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Verfahren zur Herstellung von Chlorwasserstoff Es ist bekannt, Chlorwasserstoff
in der Weise herzustellen, daß man Chlor mit Wasserstoff und Kohlenwasserstoff enthaltenden
Gasen in einer an der Luft brennenden Flamme verbrennt. Hierbei wird jedoch neben
Chlorwasserstoff in beträchtlicher Menge Ruß gebildet.
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Es wurde nun gefunden, daß sich aus Wasserstoff und Kohlenwasserstoffe
enthaltenden Gasen leicht ein Chlorwasserstoff erzeugen läßt, der frei von Ruß und
nahezu frei von organischen Substanzen ist, wenn man den Gasen Wasserdampf, und
zwar in zur Umsetzung der Kohlenwasserstoffe zu Kohlenoxyd mindestens ausreichender
Menge, zusetzt. Der Wasserdampf kann den Gasen vor der Verbrennung beigemischt oder
in geeigneter Weise in die Flamme eingeblasen werden. Man kann z. B. von billigen
Industriegasen ausgehen, dienebengrößeren oder geringeren Mengen inerter Gase Wasserstoff
und schwankende Mengen Kohlenwasserstoffe, z. B. Methan, enthalten. Besondere Vorteile
können sich bei Verwendung mehr oder weniger gereinigter Gase ergeben. So können
mit besonderem Erfolg entschwefelte Gase verwandt werden, die im Gegensatz zu ungereinigten
Gasen, z. B. ungereinigtem Leuchtgas, eine von Schwefelverbindungen freie Salzsäure
ergeben. Bei Verwendung eines solchen kohlenwasserstoffhaltigen, mit Wasserdampf
versetzten Gases mit Chlor wird die Bildung von Ruß, chlorierten Kohlenwasserstoffen
oder anderen leicht flüchtigen oder schwer kondensierbaren Substanzen vollkommen
oder fast vollständig vermieden.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich für die Durchführung des Verfahrens
erwiesen, die Gase in einer von oben nach unten brennenden Flamme in einem mit Gasabführungsleitungen
versehenen Flammenraum zu verbrennen. Der Flammenraum kann. z. B. aus einem Quarzrohr
oder aus einem mit Quarzsteinen ausgekleideten Metallgefäß bestehen, in das die
Gase z. B. mittels eines Daniellschen Hahns eingeleitet werden. Die Reaktionskammer
wird zweckmäßig so eng gewählt, daß die Querschnittbelastung mehr als
300 cm3 Reaktionsgase pro cm2 Querschnitt und Minute, bezogen auf Normalzustand,
beträgt. Die sich bei der Verbrennung in geringer Menge bildenden hochkondensierten,
chlorhaltigen Substanzen werden zweckmäßig in einer Kammer niedergeschlagen, die
durch die umgesetzten Reaktionsgase auf einer solchen Temperatur gehalten wird,
daß die Kondensation des den Gasen beigemischten, nicht umgesetzten Wasserdampfes
unter Bildung wäßriger Salzsäure unterbleibt.
