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2024-12-02T09:00:02Z

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Als '''Deacon-Verfahren''' wird die Herstellung von [[Chlor]] durch [[Oxidation]] von [[Chlorwasserstoff]] mit [[Sauerstoff]] bezeichnet. Das Verfahren wurde vom englischen Chemiker [[Henry Deacon]] (1822–1876) im Jahre 1868 zum Patent angemeldet.

== Geschichte ==

Vor allem das 1792 eingeführte [[Leblanc-Verfahren]] zur [[Natriumcarbonat|Soda]]-Herstellung und die nachfolgende starke Entwicklung der chemischen Industrie führte zu massivem Anfall von Chlorwasserstoff, der entweder direkt in die Luft oder in Wasser gelöst als [[Salzsäure]] in das Abwasser abgegeben wurde. In den sechziger Jahren des 18. Jahrhunderts traten daher mehrere Gesetze in Kraft, in denen die ungezielte Abgabe von [[Chlorwasserstoff]]gas bzw. Salzsäure stark eingeschränkt wurde. Henry Deacon gelang mit seiner Erfindung ein Durchbruch in doppeltem Sinne, zum einen wurde das Umweltproblem mit Chlorwasserstoff gelöst und zum anderen wurde ein wertvoller Stoff gewonnen, der sich beispielsweise als [[Chlorkalk]] gut verkaufen ließ.

== Chemie ==
Das klassische (einstufige) Deacon-Verfahren ist die Umsetzung von HCl-Gas mit Sauerstoff (Luft oder reiner Sauerstoff) entsprechend folgender Reaktionsgleichung:<ref>{{Literatur |Autor=[[Erwin Riedel]], [[Christoph Janiak]] |Titel=Anorganische Chemie |Auflage=9 |Verlag=de Gruyter |Ort=Berlin / Boston |Datum=2015 |Seiten=429 |ISBN=978-3-11-035528-4 |Online={{Google Buch |BuchID=mCqCCgAAQBAJ |Seite=429}}}}</ref>

<math>\mathrm{4\ HCl + O_2\ _{\overrightarrow { 450\,^{\circ}\mathrm{C}\ Kat }}\ 2\ Cl_2 + 2\ H_2O}</math> 

Die Reaktion ist [[exotherm]] mit einer [[Reaktionsenthalpie]] von −114,8 kJ/mol und ist eine [[Chemisches Gleichgewicht|Gleichgewichtsreaktion]], d. h. die Umsetzung verläuft nicht vollständig.

Die Umsetzung erfolgt bei Temperaturen von ca. 400–450 °C an festen („heterogenen“) [[Katalysator]]en auf der Basis von CuCl2 bzw. CuSO4. Im folgenden Bild ist der Gleichgewichtsumsatz von 4 Mol HCl mit einem Mol O2 in Abhängigkeit von der Temperatur dargestellt (bei Normaldruck):

[[Datei:Deacon Gleichgewicht.png|Gleichgewicht der chemischen Reaktion 4 HCl + O2 → 2 Cl2 + 2 H2O]]

Zur Erzielung eines hohen [[Stöchiometrie|Umsatzes]] an [[Chlorwasserstoff]] wäre eine niedrigere Reaktionstemperatur günstiger, jedoch ist hier bei den verwendeten [[Katalysator]]en auf Basis von Kupfer die [[Kinetik (Chemie)|Reaktionsgeschwindigkeit]] zu gering. Der Gleichgewichtsumsatz an HCl lässt sich noch durch Druckerhöhung und Erhöhung des Sauerstoff-Überschusses erhöhen, ein vollständiger oder nahezu vollständiger Umsatz wird bei 400–450 °C Reaktionstemperatur aber dadurch nicht erreicht.

== Technische Umsetzung ==
Die chemische Reaktion erscheint einfach, jedoch ist die technische Realisierung mit derart massiven Problemen verbunden, dass sich dieser Prozess bis heute nicht großtechnisch zur [[Chlor]]produktion bzw. zur [[Recycling]] von [[Chlorwasserstoff]] durchsetzen konnte. Als technische Probleme treten vor allem [[Korrosion]] und die Handhabung des [[Katalysator]]s in einem [[Chemischer Reaktor|Reaktor]] auf:
* [[Korrosion]] tritt vor allem bei der Abkühlung des aus dem Reaktor austretenden Gasgemisches (HCl, O2, Cl2, H2O) an metallischen Oberflächen auf.
* Der [[Katalysator]] auf Basis Kupfer wird während der Reaktion intermediär auch zu CuCl, CuO und CuO2 umgewandelt bzw. steht mit diesen Verbindungen in einem [[Chemisches Gleichgewicht|Gleichgewicht]]. Speziell CuCl mit seinem niedrigen [[Schmelzpunkt]] von ca. 430 °C und seiner Neigung zur [[Sublimation (Physik)|Sublimation]], d. h. zum Verdampfen aus der festen Phase, führt zum Verkleben des Katalysators im Reaktor und zum Austrag des Katalysators mit den Reaktionsgasen aus dem Reaktor.

