Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Durchführung eines gegebenenfalls katalysatorgestützten Chlorwasserstoff-Oxidationsprozesses a) mittels Sauerstoff. Das Verfahren umfasst die b) ein- oder mehrstufige Abkühlung der Prozessgase und c) Abtrennung von nicht umgesetzten Chlorwasserstoff und Reaktionswasser aus dem Prozessgas, d) Trocknung der Produktgase und e) Abtrennung von Chlor vom Gemisch. Die Erfindung betrifft insbesondere die Auskleidung der vom Reaktionsgemisch berührten Anlagenteile.

Bei vielen großtechnischen chemischen Prozessen wie der Herstellung von Isocyanaten, insbesondere MDI und TDI, sowie bei Chlorierverfahren von organischen Stoffen wird Chlor als Rohstoff eingesetzt, wobei als Nebenprodukt in der Regel ein HCl-Gastrom anfällt.

Für die Produktion von Chlor und insbesondere die Verwertung der z.B. als Zwangsanfall in einem Isocyanat-Produktionsprozess anfallenden Salzsäure werden hier beispielhaft die folgenden verschiedenen grundsätzlich bekannten Verfahren erwähnt:

Die Produktion von Chlor in NaCl-Elektrolysen und Verwertung von HCl entweder durch Verkauf oder durch Weiterverarbeitung in Oxychlorierungsprozessen, z.B. bei der Herstellung von Vinylchlorid.

Die Umwandlung von HCl zu Chlor durch Elektrolyse von wässriger HCl mit Diaphragmen oder Membranen als Trennmedium zwischen Anoden- und Kathodenraum. Das Koppelprodukt ist hierbei Wasserstoff.

Die Umwandlung von HCl zu Chlor durch Elektrolyse von wässriger HCl in Gegenwart von Sauerstoff in Elektrolysezellen mit Sauerstoff-Verzehr-Kathode (ODC, Oxygen Depletion Cathode). Das Koppelprodukt ist hierbei Wasser.

Die Umwandlung von HCl-Gas zu Chlor durch Gasphasenoxidation von HCl mit Sauerstoff bei erhöhten Temperaturen an einem Katalysator. Das Koppelprodukt ist hierbei ebenfalls Wasser. Dieses Verfahren ist als „Deacon Verfahren" seit über einem Jahrhundert bekannt und in Benutzung.

All diese Verfahren haben abhängig von den Marktbedingungen der Koppelprodukte (z.B. Natronlauge, Wasserstoff, Vinylchlorid im ersten Fall, von den Randbedingungen am jeweiligen Standort (z.B. Energiepreise, Integration in eine Chlorinfrastruktur), und vom Investitions- und Betriebskostenaufwand unterschiedlich große Vorteile für die Isocyanatherstellung. Von größer werdender Bedeutung ist das letztgenannte Deacon-Verfahren.

Bei Deacon-Prozessen stellt sich das Problem, dass sich im Reaktor ein chemisches Gleichgewicht zwischen HCl Chlor und Sauerstoff einstellt, welches in Abhängigkeit von Druck, Temperatur, Sauerstoff-Überschuss, Verweilzeit und anderen Parametern nur einen HCl-Umsatz von üblicherweise etwa 70-90 % zulässt, d.h. das Prozessgas enthält neben dem Zielprodukt Chlor signifikante Anteile nicht umgesetzter HCl und signifikante Mengen des im Überschuss eingesetzten Sauerstoffs.

Ein größeres technisches Problem bei Deacon Prozessen stellt die Auswahl der in den verschiedenen Anlagenzonen zu verwendenden Werkstoffe dar, da die an der Reaktion beteiligten Stoffe insbesondere unter erhöhtem Druck produktberührte Teile der Anlagen korrosiv angreifen Aufgabe der Erfindung ist es, Chlor durch HCl-Oxidation herzustellen und einen langfristigen Betrieb dadurch zu sichern, dass speziell angepasste Werkstoffe verwendet werden und eine Betriebsunterbrechung aufgrund vorzeitiger Korrosion zu vermeiden.

Gegenstand der Erfindung, durch die die vorstehende Aufgabe gelöst wird, ist ein Verfahren zur Durchführung eines gegebenenfalls katalysatorgestützten Chlorwasserstoff-Oxidationsprozesses a) mittels Sauerstoff, b) ein- oder mehrstufige Abkühlung der Prozessgase und c) Abtrennung von nicht umgesetzten Chlorwasserstoff und Reaktionswasser aus dem Prozessgas, d) Trocknung der Produktgase und e) Abtrennung von Chlor vom Gemisch, dadurch gekennzeichnet, dass

die Chlorwasserstoff-Oxidation a) in einem Reaktor durchgeführt wird, dessen vom Reaktionsgemisch berührten Konstruktionsteile aus Nickel oder einer Nickel enthaltenden Legierung hergestellt sind, wobei der Anteil von Nickel mindestens 60 Gew.-% beträgt. Nickel-Legierungen mit Hauptanteilen von unabhängig voneinander: Eisen, Chrom und Molybdän sind bevorzugt. Im Falle der Verwendung von bloßem Nickel beträgt der Nickelanteil besonders bevorzugt mindestens 99,5 Gew.-%. Insbesondere werden Werkstoffe aus der Reihe: Hastelloy^® C-Typen, Hastelloy^® B-Typen, Inconel^® 600, Inconel^® 625 besonders bevorzugt. Zu den Konstruktionsteilen zählen insbesondere nicht Funktionsteile wie Katalysatormaterial und -träger oder Messeinbauten.

