HU181403B - Process for preparing aluminium oxide from aluminium chloride hexahydrate by thermic destruction - Google Patents

Description

Reh, Lothar mérnök, Bergen-Enkheim,

Plass, Ludolf mérnök, Kronberg, Német Szövetségi Köztársaság, Marchessaux, Philippe mérnök, Aix-en-Provence, Franciaország.

Szabadalmas: Alumínium Pechiney, Lyon, Franciaország

Eljárás alummium-klorid-hexahidrát alumíniumoxiddá történő hőbontására

A találmány alumínium-klorid-hexahidrát hőbontására szolgáló eljárásra vonatkozik, melynek során az alumínium, klorid-hexahidrát legalább túlnyomó részének hasítását egy közvetetten hevített hasító reaktorban végezzük, majd kalcinációval és közvetlen fűtésű forgó csökemencében végzett hasítással az alumínium-klorid maradékát bontjuk, és a képződött alumínium-oxidot egy forgó csőben hütjük le az égéshez szükséges oxigéntartalmú égető gáz egyidejű előhevítése mellett.

Ismeretes már mind az oldat, mind a szilárd állapotban levő fémkloridok termikus bontása, és ezáltal klórhidrogén és a fémkloridnak megfelelő fémoxid előállítása.

A bontás történhet permetezős pörkölő kemencében közvetlen hevítéssel [Stahl und Eisen, 84, 18041., (1964)], vagy fluid réteges reaktorokban (1 546 164 számú német szövetségi köztársaságbeli nyilvánosságrahozatali irat, és 1 667 180 és 2 261 083 számú német szövetségi köztársaságbeli közzétételi irat, valamint a 3 440009 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás).

Az oldatok, de a belőlük előzőleg kikristályosodott fémkloridok közvetlen hevítéssel történő bontása is azonban viszonylag híg sósav-oldatokhoz vezet, ami különösen akkor hátrányos, ha igen tömény oldatok, vagy tiszta klórhidrogén előállítása kívánatos.

Az igen tömény klórhidrogén-oldatok előállítását célozza a 315 207 számú osztrák szabadalmi leírásban ismertetett eljárás, melynél a bontási fokozatban szilárd, előzőleg felhevített hőhordozók, mint a korund, vagy a vas, vagy maga a pörkölési termék, hozzákeverésével történik a közvetett hevítés. Bár ezzel az eljárással a kitűzött cél teljesen elérhető, 30 mégis az eljárásnak jelentős hátránya van. Amennyiben a hőhordozó eljárástól idegen anyagokból, tehát nem a kész eljárási termékből áll, akkor az elválasztásához és az ismételt visszavezetéséhez költséges berendezésekre van szükség. 5 Amennyiben a hőhordozó maga az eljárás kész terméke, akkor a jelentős energiaigény miatt jelentős, rendszerint a bevitt anyagmennyiség többszörösének megfelelő termékáramot kell a hasító kemencébe visszavezetni. Ekkor az anyagmozgatás és a nagy hőmérsékletet elviselő szállító be10 rendezés költségei nem jelentéktelenek.

Egy olyan eljárás kidolgozását tűztük ki célul, amely nem mutatja az ismert hátrányokat; különösen azon előny megtartása mellett, hogy nagy töménységű klórhidrogén-oldatot szolgáltat, és elkerüli a nagy anyagáramok mozgatásának 15 hátrányát.

A feladatot megoldhatjuk, ha a bevezetőben megnevezett találmány szerinti eljárást oly módon hajtjuk végre, hogy az aluminium-klorid-hexahidrát legalább túlnyomó részét fluid állapotban hasítjuk a hasítási energiát a 14 hevítő felületeken 20 hozzávezetve, majd a maradék alumíniumklorid-hexahidrát hasítását forgó csőkemencében végezzük.

A fluid állapot, melynél a klórhidrogén legalább túlnyomó részét közvetett hevítés útján hasítjuk le, akár egy klasszikus fluid rétegnek, előnyösen egy 600—1000 kg/m³ közepes 25 szuszpénzió sűrűségű és 0,8 m/sec-nál kisebb fluidizáló gáz sebességű fluid rétegnek, akár egy expandált, szilárd anyag visszavezetéses (cirkuláló) fluid rétegnek, előnyösen egy 50—400 kg/m³ közepes szuszpenzió sűrűségű és 1,5—5m/ sec fluidizáló gáz sebességű fluid rétegnek felelhet meg.

