184802. lajstromszámú szabadalom • Eljárás hidrogén-fluorid előállítására
184 802 2 A találmány hidrogénfluorid előállítására alkalmas eljárásra vonatkozik. A találmány tárgya közelebbről megjelölve eljárás hidrogénfluorid előállítására fluortartalmú anyagoknak expandált örvényrétegben való pirohidrolitikus kezelése és a távozó gázok ezt követő hűtése útján. Ismeretes, hogy fluortartalmú anyagokból emelt hőmérsékleten, vízgőz jelenlétében hidrogénfluorid hasad le (pirohidrolízis), amely azután kondenzálással vagy mosással töményíthető. Hidrogénfluorid pirohidrolitikus lehasítása különösen az alumíníumelektrolízis során különböző helyeken keletkező hulladékanyagok feldolgozásánál vált jelentőssé. Az olvadék-elektrolízisnél, amelyet szokásos módon kriolittal vagy hasonló fluortartalmú folyósító szerekkel végeznek, például fluortartalmú kádalkotók jutnak az elektrolizáló kád bélésébe. Az időről időre megújításra szoruló kádbélésnél azután a régi bélésanyag bontott kemencefalként keletkezik, amely a cella üzemelési módjától és az üzemelés időtartamától függően 10—15 súly% fluort tartalmazhat. Hasonló a helyzet az olvadékelektrolízisnél kapott távozó gázok hidrogénfluoridtól való megszabadításánál is, amely száraz gázmosással történik. Aluminiumoxid szorpciós szerként való alkalmazásánál — e mosás végrehajtásától függően — hidrogénfluoriddal telített kemiszorpciós szer keletkezik, amely más — a távozó gázokban lévő — szennyezések, így szén, kén, vas, szilícium, foszfor és/vagy vanádium miatt nem vihetők be az olvadékelektrolízisbe, hanem fel kell dolgozni. Ilyen jellegű hulladékanyagok feldolgozására alkalmas eljárásként a pirohidrolízis bizonyult megfelelőnek (ahogy a 23 46 537 és 24 03 282 számú NSZK-beli nyilvánosságrahozatali iratban le van írva), amely további értékes anyagok, így alumínium vagy alkálifémek visszanyerésével is összekapcsolható (4,113.832 számú amerikai szabadalmi leírás). Az utoljára említett eljárásnál a pirohidrolitikus kezelés körülbelül 1100 °C és 1350 °C közötti hőmérséklettartományban, expandált örvényrétegben, elegendő mennyiségű vízgőzmennyiség jelenlétében történik. A távozó gázból az alkálifémfluoridot és a hidrogénfluoridot elkülönítik. A pirohidrolitikus kezelés szilárd maradékát alkalikusan kilúgozzák avégett, hogy alumíniumoxidhidrátot kapjanak. Az alkálifluorid és a hidrogénfluorid eltávolítása előtt a gázt víz bepermetezésével, hideg gázzal való kezeléssel vagy közvetett hűtéssel lehűtik. Hátrányos ennél az eljárásnál az, hogy a víz bepermetezése útján való hűtésnél a távozó gáz érzékelhető hőjét hasznosítás nélkül elvezetik, és emellett a gázmennyiség jelentősen megnövekszik. Hasonló érvényes hideg gáz hozzákeverésével történő hűtésnél is, mimellett az amúgyis kis százalékos gáz hidrogénfluorid tartalmának nem kívánt hígulása megy végbe. A javasolt közvetett hűtés, bár elkerülhetők ezek a hátrányok, nehezen tartható kézben a korróziós és eróziós problémák miatt, továbbá a hűtőfelületen való porlerakódás következtében előálló viszonylag kedvezőtlen hőátvitel nagy szerkezetbeli ráfordítást (tisztítást), illetve nagy hőcserélő felületet igényel. Feladatunk olyan eljárás kidolgozása volt, amelynek a segítségével az ismert, különösen az előzőekben említett eljárások hátrányai kiküszöbölhetők, a távozó gázok hőtartalma ésszerű hasznosítása válik lehetővé és mégsem kíván nagy szerkezetbeli ráfordítást. 