Bevorzugt wird die Abkühlung b) der Prozessgase in einem ersten Wärmetauscher ausgehend von der Reaktor-Austritts-Temperatur bis auf eine Temperatur größer oder gleich 250°C durchgeführt, wobei die vom Reaktionsgemisch berührten Konstruktionsteile des Wärmetauschers aus Nickel oder einer Nickel enthaltenden Legierung hergestellt sind, wobei der Anteil von Nickel mindestens 60 Gew.-% beträgt. Nickel-Legierungen mit Hauptanteilen von unabhängig voneinander: Eisen, Chrom und Molybdän sind bevorzugt. Insbesondere werden Werkstoffe ausgewählt aus der Reihe: Hastelloy^® C-Typen, Hastelloy^® B-Typen, Inconel^® 600, Inconel^® 625 besonders bevorzugt.

Weiter bevorzugt ist ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Abkühlung b) der Prozessgase in einem zweiten Wärmetauscher ausgehend von der Austritts-Temperatur des ersten Wärmetauschers bis auf eine Temperatur größer oder gleich 100°C weiter durchgeführt wird, und wobei mindestens die vom Reaktionsgemisch berührten Konstruktionsteile des zweiten Wärmetauschers aus einem Werkstoff ausgewählt aus der Reihe: Stahl/Fluorpolymere (PFA, PVDF, PTFE) und Keramik, insbesondere Siliziumcarbid oder Siliziumnitrid, insbesondere als Rohrmaterial insbesondere bevorzugt jeweils als Rohr in Rohrböden aus beschichtetem Stahl gefertigt sind.

Besonders bevorzugt ist der zweite Wärmetauscher als Rohrbündelwärmetauscher ausgeführt, bei dem der Mantel aus mit Fluorpolymer beschichtetem Stahl gefertigt ist und die Rohre des Rohrbündels aus einem keramischen Werkstoff, vorzugsweise Siliziumcarbid oder Siliziumnitrid bestehen.

Ganz besonders bevorzugt ist ein Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmetauscher so betrieben wird, dass das abzukühlende Prozessgas in den Mantel des Wärmetauschers eingespeist wird und das Kühlmedium durch die Rohre des Wärmetauschers geleitet wird.

In einem besonders bevorzugten Verfahren wird die Abkühlung b) der Prozessgase in einem dritten Wärmetauscher ausgehend von der Austritts-Temperatur des zweiten Wärmetauschers bis zur Kondensation flüssiger Salzsäure, insbesondere auf eine Temperatur größer oder gleich 5°C weiter durchgeführt, wobei mindestens die vom Reaktionsgemisch berührten Konstruktionsteile des dritten Wärmetauschers aus einem Werkstoff ausgewählt aus der Reihe: Fluorpolymere (PFA, PVDF, PTFE) und Keramik, insbesondere Siliciumcarbid oder Siliziumnitrid, insbesondere jeweils als Rohr in Rohrböden auf beschichtetem Stahl, gefertigt sind.

In einem alternativen besonders bevorzugten Verfahren wird das Prozessgas in der Abkühlung b) auf bis zu kleiner oder gleich 100°C abgekühlt und dann zur Abtrennung c) in eine HCl-Absorption eingebracht, die mit Wasser oder einer wässrigen Lösung von Chlorwasserstoff einer Konzentration von bis 30 Gew.% betrieben wird, und wobei mindestens die vom Reaktionsgemisch berührten Konstruktionsteile der HCl-Absorptionsanlage aus einem Werkstoff ausgewählt aus der Reihe: emaillierter Stahl, Graphit, Siliziumcarbid, Glasfaser verstärkter Kunststoff (GFK), insbesondere auf Basis von Polyestern oder Polyvinylharzen, beschichteter Stahl oder mit Fluorpolymeren beschichteter Stahl gefertigt sind.

Die Trocknung d) des insbesondere weitgehend HCl-freien Chlor- und Sauerstoffgemisches wird in Trockenapparaten vorzugsweise mittels konz. Schwefelsäure durchgeführt, in denen mindestens die vom Reaktionsgemisch berührten Konstruktionsteile der Trockenapparate aus einem Werkstoff ausgewählt aus der Reihe: Stahl vom Typ Hastelloy^® C 2000 oder Hastelloy^® B, Si-haltige nichtrostende Stähle oder Graphit gefertigt sind.

Besonders bevorzugt wird die Abtrennung e) des Chlors vom Chlor- und Sauerstoffgemisch in Trennapparaten durchgeführt wird, in denen mindestens die vom Gasgemisch berührten Konstruktionsteile der Trennapparate aus Kohlenstoff Stahl gefertigt sind.

Besonders bevorzugt ist auch eine Variante des Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Abtrennung e) des Chlors vom Chlor- und Sauerstoffgemisch erhaltene flüssige Phase von Chlor wieder verdampft wird, in einer Verdampfungsapparatur, in der mindestens die vom Produkt berührten Konstruktionsteile der Verdampfungsapparatur aus Kohlenstoff Stahl gefertigt sind

In einer besonders bevorzugten Erweiterung des Verfahrens stammt der Chlorwasserstoff des HCl-Oxidationsprozesses aus einem Isocyanat-Herstellungsverfahren und das gereinigte Chlor in das Isocyanat-Herstellungsverfahren zurückgeführt wird.

