch vor der Phosgenherstellung abgetrennt werden. Dies kann beispielsweise durch Auswaschen, z.B. mit Wasser, oder durch Absorption, z.B. in KHC03-Lösung beliebiger Konzentra- tion in Wasser, bevorzugt zwischen 0,5 - 1,5 M, geschehen. Im letzteren Fall wird unter Bildung von KCl CO2 freigesetzt, welche beide wieder in das erfindungsgemäße Verfahren rückge¬ führt werden können. Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird HCl aus dem Produktgasgemisch oder dem reagierten Produktgas- gemisch ausgewaschen. Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird HCl durch Absorption in KHCO3 aus dem Produktgasgemisch oder dem reagierten Produktgasgemisch abgetrennt.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen erfolgen die Herstellung von HCl und die Abtrennung von HCl vor der Herstellung von
Phosgen. Hierdurch kann der apparative Aufwand weiter verringert werden, insbesondere da HCl einfach abgetrennt werden kann . Nach einer vollständigen Umsetzung zu HCl und Phosgen kann insbesondere das verbleibende reine CO2 zur Kathode der min¬ destens einen Elektrolysezelle rückgeführt werden. Auch die bei der HCl-Abtrennung anfallende KCl bzw. wässrige, insbe¬ sondere verdünnte, HCl kann zur Anode der mindestens einen Elektrolysezelle zurückgeführt werden. Die HCl kann bei¬ spielsweise als Nebenprodukt aus einem chemischen Prozess entstammen .
Alternativ kann auch das CO2 beispielsweise durch Ausfrieren oder Kryoadsorbtion abgetrennt werden. Diese Methode liefert dann insbesondere keine verdünnte Salzsäure, sondern trocke¬ nen Chlorwasserstoff, der beispielsweise zur direkten kommer¬ ziellen Verwertung anstelle zur Rückführung in die Elektrolyse verwendet werden kann. Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird also CO2 aus dem reagierten Produktgasgemisch, insbesondere durch Kryoadsorption oder Ausfrieren, abgetrennt.
Reagiert man das Produktgasgemisch nur zu Phosgen, stellt also kein HCl her, können H2 und Cl2 im reagierten Produktgas- gemisch verbleiben. Führt man das Produktgasgemisch beispielsweise nur über einen Aktivkohle-Katalysator, erhält man ein Gemisch aus COCI2, CO2, H2 und CI2, wobei H2 und Cl2 in ei¬ nem Verhältnis von 1:1 vorliegen können. Als Alternative kann also die Chlor-Knallgas-Reaktion auch ausgelassen werden, wo- bei hier eine Änderung des Abtrennungsverfahrens der Gase im regierten Produktgasgemisch erforderlich sein kann. Insbesondere aufgrund der durch die Elektrolyse gegebenen Stöchiomet- rie kann das Gasgemisch dann neben CO2 noch äquivalente
Stoffmengen an H2 und Cl2 enthalten. Da Cl2 bereits bei -34°C kondensiert, kann es vergleichsweise leicht durch
Kryodestillation (kryogene Destillation) abgetrennt werden. Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird Cl2 durch
Kryodestillation aus dem reagierten Produktgasgemisch abgetrennt, z.B. bei einer Temperatur von -34°C oder weniger, be- vorzugt -35°C oder weniger, weiter bevorzugt -40°C oder weni¬ ger. Alternativ kann natürlich Chlor auch auf andere Weise abgetrennt werden.
Das nach einer Cl2~Abtrennung verbleibende H2-C02-Gemisch kann anschließend durch übliche Verfahren zur CO2 oder H2 Separati¬ on, wie eine Membran-Permeation, eine Druckwasserwäsche, eine Aminwäsche, eine Carbonatwäsche, etc., je nach Anwendungsfall aufgetrennt werden. Vorzugsweise wird das abgetrennte CO2 der Elektrolyse rückgeführt. Die Figuren 1 bis 12 veranschaulichen abstrakt und schematisch verschiedene Varianten des erfindungsgemäßen Prozesses, welcher oben im Detail beschrieben ist. In den Figuren wird hierbei davon ausgegangen, dass auf Kathodenseite H2 als Ne¬ benprodukt entsteht.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen mögliche Prozesse für eine beispiel¬ hafte kombinierte Alkalimetallchlorid (MCI; M = Alkalime- tall ) -C02-Elektroyse mit vollständiger Umsetzung und HC1- Abtrennung durch Auswaschen und Chlorid-Rückführung.
Fig. 1 zeigt hierbei eine Variante, in der zunächst HCl her¬ gestellt wird, bevor Phosgen hergestellt wird. In einer
Elektrolysezelle wird hierbei zunächst auf Seiten der Kathode K ein erstes gasförmiges Produkt umfassend CO, H2 und nicht reagiertes CO2 aus der Elektrolyse von CO2 erhalten. Daneben wird noch als Nebenprodukt MHCO3 mit gebildeten
Hydrogencarbonationen, welche mit dem Elektrolyten reagieren können, aus dem Kathodenraum abgeführt, so vorhanden. Auf
Seiten der Anode A wird ein zweites gasförmiges Produkt um¬ fassend CI2 und ggf. CO2, welches in den Anodenraum gelangt sein kann, erhalten. Die beiden gasförmigen Produkte verlassen die Elektrolysezelle aus dem jeweiligen Elektrodenraum getrennt und werden außerhalb zusammengeführt, um ein Pro¬ duktgasgemisch enthaltend CI2, CO, H2 und CO2 zu erhalten. In einem Schritt 1 wird das erhaltene Produktgasgemisch getrocknet, bevor in einem Schritt 2 H2 und Cl2 reagiert werden, um ein Produktgasgemisch zu erhalten, in dem CO, CI2, HCl und CO2 enthalten sind. In einem Reaktionsschritt 3 wird dieses Produktgasgemisch reagiert, wobei aus CO und Cl2 Phosgen (COCI2) gebildet wird. Es wird also ein reagiertes Produkt¬ gasgemisch umfassend COCI2, HCl und CO2 erhalten. Aus diesem wird dann durch Kühlen, beispielsweise bei 5°C, das Phosgen im Schritt 4 abgetrennt, sodass noch ein Gasgemisch umfassend HCl und CO2 verbleibt. Aus diesem kann in Schritt 5 durch Wä¬ sche mit Wasser das HCl als Salzsäure (HClaq) abgetrennt wer¬ den, wobei dieses wieder zum Anodenraum rückgeführt werden kann, um beispielsweise mit einem geeigneten Metallsalz wiederum eine Alkalimetallchlorid-Lösung herzustellen. Das verbleibende CO2 kann nunmehr noch zum Kathodenraum rückgeführt werden . Der Ablauf in Fig. 2 entspricht Großteils dem der Fig. 1, wo¬ bei hier jedoch Schritt 2 der Herstellung von HCl und Schritt 3 der Herstellung von Phosgen vertauscht sind.
