168355. lajstromszámú szabadalom • Eljárás alumínium-klorid előállítására
7 168355 8 A klórozáshoz használt bármilyen forrásból, így cseppfolyós klórtartályból vételezett klórgázt a 6 vezetéken át 32 elosztócsonkba tápláljuk. A klórozást általában környezeti, vagyis normál nyomáson kivitelezzük, de egészen 0,1 atmoszféráig terjedő negatív nyomás, vagyis vákuum és 10 atmoszféráig terjedő pozitív, vagyis túlnyomás is alkalmazható. Ily módon a klórozási reakció 0,10-10 atmoszféráig terjedő abszolút nyomáson hajtható végre. Míg azonban a kisebb nyomások teljesebb reakcióhoz és nagyobb hatékonysághoz vezetnek, a nagyobb nyomások nagyobb teljesítményt eredményeznek, ami általában ellensúlyozza a hatékonyság-csökkenést. Az előnyöseri alkalmazható nyomástartomány 1—3 atmoszféra abszolút nyomás. Kívánatos, hogy az exoterm klórozási reakció önfenntartó legyen, vagyis a rendszerrel külső hőt ne kelljen közölni, és - főként az anyagkonstrukciós problémák minimumra csökkentése érdekében — a lehetséges legalacsonyabb hőmérsékleten legyen kivitelezhető. A kokszozott timföld hidrogén- és nátriumszennyezéseiből szükségszerűen képződő sósav és nátrium-alumínium4clorid melléktermékek, valamint maga a klórgáz potenciálisan korrozív anyagok, melyek alacsonyabb klórozási hőmérsékleten kevésbé károsak. Az 1 klórozó reaktor olyan megfelelő szerkezeti anyagokból készül, melyek a magasabb - előnyösen exoterm — hőmérsékleti- és (pl. 10 atmoszféra abszohh\nyomásig terjedő) nyomásviszonyoknak, valamint a klór korróziv hatásának, ez utóbbival kapcsolatos reaktor-károsodásnak és reakciótermék-szennyezésnek ellenállnak, ugyanakkor pedig biztosítják a rendszer tömítettségét a nemkívánatos levegővel és nedvességgel szemben. Az itt leírt klórozási eljárásban nyert gáz- vagy gőz alakú alumínium4dorid az 1 klórozó reaktorból távozó fonó, gáz alakú reakciótermékből a 36 vezetéken, ahhoz zárt rendszerben csatlakoztatott szeparáló- és visszanyerő-berendezésen keresztül gazdaságosan kinyerhető. Ezekben a berendezésekben előnyösen megy végbe a — későbbiek során még részletezendő — szelektív kondenzációs folyamat, amely nagy tisztaságú alumínium-kloridot eredményez. A kiindulási anyagként használt, szénnel impregnált porózus timföld-minőség és a reakciókörülmények megfelelő szabályozásával a klórozási reakció könnyűszerrel vezethető úgy, hogy a használt klórnak kb. 10 s%-a fogyjon a jelenlevő hidrogénnek és szénnel történő impregnáláshoz használt szénhidrogénnek a klórozására. Mint a fentiekben leírtuk, a klórozást zárt rendszerben és lényegében nedvesség távollétében hajtjuk végre abból a célból, hogy gazdaságosan elválasztható .alumínium-kloridot és szén-oxidokat tartalmazó gáz alakú reakcióterméket hozzunk létre. A kiindulási anyagokat és a reakciókörülményeket előnyösen úgy választjuk meg, hogy a gáz alakú reakciótermék lényegében vízmentes legyen és a felhasznált klórnak kevesebb mint 10 s%-a, előnyösen kb. 5 s%-a fordítódjék a jelenlevő hidrogénnel, vízzel és egyéb szennyező anyagokkal végbemenő reakcióra. Mint fentebb említettük, a klórozási eljáráshoz szükséges, szénnel impregnált timföld reagens minősége a találmány szerinti eljárás kivitelezése szempontjából nagy fontosságú. A nátriummal szennyezett timföld klórozásából származó komponensek visszatáplálása. 