186763. lajstromszámú szabadalom • Eljárás klórozási reakciók hőmérsékletének gyors szabályozására
1 186.763 2 A találmány tárgya eljárás klórral végbemenő klórozási reakciók hőmérsékletének gyors szabályozására foszgén, vagy finom eloszlású fémek adagolásával. fémoxidok, fémoxidokat tartalmazó anyagok klórozásánál. Az iparban számos klórozási reakciót, pl. vízmentes fémkloridok előállítása stb. végeznek klórral történő klórozással. Számos esetben, pl. oxidok klór ozása stb. esetén szükséges oxigént felvevő gáz elegyítése, azaz redukáló atmoszféra létrehozása is. Erre a célra általában szénmonoxidot elegyítenek a klórhoz. A klórt általában feleslegben alkalmazzák a nyersanyag minél teljesebb kihasználása céljából és a maradék klór recirkuláltatható. A 1229.056. sz. NSZK (Auslegeschrift) szabadalmi leírásban a timföld klórozását foszgénnel végzik. A klórozási reakciók általában igen exotermek, így kézbentartásuk ipari méretekben nehéz. A hőmérséklet növekedése a reakció közegben növeli a klórozási reakció sebességét, ezáltal még több hő termelődik, amely tovább növeli a hőmérsékletet és így tovább, végeredményben tehát a reaktor hőmérséklet megszaladhat, ha annak gyors és hatékony csökkentéséről nem gondoskodunk. Ez történhet pl. a klóráram hígításával indifferens gáz segítségével, vagy a klór áramlásának csökkentésével, esetleg megszüntetésével. Ez az intézkedés azonban általában lassúbb hatású és minden esetben a reakció sebességének lassulását, tehát a reaktor kapacitásának időleges csökkenését is maga után vonja. A klórgáz hígítása, áramának csökkentése, vagy megszűntetése ezenfelül számos esetben még más hátránnyal is járhat, pl. ez az intézkedés a keletkező gázalakú termék parciális nyomását is megváltoztathatja a reakciótérből távozó gázelegyben és így megzavarhatja kondenzációját, vagy fluidizált, esetleg lazított rétegben végezve a klórozást, megváltozhatnak a fluidizált vagy lazított réteg jellemzői is, pl. rétegkiterjedés, szabad térfogat stb. A klórozási reakciók során, különösen a kevésbé exoterm hőszínezetű reakciók esetében üzem közben is előfordulhat, hogy a reaktor üzemi hőmérsékletre való visszamelegítéséről kell gondoskodni. Ezt általában a betáplált gáz, vagy szilárd anyag hőmérsékletének növelésével érjük el, a hatás azonban a kívántnál lassúbb, és az előbb vázolt hátrányokkal is járhat. A találmány célja olyan eljárás kidolgozása, mely a klórozási reakciók hőmérsékletének gyors szabályozására alkalmas, a lehetőség szerint nem vezetünk be más anyagot, mint ami a reakcióhoz szükséges és nem változtatjuk meg a reakciótérben fennálló állapotokat kedvezőtlen irányban. A találmány szerinti eljárás kidolgozása azon a felismerésen alapszik, hogy a klórgázba foszgént vezetve a reakció hőmérséklete meglepő módon csökkenthető annak ellenére, hogy a foszgénnel a klórozási reakció sebessége azonos hőmérsékleten általában nagyobb, mint klórgázzal, és különösen redukáló atmoszféra esetében a reakció egyéb jellemzői nem változnak meg, így a reakció során keletkező termék mennyisége nem csökken, sőt esetleg még növekszik is. További felismerésünk, hogy a klórozási reakció hőmérséklete igen gyorsan felemelhető, finom eloszlású fémek (por, reszelék stb.) adagolásával és ezzel együtt jár a keletkező termék mennyiségének növekedése is. A találmány szerinti eljárás lényege tehát, hogy a klórozási reakció hőmérsádetét foszgén, vagy finom eloszlású fém adagolásával szabályozzuk. A gyors szabályozást a foszgén bomlásának erősen endoterm jellege teszi lehetővé. A találmány szerinti eljárás egy kiviteli módja szerint a foszgént a reakdótérbe-lépés előtt adagoljuk a Klórhoz. A találmány szerinti eljárás egy előnyös kiviteli módja szerint a foszgént a reakdótérbe és/vagy a reakciótérnek a szilárd anyagok elvételi pontjához közel jső pontjába adagoljuk. A fenti kiviteli módok variálásával kvázi-izoterm reakciókörülményeket is megvalósíthatunk. A találmány szerinti eljárás alkalmazását példákon világítjuk meg. 1. példa A Klórozó reaktorban vas-kloridot állítunk elő. A reaktorban 10 mól vas-oxid töltet van. Óránként 1 mól vasoxidot, 3 mól klórt, 3 mól szén-mon oxidot adagolunk be & 2 mól vas-klorid termék távozik 600 °C hőmérsékleten. A reaktor hőmérsékletét 600 °C— -900,°C között tartjuk. Az eredetileg egyensúlyban lévő reaktor hőegyensúlya valamilyen üzemzavar (fűtés, beadagolás, nyersanyag minőség stb. változás) miatt rövid időn belül úgy változik,hogy 20 kJ hőfelesleg keletkezik, ami a reaktor hőmérsékletét számottevően megemeli. A klór és szénmonoxid adagolás helyett azzal stöchiometriailag ekvivalens rnenynyiségű foszgént adagolva 3,5-4 perc alatt áll helyre a reaktor hőegyensúlya. Hagyományos módon, különleges adagolórendszer kiépítésével az összes bemenő anyagot (vas-oxid, klór, szén-monoxid) a technológiának megfelelő beadagolási hőmérsékletnél 100 °C-al alacsonyabb hőmérsékleten beadagolva 35 perc alatt áll helyre a reaktorban a hőegyensúly. A bemenő anyagokat 400 °C-al alacsonyabb hőmérsékleten (azaz nagyjából szobahőmérsékleten) beadagolva is 9—10 perc kell a hőegyensúly helyreállításához. Mindkét beavatkozás költséges berendezést igényel és a beavatkozás után gyorsan és adott időpontban keli visszaállítani az eredeti beadagolási hőmérsékletet, mert ellenkező esetben fennáll a reaktor lehűlésének („befagyásának”) veszélye. A találmány szerinti eljárással tehát a hőegyensúly egyharmad-tizedannyi idő alatt állítható helyre , mint az ismert módszerekkel. Amennyiben ugyanez a reaktor valamilyen üzemzavar következtében 50 °C-al lehűl, az 1 mól/li vasoxid beadagolás helyett 2 mól/h mennyiségű finom elosz’ású vaspor adagolásával, 02 percenként 1 °C-al emelhető a reaktor hőmérséklete, hagyományos módon, különleges adagoló rendszenei a bemenő anyagok hőmérsékletének 100 °C-os emelésével 2 perc alatt lehet a reaktor hőfokát 1 “C-al emelni. A találmány szerinti módon eljárva tehát tízszer olyan gyors hőfoknövelést tudunk elérni, 2. példa A klórozó reaktorban az előző példában leírtakhoz hasonló körülmények között óránként 2 mól alumínium-kloridot állítunk elő. A reaktor töltete 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