A klasszikus fluid réteg alkalmazásának egyik előnye a

-1181403 nagy szuszpenzió sűrűségből adódó nagy hőátadási számban van. Hátrány, hogy a csekély mérvű örvény intenzitás következtében a hevítő felületek közelében túlhevülési jelenségek léphetnek fel. Expandált, szilárd anyag visszavezetéses fluid réteg alkalmazásánál biztonsággal elkerüljük a túlhevülési 5 jelenségeket. Ezenkívül a kisebb hőátadási számokban rejlő hátrányt a nagy cirkulációs arány lehetősége messzemenően kiegyenlíti.

Az előzőekben megadott fluidizáló gáz sebesség a közvetett bontásánál keletkező gáz effektív sebességére vonatko- 10 zik. Ez a gáz lényegében az alkalmazott fluidizáló gáz, a bevitt nedvességből és a kristályvízből keletkező gőz, és az alumínium-klorid kémiai reakciója során, valamint a fizikailag megtapadt klórhidrogén elpárolgása útján keletkező klórhidrogén keverékéből áll. A gázsebesség a fluidizált 15 anyagot nem tartalmazó fluid reaktorra érvényes.

A fluid ágy üzemeltetéséhez adott esetben előhevített idegen gázokat alkalmazhatunk. Célszerűen azonban az alumínium-oxid kalcinálására szolgáló forgó csőkemence véggázait használjuk fel. Ha a klórhidrogén legalább túlnyomó 20 részének lehasítását klasszikus fluid réteg alkalmazásával végezzük, akkor ajánlatos, hogy a gázokat az ágy felett hozzávezetett szekunder gázokként használjuk fel és, hogy azok hőmérsékletét csökkentsük. Ez a találmány egy további előnyös kiviteli formájánál úgy történik, hogy a forgó csőke- 25 mence véggázait közvetlen hőkicserélésben alkalmas menynyiségű friss alumínium-kloriddal hozzuk érintkezésbe. Ha a klórhidrogén lehasítását cirkuláló fluid réteg alkalmazásával hajtjuk végre, akkor nincs szükség a fluidizáló gázként és/vagy szekunder gázként hozzávezethető gáz lehűtésére. 30 Ha kívánatos a hőmérséklet csökkentése, akkor ez célszerűen lebegtető hőkicserélőkben történik, melyeknek egy szuszpenzió zónájuk, például egy Venturi keverőjük, és adott esetben egy ciklon formájú leválasztó zónájuk van. A fluid reaktor üzemeltetéséhez a saját véggázait is felhasználhatjuk, 35 célszerűen egy elektro szűrőben végrehajtott portalanítás után. A bontó reaktor vagy a forgó csőreaktor gázainak alkalmas visszavezetése útján lehetőség van a csak egy termékgáz-áramos üzemmódra.

A fluid reaktor közvetett hevítése célszerűen a reaktorba 40 befüggesztett fűtőfelületekkel történik, melyeket folyékony hőhordozókkal, mint sóolvadékokkal vagy olajokkal áramoltatunk át. Különösen előnyösek a hőátadó lemezekkel ellátott (lamellás) csőfalak. Klasszikus fluid réteg alkalmazása esetén ajánlatos a csőfalakat oly módon beépíteni, hogy 45 a csövek horizontális futása cirkuláló fluid réteg alkalmazásánál a csökkentett erózió érdekében vertikális csőfutást eredményezzen. A hőhordozó, a fluidizáló gáz, adott esetben a szekunder gáz, valamint az alumínium-klorid-hidrát hozzávezetését, és adott esetben ennek recirkulációs arányát oly 50 módon hangoljuk össze, hogy — a találmány előnyös kiviteli módjánál — a fluid ágy hőmérséklete 200 C° és 400 C° között legyen.

A véggázokat, amelyeknek hőmérséklete a találmány előnyös, 200—400 C°-os fluid ágy hőmérsékletű kiviteli módjá- 55 nál közel ezzel azonos, a magukkal vitt por leválasztására közvetlenül egy elektro szűrőbe vihetjük be.

A fluid anyag tartózkodási idejét célszerűen akkorára választjuk, hogy a klorid mintegy 70—95%-a elbomolják.