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Aus der bekannten Tatsache, daß bei der Verbrennung von mit Wasserdampf
beladenem Wassergas mit Chlor das darin enthaltene Kohlenoxyd sich zu Kohlensäure
und Chlorwasserstoff umsetzt, konnte nicht geschlossen werden, daß sich die Kohlenwasserstoffverbindungen
analog verhalten. Die der Chlorwasserstoffbüdung aus Kohlenoxyd zugrunde
liegende
Reaktion ist im Falle des Wassergases nach C O -1- H20 = CO2 + H2 -f- io Kal exotherm,-
während mit z: B. 'Methan als Begleitgas gemäß vorliegendem Verfahren die
CH, +H20 > CO +3H2-5o Kal stark endotherm ist. Es war aber nicht zu erwarten,
daß diese stark endotherme, eine hohe Temperatur voraussetzende Reaktion quantitativ
im Sinne der obigen Gleichung verlaufen würde. Auch die bekannte Tatsache der starken
Rußbildung beim Verbrennen von Kohlenwasserstoffen in Chlor sowie die erst bei iooo°
erfolgende Umsetzung z. B. von Methan mit Wasserdampf zu Kohlenoxyd, Kohlendioxyd
und Wasserstoff unter gleichzeitiger Abscheidung von Kohlenstoff mußte das beschriebene-Verfahren
zunächst als ungeeignet für-die--Ge=-winnung von reinem Chlorwasserstoff erscheinen
lassen. -Beispiel Ein Gas mit einem Gehalt von 6o bis 7o°/0 Wasserstoff und etwa
5°/o Methan neben Stickstoff wird in einem Verdampfer bei -etwa 7o° mit Wasserdampf
beladen: Das so behandelte Gas wird zusammen mit Chlor einem Daniellschen Hahn zugeführt.
- - Der Brenner ist in einem senkrechten Flammenränm, -der beispielsweise aus einem
mit Quarz ausgekleideten Eisenrohr besteht, eingepaßt; "die Gase, von denen das
Chlor zweckmäßig durch das innere Rohr des Brenners strömt, werden in geeigneter
Weise, z. B. durch ein Schauloch, zur Entzündung gebracht. Es ist zweckmäßig,- die
Gasströme so zu regeln, daß ein geringer Uberschuß des wasserstoffliefernden Gases
.über die theoretisch erforderliche Menge zur Anwendung gelangt; im vorliegenden
Falle werden z. B. 6,o bis 7,5 cbm wasserstoffhaltiges- Gas mit 5 cbm Chlor verbrannt.
Der Flammenraum hat einen solchen Durchmesser, daß die Gesamtmenge, die den Flammenraum
pro Minute passiert, pro cm2 Flammenraumquerschnitt etwa 500 cm3 im Normalzustand
beträgt.
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Das Zufügen des Wasserdampfes kann selbstverständlich auch in der
Weise erfolgen, daß dieser in die Ausgangsgase oder auch, -etwa mit Hilfe eines
dritten konaxialen Rohres, direkt in die Flamme eingeblasen wird. Es empfiehlt sich,
im Flammenraum noch. eine gesonderte Zündflamme etwa in der Weise anzubringen, wie
es z. B. in der Patentschrift 364 516 beschrieben ist. Auch ist es zweckmäßig, die
umgesetzten Gase nach der in -der genannten PatentschriftbeschriebenenWeise über
Kontaktmassen zu leiten. Die abziehenden, chlorwasserstoffhaltigen Gase treten nach
der Umsetzung in einen Abscheider, der durch die heißen Gase auf eine solche Temperatur
erhitzt wird, daß die Kondensation wä riger Salzsäure noch unterbleibt. In dem Abscheider
werden die in dem Gas vorhandenen- geringen Mengen chlorhaltiger Substanzen in Form
eines weißlichen, hochkondensierten, schwer flüchtigen Produktes niedergeschlagen.
Es ist u. U. von Vorteil, den Abscheider, der zweckmäßig mit Füllkörpern, z. B.
solchen aus Ton, gefüllt ist, durch eine Isolierschicht vor Wärmeverlusten zu schützen.
Die Gase passieren nach dem Austritt aus dem Abscheider mit Wasser gefüllte Behälter,
wobei eine Salzsäure erhalten wird, die frei von Ruß und organischer Substanz ist.
Die nach der Absorption des Chlorwasserstoffs verbleibenden Gase enthalten -einen
hohen Prozentsatz an inerten Gasen (6o°io und mehr), so daß die Gefahr der Bildung
explosibler Gasmischungen in der Absorptionsanlage, etwa durch Ansaugen von-Luft,
im Gegensatz zu der bekannten Verbrennung unter Verwendung reinen Wasserstoffgases
wesentlich herabgemindert wird.