Sichere und effizienteKombination

Bruno Tettamanti

Die hohe Reaktionsfähigkeit macht Phosgen zu einem unentbehrlichen, einfach und günstig herzustellenden Ausgangsstoff für die organische Chemie. Rund 95% der über 7 Mio. t des heute weltweit hergestellten Phosgens werden für die Herstellung von Polykarbonaten und Polyurethanen verwendet. Diese Stoffe bilden die Grundlage für viele industrielle Produkte. Der weltweite Phosgenbedarf zeigt eine steigende Tendenz, bedingt durch die Erschließung neuer Märkte und neuer Anwendungsprodukte. Aus den restlichen Phosgenmengen werden Feinchemikalien, Agrochemikalien, Pharmawirkstoffe oder Spezialitäten wie Süßstoffe produziert. Allerdings kann Phosgen aufgrund seiner Toxizität nur unter Anwendung entsprechender technischer Sicherheitsmaßnahmen verwendet werden.

Davy Process Technology (DPT) entwickelt Technologien für den industriellen Umgang mit hochtoxischen Stoffen, insbesondere auch für Phosgen. So werden derzeit weltweit über 15 industrielle Phosgengeneratoren betrieben, die nach dem Prinzip der bedarfsabhängigen dynamischen Produktion von Phosgen arbeiten. Bei diesem Prinzip bestimmt der Endverbraucher, wann welche Menge Phosgen aus dem Generator bezogen wird, bzw. von diesem zu produzieren ist. Das Phosgen wird aus Kohlenmonoxid und Chlor erzeugt, die über ein Katalysatorsystem geleitet zur Reaktion gebracht werden. Der Bereich, in dem die Phosgenqualität garantiert wird, liegt zwischen 10 und 100% der Maximalleistung eines Generators, bei einer G/A 600 also zwischen 60 und 600 kg/h (Abb. 1). DPT bietet sieben verschiedene Generatormodule mit Leistungen von 30 bis zu 10 000 kg/h an. Mit diesem Phosgenherstellungsprinzip wird die Lagerung von Phosgen vermieden.

In der Regel finden Phosgenierungen in großen Lösemittelmengen statt. Erfolgt die Phosgenierung über dem Siedepunkt des Phosgens (8 °C), wird der Druck erhöht, wodurch das Risikopotential nochmals steigt. DPT hat daher speziell für Phosgenierungen den Be- und Entgasungsreaktor Advanced Phosgenation Reaktor (APR) entwickelt. Beim APR kann der Einsatz von Lösemitteln stark reduziert werden, d. h., es werden keine großen Phosgenmengen im Sicherheitssystem, das in der Regel aus einem Wäschersystem besteht, vernichtet. Die Phosgenierung selbst wird in der Regel bei atmosphärischem Druck als Gas-Flüssig-Reaktion gefahren. Aufgrund des Prinzips kann die Reaktion bei nahezu stöchiometrischen Bedingungen durchgeführt und der Phosgenüberschuss minimiert werden. Dies hat einen direkten Einfluss auf den Produkt-Herstellungspreis, da die entstehenden Kosten durch den Phosgenverlust, den Laugenkonsum und die Abwasserentsorgungsgebühren sinken.

Im APR findet ein äußerst intensiver Kontakt zwischen Gas und Flüssigkeit dank exzellenter Mischung statt. Reaktionen im APR zeichnen sich durch hohe Selektivitäten und ausgezeichnete Umsetzungen aus.

Die Reaktor-Umwälzpumpe pumpt die Reaktionsmischung durch den ganzen APR. Dabei wird das Reaktionsgemisch über einen außenliegenden Wärmetauscher geführt, mit dem eine sehr enge Temperaturführung möglich ist. Die gekühlte Reaktionslösung gelangt dann zum Ejektor, wo durch die Verengung des Querschnittes in der Düse eine Erhöhung der Geschwindigkeit erzielt wird. Dadurch entsteht an der Peripherie und am Ansaugstutzen ein Unterdruck, der dadurch kompensiert wird, dass das gasförmige Phosgen nachströmt. Durch Druckanstieg im Kopf des Ejektorsystems und die anschließende Entspannung wird eine hohe Energiemenge eingetragen, die dazu führt, dass kleinste Bläschen gebildet werden, die eine sehr große Oberfläche bilden und so eine effiziente Gas-Flüssig-Reaktion stattfinden kann. Dies führt zu erheblich kürzeren Reaktionszeiten und zu einer höheren Produktivität. Die speziell für den APR entwickelte Reaktionspumpe ist in der Lage, ein Gemisch mit einem Gasgehalt von bis zu 40% und einem Feststoffgehalt von bis zu 30% zu fördern. Im APR wird das ganze Reaktorvolumen zur Reaktionszone. Daher kann das APR-System kleiner ausgelegt werden als vergleichbare konventionelle Reaktoren. Der Reaktor lässt sich batchweise, semibatchweise und kontinuierlich fahren.

Dadurch, dass die Temperatur, die Umwälzrate und die Dosiersysteme in einem sehr engen Fenster gefahren und kontrolliert werden können, wird ein äußerst positiver Einfluss auf die Produktqualität erzielt. Damit Reaktionen und Prozesse entwickelt, Verfahren optimiert und die Anwendbarkeit des APR getestet werden können, hat DPT einen 15-l-Pilot-APR aus Glas, Hastelloy und Teflon errichtet und betreibt diesen im eigenen Pilot-Center (Abb. 2). Von hier aus lassen sich die Reaktionen direkt auf industrielle Bedingungen und Maßstäbe übertragen.