177673. lajstromszámú szabadalom • Eljárás vízmentes aluminiumklorid előállítására alumoniumoxid vagy aluminiumoxid-tartalmú anyagok reduktív klórozásával
3 177673 4 (2) Szénmonoxid/klór gázeleggyeí végzett reakció: A1203 ! 3 CO ; 3 Cl2 -v2 AICI3+3 C02 (3) Foszgénnel végzett reakció: Al203+3 COCl2 -►2 AlCl3+3 C02 (4) Széntetrakloriddal végzett reakció : 2 Al203+3 CC14 -►4 AlCl3+3 C02. Látható, hogy az alumíniumklorid mellett valamenynyi reakcióban jelentős mennyiségű szén-dioxid is képződik. A képződő szén-dioxid hígítja a reagens gázt vagy gázelegyet, így várható, hogy a hígítás hatására a reakció bizonyos kontaktidő elteltével leáll, vagy sebessége oly mértékben csökken, hogy a gázfázisú reagensek 100%-os konverziója csak üzemi szempontból megengedhetetlenül hosszú kontaktidő alatt érhető el. Valamennyi reduktív klórozási folyamatban részlépésként végbemehet a C02+C -i-2CO és/vagy a 2C0+02 -»-2C02 reakció. A szén-dioxid feldúsulása tehát újabb reaktív komponens megjelenését eredményezheti, amikor az elkülönítési problémák újra fellépnek, más esetekben pedig a tömeghatás törvénye értelmében gátolhatja a főreakciót. Kísérleteink során meglepő módon azt tapasztaltuk, hogy a szén-dioxid feldúsulása a gázfázisban nem állítja le a reduktív klórozási folyamatot, sőt a reduktív klórozási fóliámat szén-dioxid jelenlétében még annál az értéknél is lényegesen nagyobb hozammal és sebességgel megy végbe, mint amit azonos mennyiségű közömbös hígítógáz jelenléte esetén várhatnánk. Állításaink alátámasztására a csatolt ábrán bemutatott görbékre hivatkozunk. Az „a” egyenes az A1203 konverziójának változását mutatja be a gázfázis hígításának függvényében arra az esetre, amikor hígítószerként közömbös gázt alkalmazunk, és a hígított rendszer a Raoult-törvénynek megfelelően viselkedik. Ezt a továbbiakban „elméleti egyenesének nevezzük. A „b” görbe — amit a továbbiakban „várható görbé”-nek nevezünk — a konverzió változását mutatja be a gázfázis hígításának függvényében arra az-esetre, amikor hígítószerként egyensúlyi reakciók révén képződő termékgázt alkalmazunk, tehát várható, hogy bizonyos termékgáz-koncentráció elérése után a reakció leáll, illetve rendkívül lelassul. Végül a „c” görbe — amit a továbbiakban „tapasztalati görbé”-nek nevezünk — a konverzió kísérletileg meghatározott változásait mutatja be a gázfázis hígításának függvényében. A vizsgált esetben reagens gázként foszgént, hígító gázként szén-dioxidot (tehát a reakció során termékként képződő gázt) használtunk fel, és a reakciót 600 °C-on 30 percig végeztük 60 ml/perces gázbevezetési sebesség mellett. A lineáris áramlási sebesség 16 cm/perc volt. Az ábrából megállapítható, hogy a várható görbén az adott foszgénkoncentrációhoz tartozó A1203 konverzió-értékek az elméleti egyenes megfelelő pontjai alatt, a tapasztalati görbén viszont az adott foszgéakoneentrációhoz tartozó AI203 konverzió-értékek minden esetben az elméleti egyenes megfelelő pontjai fölött helyezkednek el, ami azt bizonyítja, hogy szén-dioxid hígítógáz jelenlétében az elméletileg feltételezhető maximális értéknél is minden esetben lényegesen kedvezőbb konverziót érhetünk el. Ez a tapasztalatunk a várakozással ellentétes. Különösen jellegzetes a tapasztalati görbe alsó — tehát kis foszgénkoncentrációhoz és nagy szén-dioxidkoncentrációhoz tartozó — szakasza. 