5 A nátriummá szennyezett timföld klórozásánál nyert forró, gáz alakú reakcióterméket előnyösen egy — a klórozási reakció hőmérsékleténél alacsonyabb és az alumínium -klorid adott körülmények közötti kondenzációs hőmrésékleténél magasabb — előre meg-10 szabott hőmérsékletre hűtjük. Ez a hőmérséklet elég alacsony ahhoz, hogy a reakciótermékben jelenlevő kondenzálható komponensek egy szelektív hányada — így a gőzhalmazállapotban jelenlevő nátrium-alumínium-klorid egy része — kondenzálódjon. A kihordott 15 részecskéket vagy komponenseket, valamint az új kondenzálódott komponenseket - így a lehűtött gáz áakú reakciótermékben jelenlevő nátrium-alumíniumklorid kondenzálódott részét ezután elválasztjuk és egy anyagáram alakjában visszatápláljuk a klórozó 20 térbe. Ezután a lehűtött, gáz alakú, maradék reakciótermékből az alumínium-klorid kinyerhető. Abból a célból, hogy az elválasztott, klórozótérbe visszatáplált komponensek jellegét ellenőrizzük, a forró gáz alakú reakciótermékből végzett elválasztás 25 után és a klórozó térbe való visszatáplálás előtt a kondenzátumban jelenlevő nátrium-alumínium-klorid egy részét hevítéssel vagy mosással és szűréssel kinyerjük. A találmány szerinti eljárás klórozási és hűtési 30 viszonyai között a visszatáplált anyagtömeg a klórozó ágy átlagos timföldtartalmának mintegy 10—30 s%-át, előnyösen mintegy 15—25 s%-át teszi ki. Közelebbről, a forró gáz áakú reakciótermék 200-500 °C közötti, előnyösen 250-350 °C közötti, 35 előre megszabott hőmérsékleti értékre hűthető. Ennek a hűtésnek hatására a kokszozott (szénnel impregnált) timföld nátriumszennyezéséből képződött, elpárolgott nátrium-alumínium-klorid kondenzálódik, mégpedig általában kis mennyiségű alu-40 mínium-kloriddal együtt. Ez a nátrium-alumíniumklorid-áumínium-klorid komplex, valamint a kondenzátumban jelenlevő egyéb szennyezések, így szén, timföld, alumíniumoxi-klorid és áumínium-hidroxiklorid képezik a visszatáplált szilárd, ül. cseppfolyós 45 anyagtömeget. A kokszozott (szénnel impregnált) timföldben jelenlevő — Na2 0-ba számított, legföljebb 1,0 s%-ot kitevő — nátriumszennyezés — mely pl. a Bayer-féle timföld előállítási eljárásnál hasznát lúgoldatból ered 50 — és a jelenlevő hidrogén és/vagy nedvesség a klórozási reakcióban a klórrá és timfölddel reagálnak és megfelelő mennyiségű nátrium-áumínium-kloridot (NaAlCU), váamint némi abban oldott áumíniumoxi-kloridot (ALOC1) és áumínium-hidroxi-kloridot 55 (Al/OH/2 Cl) képeznek. Ezek az anyagok úgy látszik szignifikáns szerepet töltenek be. A hűtés után a kihordott részecskékkel együtt szelektíven elválasztott fenti anyagok meglepő módon növelik a rendszer reakcióképességét, ha továbbra is a rendszerben ma-60 radnak, pl. ha az elválasztott anyagokat a klórozóágyba tápiájuk vissza. A fentiekben leírtak szerint szabályozott jellegű és mennyiségű visszatáplát anyag ismeretlen okból javítja a reakcióképességet és az örvényágy fluidizációját. Lehetséges, hogy megaka'65 dáyozza az ágyban az áfa-áumínium-oxid feldúsulá-4