Ein alternatives bevorzugtes Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Chlorwasserstoff des HCl-Oxidationsprozesses aus einem Chlorierungsverfahren organischer Verbindungen von chlorierten Aromaten stammt und das gereinigte Chlor in das Chlorierungsverfahren zurückgeführt wird.

Das neue Verfahren wird besonders bevorzugt so betrieben, dass der HCl-Oxidationsprozess a) bei einem Druck von 3 bis 30 bar abläuft.

Ein bevorzugtes Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der HCl-Oxidationsprozess ein Deacon – Prozess ist, d.h. eine katalysierte Gasphasenoxidation von HCl mittels Sauerstoff.

In einem ersten Schritt eines besonders bevorzugten Verfahrens, das die Integration des neuen kombinierten Chlor-Herstellungsverfahrens in eine Isocyanat-Herstellung zum Gegenstand hat, erfolgt die Herstellung von Phosgen durch Umsetzung von Chlor mit Kohlenmonoxid. Die Synthese von Phosgen ist hinlänglich bekannt und ist z.B. in Ullmanns Enzyklopädie der industriellen Chemie, 3. Auflage, Band 13, Seite 494-500 dargestellt. Im technischen Maßstab wird Phosgen überwiegend durch Umsetzung von Kohlenmonoxid mit Chlor bevorzugt an Aktivkohle als Katalysator hergestellt. Die stark exotherme Gasphasenreaktion erfolgt typischerweise bei einer Temperatur von mindestens 250°C bis maximal 600°C in der Regel in Rohrbündelreaktoren. Die Abführung der Reaktionswärme kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, beispielsweise durch ein flüssiges Wärmetauschmittel, wie z.B. in der Schrift WO 03/072237 A1 beschrieben, oder durch Siedekühlung über einen Sekundärkühlkreislauf unter gleichzeitiger Nutzung der Reaktionswärme zur Dampferzeugung, wie z.B. in der US-A 4764308 offenbart.

Aus dem im ersten Schritt gebildeten Phosgen wird durch Umsetzung mit wenigstens einem organischen Amin oder einem Gemisch aus zwei oder mehreren Aminen in einem nächsten Verfahrensschritt wenigstens ein Isocyanat gebildet. Dieser zweite Verfahrensschritt wird nachfolgend auch als Phosgenierung bezeichnet. Die Umsetzung erfolgt unter Bildung von Chlorwasserstoff als Nebenprodukt, das als Gemisch mit dem Isocyanat anfällt.

Die Synthese von Isocyanaten ist ebenfalls aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, wobei in der Regel Phosgen in einem stöchiometrischen Überschuss, bezogen auf das Amin, eingesetzt wird. Üblicherweise findet die Phosgenierung gemäß in der Flüssigphase statt, wobei das Phosgen und das Amin in einem Lösemittel gelöst sein können. Bevorzugte für die Phosgenierung Lösemittel sind chlorierte aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Chlorbenzol, o-Dichlorbenzol, p-Dichlorbenzol, Trichlorbenzole, die entsprechenden Chlortoluole oder Chlorxylole, Chlorethylbenzol, Monochlordiphenyl, &agr;- bzw. &bgr;-Naphthylchlorid, Benzoesäureethylester, Phthalsäuredialkylester, Diisodiethylphthalat, Toluol und Xylole. Weitere Beispiele für geeignete Lösemittel sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Wie außerdem aus dem Stand der Technik, z.B. nach der Schrift WO 96/16028, bekannt, kann als Lösemittel für Phosgen ebenso das gebildete Isocyanat selbst fungieren. In einer anderen, bevorzugten Ausführungsform findet die Phosgenierung, insbesondere geeigneter aromatischer und aliphatischer Diamine, in der Gasphase, d.h. oberhalb des Siedepunktes des Amins, statt. Die Gasphasenphosgenierung ist z.B. in der EP 570 799 A1 beschrieben. Vorteile dieses Verfahrens gegenüber der ansonsten üblichen Flüssigphasenphosgenierung liegen in der Energieeinsparung, bedingt durch die Minimierung eines aufwändigen Lösemittel- und Phosgenkreislaufs.

Als organische Amine eignen sich prinzipiell alle primären Amine mit einer oder mehreren primären Aminogruppen, die mit Phosgen unter Bildung einer oder mehrerer Isocyanate mit einer oder mehreren Isocyanatgruppen reagieren können. Die Amine weisen mindestens eine, bevorzugt zwei, oder gegebenenfalls drei und mehr primäre Aminogruppen auf. So kommen als organische primäre Amine aliphatische, cycloaliphatische, aliphatisch-aromatische, aromatische Amine, Di- und/oder Polyamine in Frage, wie Anilin, Halogen-substituierte Phenylamine, z.B. 4-Chlorphenylamin, 1,6-Diaminohexan, 1-Amino-3,3,5-trimethyl-5-amino-cyclohexan, 2,4-, 2,6-Diaminotoluol oder deren Gemische, 4,4'-, 2,4'- oder 2,2'-Diphenylmethandiamin oder deren Gemische, wie auch höhermolekulare isomere, oligomere oder polymere Derivate der genannten Amine und Polyamine. Weitere mögliche Amine sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Bevorzugte Amine für die vorliegende Erfindung sind die Amine der Diphenylmethandiamin-Reihe (monomere, oligomere und polymere Amine), 2,4-, 2,6-Diaminotoluol, Isophorondiamin und Hexamethylendiamin. Bei der Phosgenierung erhält man die entsprechenden Isocyanate Diisocyanatodiphenylmethan (MDI, monomere, oligomere und polymere Derivate), Toluylendiisocyanat (TDI), Hexamethylendiisocyanat (HDI) und Isophorondiisocyanat (IPDI).

