190613. lajstromszámú szabadalom • Eljárás alumíniummá elektrolizálható alumínium-klorid előállítására
190613 legyen, miközben a maradék klorid mennyiségét a lehető legnagyobb értéken tartjuk, azaz az y érték megközelítse vagy meghaladja a 0,05-ös értéket az (i) egyenletben. Tehát, az egyszer kristályosított ACH-t forgódobos kemencében, fluid-ágyon vagy pillanatszerűen kalcináló kemencében olyan hőmérsékleten dehidratáljuk, hogy a maradék hidrogén-tartalom elfogadható értékre csökkenjen, ugyanakkor megmaradjon a lehető legmagasabb maradék kloridszint, hogy a soron következő klórozáshoz megfelelő aktív terméket álh'tsunk elő. A csekély maradék-hidrogén-tartalmat az teszi szükségessé, hogy minimális legyen a klórveszteség a klórozási műveletben, azaz: H (maradék)+0,5 Cl2-------HC1 A hidrogén és a klór tömegarányából kiszámíthatjuk, hogy minden 1 kg reakcióba lépő maradék hidrogén 35 kg klórt fogyaszt és azzal sósavvá alakul. Ennek megfelelően a kalcinált termékben levő hidrogén mennyisége kritikus az eljárás gazdasági életképessége szempontjából. Az az elvárás pedig, hogy nagy legyen a termék maradék kloridtartalma, a klór-felhasználás csökkenését célozza. A két tényező együttesen a klórnak elektrolizáló kádról való hatékony visszanyerését szolgálja. Az ACH dehidratálási műveletében tehát a víz és a HC1 jelentős részét eltávolítjuk az ACH-ból és előállítunk egy bázikus alumíniumklorid vegyületet (timföld és hidratált alumínium-klorid keverékét), amint azt az (i) egyenlet is ismerteti. A sósavat visszavezetjük a legelső feltárási művelethez. A 4 264 569. számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi bejelentésben leírják az ACH alacsony, 200 °C- 450 °C közötti hőmérsékleten végbemenő termikus bomlását. Azonban vizsgálataink során felismertük, hogy a kalcinált ACH íjiaradék hidrogén tartalma nem csökken 0,45 tömeg% alá, addig, amíg a kalcinálási hőmérséklet meg nem haladja a 600 °C-t. A 450 °C alatti hőmérséklettartományban az ACH maradék hidrogén tartalma 0,46 tömeg% és 2,0 tömeg% között van. A kalcinált ACH maradék hidrogén tartalma tehát a kalcinálási hőmérséklet függvénye. így soron következő klórozásra alkalmas kiinduló anyag előállítása érdekében célszerű az ACH kalcinálási hőmérsékletét 450 °C vagy 600 °C felett megválasztani. Habár a maradék kloridtartalom a kalcinálási hőmérséklet emelkedésével csökken, a várakozásnak megfelelően vizsgálataink során azt tapasztaltuk, hogy a 450 °C és 750 °C közötti hőmérséklet-tartományban csak fokozatos, míg 750 °C felett, de különösen a 800 °C és 1000 °C közötti hőmérséklet-tartományban rohamos a maradék kloridtartalom csökkenése. A maradék klorid és a maradék hidrogén mólarányának kiszámításával felismertük azt, hogy a kalcinálás optimális hőmérséklettartománya 500 °C és 800 °C között, ezen belül 600 °C és 750 °C között, pontosítva 650 °C és 750 °C között van, ahol a Cl—H mólarány megközelíti az 1 -et. Ennek megfelelően a 4 264 569. számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi bejelentés szerinti eljárás javíthat a jelen találmányban leírt hőmérséklet-tartományban végzett kalcinálással, azaz az így kapott terméket klórozva, optimális klórfelhasználás érhető el. A kristályos ACH terméket beadagolhatjuk több tűztem kalcináló kemencébe is, mely esetben az anyag a felfelé áramló gázokkal ellentétes irányban halad a kemencében. A kristályos alumínium-kloridot a kemence felső tűzterébe adagoljuk, ahonnan lassan lefelé ereszkedik a többi tűztéren keresztül, miközben egyidejűleg szárad és elbomlik. Üzemelés közben a központi tengely lassan foog, miközben az egyes tűzterekben levő anyagot a kiadópont irányába tereli. A kemencékből kilépő timföldé! hűtjük és végtermék tároló tartályokba szállítjuk. Egy másik megoldás szerint az ACH kristályokat kétfokozatú bontó-kaicináló berendezésben hevítjük. A bontó közvetett tüzelésű, fluid-ágyas reaktor, amely 200 °C és 400 °C között üzemel. A közvetett tüzelésű bontó füstgázait hűtjük, tisztítjuk és sav visszanyeréshez vezetjük. A hűtött gáznak körülbelül 25 téfogat%-át egy ventilator segítségével visszavezetjük a bontóba, amely fluidizálja az ACH-ágyat. A kalcináló berendezés közvetlen tüzelésű, fluid-ágyas reaktor vagy több tűzterű pörkölő kemence lehet, amelyet 450 °C és Î0G0 °C között üzemeltetünk. Az ACH 90 tömeg%-a a bontóban bomlik el, a maradék a kalcináló berendezésben. Mindkét egység füstgázaiból a savat visszanyerjük. Hannadik megoldásként az ACH-ot közvetett tüzelésű, pillanatszerűen kalcináló vagy fogódobos kemencében is kalcinálhatjuk. Az ACH elbontásának célja a timföld előállítása. A műveletek során a timföld hűtését, valamint a hatékony HC1 gáz kezelést és hasznosítást is meg kell oldani. , A jelen találmány szerint az ACH termikus elbontását kö -etően a terméketredukáló körülmények között klórozzuk a kívánt vízmentes alumínium-klorid előállítása érdekében, a következő általános egyenlet szerint: C Al>03(1_y)Cl6y.xH20+vagy+(3-fx-3y)Cl2 * 2A1C13 + CO (ü) CO +2xHCl+vagy C02 A fenti redukálószer (C vagy CO), az oxigén (Oj(i_y), xO) és a szén-oxidok (CO, C02) egyensúlya a hőmérséklet függvénye, így ennek megfelelően nincsenek egyensúlyban. Azonban a fenti egyenletből láthatjuk, hogy a kalcinált ACH redukáló klórozásához szükséges teljes klórmennyiség a maradék hidrogén (2x), és a maradék klorid (6y) függvénye is. Tehát amikor az x értéke eléri a nullát, az elektrolizáló kádról visszaviendő klór mennyisége a kalcinált ACH-ban lévő 6y-nyi kloridnak megfelelő mennyiséggel csökkenthető. A redukáló klórozás során keletkezett 26-os számú HCl-t az ismert klór-visszanyerő eljárások (mint amilyen a Kel—Chlor-eljárás is) valamelyikével dolgozzuk fel a klór visszanyerése érdekében. A 27-es számú visszanyert klórt az elektrolizáló kádról elvezetett 31-es számú klórral egy ütt visszavezetjük a klórozáshoz. A dehidratált és részben kalcinált 23-as számú ACH-ot redukálva klórozzuk a 24-es számú reaktorban, ahol klórozó közegként klórgázt használunk egy vagy több redukálószer jelenlétében. 5 10 15 25 30 .35 40 45 50 55 60 7