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen mögliche Prozesse für eine beispiel- hafte kombinierte Alkalimetallchlorid- C02-Elektroyse mit vollständiger Umsetzung und kryogener C02~Abtrennung .
Der Ablauf in Figur 3 entspricht hierbei Großteils dem der Figur 1, wobei anstelle des Schritts 5 hier ein Schritt 6 der C02~Abtrennung durch eine Kryoadsorption oder ein Ausfrieren durchgeführt wird. Hierdurch kann HCl als gasförmiger Wert¬ stoff gewonnen werden. Das CO2 kann wiederum rückgeführt wer¬ den . Der Ablauf in Fig. 4 entspricht wiederum dem in Fig. 3 mit vertauschtem Schritt 2 der Herstellung von HCl und Schritt 3 der Herstellung von Phosgen.
Fig. 5 und Fig. 6 zeigen mögliche Prozesse für eine kombi- nierte Salzsäure- C02-Elektroyse mit vollständiger Umsetzung und HCl-Abtrennung durch Auswaschen und Chlorid-Rückführung.
Der Ablauf in Fig. 5 entspricht hierbei Großteils dem in Fig. 1, wobei anstelle von MCI HCl zum Anodenraum gegeben wird, ggf. auch schon in Form von Salzsäure. Spätestens im Anodenraum kann durch einen vorhandenen wässrigen Elektrolyten Salzsäure gebildet werden. Da kein MCI zugegeben wird, ent¬ steht gemäß Figur 5 auch kein MHCO3. Der weitere Ablauf ent- spricht dem von Fig. 1.
Der Ablauf in Fig. 6 entspricht wiederum dem in Fig. 5 mit vertauschtem Schritt 2 der Herstellung von HCl und Schritt 3 der Herstellung von Phosgen.
Fig. 7 und Fig. 8 zeigen mögliche Prozess für eine kombinierte Salzsäure-C02-Elektroyse mit vollständiger Umsetzung und kryogener CO2 Abtrennung. Der Ablauf in Fig. 7 entspricht Großteils dem der Fig. 5, wo¬ bei wie in Fig. 3 anstelle des Schritts 5 hier ein Schritt 6 der C02~Abtrennung durch eine Kryoadsorption oder ein Ausfrieren durchgeführt wird. Der Ablauf in Fig. 8 entspricht wiederum dem in Fig. 7 mit vertauschtem Schritt 2 der Herstellung von HCl und Schritt 3 der Herstellung von Phosgen.
Fig. 9 und Fig. 10 zeigen die Möglichkeit, die Herstellung von HCl und Abtrennung vor der eigentlichen Phosgen Synthese einzuschieben, beispielsweise wenn die Temperatur hoch genug gefahren wird um eine Phosgen-Bildung zu unterbinden.
Fig. 9 zeigt einen möglichen Prozess für eine kombinierte Al- kalimetallchlorid-C02-Elektroyse mit intermediärer Salzsäure- Abtrennung .
Gemäß Fig. 9 wird wie in Fig. 1 ein Produktgasgemisch hergestellt. Dieses wird zunächst jedoch nicht getrocknet, sondern es findet ein Schritt 2 der Herstellung von HCl statt. Dieses wird dann in einem Schritt 5 ausgewaschen, weshalb zuvor auch keine Trocknung erforderlich war. Erst im Anschluss findet ein Trocknungsschritt 1 statt, wonach sich die Phosgen- Herstellung 3 und die Abtrennung von Phosgen 4 durch Kühlen auf ca. 5°C anschließt. Die wässrige HCl wie auch das CO2 werden wie in Fig. 1 rückgeführt.
Fig. 10 zeigt einen möglichen Prozess für eine kombinierte Salzsäure- C02-Elektroyse mit intermediärer Salzsäure- Abtrennung. Der Ablauf in Fig. 10 entspricht dem in Fig. 9, wobei wie in Fig. 5 anstelle von MCI HCl in der Elektrolyse verwendet wird, mit den entsprechenden Folgen wie in Fig. 5. In Fig. 11 und Fig. 12 sind Varianten des erfindungsgemäßen
Verfahrens dargestellt, bei denen die Chlor-Knallgas-Reaktion weggelassen wird, was eine Modifikation des weiteren Trennprozesses erforderlich macht. Fig. 11 zeigt einen möglichen Prozess für eine kombinierte Alkalimetallchlorid- C02-Elektroyse mit destillativer Chlor- Abtrennung. Hierbei wird zunächst wie in Fig. 1 elektroly- siert, getrocknet (Schritt 1), Phosgen hergestellt (Schritt 3) und dieses abgetrennt (Schritt 4), sodass noch ein Gasge- misch umfassend H2, Cl2 und CO2 verbleibt. Aus diesem kann durch eine Kryodestillation 7 bei z.B. -35°C Cl2 abgetrennt werden, bevor CO2 durch eine C02~Abtrennung 8 abgetrennt und rückgeführt wird. Das verbleibende H2 kann anderweitig wei¬ terverwendet werden.