A klórhidrogén legalább túlnyomó részének lehasítására 60 szolgáló reaktorból folyamatosan elvezetünk egy fluid anyag áramot, amelyet a forgó csökemencébe viszünk be. Itt a részecskék felhevülnek, és a maradék klorid elbomlik klórhidrogén leadása mellett. A forgó csőkemencét önmagában ismert módon üzemeltethetjük, és fütőgáz és/vagy fűtőolaj 65 alkalmazásával közvetlenül hevítjük. A hőmérsékleteloszlást oly módon állítjuk be, hogy a forró zónában 750—1100 C° közötti hőmérséklet uralkodjék.

Elegendően hosszú tartózkodási idő után a most már készre kalcinált alumínium-oxid egy forgó csőbe kerül, amelyben oxigéntartalmú gázok alkalmazásával lehűtjük. Hűtéssel mintegy 100 C°-os alumínium-oxid véghőmérséklet érhető el.

A találmányt az ábrák és a kiviteli példák segítségével mutatjuk be közelebbről.

Az 1. ábra a találmány szerinti eljárás folyamatábráját mutatja expandált állapotú fluid réteg, míg a 2. ábra klasszikus állapotú fluid réteg alkalmazásával az alumínium-klorid-hexahidrát túlnyomó részének hasítását végző zónában.

Az 1. ábrán az alumínium-klorid-hidrátot az 1 betöltő berendezésen és a 2 adagoló szalagmérlegen át egy 3 Venturi keverőbe visszük be, melyhez a 4 csövön keresztül az 5 forgó csőkemence véggázait vezetjük. A képződött gáz/szilárd anyag szuszpenzió a 6 vezetéken át a 7 ciklon leválasztóba kerül, ahol egy a 8 vezetéken elvezetett gáz áramra és egy a 9 vezetéken elvezetett szilárd anyag áramra választjuk szét.

A friss alumínium-klorid-hidrát egy részáramát választható módon a 10 vezetéken át közvetlenül bevezethetjük a 11 fluid reaktorba.

A 9 vezeték szilárd anyaga a 11 fluid reaktorba kerül, melyet cirkuláló fluid réteggel, a 12 leválasztóval és a 13 visszavezetéssel valósítunk meg. A 11 reaktor 14 hevítő felületeit a 15 zárt hőhordozó körfolyamaton keresztül a 16 hevítő berendezéssel hevítjük. Fluidizáló gázként választható módon vagy a 16 hevítő berendezésben előhevitett, és a vezetéken elvezetett gázok, vagy a 18 és/vagy 19 vezetéken a 20 és/vagy 8 véggázvezetékből visszavezetett gázok szolgálnak. Adott esetben szekunder gázként a 18/20 vezetékből a 21 vezetéken át elágaztatott véggázt alkalmazhatjuk. A 11 fluid reaktor véggáza a 22 vezetéken át egy 23 elektro szűrőbe, és végül a 24 szélfúvóval ellátott, és a klórhidrogén abszorpciójára szolgáló (az ábrán fel nem tüntetett) berendezésbe vezető 20 véggáz vezetékbe kerül. A 23 elektro szűrőben leválasztott port a 32 és a 9 vezetékeken át visszavezetjük a 11 fluid reaktorba.

A 11 fluid reaktorból egy részlegesen hasított aluminium-klorid részáramot vezetünk a 12 ciklonon és a 25 vezetéken át az 5 forgó csőkemencébe. Az 5 forgó csőkemencét a 26 vezetéken hozzávezetett oxigéntartalmú gázokkal és a 27 vezetéken át bejuttatott, leginkább fűtőolajból és/vagy fűtőgázból álló fűtőanyaggal hevítjük.

Az itt uralkodó üzemi körülmények folytán elegendően hosszú tartózkodási idő után az 5 forgó csőkemencéből kivett, és készre kalcinált alumínium-oxid a 28 vezetéken át a 29 forgó hűtőbe jut, melyet a 30 vezetéken át bevezetett oxigéntartalmú gázzal áramoltatunk át. A lehűlés megtörténte után az alumínium-oxid a 31 vezetéken át hagyja el a 29 forgó hűtőt.

A találmány szerinti eljárás 2. ábrán bemutatott kiviteli formája az 1. ábrán bemutatottól lényegében abban tér el, hogy itt a 11 fluid reaktort klasszikusan üzemeltetjük. Ennek következtében itt nincs szükség a fluid reaktorból a cirkuláló fluid réteg által kihordott szilárd anyag leválasztására szolgáló leválasztóra és a 11 fluid reaktorba menő visszavezető csőre. A szilárd anyag a 11 fluid reaktorban eltöltött elegendően hosszú tartózkodási idő után a 25 vezetéken át az 5 forgó csőkemencébe kerül.