25% foszgént és 75% szén-dioxidot tartalmazó gázelegy alkalmazásakor várható, hogy a reakció lelassulása következtében körülbelül 5—7%-os konverzió érhető el (várható görbe), és 17%-nál nagyobb konverzió még akkor sem léphet fel, ha teljesen közömbös hígítógázt alkalmaznánk (elméleti egyenes). Ezzel szemben a tapasztalati görbén 25%-os foszgénkoncentrációhoz 45%-os konverzió tartozik, ami a várható érték 6—8-szorosa, és a közömbös higítógáz alkalmazásával elméletileg elérhető maximális érték háromszorosa. Ez a felismerésünk lehetőséget nyújt arra, hogy az alumíniumklorid előállítását a gázalakú reagensek 100%-os átalakításával végezzük, és így kiküszöbölhetjük az alumíniumklorid elkülönülésekor és a reagensgáz visszavezetésekor fellépő problémákat. A találmány tehát eljárás vízmentes alumíniumklorid előállítására alumíniumoxid vagy alumíniumoxid-tartalmú anyagok gázfázisú reagensekkel, éspedig szénmonoxid/klór gázeleggyeí, foszgénnel, széntetrakloriddal vagy szén jelenlétében klórral végzett reduktív klórozás útján. Az eljárás jellemzője, hogy a reakcióban a szilárd fázis alumíniumoxid-tartalmára számított sztöchiometrikus mennyiségnél kisebb mennyiségi reagens gázt tártlink. Ha a reagens gázt és a szilárd fázist az említett követelménynek megfelelő arányban, illetve a megfelelő sebességgel hozzuk érintkezésbe egymással, akkor a termékként képződő gázelegyben kiindulási reagens gáz nem jelenik meg. A találmány szerinti eljárást valamennyi ismert típusú reaktorban végrehajthatjuk, és az összes ismert kiindulási anyag-reagensgáz kombinációban felhasználhatjuk.. Kiindulási anyagként tiszta alumíniumoxidot, a természetben található vagy előkezelt alumíniumoxid-tartalmú anyagot, így kalcinált bauxitot, kalcinált agyagásványokat, vízmentesített alumíniumszilikátokat stb. használhatunk. A találmány szerinti eljárás az ismert módszerektől mindössze a szilárd fázis és a reagensgáz egymáshoz viszonyított mennyiségi arányában (illetve a reagensgáz bevezetési sebességében, ami az említett mennyiségi aránnyal szorosan összefügg) tér el, az öszszes egyéb reakciókörülmények (pl. hőmérséklet, nyomás, katalizátor) azonosak lehetnek az ismert módszerekben alkalmazottakkal. A reakciót szakaszos és folyamatos üzemben egyaránt végrehajhatjuk. Folyamatos üzemű eljárás esetén a szilárd fázist és a gázalakú reagenst célszerűen ellenáramban hozzuk érintkezésbe egymással, ekkor a reagensgázban legdúsabb gázfázís a legjobban kimerült (tehát legkevesebb alumíniumoxidot tartalmazó) szilárd fázissal, a szén-dioxidban dús, tehát nagy mértékben hígított gázfázis pedig az alumíniumoxidban legdúsabb szilárd fázissal kerül érintkezésbe. A reagensgáz bevezetési sebességét célszerűen előkísérletekkel határozzuk meg úgy, hogy ismert mennyiségű és összetételű szilárd fázison adott reakciókörülmények (hőmérséklet, nyomás, katalizátor stb.) között vezetjük át a vizsgált reagensgázt, mérjük a kilépő gáz összetételét és ennek függvényében változtatjuk a reagaaígáSi 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