Die Amine können mit Phosgen in einer einstufigen oder zweistufigen oder ggf. mehrstufigen Reaktion umgesetzt werden. Dabei ist eine kontinuierliche wie auch diskontinuierliche Betriebsweise möglich.

Wird eine einstufige Phosgenierung in der Gasphase gewählt, so erfolgt die Umsetzung oberhalb der Siedetemperatur des Amins bevorzugt innerhalb einer mittleren Kontaktzeit von 0,5 bis 5 s und bei einer Temperatur von 200 bis 600°C.

Die Phosgenierung in der Flüssigphase wird üblicherweise bei einer Temperatur von 20 bis 240°C und einem Druck von 1 bis ca. 50 bar durchgeführt. Die Phosgenierung in der Flüssigphase kann einstufig oder mehrstufig durchgeführt werden, wobei Phosgen im stöchiometrischen Überschuss eingesetzt werden kann. Dabei werden die Aminlösung und die Phosgenlösung über ein statisches Mischelement vereinigt und anschließend beispielsweise von unten nach oben durch einen oder mehrere Reaktionstürme geführt, wo das Gemisch zum gewünschten Isocyanat ausreagiert. Neben Reaktionstürmen, die mit geeigneten Mischelementen versehen sind, können auch Reaktionsbehälter mit Rührvorrichtung eingesetzt werden. Außer statischen Mischelementen können auch spezielle dynamische Mischelemente Anwendung finden. Geeignete statische und dynamische Mischelemente sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt.

In der Regel wird die kontinuierliche Flüssigphasen-Isocyanatherstellung im industriellen Maßstab zweistufig durchgeführt. Dabei wird in der ersten Stufe im Allgemeinen bei einer Temperatur von maximal 220°C, bevorzugt maximal 160°C aus Amin und Phosgen das Carbamoylchlorid sowie aus Amin und abgespaltenem Chlorwasserstoff Aminhydrochlorid gebildet. Diese erste Stufe ist stark exotherm. In der zweiten Stufe wird sowohl das Carbamoylchlorid zu Isocyanat und Chlorwasserstoff gespalten als auch das Aminhydrochlorid zum Carbamoylchlorid umgesetzt. Die zweite Stufe wird in der Regel bei einer Temperatur von mindestens 90°C, vorzugsweise von 100 bis 240°C, durchgeführt.

Nach der Phosgenierung erfolgt in einem dritten Schritt die Abtrennung der bei der Phosgenierung gebildeten Isocyanate. Dies geschieht dadurch, dass zunächst das Reaktionsgemisch der Phosgenierung in einen flüssigen und einen gasförmigen Produktstrom in einer dem Fachmann grundsätzlich bekannten Weise aufgetrennt wird. Der flüssige Produktstrom enthält im Wesentlichen das Isocyanat bzw. Isocyanatgemisch, das Lösemittel sowie einen geringen Teil an nicht umgesetztem Phosgen. Der gasförmige Produktstrom besteht im Wesentlichen aus Chlorwasserstoffgas, stöchiometrisch überschüssigem Phosgen, sowie geringfügigen Mengen an Lösemittel und Inertgasen, wie zum Beispiel Stickstoff und Kohlenmonoxid. Ferner wird der Flüssigstrom anschließend einer Aufarbeitung zugeführt, vorzugsweise einer destillativen Aufarbeitung, wobei nacheinander Phosgen sowie das Lösemittel für die Phosgenierung abgetrennt werden. Gegebenenfalls erfolgt außerdem eine weitere Aufarbeitung der gebildeten Isocyanate. Dies geschieht beispielsweise, indem das erhaltene Isocyanatprodukt in einer dem Fachmann bekannten Weise fraktioniert wird.

Der bei der Reaktion von Phosgen mit einem organischen Amin erhaltene Chlorwasserstoff enthält im Allgemeinen organische Nebenbestandteile, welche sowohl bei der thermischen katalysierten oder nicht-thermischen aktivierten HCl-Oxidation stören können. Zu diesen organischen Bestandteilen zählen beispielsweise die bei der Isocyanatherstellung eingesetzten Lösungsmittel wie Chlorbenzol, o-Dichlorbenzol oder p-Dichlorbenzol.

Dementsprechend erfolgt bevorzugt in einem weiteren Verfahrensschritt die Abtrennung des bei der Phosgenierung erzeugten Chlorwasserstoffs aus dem gasförmigen Produktstrom. Der gasförmige Produktstrom der bei der Abtrennung des Isocyanats erhalten wird, wird so behandelt, dass das Phosgen wieder der Phosgenierung und der Chlorwasserstoff einer elektrochemischen Oxidation zugeführt werden kann.