Fig. 12 zeigt einen möglichen Prozess für eine kombinierte Salzsäure- C02-Elektroyse mit destillativer Chlor-Abtrennung, welche der der Fig. 11 entspricht, außer dass - wie in Fig. 5 - anstelle von MCI HCl in der Elektrolyse verwendet wir. In einem zweiten Aspekt ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Phosgen offenbart, umfassend:
mindestens eine Elektrolysezelle zur C02~Umsetzung zu CO, umfassend einen Kathodenraum umfassend eine Kathode zur Umsetzung von CO2 zu einem ersten gasförmigen Produkt umfas¬ send CO, welche dazu ausgebildet ist, CO2 zu einem ersten gasförmigen Produkt umfassend CO umzusetzen, und einen Anodenraum umfassend eine Anode zur Umsetzung von HCl und/oder Metallchlorid, wobei das HCl und/oder das Metallchlorid op¬ tional als Lösung vorliegen, zu einem zweiten gasförmigen Produkt umfassend zumindest CI2, welche dazu ausgebildet ist, HCl und/oder eine Metallchlorid, wobei das HCl und/oder das Metallchlorid optional als Lösung vorliegen, zu einem zweites gasförmigen Produkt umfassend zumindest Cl2 umzusetzen,
mindestens eine erste Zuführvorrichtung für CO2, welche mit dem Kathodenraum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO verbunden ist und dazu ausgebildet ist, CO2 zum Katho¬ denraum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO zuzuführen,
mindestens eine zweite Zuführvorrichtung für HCl
und/oder ein Metallchlorid, wobei das HCl oder das Metall¬ chlorid optional als Lösung vorliegen, welche mit dem Anoden¬ raum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO verbunden ist und dazu ausgebildet ist, HCl und/oder ein Metallchlorid, wobei das HCl oder das Metallchlorid optional als Lösung vor¬ liegen, dem Anodenraum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO zuzuführen,
mindestens eine erste Abführvorrichtung für das erste gasförmige Produkt, welche mit dem Kathodenraum der Elektro¬ lysezelle zur C02-Umsetzung zu CO verbunden ist und dazu aus¬ gebildet ist, das erste gasförmige Produkt aus dem Kathoden¬ raum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO abzuführen, mindestens eine zweite Abführvorrichtung für das zweite gasförmige Produkt, welche mit dem Anodenraum der Elektroly¬ sezelle zur C02~Umsetzung zu CO verbunden ist und dazu ausge¬ bildet ist, das zweite gasförmige Produkt aus dem Anodenraum der Elektrolysezelle zur C02~Umsetzung zu CO abzuführen,
mindestens eine erste Zusammenführungsvorrichtung, die mit der ersten Abführvorrichtung und der zweiten Abführvorrichtung verbunden ist und dazu ausgebildet ist, das erste gasförmige Produkt und das zweite gasförmige Produkt zusam¬ menzuführen, um ein Produktgasgemisch zu erzeugen;
mindestens einen ersten Reaktor, der mit der ersten Zusammenführungsvorrichtung verbunden ist und dazu ausgebildet ist, das Produktgasgemisch zumindest zu Phosgen zu rea¬ gieren, um ein reagiertes Produktgasgemisch herzustellen; und mindestens eine erste Abtrennungsvorrichtung, welche mit dem ersten Reaktor verbunden ist und dazu ausgebildet ist, Phosgen aus dem reagierten Produktgasgemisch abzutrennen; oder umfassend
mindestens eine Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO, umfassend einen Kathodenraum umfassend eine Kathode zur Umsetzung von CO2 zu einem ersten gasförmigen Produkt umfas¬ send CO, welche dazu ausgebildet ist, CO2 zu einem ersten gasförmigen Produkt umfassend CO umzusetzen, und einen Anodenraum umfassend eine Anode zur Umsetzung von HCl und/oder Metallchlorid, wobei das HCl und/oder das Metallchlorid op¬ tional als Lösung vorliegen, zu einem zweites gasförmigen Produkt umfassend zumindest CI2, welche dazu ausgebildet ist, HCl und/oder eine Metallchlorid, wobei das HCl und/oder das Metallchlorid optional als Lösung vorliegen, zu einem zweites gasförmigen Produkt umfassend zumindest Cl2 umzusetzen,
mindestens eine erste Zuführvorrichtung für CO2, welche mit dem Kathodenraum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO verbunden ist und dazu ausgebildet ist, CO2 zum Katho- denraum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO zuzuführen,
mindestens eine zweite Zuführvorrichtung für HCl
und/oder ein Metallchlorid, wobei das HCl oder das Metall¬ chlorid optional als Lösung vorliegen, welche mit dem Anoden¬ raum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO verbunden ist und dazu ausgebildet ist, HCl und/oder ein Metallchlorid, wobei das HCl oder das Metallchlorid optional als Lösung vor¬ liegen, dem Anodenraum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO zuzuführen,
mindestens eine gemeinsame Abführvorrichtung für das erste gasförmige Produkt und das zweite gasförmige Produkt, welche mit der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO ver¬ bunden ist und dazu ausgebildet ist, das erste gasförmige Produkt und das zweite gasförmige Produkt aus der Elektroly¬ sezelle zur C02-Umsetzung zu CO abzuführen,
mindestens einen ersten Reaktor, der mit der gemeinsamen Abführvorrichtung verbunden ist und dazu ausgebildet ist, das Produktgasgemisch zumindest zu Phosgen zu reagieren, um ein reagiertes Produktgasgemisch herzustellen; und
mindestens eine erste Abtrennungsvorrichtung, welche mit dem ersten Reaktor verbunden ist und dazu ausgebildet ist, Phosgen aus dem reagierten Produktgasgemisch abzutrennen.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann insbesondere das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden.