Egyébként a 11 fluid reaktort itt is választható módon vagy a 16 hevítő berendezésben felhevített gázokkal, vagy a és/vagy 19 vezetékeken át a 20 és/vagy 8 véggázvezetékek bői visszavezetett gázokkal fluidizálhatjuk. A további szilárd anyag és gáz áramok az 1. ábrán szereplőkkel megegyeznek.

1. példa (A példában az 1. ábrára hivatkozunk.)

Az 1 betöltő berendezésen és a 2 adagoló szalagmérlegen át óránként 1361, mintegy 15% felületi nedvességű és dp_so=150gm közepes szemcseméretű alumínium-klorid-hexahidrátot (A1C1₃ · 6H₂O) viszünk be. A bevitt mennyiség 50%-át a 10 vezetéken át közvetlenül a 11 fluid reaktorba juttatjuk. A bevitt mennyiség másik 50%-a a 3 Venturi keverőbe kerül, amelyet a 4 vezetéken át a forgó csőkemence 850 C° hőmérsékletű véggázai járnak át. A véggázmennyiség 28 700 Nm³/óra. A 3 Venturi keverőben képződött szuszpenzió a 6 vezetéken át a 7 ciklon leválasztóba jut, melyben elválasztjuk a szilárd anyagot a gáztól. A gáz, melynek hőmérséklete 150 C°,ésami 13,4 térfogatszázalék klórhidrogéntartalommal 39 200 Nm³/óra mennyiségben keletkezik, a szélfúvó beiktatásával a 8 vezetékbe, és onnan fluidizáló gázként a 19 vezetéken át a 11 fluid reaktorba kerül. A 7 ciklon leválasztóban levált, szintén 150 C’-os hőmérsékletű szilárd anyagot (58 t/óra) a 9 vezetéken át a 11 fluid reaktorba vezetjük.

A 11 fluid reaktor hevítése alkáliklorid keverék ömledékével történik a 15 körfolyamaton át 460C°-os belépő és 400 C’ -os kilépő hőmérséklettel. Az ömledék felhevítéséhez 8100kg/óra mennyiségű nehéz fűtőolajat (H = 9500 kcal/ kg) égetünk el a 16 hevítő berendezésben. A választott üzemi körülmények között a 6,5 m átmérőjű és 20 m belső magasságú 11 fluid reaktorban 250C°-os hőmérséklet áll be. A fluidizáló gáz sebesség 2,5 m/sec. A 12 ciklonon és a 13 vezetéken át történő alkalmas szilárd anyag visszavezetéssel 3 órás tartózkodási időt érünk el. A közepes szuszpenzió sűrűség 150 kg/m³, a nyomásveszteség 3000 mm vízoszlop. Az előzőekben megadott körülmények között az alumíniumklorid mintegy 90%-a lehasad.

A 25 vezetéken át óránként 341 anyagot vezetünk el, és juttatunk az 5 forgó csőkemencébe. Az 5 forgó csőkemencét 1625kg/óra nehéz fűtőolajjal (H_u=9500 kcal/kg) és 20 700 Nm³/óra, a 29 forgó cső hűtőben előhevített levegővel üzemeltetjük. A legnagyobb hőmérsékletű térben 900 C’os hőmérsékletet érünk el.

Elegendően hosszú tartózkodási idő után az óránként 25 tonnát kitevő mennyiségű kalcinátum a 29 forgó cső hűtőbe jut, és ott 150 C°-ra hűl le.

A 7 ciklon leválasztó véggázának a 11 fluid reaktorba történő kvantitatív visszavezetése folytán 130 000 Nm³/óra mennyiségű, 27,8 térfogatszázalék klórhidrogéntartalmú gáz áram áll elő. Ezt a 250 C° hőmérsékletű gázáramot a 22 vezetéken át a 23 elektro szűrőbe vezetjük, ott portalanítjuk, és végül a 20 vezetéken, és a 24 szélfúvón át az abszorpciós berendezésbe vezetjük. (Ez utóbbi az ábrán nem szerepel.)

2. példa (A példában a 2. ábrára hivatkozunk.)

Az 1 betöltő berendezésen és a 2 adagoló szalagmérlegen át óránként 1361, mintegy 15% felületi nedvességű és dp_5O=150pm közepes szemcseméretű alumínium-klorid-hexahidrátot (A1C1₃ · 6H₂O) adagolunk be.