Die Abtrennung des Chlorwasserstoffs erfolgt bevorzugt zunächst, indem Phosgen aus dem gasförmigen Produktstrom abgetrennt wird. Die Abtrennung des Phosgens gelingt durch Verflüssigung von Phosgen, beispielsweise an einem oder mehreren in Reihe geschalteten Kondensatoren. Die Verflüssigung erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von –15 bis –40°C in Abhängigkeit des eingesetzten Lösemittels. Durch diese Tiefkühlung können außerdem Teile der Lösemittelreste aus dem gasförmigen Produktstrom entfernt werden. Zusätzlich oder alternativ kann das Phosgen mit einem kalten Lösemittel oder Lösemittel-Phosgen-Gemisch aus dem Gasstrom in einer oder mehreren Stufen ausgewaschen werden. Als Lösemittel hierfür eignen sich beispielsweise die bereits in der Phosgenierung eingesetzten Lösemittel Chlorbenzol und o-Dichlorbenzol. Die Temperatur des Lösemittels oder des Lösemittel-Phosgen-Gemischs hierfür liegt im Bereich von –15 bis –46°C.

Das aus dem gasförmigen Produktstrom abgetrennte Phosgen kann wieder der Phosgenierung zugeführt werden. Der nach Abtrennung des Phosgens und eines Teils des Lösungsmittelrestes erhaltene Chlorwasserstoff kann neben den Inertgasen wie Stickstoff und Kohlenmonoxid noch 0,1 bis 1 Gew.% Lösungsmittel und 0,1 bis 2 Gew.% Phosgen enthalten.

Gegebenenfalls erfolgt anschließend eine Reinigung des Chlorwasserstoffs, um den Anteil an Spuren von Lösungsmittel zu verringern. Dies kann beispielsweise mittels Ausfrieren erfolgen, indem in Abhängigkeit von den physikalischen Eigenschaften des Lösemittels der Chlorwasserstoff zum Beispiel durch eine oder mehrere Kühlfallen geleitet wird.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der gegebenenfalls vorgesehenen Reinigung des Chlorwasserstoffs werden zwei in Serie geschaltete Wärmetauscher von dem Chlorwasserstoff strom durchströmt, wobei das abzutrennende Lösemittel in Abhängigkeit des Festpunktes zum Beispiel bei –40°C ausgefroren wird. Die Wärmetauscher werden bevorzugt wechselweise betrieben, wobei im jeweils zuerst durchströmten Wärmetauscher der Gasstrom das zuvor ausgefrorene Lösemittel auftaut. Das Lösemittel kann wieder für die Herstellung einer Phosgenlösung eingesetzt werden. Im nachgeschalteten zweiten Wärmetauscher, der mit einem üblichen Wärmeträgermedium für Kältemaschinen, z.B. eine Verbindung aus der Reihe der Frigene, beaufschlagt ist, wird das Gas bevorzugt unter den Festpunkt des Lösemittels abgekühlt, sodass dieses auskristallisiert. Nach abgeschlossenem Auftau- und Kristallisationsvorgang werden der Gasstrom und der Kühlmittelstrom umgeschaltet, sodass sich die Funktion der Wärmetauscher umkehrt. Der chlorwasserstoffhaltige Gasstrom kann auf diese Weise auf vorzugsweise maximal 500 ppm, besonders bevorzugt maximal 50 ppm, ganz besonders bevorzugt auf maximal 20 ppm Lösemittelgehalt abgereichert werden.

Alternativ kann die Reinigung des Chlorwasserstoffs bevorzugt in zwei in Serie geschalteten Wärmetauschern z.B. gemäß US-A-6 719 957 erfolgen. Bevorzugt wird dabei der Chlorwasserstoff auf einen Druck von 5 bis 20 bar, bevorzugt 10 bis 15 bar, verdichtet und der komprimierte gasförmige Chlorwasserstoff mit einer Temperatur von 20 bis 60°C, bevorzugt 30 bis 50°C, einem ersten Wärmeaustauscher zugeführt. In diesem wird der Chlorwasserstoff mit einem kalten Chlorwasserstoff einer Temperatur von –10 bis –30°C, der aus einem zweiten Wärmetauscher stammt, gekühlt. Dabei kondensieren organische Bestandteile, die einer Entsorgung oder Wiederverwertung zugeführt werden können. Der in den ersten Wärmetauscher geleitete Chlorwasserstoff verlässt diesen mit einer Temperatur von –20 bis 0°C und wird in dem zweiten Wärmetauscher auf eine Temperatur von –10 bis –30°C gekühlt. Das im zweiten Wärmetauscher anfallende Kondensat besteht aus weiteren organischen Bestandteilen sowie geringen Mengen Chlorwasserstoff. Zur Vermeidung eines Chlorwasserstoffverlustes wird das aus dem zweiten Wärmetauscher ablaufende Kondensat einer Abtrenn- und Verdampfereinheit zugeführt. Dies kann beispielsweise eine Destillationskolonne sein, in der aus dem Kondensat der Chlorwasserstoff ausgetrieben und in den zweiten Wärmetauscher zurückgeführt wird. Es ist auch möglich, den ausgetriebenen Chlorwasserstoff in den ersten Wärmetauscher zurückzuführen. Der in dem zweiten Wärmetauscher abgekühlte und von organischen Bestandteilen befreite Chlorwasserstoff wird bei einer Temperatur von –10 bis –30°C in den ersten Wärmetauscher geleitet. Nach Erwärmung auf 10 bis 30°C verlässt der von organischen Bestandteilen befreite Chlorwasserstoff den ersten Wärmetauscher.