Gemäß bestimmten, bevorzugten Ausführungsformen betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von Phosgen offenbart, umfassend:
mindestens eine Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO, umfassend einen Kathodenraum umfassend eine Kathode zur Umsetzung von CO2 zu einem ersten gasförmigen Produkt umfas¬ send CO, welche dazu ausgebildet ist, CO2 zu einem ersten gasförmigen Produkt umfassend CO umzusetzen, und einen Anodenraum umfassend eine Anode zur Umsetzung von HCl und/oder Metallchlorid, wobei das HCl und/oder das Metallchlorid op¬ tional als Lösung vorliegen, zu einem zweites gasförmigen Produkt umfassend zumindest Cl2, welche dazu ausgebildet ist, HCl und/oder eine Metallchlorid, wobei das HCl und/oder das Metallchlorid optional als Lösung vorliegen, zu einem zweiten gasförmigen Produkt umfassend zumindest Cl2 umzusetzen,
mindestens eine erste Zuführvorrichtung für CO2, welche mit dem Kathodenraum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO verbunden ist und dazu ausgebildet ist, CO2 zum Katho¬ denraum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO zuzuführen,
mindestens eine zweite Zuführvorrichtung für HCl
und/oder ein Metallchlorid, wobei das HCl oder das Metall¬ chlorid optional als Lösung vorliegen, welche mit dem Anoden¬ raum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO verbunden ist und dazu ausgebildet ist, HCl und/oder ein Metallchlorid, wobei das HCl oder das Metallchlorid optional als Lösung vor¬ liegen, dem Anodenraum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO zuzuführen,
mindestens eine erste Abführvorrichtung für das erste gasförmige Produkt, welche mit dem Kathodenraum der Elektro¬ lysezelle zur C02-Umsetzung zu CO verbunden ist und dazu aus¬ gebildet ist, das erste gasförmige Produkt aus dem Kathoden¬ raum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO abzuführen, mindestens eine zweite Abführvorrichtung für das zweite gasförmige Produkt, welche mit dem Anodenraum der Elektroly¬ sezelle zur C02-Umsetzung zu CO verbunden ist und dazu ausge¬ bildet ist, das zweite gasförmige Produkt aus dem Anodenraum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO abzuführen,
mindestens eine erste Zusammenführungsvorrichtung, die mit der ersten Abführvorrichtung und der zweiten Abführvorrichtung verbunden ist und dazu ausgebildet ist, das erste gasförmige Produkt und das zweite gasförmige Produkt zusam¬ menzuführen, um ein Produktgasgemisch zu erzeugen;
mindestens einen ersten Reaktor, der mit der ersten Zusammenführungsvorrichtung verbunden ist und dazu ausgebil- det ist, das Produktgasgemisch zumindest zu Phosgen zu rea¬ gieren, um ein reagiertes Produktgasgemisch herzustellen; und mindestens eine erste Abtrennungsvorrichtung, welche mit dem ersten Reaktor verbunden ist und dazu ausgebildet ist, Phosgen aus dem reagierten Produktgasgemisch abzutrennen.
Die mindestens eine Elektrolysezelle, beispielsweise eine elektrochemische Vorrichtung zur kombinierten Erzeugung von CO und CI2 aus CO2 und HCl/Metall-, insbesondere Alkalime¬ tall-, Chloriden ist nicht besonders beschränkt, sofern Sie für den Zeck geeignet ist. Sie umfasst mindestens eine Anode und eine Kathode, und kann daneben mindestens eine Membran und/oder ein Diaphragma umfassen.
Im Folgenden werden in Figuren 13 bis 19 beispielhaft und schematisch bevorzugte Ausführungsformen gezeigt. Der folgende Teil zeigt insbesondere Illustration von Elektrolyse-Zell Konzepten, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kompatibel sind . Es werden in Figuren 13 bis 19 folgende Abkürzungen verwendet :
K: Kathode
A: Anode
I : Kathodenraum
III: Anodenraum
AEM: Anionen-Austauscher Membran
CEM: Kationen/Protonen-Austauscher Membran
DF: Diaphragma
k: Katholyt a: Anolyt
s: Elektrolyt als Salzbrücke zwischen Anodenraum und Katho¬ denraum
R: Rückführung
Die anderen Symbole in den Skizzen sind üblich Fluidic- Sehaltzeichen .
Anode und Kathode sind in diesem Fall nicht besonders be¬ schränkt, insofern die Kathode zur elektrochemischen Umset- zung von gasförmigem CO2 in CO geeignet ist und die Anode zur elektrochemischen Oxidation von Chlorid zu Chlor in Lösungen von Chlorwasserstoff oder Metallchloriden, insbesondere Alka¬ limetallchloriden, geeignet ist. Fig. 13 und Fig. 14 zeigen Membran-Elektroden-Anordnungen
(MEA) bzw. MEA-Zellen nach dem Vorbild von Brennstoffzellen oder PEM (Protonen-Austausch Membran) -Elektrolyseuren mit An- ionen-Austauscher-Membran in Fig. 13 und mit Kationen/Protonen-Austauscher-Membran in Fig. 14. Ein der Fig. 13 entsprechender Aufbau ist beispielsweise auch US 2016/0251755 AI und US 9481939 entnehmbar. Wie in Fig. 13 dargestellt, kann es allerdings bei Verwendung der AEM (mit dem Ladungs¬ träger Hydrogencarbonat ) zu einer Freisetzung von CO2 (bis zu 2/3 des gesamten Feeds) kommen. Dies kann insbesondere bei einer nicht kombinierten CO2 Elektrolyse problematisch sein, da eine so an der Anode einstehende 1:4 Mischung aus O2 und CO2 nicht mehr nutzbar ist. Auch im Falle einer mit Cl2 kom¬ binierten Elektrolyse, wie vorliegend, könnte dies ein Prob¬ lem darstellen. Da beim hier gezeigten Verfahren die Gasströ- me von Anode und Kathode jedoch ohnehin zusammengeführt wer¬ den, ist eine C02~Freisetzung an der Anode unproblematisch.
Fig. 15 zeigt eine Zelle mit einem Diaphragma nach dem Vor¬ bild der Alkali-Elektrolyse mit einfachem Diaphragma, wobei hier auf Kathodenseite ein Raum II als Vermittler vorhanden ist, in dem ein Elektrolyt die Kathode K kontaktiert und so¬ mit den elektrischen Kontakt zum Anodenraum III herstellt. Fig. 16 und Fig. 17 zeigen Zellen mit einfacher Membran nach dem Vorbild der Chlor-Alkali-Elektrolyse. Fig. 16 zeigt hier¬ bei eine Anordnung mit CEM für Alkalimetallchloride als Rea¬ gens auf Anodenseite, und Fig. 17 eine Anordnung mit CEM für Salzsäure als Reagens auf Anodenseite.
Eine Adaption eines Diaphragma-Aufbaus für Alkalimetallchlo¬ ride wäre auch denkbar.
Fig. 18 und Fig. 19 zeigen Doppelmembran-Zellen, in denen zwischen zwei Membranen ein Salzbrückenraum II vorgesehen ist, der als Vermittler zwischen Anodenraum III und Kathodenraum I dient und einen Gasübertritt und/oder Stoffübertritt in die jeweiligen Räume weiter vermindern oder verhindern kann .
