202161. lajstromszámú szabadalom • Eljárás klórgáz előállítására
HU202161B A találmány tárgya klór előállítása olyan hulladékgázok oxidálásával, amelyek hidrogén-klorid gázt és oxigéntartalmú gázt tartalmaznak, közelebbről eljárás klór előállítására olyan hulladékgázokból, amelyek különféle vegyületeknek oxigéntartalmú gázzal fluidizált ágyas reaktorban való előállítása során távoznak, A klórt nagyüzemi méretekben sóoldat elektrolízisével állítják elő. A klór iránti kereslet állandó növekedése mellett azonban alacsonyabb igény van a sóoldat elektrolízisekor egyidejűleg keletkező nátronlúg iránt. Ilyen körülmények mellett nehéz megbirkózni az igények egyenlőtlenségével. Másrészt azonban nagy mennyiségű hidrogénklorid képződik melléktermékként különféle vegyületek reagáltatásakor, például szerves vegyületek klórozásakor vagy foszgénezésekor. Minthogy a melléktermékként képződő hidrogén-klorid menynyisége jóval nagyobb, mint az iránta jelentkező piaci igény, a melléktermékként képződő hidrogénklorid jelentős része tényleges hasznosítás nélkül hulladékként jelentkezik. Ennek a hulladéknak az eltávolítása is meglehetősen költségigényes. A fentiek folytán lehetőség nyílik arra, hogy kielégítsük a klór iránti magas igényt anélkül, hogy tovább növelnénk a nátronlúg mennyiségét, feltéve, hogy a hidrogén-kloridot az előzőekben említett hulladékként jelentkező nagy térfogatú anyagból hatékonyan ki tudjuk nyerni. A hidrogén-kloridot klórrá oxidáló eljárás sok éve ismert Deacon reakció néven. Ennek alapja egy réz-bázisú katalizátor rendszer, amelynek története Deacon 1868-as találmányáig nyúlik vissza, szokásosan ezt az eljárást tekintik a legjobb aktivitásúnak. Számos olyan úgynevezett Deacon katalizátort javasoltak, amelyekben a réz-klorid és kálium-klorid komponensekhez különféle vegyületeket adnak harmadik komponensként. Ezek a katalitikus reakciók azonban emelt, 400 °C vagy annál magasabb hőmérséklet mellett folytathatók le, és problémák merülnek fel az alkalmazott katalizátorok működés-tartamával kapcsolatosan is. Többen javasolták a Deacon-katalizátorok helyett króm-oxid alkalmazását. A króm-oxid-katalizátorok egyike sem fejt ki azonban elegendő aktivitást. Például az 584.790. és 676.677. számú nagybritanniai szabadalmi leírásokban CrŰ3 alkalmazását javasolják króm-oxid katalizátorként, amelyben a króm trivalens, a katalizátort úgy készítik, hogy CrŰ3-t alumínium-oxidra visznek, majd kalcinálják vagy hidrogénnel redukálják. Azonban ezzel a katalizátorral is alacsony átalakulási fokot érnek el. Ezek a króm-oxid katalizátorok nagy kezdeti konverziót biztosítanak, de aktivitásuk jelentősen csökken. A fenti nagy-britanniai szabadalom továbbfejlesztéseként a 846.832. számú nagy-britanniai szabadalmi leírásban olyan eljárást ismertetnek, amelyben a nyersanyagok egyikeként alkalmazott hidrogén-kloridhoz kromü-kloridot kevernek, ettől a megoldástól nagy átalakítási fok fenntartását várják. Amint azt az előzőekben ismertettük, a krómoxid-katalizátorok alkalmazásának az a hátránya, hogy aktivitásuk csökken, ha a reakciót hosszú időtartamon át végezzük. 1 Leírásunkban referenciaként hozzuk fel és építjük beaO.184.413. számú 1986.06.11-én közzétett európai szabadalmi bejelentést, amelyben krómtartalmú katalizátorok előállítását és klórgáz előállításánál való alkalmazását ismertetik. A találmány célja olyan eljárás kidolgozása klór előállítására, amely ipari méretekben nagy térsebességgel és nagy konverziós fokkal hajtható végre az ismert eljárások hátrányai nélkül, különösen klór ipari előállítására króm-oxid-katalizátor és a hidrogén-kloridhoz viszonyítva feleslegben lévő oxigén alkalmazásával. A fenti cél elérésére kiterjedt vizsgálatokat végeztünk. azt találtuk, hogy sajátos módon előállított króm-oxid-katalizátor alkalmazásával 300-500 °C hőmérsékleten nagy térsebesség és magas konverziós fok mellett állíthatunk elő klórt a hidrogén-kloridhoz képest feleslegben lévő oxigén alkalmazásával; az eljárás sikeres adaptációjához szükséges, hogy az eljárás során jelenlévő oxigénnel mindig oxidáló légteret biztosítsunk, így a reakció hosszú időtartamon át folytatható, miközben a króm-katalizátor magas aktivitását megtartja; ha a króm-oxid-katalizátor t a reakcióban kellően hosszú ideig használjuk, a króm aktív komponens egy része oxidjai és klorid jai formájában elpárolog, a párolgás nagyobb, ha a hőmérséklet magasabbra emelkedik, ezért szükséges, hogy elkerüljük a reakcióhőmérséklet helyi megnövekedését, és hogy a katalizátor réteget állandó hőmérsékleten tartsuk. Azt találtuk, hogy a fenti feltételek megvalósíthatók, ha a hidrogén-klorid oxidálását egy fluidizált-ágyas reaktorban végezzük. A találmány tárgya a fentieknek megfelelően eljárás klór előállítására hidrogén-kloridnak oxigénnel való reagáltatásával, fő alkotóként króm-oxidot tartalmazó katalizátor jelenlétében, fluidizált-ágyas reaktorban. A reakció jellemzői a következők: i) olyan fluidizált-ágyas reaktort alkalmazunk, amelynek gázzal érintkezésbe kerülő részeinek anyaga lényegében nikkelből áll és vastartalma legfeljebb 1 tömeg%, és a reaktor ekvivalens átmérője legalább 0,05 m; ii) katalizátorként króm-oxid katalizátort töltünk be, amelynek átlagos részecskemérete 40- 100 |xm, maximális részecskemérete 200 pm vagy kisebb és legalább 10 tömeg% olyan részecskét tartalmaz, amelynek mérete 40 pan vagy kisebb, és az így készített fluidizált-ágyas reaktorba a krómoxid-katalizátort olyan mennyiségben töltjük be, hogy nyugalmi állapotbem a betöltött katalizátor a reaktorban legalább 0,1 m-es réteget alkosson; iii) az így kialakított reaktorba elsőként oxigén forrásul szolgáló gázt táplálunk be, majd ezután a hidrogén-klorid forrásul szolgáló gázt vezetjük be, olyan mennyiségben, hogy az elsőként bevezetett gáz oxigéntartalmának mólaránya a másodikként bevezetett gáz hidrogén-klorid tartalmához viszonyítva legalább 0,25 legyen, és a másodikként betáplált gázban lévő hidrogén-kloridot 100-1800 normál 1/óra/kg króm-oxid katalizátor sebességgel tápláljuk be a reaktorba; iv) az elsőként és a másodikként betáplált gázt a reaktoron 0,1-1 m/sec felületi sebességgel hagyjuk 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