In einem ebenso bevorzugten, alternativen Verfahren erfolgt die gegebenenfalls vorgesehene Reinigung des Chlorwasserstoffs von organischen Verunreinigungen, wie Lösemittelreste, an Aktivkohle mittels Adsorption. Dabei wird beispielsweise der Chlorwasserstoff nach Entfernung von überschüssigem Phosgen bei einer Druckdifferenz von 0 bis 5 bar, vorzugsweise von 0,2 und 2 bar, über oder durch eine Aktivkohleschüttung geleitet. Die Strömungsgeschwindigkeit und Verweilzeit wird dabei in einer dem Fachmann bekannten Weise dem Gehalt an Verunreinigungen angepasst. Die Adsorption von organischen Verunreinigungen ist ebenso an anderen geeigneten Adsorptionsmitteln möglich, z.B. an Zeolithen.

In einem weiteren auch bevorzugten, alternativen Verfahren kann für die gegebenenfalls vorgesehene Reinigung des Chlorwasserstoffs aus der Phosgenierung, eine Destillation des Chlorwasserstoffes vorgesehen sein. Diese erfolgt nach Kondensation des gasförmigen Chlorwasserstoffes aus der Phosgenierung. Bei der Destillation des kondensierten Chlorwasserstoffes wird der gereinigte Chlorwasserstoff als Kopfprodukt der Destillation entnommen, wobei die Destillation unter dem Fachmann bekannte, für eine solche Destillation übliche Bedingungen von Druck, Temperatur u.ä. erfolgt.

Der nach den oben dargestellten Verfahren abgetrennte und ggf. gereinigte Chlorwasserstoff kann danach der HCl-Oxidation mit Sauerstoff zugeführt werden.

Bevorzugt wird wie oben bereits beschrieben das als Deacon-Prozess bekannte katalytische Verfahren eingesetzt. Hierbei wird Chlorwasserstoff mit Sauerstoff in einer exothermen Gleichgewichtsreaktion zu Chlor oxidiert, wobei Wasserdampf anfällt.. Die Reaktionstemperatur beträgt üblicherweise 150 bis 500°C, der übliche Reaktionsdruck beträgt 1 bis 25 bar. Da es sich um eine Gleichgewichtsreaktion handelt, ist es zweckmäßig, bei möglichst niedrigen Temperaturen zu arbeiten, bei denen der Katalysator noch eine ausreichende Aktivität aufweist. Ferner ist es zweckmäßig, Sauerstoff in überstöchiometrischen Mengen zum Chlorwasserstoff einzusetzen. Üblich ist beispielsweise ein zwei- bis vierfacher Sauerstoff Überschuss. Da keine Selektivitätsverluste zu befürchten sind, kann es wirtschaftlich vorteilhaft sein, bei relativ hohem Druck und dementsprechend bei gegenüber Normaldruck längerer Verweilzeit zu arbeiten.

Geeignete bevorzugte Katalysatoren für das Deacon-Verfahren enthalten Rutheniumoxid, Rutheniumchlorid oder andere Rutheniumverbindungen auf Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Titandioxid oder Zirkondioxid als Träger. Geeignete Katalysatoren können beispielsweise durch Aufbringen von Rutheniumchlorid auf den Träger und anschließendes Trocknen oder Trocknen und Calcinieren erhalten werden. Geeignete Katalysatoren können ergänzend zu oder an Stelle einer Rutheniumverbindung auch Verbindungen anderer Edelmetalle, beispielsweise Gold, Palladium, Platin, Osmium, Iridium, Silber, Kupfer oder Rhenium enthalten. Geeignete Katalysatoren können ferner Chrom(III)oxid enthalten.

Die katalytische Chlorwasserstoff- Oxidation kann adiabatisch oder bevorzugt isotherm oder annähernd isotherm, diskontinuierlich, bevorzugt aber kontinuierlich als Fließ- oder Festbettverfahren, bevorzugt als Festbettverfahren, besonders bevorzugt in Rohrbündelreaktoren an Heterogenkatalysatoren bei einer Reaktortemperatur von 180 bis 500°C, bevorzugt 200 bis 400°C, besonders bevorzugt 220 bis 350°C und einem Druck von 1 bis 25 bar (1000 bis 25000 hPa), bevorzugt 1,2 bis 20 bar, besonders bevorzugt 1,5 bis 17 bar und insbesondere 2,0 bis 15 bar durchgeführt werden.

Übliche Reaktionsapparate, in denen die katalytische Chlorwasserstoff-Oxidation durchgeführt wird, sind Festbett- oder Wirbelbettreaktoren. Die katalytische Chlorwasserstoff Oxidation kann bevorzugt auch mehrstufig durchgeführt werden.