Für die Umsetzung von CO2 zu CO und von HCl und/oder Metall¬ chlorid zu CI2 ist das jeweilige Elektrodenmaterial nicht be¬ sonders beschränkt, insofern die jeweilige Reaktion entspre¬ chend ablaufen kann. In der mindestens einen Elektrolysezelle sind also Anode und Kathode nicht besonders beschränkt, inso¬ fern die Kathode zur elektrochemischen Umsetzung von gasförmigem CO2 zu CO geeignet ist, und die Anode zur elektrochemi¬ schen Oxidation von Chlorid zu Chlor, insbesondere in Lösungen von Chlorwasserstoff oder Metallchloriden wie Alkalime- tallchloriden, insbesondere wässrigen Lösungen, geeignet ist. Gemäß bestimmten Ausführungsformen erfolgt die Herstellung des ersten gasförmigen Produkts und/oder des zweiten gasförmigen Produkts mit einer Gasdiffusionselektrode. Mögliche Ausführungsformen für eine Kathode sind beispiels¬ weise eine Silber und/oder Gold basiere Gasdiffusionselektro¬ de, eine Gasdiffusionselektrode eines Verbunds aus Silber und/oder Gold mit einer Anionen-Austauscher Membran (anion exchange membrane; AEM) , eine mit Silberpartikeln beladene Kohlenstoff-Gasdiffusionsschicht, ein offenes Flächengebilde aus Silber und/oder Gold, eine Silber und/oder Gold basierte Beschichtung auf einer AEM, Kationen-Austauscher Membran (cation exchange membrane; CEM) oder einem Diaphragma, etc.
Mögliche Ausführungsformen für die Anode sind beispielsweise ein offenes Flächengebilde aus z.B. Titan, das mit einem Ka¬ talysator beschichtet ist, eine mit einem Katalysator belade¬ ne oder imprägnierte Kohlenstoff-Gasdiffusions-Schicht , eine Katalysator-Beschichtung auf einer AEM, CEM oder einem Diaphragma, etc., wobei geeignete Katalysatoren beispielsweise IrOx, RuÜ2, oder deren Mischoxide, ggf. auch unter Zuschlag von T1O2, etc. sind. Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist die Kathode und/oder Anode der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO als Gas¬ diffusionselektrode ausgebildet.
Innerhalb der mindestens einen Elektrolysezelle kann mindes- tens ein Elektrolyt verwendet werden. Wenn ein Kathodenraum und ein Anodenraum oder weitere Räume durch mindestens eine Membran und/oder ein Diaphragma getrennt sind, können auch mehrere Elektrolyte in der mindestens einen Elektrolysezelle vorliegen. Diese können gleich oder verschieden sein und sind nicht besonders beschränkt. Gemäß bestimmten Ausführungsfor¬ men werden ein oder mehrere wässrige Elektrolyte verwendet. Diese können ggf. ein Leitsalz aufweisen, welches nicht be¬ sonders beschränkt ist. Insbesondere auf Anodenseite kann, so dort ein Metallchlorid bei der Elektrolyse dient, auch dieses als Leitsalz dienen. Alternativ oder zusätzlich kann auf Anodenseite natürlich auch HCl als Salzsäure vorliegen, wobei diese aber auch, z.B. in einer Gasdiffusionselektrode, als Gas zugeführt werden kann. Unabhängig davon kann es auch bei einer HCl- oder Metallchlorid-Lösung sinnvoll sein, die Anode als Gasdiffusionselektrode auszubilden, um Gasblasen im
Elektrolyten zu vermeiden.
So mindestens eine Membran und/oder ein Diaphragma vorhanden ist, sind diese nicht besonders beschränkt.
Weiterhin sind die mindestens eine erste Zuführvorrichtung, die mindestens eine zweite Zuführvorrichtung, die mindestens eine erste Abführvorrichtung, die mindestens eine zweite Ab- führvorrichtung, und die mindestens eine gemeinsame Abführ¬ vorrichtung nicht besonders beschränkt, insofern sie dafür geeignet sind, einen darin enthaltenen Stoff und/oder ein Stoffgemisch, z.B. CO2, HCl und/oder Metallchlorid, z.B. in Lösungsform, oder Produktgase, zu befördern, also beispiels- weise aus einem geeigneten Material hergestellt sind, welches anderweitig nicht besonders beschränkt ist. Auch können ggf. geeignete Pumpvorrichtungen, Ventile, etc. vorgesehen sein.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst die mindestens ei- ne Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO die mindestens eine erste Abführvorrichtung und die mindestens eine zweite Abführvorrichtung, wobei bevorzugt der Kathodenraum und der Anodenraum in der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO durch mindestens eine Membran und/oder ein Diaphragma ge- trennt ist.
Darüber hinaus ist die mindestens eine erste Zusammenfüh- rungsvorrichtung nicht besonders beschränkt, sofern sie das Produktgasgemisch enthalten kann. Gemäß bestimmten Ausfüh- rungsformen ermöglicht die mindestens eine erste Zusammenfüh- rungsvorrichtung ein Vermischen der gasförmigen Produkte.
Auch der mindestens eine erste Reaktor ist nicht besonders beschränkt, sofern er zur Herstellung von Phosgen geeignet ist, und kann beispielsweise einen geeigneten Katalysator, z.B. Aktivkohle, umfassen, der auf geeignete Weise vorgesehen sein kann.
Auch die mindestens eine Abtrennungsvorrichtung zum Abtrennen von Phosgen ist nicht besonders beschränkt und kann bei¬ spielsweise eine Kühlvorrichtung umfassen, die das reagierte Produktgasgemisch auf 7°C oder weniger, bevorzugt 5° oder weniger, beispielsweise 0°C oder weniger kühlen kann. Gemäß bestimmten Ausführungsformen kühlt die Kühlvorrichtung als Abtrennungsvorrichtung zum Abtrennen von Phosgen das reagierte Produktgasgemisch auf -30°C oder mehr, bevorzugt -20°C oder mehr, weiter bevorzugt -10 °C oder mehr. Daneben kann die Abtrennungsvorrichtung zum Abtrennen von Phosgen beispielsweise eine dritte Abführvorrichtung für Phosgen umfassen, die dazu ausgebildet ist, Phosgen aus der mindestens einen Abtren¬ nungsvorrichtung zum Abtrennen von Phosgen abzuführen.
