200727. lajstromszámú szabadalom • Reaktor klórgáz előállitásához.
HU 200727 B rogén-klorid oxidálásával történő klór előállításira, amikoris nem fémes anyagokat, így iveget és kerámiát alkalmaztunk. Kiderült, hogy ezeknek az anyagoknak a katalizátorra nincs káros hatása és kiválónak bizonyultak mind hőállóság, mind korrózióállóság szempontjából- Bár ezek az anyagok önmagokban nagy reaktorok készítéséhez nem kellőképpen erősek, ezért iparilag nehezen alkalmazhatók. Az üvegbélés anyagokkal hasonló gondok vannak, ugyanis hősokkal szemben gyengék, így alkalmazásukkor nagyon kell vigyázni. Találmányunk ezeken a felismeréseken alapszák. A találmány szerinti megoldásban a reaktor katalizátorral érintkező részét nemfémes kerámia anyaggal béleltük ki. A találmány szerinti reaktor katalizátorral érintkező része egy vagy több (I) általános képletű vegyülettel - a képletben M jelentése bór, alumínium, szilícium, titán, cirkónium vagy króm, X jelentése oxigénatom, nitrogénatom vagy szénatom, a értéke 1 vagy 2 egész szám, b értéke 1-3 között egész szám - be van bélelve. A bélésanyagra speciális példaként megnevezheti a kerámia anyagok így az oxidok, mint példáu az alumínium-, a szilícium-, a titán-, vagy a cirkónium-oxidok, a karbidok, így a szilícium-karbid, a titán-karbid, és a cirkónium-karbid és a nitridek, így abór-nitrid, a szílícram-nitrid és a titán-nitrid. Ezek közül különösen előnyösek az oxidok. A bélésanyaggal bevonandó reaktor alapanyagként alkalmazhatunk vasat vagy más gazdaságos hőálló fémet. Bár előnyös rozsdamentes acélt vagy nemesacélt vagy nikkel-nemes acélt alkalmazni, mivel fennállhat a veszély, hogy az alapanyag korrodálódhat, ha a nem-fémes bélés anyag leesik. Nikkel-nemesacél alkalmazásakor a vastartalomnak 1 t% alatt kell fenni, különösen ha a vas a katalizátorra várhatóan káros hatást fejt ki. Rendszerint az alapfém (I) általános képletű anyaggal történő bélelésénél előnyös, ha a bélésanyagot filmként visszük fel az alapanyag feüfetére. Ezenkívül az (I) általános képletű anyag lehet csempébe kötött állapotban vagy előfordulhat fémedénybe helyezett perselyként is. A filmet bármelyik megfelelő módszerrel kialakíthatjuk, így például egy szerves prekurzor bevonatot kerámia filmmé égetünk, vagy a megfelelő port plazmával vagy gázlánggal termikusán porlasztjuk vagy vákuumos lerakódással, így fizikai vákuumos lerakódással vagy kémiai vákuumos lerakódással alakítjuk ki a filmréteget. Bár az ilyen módszerekkel készített filmvastagságra nincs különösebb korlátozás, azonban az 50- 200 |un vastagság elegendő a gyakorlatban. A „reaktor katalizátorral érintkező része kifejezés magába foglalja nem csak a reaktorba vezetett gázzal érintkező részeket, hanem a reaktorban keletkező gázokkal érintkező részeket is, valamint a szuszpendált katalizátorral érintkező részeket. A találmány szerinti reaktorban alkalmazható katalizátor elsősorban króm-oxid. Például a felhasználható katalizátort előállíthatjuk króm-oxid őrlésével vagy granulálásával. A króm-oridot úgy kapjuk meg, hogy króm(m) sót bázissal előnyösen 3 kötőanyagként alkalmazott szilícium-oxiddal együtt kicsapjuk majd kaldnáljuk, vagy hogy a katalizátort előállíthatjuk króm-só vagy króm-anhidrid vizes oldatát 03-1,5 cnr/g pórustérfogatú szilícium-oxid hordozóval történő bevonásával majd az így kapott terméket kaldnáljuk és így 20-80 tömeg% króm-oxidot (Q2O3) kapunk. Ha a találmány szerinti reaktort alkalmazzuk, akkor a reakcióhőmérsékletet a króm-oxid katalizátor aktivitásától függően változtatjuk. Általában 300-500 "C, előnyösen 350-450 °C hőmérsékleten dolgozunk. Ha a hőmérséklet500°C-nál magasabb, akkor a katalizátor aktivitása csökken és ezenfelül a keletkező gáz korrózió hatása fokozódik. Másrészről a 300 “C alatti reakdóhőmérsékfet kismértékű átalakítást eredményez, ezért alkalmazása előnytelen. A reaktorba adagolt hidrogén-klorid és az oxigén moláris aránya 1/0,25-1/10 (HCI/O2). A reakcióban keletkező gáz megfelelő lineáris sebessége 10-50 cm/sec. A hidrogén-kloridban vagy az oxigénben lévő inert gázok - így a nitrogén és a szén-dioxid - nem károsítják a reaktor anyagot. A betáplált gáz egyéb gázkomponenseket is tartalmazhat, ameddig a króm-oxid katalizátor teljesen kifejti hatását. Semmilyen nehézség nem adódik a reaktor szerkezetéből hpgy az szilárd vagy fluidágyas típusú. A találmány szerinti reaktor alkalmazása esetén a klór előállítása ipari méretben, króm-oxid katalizátor jelenlétében, hidrogén-kloridból oridálással anélkül végezhető, hogy a reaktor korróziőállóságára ügyelni kellene, és a katalizátor hosszú időn keresztül fenntartja aktivitását. A találmány tárgyát a következő példákkal szemléltetjük. 1. példa 3,0 kg króm-oxid nonahidrátot feloldunk 30 liter ionmentes vízben. A keletkezett oldathoz keverés közben 30 perc alatt 2,0 kg 28%-os vizes ammónia oldatot csepeghetünk. A keletkezett csapadékos zagyot vízzel 200literre hígítjuk. Az így kapott hígított zagyot egy éjszakán keresztül állni hagyjuk, majd többször dekantáljuk, és mossuk a csapadékot A zagyot a kolloid szilícium-oxiddal együtt 10 tömeg% kalcinált anyaghoz adjuk, majd porlasztó szárítóban porrá szárítjuk. A port három órán keresztül 600 °C hőmérsékletű levegővel kaldnáljuk, így átlagban 50-60 jun méretű részecskéjfi katalizátort kapunk. A nikkel cső falának belső átmérője 5,08 cm. A cső belső falát homokfúvással kezeljük, majd „TylanoCoat (Ube Industries, Ltd. terméke, amely egy poliszilán-alapú hőálló anyag kereskedelmi neve) bélés anyaggal 300 jim vastagsággal bevonjuk. A csövet 450 °C hőmérsékleten kiégetjük, így szilírium-oxid alapú kerámiai anyaggal bevont belső falat kapunk. A 2. ábrán a találmány szerinti reaktort szemléltetjük. A reaktorba 377 g, az előzőek szerint készített katalizátort helyezünk, majd fluid homokfürdővel 370 °C hőmérsékletű külső fűtést alkalmazunk. A katalizátor rétegre 3,14 Ní/min és 137 Nl/min áramlási sebességgel hidrogén-klorid gázt és oxi4 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