Bei der isothermen oder annähernd isothermen Fahrweise können auch mehrere, also 2 bis 10, bevorzugt 2 bis 6, besonders bevorzugt 2 bis 5, insbesondere 2 bis 3, in Reihe geschaltete Reaktoren mit zusätzlicher Zwischenkühlung eingesetzt werden. Der Sauerstoff kann entweder vollständig zusammen mit dem Chlorwasserstoff vor dem ersten Reaktor oder über die verschiedenen Reaktoren verteilt zugegeben werden. Diese Reihenschaltung einzelner Reaktoren kann auch in einem Apparat zusammengeführt werden.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer für das Verfahren geeigneten Vorrichtung besteht darin, dass man eine strukturierte Katalysatorschüttung einsetzt, bei der die Katalysatoraktivität in Strömungsrichtung ansteigt. Eine solche Strukturierung der Katalysatorschüttung kann durch unterschiedliche Tränkung der Katalysatorträger mit Aktivmasse oder durch unterschiedliche Verdünnung des Katalysators mit einem Inertmaterial erfolgen. Als Inertmaterial können beispielsweise Ringe, Zylinder oder Kugeln aus Titandioxid, Zirkondioxid oder deren Gemischen, Aluminiumoxid, Steatit, Keramik, Glas, Graphit oder Edelstahl eingesetzt werden. Beim bevorzugten Einsatz von Katalysatorformkörpern sollte das Inertmaterial bevorzugt ähnliche äußeren Abmessungen haben.

Als Katalysatorformkörper eignen sich Formkörper mit beliebigen Formen, bevorzugt sind Tabletten, Ringe, Zylinder, Sterne, Wagenräder oder Kugeln, besonders bevorzugt sind Ringe, Zylinder oder Sternstränge als Form.

Als Heterogenkatalysatoren eignen sich insbesondere Rutheniumverbindungen oder Kupferverbindungen auf Trägermaterialen, die auch dotiert sein können, bevorzugt sind gegebenenfalls dotierte Rutheniumkatalysatoren. Als Trägermaterialen eignen sich beispielsweise Siliziumdioxid, Graphit, Titandioxid mit Rutil- oder Anatas-Struktur, Zirkondioxid, Aluminiumoxid oder deren Gemische, bevorzugt Titandioxid, Zirkondioxid, Aluminiumoxid oder deren Gemische, besonders bevorzugt g- oder d-Aluminiumoxid oder deren Gemische.

Die Kupfer- bzw. die Rutheniumträgerkatalysatoren können beispielsweise durch Tränkung des Trägermaterials mit wässrigen Lösungen von CuCl₂ bzw. RuCl₃ und gegebenenfalls eines Promotors zur Dotierung, bevorzugt in Form ihrer Chloride, erhalten werden. Die Formgebung des Katalysators kann nach oder bevorzugt vor der Tränkung des Trägermaterials erfolgen.

Zur Dotierung der Katalysatoren eignen sich als Promotoren Alkalimetalle wie Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium und Cäsium, bevorzugt Lithium, Natrium und Kalium, besonders bevorzugt Kalium, Erdalkalimetalle wie Magnesium, Calcium, Strontium und Barium, bevorzugt Magnesium und Calcium, besonders bevorzugt Magnesium, Seltenerdmetalle wie Scandium, Yttrium, Lanthan, Cer, Praseodym und Neodym, bevorzugt Scandium, Yttrium, Lanthan und Cer, besonders bevorzugt Lanthan und Cer, oder deren Gemische.

Die Formkörper können anschließend bei einer Temperatur von 100 bis 400°C, bevorzugt 100 bis 300°C beispielsweise unter einer Stickstoff-, Argon- oder Luftatmosphäre getrocknet und gegebenenfalls calciniert werden. Bevorzugt werden die Formkörper zunächst bei 100 bis 150°C getrocknet und anschließend bei 200 bis 400°C calciniert.

Der Umsatz an Chlorwasserstoff im einfachen Durchgang kann bevorzugt auf 15 bis 90 %, bevorzugt 40 bis 85%, besonders bevorzugt 50 bis 70% begrenzt werden. Nicht umgesetzter Chlorwasserstoff kann nach Abtrennung teilweise oder vollständig in die katalytische Chlorwasserstoff-Oxidation zurückgeführt werden. Das Volumenverhältnis von Chlorwasserstoff zu Sauerstoff am Reaktoreintritt beträgt bevorzugt 1:1 und 20:1, bevorzugt 2:1 und 8:1, besonders bevorzugt 2:1 und 5:1.

Die Reaktionswärme der katalytischen Chlorwasserstoff-Oxidation kann in vorteilhafter Weise zur Erzeugung von Hochdruck-Wasserdampf genutzt werden. Dieser kann zum Betrieb eines Phosgenierungsreaktors und oder von Destillationskolonnen, insbesondere von Isocyanat-Destillationskolonnen genutzt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beispiele, welche jedoch keine Beschränkung der Erfindung darstellen, näher erläutert.

In dem Beispiel werden nur die Hauptkomponenten der Prozessströme genannt.