Daneben kann auch mindestens ein Trockner zum Trocknen des Produktgasgemisches und/oder des ersten und/oder zweiten gasförmigen Produkts vorgesehen sein, der nicht besonders beschränkt ist.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst die erfindungsge¬ mäße Vorrichtung weiter einen zweiten Reaktor zur Herstellung von HCl, der dazu ausgebildet ist, aus dem Produktgasgemisch HCl herzustellen, wobei der zweite Reaktor mit dem ersten Reaktor verbunden ist und in Strömungsrichtung des Produktgasgemisches vor oder nach dem ersten Reaktor liegt. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass der erste Reaktor dazu ausgebildet ist , aus dem Produktgasgemisch zusätzlich HCl herzustellen. Der zweite Reaktor zur Herstellung von HCl ist hierbei nicht besonders beschränkt.
Diesbezüglich ist anzumerken, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung auch mindestens eine Heizung und/oder mindestens ei¬ nen Kühler, z.B. zum Kühlen des zweiten Reaktors, umfassen kann, um ggf. die Reaktionen bei der Herstellung von Phosgen und ggf. HCl steuern zu können.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst die erfindungsge¬ mäße Vorrichtung weiter eine Gaswäschevorrichtung zum Auswaschen von HCl, welche mit dem zweiten Reaktor oder dem ersten Reaktor verbunden ist und dazu ausgebildet ist, HCl aus dem Produktgasgemisch oder dem reagierten Produktgasgemisch auszuwaschen, und welche weiterhin nicht besonders beschränkt ist. Hierbei kann auch eine erste Rückführeinrichtung für HCl vorgesehen sein, die dazu ausgebildet ist, das HCl von der Gaswäschevorrichtung zur zweiten Zuführvorrichtung zurückzuführen .
Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst die erfindungsge¬ mäße Vorrichtung weiter eine Einrichtung zum Ausfrieren von CO2, die dazu ausgebildet ist, CO2 aus dem reagierten Pro¬ duktgasgemisch durch Kryoadsorption oder Ausfrieren abzutrennen, und welche ebenfalls weiterhin nicht besonders be¬ schränkt ist. Hierbei kann auch eine zweite
Rückführeinrichtung für CO2 vorgesehen sein, die dazu ausgebildet ist, das CO2 von der einen Einrichtung zum Ausfrieren von CO2 zur ersten Zuführvorrichtung zurückzuführen.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen liegen der zweite Reaktor und die Gaswäschevorrichtung in Strömungsrichtung des Produktgasgemisches vor dem ersten Reaktor. 3 b
Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst die erfindungsge¬ mäße Vorrichtung weiter eine Einrichtung zur
Kryodestillation, die dazu ausgebildet ist, Cl2 durch
Kryodestillation aus dem reagierten Produktgasgemisch abzutrennen .
Weiterhin beschrieben ist ein Verfahren (als Verfahrensvariante G) zur Herstellung von Phosgen, wobei
i) in einer ersten Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO auf Kathodenseite aus CO2 ein erstes gasförmiges Produkt um¬ fassend CO hergestellt wird, und in einer zweiten Elektroly¬ sezelle auf Anodenseite aus HCl und/oder einem Metallchlorid, wobei das HCl und/oder das Metallchlorid optional als Lösung vorliegen, ein zweites gasförmiges Produkt umfassend zumin¬ dest CI2 hergestellt wird;
ii) das erste gasförmige Produkt und das zweite gasförmige Produkt zusammengeführt werden, um ein Produktgasgemisch zu erzeugen ;
iii) das Produktgasgemisch zumindest zu Phosgen reagiert wird, um ein reagiertes Produktgasgemisch herzustellen; und iv) Phosgen aus dem reagierten Produktgasgemisch abgetrennt wird . Die entsprechenden Verfahrensschritte entsprechen denen des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt, wobei jedoch CO und Cl2 in getrennten Elektrolysezellen hergestellt werden . Auch in diesem Zusammenhang beschrieben ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Phosgen, umfassend:
mindestens eine erste Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO, umfassend einen Kathodenraum umfassend eine Kathode zur Umsetzung von CO2 zu einem ersten gasförmigen Produkt um- fassend CO, welche dazu ausgebildet ist, CO2 zu einem ersten gasförmigen Produkt umfassend CO umzusetzen,
mindestens eine zweite Elekrolysezelle, umfassend einen Anodenraum umfassend eine Anode zur Umsetzung von HCl
und/oder Metallchlorid, wobei das HCl und/oder das Metall¬ chlorid optional als Lösung vorliegen, zu einem zweites gas¬ förmigen Produkt umfassend zumindest CI2, welche dazu ausge¬ bildet ist, HCl und/oder eine Metallchlorid, wobei das HCl und/oder das Metallchlorid optional als Lösung vorliegen, zu einem zweites gasförmigen Produkt umfassend zumindest Cl2 um¬ zusetzen,
mindestens eine erste Zuführvorrichtung für CO2, welche mit dem Kathodenraum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO verbunden ist und dazu ausgebildet ist, CO2 zum Katho- denraum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO zuzuführen,
mindestens eine zweite Zuführvorrichtung für HCl
und/oder ein Metallchlorid, wobei das HCl oder das Metall¬ chlorid optional als Lösung vorliegen, welche mit dem Anoden- räum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO verbunden ist und dazu ausgebildet ist, HCl und/oder ein Metallchlorid, wobei das HCl oder das Metallchlorid optional als Lösung vor¬ liegen, dem Anodenraum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO zuzuführen,
- mindestens eine erste Abführvorrichtung für das erste gasförmige Produkt, welche mit dem Kathodenraum der Elektro¬ lysezelle zur C02-Umsetzung zu CO verbunden ist und dazu aus¬ gebildet ist, das erste gasförmige Produkt aus dem Kathoden¬ raum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO abzuführen, - mindestens eine zweite Abführvorrichtung für das zweite gasförmige Produkt, welche mit dem Anodenraum der Elektroly¬ sezelle zur C02-Umsetzung zu CO verbunden ist und dazu ausge¬ bildet ist, das zweite gasförmige Produkt aus dem Anodenraum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO abzuführen, mindestens eine erste Zusammenführungsvorrichtung, die mit der ersten Abführvorrichtung und der zweiten Abführvorrichtung verbunden ist und dazu ausgebildet ist, das erste gasförmige Produkt und das zweite gasförmige Produkt zusam- menzuführen, um ein Produktgasgemisch zu erzeugen;
mindestens einen ersten Reaktor, der mit der ersten Zusammenführungsvorrichtung verbunden ist und dazu ausgebildet ist, das Produktgasgemisch zumindest zu Phosgen zu rea¬ gieren, um ein reagiertes Produktgasgemisch herzustellen; und - mindestens eine erste Abtrennungsvorrichtung, welche mit dem ersten Reaktor verbunden ist und dazu ausgebildet ist, Phosgen aus dem reagierten Produktgasgemisch abzutrennen.