1 A feladatot azzal oldottuk meg, hogy a bevezetőben említett eljárást a találmánynak megfelelően úgy alakítottuk, hogy a távozó gázok hűtését elkülönített körfolyamatban vezetett szilárd anyagok közvetlen bevitele útján végezzük, amelyeket azután hűtőben visszahűtünk az érzékelhető hő hasznosítása közben. A találmány szerinti eljárás alkalmazható az alumínium-elektrolízisnél keletkező hulladékanyagok feldolgozására, de folypát (CaF2), illetve más fluortartalmú szervetlen anyagok is alkalmazhatók. Döntő fontosságú csupán az, hogy a hidrogénfluorid pirohidrolitikus úton lehasítható legyen. A felhasznált fluortartalmú anyag minőségétől függően, a szükséges reakcióhőmérsékletek elérése céljából,, amelyek szokásosan körülbelül 1000 °C és 1400 °C között vannak, fűtőanyag bevitelére van szükség. Erre a célra folyékony, gázalakú vagy szilárd fűtőanyagok egyaránt számításba jönnek,amelyeket közvetlenül az expandált örvényrétegbe viszünk be. Amennyiben a bevitt fluortartalmú anyagnak elég nagy a széntartalma — amely általában a bontott kemencefal esetében fennáll — a külön fűtőanyagbevitel nélkülözhető. A távozó gáz legcélszerűbb és egyben legegyszerűbb hűtését legegyszerűbben legalább egy lebegtető hűtőben végezzük, miközben a távozó gázt és a visszahűtött szilárd anyagot egyesítjük. A szilárd anyag visszahűtését előnyösen egy örvényréteges hűtőben végezzük, amely többlépcsős kiképzésű lehet. Ennek az üzemelése és kialakítása messzemenően a bevitt fluortartalmú anyaghoz igazodik. Amennyiben ennek az éghető fűtőanyagtartalma elég nagy ahhoz, hogy az expandált örvényrétegben szükséges hőmérsékleti körülményeket biztosítani tudjuk, a szilárd anyag visszahűtését, amely az érzékelhető hő hasznosítása közben történik, például vízgőz előállítása mellett végezzük. A közben képződő forró távozó gázt célszerűen az örvényrétegű reaktorba visszavezetjük. Amennyiben elkülönített fűtőanyagbevitel elengedhetetlen vagy a pirohidrolitikus eljárás éppen azután önmagától megy, előnyös, ha a szilárd anyagot egy örvényréteges hűtőben több egymás után kapcsolt hűtőkamrán való átvezetéssel, az örvényréteges reaktorba különösen fluidizáló gázként bevezetésre kerülő, oxigéntartalmú gáz felmelegítése közben visszahűtjük. Mindkét kialakításnál az örvényréteges hűtő után egy hideg vízzel üzemeltetett hűtőkamrát kapcsolhatunk, amely a szilárd anyagtól további hőt von el. Ez az örvényréteges hűtővel egy építészeti egységet alkothat vagy külön üzemeltethető. Az utóbbi esetben a hűtőkamrából távozó gázok más célokra is alkalmazhatók. Az expandált örvényrétegnek a találmány szerinti eljárásnál alkalmazott elve önmagában ismert és azzal tűnik ki, hogy — a „klasszikus” örvényrétegtől eltérően, amelynél egy sűrű fázist jól észlelhető sűrűségugrás választ el a felette lévő gáztértől — meghatározott határréteg nélküli eloszlási állapotok léteznek. A sűrű fázis és a felette lévő portér között nincs sűrűségugrás, ehelyett a reaktoron belül a szilárdanyag-koncentráció alulról felfelé csökken. Különösen előnyös az, ha az égési folyamathoz szükséges oxigéntartalmú gázt két részáramban vezetjük be az örvényrétegbe különböző magasságokban és a távozó gázzal kihordott szilárd anyagokat a távozó gáztól történő elválasztás után az örvényréteg alsóbb tartományába visszavezetjük. Ilyen munkamóddal egyrészt egy kismér -5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