Zur Oxidation von Chlorwasserstoff wird ein Gemisch aus Stickstoff 1,3 t/h Sauerstoff 15,7 t/h Chlorwasserstoff 35,9 t/h Kohlendioxid 1,6 t/h mit einer Temperatur von 320°C und bei einem Druck von 4,3 bar einem Reaktor zugeführt, in dem der Chlorwasserstoff mit Sauerstoff zu Chlor und Wasser an einem Katalysator umgesetzt wird. Im Reaktor sind alle konstruktionsbedingte Teile aus dem Werkstoff Kohlenstoffstahl, der durch Auflagen und Plattierungen aus Nickel (Reinheit 99,5 Gew.-% Ni) gefertigt ist. Aus dem Reaktor tritt ein Prozessgas mit einer Temperatur von 333°C und 3,4 bar mit folgender Zusammensetzung aus Stickstoff 1,3 t/h Sauerstoff 9,0 t/h Chlorwasserstoff 5,4 t/h Kohlendioxid 1,7 t/h Chlor 30,4 t/h Wasser 8,3 t/h

Dieser Prozessgasstrom wird auf einen ersten Wärmetauscher geleitet, dessen von Produkt berührten Konstruktionsteile aus Nickel (Reinheit 99,5 Gew.-% Ni) gefertigt sind. Hierbei liegt der Werkstoff teils als Auskleidung und teils in massiver Form vor. Das Prozessgas wird dabei auf 250°C abgekühlt.

In einem zweiten Wärmetauscher, dessen produktberührte Konstruktionsteile aus Siliziumcarbidgefertigt sind. Weiterhin werden keramische Rohre (aus Siliziumcarbid) vorgesehen, die mit PTFE verkleideten Rohrplatten verbunden sind und als Wärmeaustauscher gebaut sind. Hierin wird der Prozessgasstrom auf 100°C abgekühlt, der Druck beträgt 3,15 bar.

Dieses Prozessgas wird zur Entfernung von Chlorwasserstoff und Wasser auf eine HCl-Absorptionsanlage geleitet. Diese ist wie folgt beschrieben aufgebaut:

HCl und H₂O im Roh-Gas werden in einer Absorptionskolonne entfernt. Dazu wird das Rohgas oberhalb des Sumpfes eingeleitet. Am Kopf der Kolonne wird Wasser aufgegeben. HCl und H₂O werden als 25 gew.-%ige Salzsäure im Sumpf gewonnen, das gereinigt Roh-Gas am Kopf der Kolonne enthält 02 und Cl2 und ist mit Wasserdampf gesättigt.

Zur Erhöhung des Stoffüberganges und zur Abfuhr der anfallenden Absorptionswärme wird aus dem Sumpf 25 gew.-%ige Salzsäure auf den Kopf der Kolonne gepumpt. Die umgewälzte Salzsäure wird mit Hilfe eines Wärmetauschers gekühlt.

Die von Produkt berührten Teile der Chlorwasserstoff-Absorptionsanlage bestehen aus mit Kunststoff (PVDF) ausgekleideten Bauteilen.

Der Chlorwasserstoff-Absorption kann ein Gasstrom mit folgender Zusammensetzung entnommen werden: Stickstoff 1,3 t/h Sauerstoff 9,0 t/h Kohlendioxid 1,7 t/h Chlor 30,4 t/h.

Die Temperatur beträgt 25°C, der Druck 3,0 bar. Zur Entfernung von Spuren Wasser wird dieses Prozessgas mit Schwefelsäure getrocknet. Die Trocknung erfolgt dabei mittels einer Trocknungskolonne. Das mit Wasserdampf gesättigte Cl₂/O₂-Gasgemisch wird oberhalb des Sumpfes in die Kolonne geleitet. Am Kopf der Kolonne wird 98 gew.-%ige Schwefelsäure aufgegeben. In der Kolonne erfolgt der Stofftransport des Wasserdampfes in die Schwefelsäure. Die auf ca. 75-78 Gew.-% verdünnte Schwefelsäure wird am Sumpf der Kolonne ausgeschleust.

Die Produkt berührten Konstruktionsteile der Trocknungseinrichtung sind aus Kohlenstoffstahl (Carbon Steel) aufgebaut.

Dieser getrocknete Prozessgasstrom wird auf 11,9 bar verdichtet und das darin befindliche Chlorgas verflüssigt.

Nach der Verdichtung wird das Gas rekuperativ bis auf –45 °C abgekühlt. In einer Destillationskolonne werden Inerte (O₂, CO₂) abgestrippt. Am Sumpf wird flüssiges Chlor gewonnen. Chlor wird anschließend verdampft und kühlt dabei das verdichtete Cl₂/O₂-Gasgemisch ab.

Alle produktberührten Teile der Chlorverflüssigung sind dabei aus Kohlenstoffstahl (Carbon Steel) gefertigt. Das der Chlorverflüssigung entnommene Chlor, 29,4 t/h, 11,6 bar, 35°C, das noch geringe Mengen Kohlendioxid enthält (0,15 t/h) wird einem Lagertank zugeführt. Ein Teil des verbleibende Restgases, bestehend aus Stickstoff 1,3 t/h Sauerstoff 9,0 t/h Kohlendioxid 1,55 t/h Chlor 1,0 t/h wird verworfen und der Rest, bestehend aus Stickstoff 096 t/h Sauerstoff 6,4 t/h Kohlendioxid 1,1 t/h Chlor 0,73 t/h den dem Reaktor zugeführten Gasen zugegeben. Mit der hier gewählten Kombination von Apparatewerkstoffen in den verschiedenen Prozesszonen wird die Korrosion und der Apparateverschleiß vermindert.