Mit dieser Vorrichtung kann das Verfahren nach Verfahrensva- riante G durchgeführt werden. Die erste und die zweite Elekt¬ rolysezelle sind hierbei nicht besonders beschränkt und kön¬ nen beispielsweise denen der Elektrolysezelle der erfindungs¬ gemäßen Vorrichtung entsprechen, wobei in der ersten Elektrolysezelle anodenseits kein Cl2 hergestellt wird und in der zweiten Elektrolysezelle kathodenseits kein CO.
Die obigen Ausführungsformen, Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildun- gen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Die Erfindung wird im Anschluss mit Bezug auf verschiedene Beispiele davon weiter im Detail erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt. Beispiele Beispiel 1
Ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Verfahren findet nach Figur 1 statt. In einer Elektrolysezelle mit einem Diaphragma findet sich auf Kathodenseite eine Silber- Gasdiffusionselektrode, der CO2 zugeführt wird und welche in einen Elektrolyten aus wässriger HCl taucht. Auf Anodenseite befindet sich als Anode ein offenes Flächengebilde aus Titan, das mit einem Ruthenium-Katalysator beschichtet ist. Der Anode wird wässrige HCl zugeführt. Auf der Kathodenseite entsteht ein erstes gasförmiges Produkt umfassend CO, H2 und CO2, und auf der Anodenseite ein zweites gasförmiges Produkt umfassend Cl2 und CO2. Die beiden gasför¬ migen Produkte werden jeweils aus dem jeweiligen Elektrodenraum abgeführt und in einem Gasmischer vereinigt. Das Pro- duktgasgemisch wird getrocknet und danach eine Chlor- Knallgasreaktion durch Verbrennen gestartet. Im Anschluss wird das Produktgasgemisch, in dem CI2, CO, CO2 und HCl vor¬ handen sind, durch einen ersten Reaktor mit Aktivkohle geleitet, wobei CI2 und CO zu Phosgen reagieren gelassen werden. Das reagierte Produktgasgemisch wird im Anschluss durch eine Kühlvorrichtung bei 5°C geleitet und Phosgen als Flüssigkeit abgetrennt. Aus dem verbleibenden Gasgemisch von HCl und CO2 wird HCl durch Gaswäsche mit Wasser als Salzsäure abgetrennt und zur Zufuhr für HCl auf Anodenseite der Elektrolysezelle rückgeführt. Das verbleibende CO2 wird zur Zufuhr des CO2 zur Silber-Gasdiffusionselektrode rückgeführt .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Phosgen, wobei
i) in mindestens einer Elektrolysezelle zur C02~Umsetzung zu CO auf Kathodenseite aus CO2 ein erstes gasförmiges Pro¬ dukt umfassend CO hergestellt wird und auf Anodenseite aus HCl und/oder einem Metallchlorid, wobei das HCl und/oder das Metallchlorid optional als Lösung vorliegen, ein zweites gas¬ förmiges Produkt umfassend zumindest Cl2 hergestellt wird; ii) das erste gasförmige Produkt und das zweite gasförmige Produkt zusammengeführt werden, um ein Produktgasgemisch zu erzeugen ;
iii) das Produktgasgemisch zumindest zu Phosgen reagiert wird, um ein reagiertes Produktgasgemisch herzustellen; und iv) Phosgen aus dem reagierten Produktgasgemisch abgetrennt wird .
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei aus dem Produktgasgemisch zusätzlich HCl hergestellt wird, wobei die Herstellung des HCl vor, mit oder nach der Herstellung des Phosgens erfolgt .
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei HCl aus dem Produktgasgemisch oder dem reagierten Produktgasgemisch ausgewaschen wird und/oder CO2 aus dem reagierten Produktgasgemisch durch Kryoadsorption oder Ausfrieren abgetrennt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Herstellung von HCl und die Abtrennung von HCl vor der Herstellung von Phosgen erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO einen Kathodenraum und einen Anodenraum aufweist, welche durch mindestens eine Membran und/oder ein Diaphragma getrennt sind.
6. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Herstellung des ersten gasförmigen Produkts und/oder des zweiten gasförmigen Produkts mit einer Gasdiffusionselektrode erfolgt .
7. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Abtrennung des Phosgens bei einer Temperatur von 7°C oder weniger, bevorzugt 5° oder weniger erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei Cl2 durch Kryodestillation aus dem reagierten Produktgasgemisch abgetrennt wird.