Az aluminium-klorid legalább túlnyomó részének hasítására szolgáló berendezés két azonos részből áll, melyeknek 11 fluid reaktoraiba a beadagolt mennyiség 25—25%-át viszszük be. A beadagolt alumínium-klorid-hexahidrát mennyiség másik 50%-a egy 3 Venturi keverőbe jut, melyben azt az 5 forgó csőkemence 850 C°-os hőmérsékletű, 28 700 Nm³/ óra mennyiségű véggázaival szuszpendáljuk, és a 6 vezetéken át visszük tovább. A 7 ciklon leválasztóban a szilárd anyagot és a gázt elválasztjuk. A 150C°-os hőmérsékletű és 39 200 Nm³/óra mennyiségű, 13,4 térfogatszázalék klórhidrogéntartalmú gázt a 8 vezetéken át az abszorpciós berendezésbe vezetjük. (Ez az ábrán nem szerepel.)

A 7 ciklon leválasztóban leválasztott szilárd anyag a 9 vezetéken át a 11 fluid reaktorokba kerül, melyeknek az alsó részen 9,6 m az átmérőjük és 24 m a magasságuk. Az 58 tonnás ossz áramot ehhez két 29 tonnás részáramra osztjuk el.

A 11 fluid reaktorokat a 20 vezetéken visszavezetett véggázokkal fluidizáljuk. A fluidizáló gáz mennyisége reaktoronként 11 200Nm³/óra. A hevítés a 15 körfolyamatban vezetett alkáliklorid keverék ömledékkel történik, amelyet 460 C°-os hőmérséklettel vezetünk be a reaktorokba, és 400 C°-os hőmérséklettel vezetünk el belőlük. A 460 C°-ra történő ismételt felhevítés a 16 hevítő berendezésben történik 8100 kg/óra mennyiségű nehéz fűtőolaj elégetésével.

A megválasztott üzemi körülmények között a 11 fluid reaktorokban 250 C°-os hőmérséklet alakul ki. A szilárd anyaggal töltött térben a szuszpenzió sűrűsége 500 kg/m³, a nyomásveszteség 4500 mm vízoszlopnyi és a fluidizáló gáz sebessége 0,5 m/sec. A 11 fluid reaktorokból kikerülő 114 100 Nm³/óra mennyiségű 250 C° hőmérsékletű véggáz a 23 elektro szűrőbejut, ott megszabadítjuk a portól és a 20 vezetéken át elvezetjük. 91 700 Nm³/óra mennyiségű, 37 térfogatszázalék klórhidrogéntartalmú véggáz kerül az (ábrán nem szereplő) abszorpciós berendezésbe.

A fluid reaktorokból egyenként 17 t/óra (összesen 341/ óra) mennyiségű szilárd anyagot vezetünk az 5 forgó csőkemencébe. Az 5 forgó csőkemencét 1625 kg/óra mennyiségű nehéz fűtőolaj 20 700 Nm³/óra mennyiségű, a 29 forgó cső hűtőben előhevített levegőben történő elégetésével hevítjük. A legmelegebb zónában a hőmérséklet 900 C° körüli.

Elegendően hosszú tartózkodási idő után a készre kalcinált alumínium-oxid a 28 vezetéken át a 29 forgó cső hűtőbe kerül, és ott 150 C°-ra hűl le. A termelt alumínium-oxid mennyisége 25 t/óra.

Claims (3)

1. Szabadalmi igénypontok

   1. Eljárás alumínium-klorid-hexahidrát aluminiumoxiddá történő hőbontására, ahol az alumínium-klorid-hexahidrát legalább túlnyomó részét fluid állapotban, a hőbontási energia fütőfelületek (14) útján történő hozzávezetésével bontjuk, azzal jellemezve, hogy az alumínium-klorid-hexahidrát maradékot közvetlen fűtésű forgó csőkemencében bontjuk, és a képződött aluminium-oxidot forgó csőben, oxigéntartalmú gázok egyidejű előhevítése mellett lehűtjük.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a közvetetten hevített fluid réteg (11) üzemeltetéséhez a forgó csőkemence (5) véggázait alkalmazzuk.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a forgó csőkemence (5) véggázainak hőmérsékletét friss alumínium-klorid-hidráttal történő közvetlen érintkeztetéssel csökkentjük.

   2 rajz (2 ábrával)

   A Kiadásért felel a Közgazdasági és Jogi Könyvkiadó igazgatója

   84.5131.66-4 Alföldi Nyomda, Debrecen — Felelős vezető: Benkő István igazgató

   Nemzetközi osztályozás: C 01 F 7/30