Formal kann man die einstufige Reaktion in zwei Teilstufen trennen, bei dem zunächst CuO mit HCl zu CuCl2 und Wasser umgesetzt wird, welches anschließend in einer zweiten Reaktion zu Chlor und CuO oxidiert wird:

<math>\mathrm{CuO + 2\ HCl \longrightarrow CuCl_2 + H_2O}</math> 

<math>\mathrm{2\ CuCl_2 + O_2 \longrightarrow 2\ CuO + 2\ Cl_2}</math> 

Diese Trennung der Reaktion ermöglichte es, das technische Verfahren in zwei getrennten [[Chemischer Reaktor|Reaktoren]] durchzuführen, wobei man die Reaktionstemperaturen nun für jede Einzelreaktion optimal wählen kann. Auch ist diese zweistufige Reaktion keine [[Gleichgewichtsreaktion]] mehr, so dass die Problematik der Gastrennung der Produktgase und der Korrosion bei der Produktaufarbeitung reduziert wird. Theoretisch arbeitet der erste Reaktor nur mit den Gasen HCl und H2O in der Reaktion, der zweite nur mit O2 (bzw. Luft) und Chlor.

Jedoch ist auch hiermit kein technischer Durchbruch erzielt worden, da der mechanische Transport des [[Katalysator]]s von einem [[Chemischer Reaktor|Reaktor]] in einen anderen und wieder zurück alles andere als trivial ist. Auch lassen sich die Reaktionen nicht vollständig voneinander trennen, so dass die eigentlichen Probleme zwar reduziert, aber nicht vollständig behoben wurden.

== Technische Weiterentwicklungen ==
In der Folgezeit, bis in die jüngste Vergangenheit, wurden Forschungen zu diesem Verfahren durchgeführt, sowohl zur Entwicklung von verbesserten Katalysatorsystemen als auch zur besseren technischen Realisierung. Daraus entstanden mehrere Varianten bzw. Weiterentwicklungen des Deacon-Verfahrens, welche teilweise großtechnisch realisiert wurden:
* Shell-Chlor-Verfahren der Fa. [[Royal Dutch Shell|Shell]]
* MT-Chlor Verfahren der Mitsui-Toatsu Chemicals, heute [[Mitsui Chemicals]] (Japan)
* KEL-Chlor-Verfahren der [[KBR (Unternehmen)|M. W. Kellogg]] und [[E. I. du Pont de Nemours and Company|DuPont]]<ref>{{Literatur |Autor=Armin Müller, Karl Heinz Buchel, Peter Fröhlich, Martin Bertau, Michael Katzberg, Dietmar Werner, Hans-Heinrich Moretto |Titel=Industrielle Anorganische Chemie |Auflage=4 |Verlag=Wiley-VCH |Ort=Weinheim |Datum=2013 |ISBN=978-3-527-64958-7 |Online={{Google Buch |BuchID=XZR4AAAAQBAJ |SeitenID=PT131}}}}</ref>
* Carrier Catalyst Process der USC ([[University of Southern California]])
* Sumitomo-Chlor-Verfahren der [[Sumitomo Chemical]]s (Japan)

== Literatur ==
* {{Literatur
|Autor=Henry Deacon
|Titel=XXIX.—On Deacon's method of obtaining chlorine, as illustrating some principles of chemical dynamics
|Sammelwerk=[[J. Chem. Soc.]]
|Band=25
|Datum=1872
|Seiten=725–767
|DOI=10.1039/JS8722500725}}
* {{Literatur
|Autor=Robert Hasenclever
|Titel=Ueber Chlorbereitung nach Deacon
|Sammelwerk=[[Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft]]
|Band=9
|Nummer=2
|Datum=1876
|Seiten=1070–1073
|DOI=10.1002/cber.18760090211}}
* {{Patent
|Land=US
|V-Nr=85370
|Titel=Manufacture of Chlorine
|V-Datum=1868-12-29
|Erfinder=Henry Deacon}}
* {{Patent
|Land=US
|V-Nr=165802
|Titel=Improvement in manufacture of chlorine
|V-Datum=1875-07-20
|Erfinder=Henry Deacon}}

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Chemisch-technisches Verfahren]]
[[Kategorie:Oxidation]]

Deacon-Verfahren - Versionsgeschichte

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