9. Vorrichtung zur Herstellung von Phosgen, umfassend:
mindestens eine Elektrolysezelle zur C02~Umsetzung zu
CO, umfassend einen Kathodenraum umfassend eine Kathode zur Umsetzung von CO2 zu einem ersten gasförmigen Produkt umfas¬ send CO, welche dazu ausgebildet ist, CO2 zu einem ersten gasförmigen Produkt umfassend CO umzusetzen, und einen Anodenraum umfassend eine Anode zur Umsetzung von HCl und/oder Metallchlorid, wobei das HCl und/oder das Metallchlorid op- tional als Lösung vorliegen, zu einem zweites gasförmigen
Produkt umfassend zumindest CI2, welche dazu ausgebildet ist, HCl und/oder eine Metallchlorid, wobei das HCl und/oder das Metallchlorid optional als Lösung vorliegen, zu einem zweites gasförmigen Produkt umfassend zumindest Cl2 umzusetzen,
- mindestens eine erste Zuführvorrichtung für CO2, welche mit dem Kathodenraum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO verbunden ist und dazu ausgebildet ist, CO2 zum Katho¬ denraum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO zuzuführen,
- mindestens eine zweite Zuführvorrichtung für HCl
und/oder ein Metallchlorid, wobei das HCl oder das Metall¬ chlorid optional als Lösung vorliegen, welche mit dem Anoden¬ raum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO verbunden ist und dazu ausgebildet ist, HCl und/oder ein Metallchlorid, wobei das HCl oder das Metallchlorid optional als Lösung vor¬ liegen, dem Anodenraum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO zuzuführen, mindestens eine erste Abführvorrichtung für das erste gasförmige Produkt, welche mit dem Kathodenraum der Elektro¬ lysezelle zur C02~Umsetzung zu CO verbunden ist und dazu aus¬ gebildet ist, das erste gasförmige Produkt aus dem Kathoden¬ raum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO abzuführen, mindestens eine zweite Abführvorrichtung für das zweite gasförmige Produkt, welche mit dem Anodenraum der Elektroly¬ sezelle zur C02-Umsetzung zu CO verbunden ist und dazu ausge¬ bildet ist, das zweite gasförmige Produkt aus dem Anodenraum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO abzuführen,
mindestens eine erste Zusammenführungsvorrichtung, die mit der ersten Abführvorrichtung und der zweiten Abführvorrichtung verbunden ist und dazu ausgebildet ist, das erste gasförmige Produkt und das zweite gasförmige Produkt zusam¬ menzuführen, um ein Produktgasgemisch zu erzeugen;
mindestens einen ersten Reaktor, der mit der ersten Zusammenführungsvorrichtung verbunden ist und dazu ausgebildet ist, das Produktgasgemisch zumindest zu Phosgen zu rea¬ gieren, um ein reagiertes Produktgasgemisch herzustellen; und mindestens eine erste Abtrennungsvorrichtung, welche mit dem ersten Reaktor verbunden ist und dazu ausgebildet ist, Phosgen aus dem reagierten Produktgasgemisch abzutrennen; oder umfassend
mindestens eine Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO, umfassend einen Kathodenraum umfassend eine Kathode zur Umsetzung von CO2 zu einem ersten gasförmigen Produkt umfas¬ send CO, welche dazu ausgebildet ist, CO2 zu einem ersten gasförmigen Produkt umfassend CO umzusetzen, und einen Anodenraum umfassend eine Anode zur Umsetzung von HCl und/oder Metallchlorid, wobei das HCl und/oder das Metallchlorid op¬ tional als Lösung vorliegen, zu einem zweites gasförmigen Produkt umfassend zumindest CI2, welche dazu ausgebildet ist, HCl und/oder eine Metallchlorid, wobei das HCl und/oder das Metallchlorid optional als Lösung vorliegen, zu einem zweites gasförmigen Produkt umfassend zumindest Cl2 umzusetzen,
mindestens eine erste Zuführvorrichtung für CO2, welche mit dem Kathodenraum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO verbunden ist und dazu ausgebildet ist, CO2 zum Katho- denraum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO zuzuführen,
mindestens eine zweite Zuführvorrichtung für HCl
und/oder ein Metallchlorid, wobei das HCl oder das Metall- chlorid optional als Lösung vorliegen, welche mit dem Anoden¬ raum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO verbunden ist und dazu ausgebildet ist, HCl und/oder ein Metallchlorid, wobei das HCl oder das Metallchlorid optional als Lösung vor¬ liegen, dem Anodenraum der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO zuzuführen,
mindestens eine gemeinsame Abführvorrichtung für das erste gasförmige Produkt und das zweite gasförmige Produkt, welche mit der Elektrolysezelle zur C02-Umsetzung zu CO ver¬ bunden ist und dazu ausgebildet ist, das erste gasförmige Produkt und das zweite gasförmige Produkt aus der Elektroly¬ sezelle zur C02-Umsetzung zu CO abzuführen,
mindestens einen ersten Reaktor, der mit der gemeinsamen Abführvorrichtung verbunden ist und dazu ausgebildet ist, das Produktgasgemisch zumindest zu Phosgen zu reagieren, um ein reagiertes Produktgasgemisch herzustellen; und
mindestens eine erste Abtrennungsvorrichtung, welche mit dem ersten Reaktor verbunden ist und dazu ausgebildet ist, Phosgen aus dem reagierten Produktgasgemisch abzutrennen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, weiter umfassend einen zweiten Reaktor zur Herstellung von HCl, der dazu ausgebildet ist, aus dem Produktgasgemisch HCl herzustellen, wobei der zweite Reaktor mit dem ersten Reaktor verbunden ist und in Strömungsrichtung des Produktgasgemisches vor oder nach dem ersten Reaktor liegt, oder wobei der erste Reaktor dazu ausgebildet ist, aus dem Produktgasgemisch zusätzlich HCl herzustellen .
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, weiter umfassend eine Gas- wäschevorrichtung zum Auswaschen von HCl, welche mit dem zweiten Reaktor oder dem ersten Reaktor verbunden ist und dazu ausgebildet ist, HCl aus dem Produktgasgemisch oder dem reagierten Produktgasgemisch auszuwaschen, und/oder weiter umfassend eine Einrichtung zum Ausfrieren von CO2 , die dazu ausgebildet ist, CO2 aus dem reagierten Produktgasgemisch durch Kryoadsorption oder Ausfrieren abzutrennen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der zweite Reaktor und die Gaswäschevorrichtung in Strömungsrichtung des Produktgasgemisches vor dem ersten Reaktor liegen.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die mindestens eine Elektrolysezelle zur C02~Umsetzung zu CO die mindestens eine erste Abführvorrichtung und die mindestens eine zweite Abführvorrichtung umfasst und der Kathodenraum und der Anodenraum in der Elektrolysezelle zur C02~Umsetzung zu CO durch mindestens eine Membran und/oder ein Diaphragma getrennt ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Kathode und/oder Anode der Elektrolysezelle zur C02~Umsetzung zu CO als Gasdiffusionselektrode ausgebildet ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, weiter umfassend eine Einrichtung zur Kryodestillation, die dazu ausgebildet ist, Cl2 durch Kryodestillation aus dem reagier¬ ten Produktgasgemisch abzutrennen.
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