DE1592222C3 - Verfahren zur Herstellung von wasserfreiem Eisen (III)-chlorid - Google Patents

Description

3 4

umgesetzten Chloranteil, dem Abstand der Tempe-. licherweise für die in Rede stehende Reaktion ein-

raturmeßstelle von der Reäktionsschicht, der Tem- gesetzt werden, zu verwenden. Die Dosierung des

peratur der Kühlflüssigkeit des Ofenmantels und von Schrottes erfolgt vielmehr zweckmäßig mittels einer

der Stärke der Eisen(III)-chloridkruste an der Ofen- elektromagnetisch betriebenen Vibrationsrinne,

wandung. 5 In der Figur ist schematisch ein solcher Ofen bei-

Jede der hieraus resultierenden zahlreichen Mög- spielsweise dargestellt.

lichkeiten erfordert die Kenntnis der dazugehörigen Mit 1 ist ein Vorratsbunker für den Eisenschrott

optimalen Temperatur, um eine maximale Chlor- bezeichnet, der zusammen mit dem Schachtofen 2

ausbeute, verbunden mit der Produktion eines mög- ein nach außen abgeschlossenes System bildet. Die

liehst eisen(II)-freien Eisen(III)-chlorids, zu erhalten. io Dosierung des Schrottes erfolgt über die elektroma-

Die Kenntnis dieser optimalen Temperatur ist bei gnetisch betriebene Schwingförderrinne 3. Durch 4

der Vielzahl der angeführten verschiedenen Einflüsse wird das Chlor in den Ofen eingeleitet, dem gegebe-

auf diesen Meßwert in der Praxis nur annähernd nenfalls zur Erleichterung der Abführung des gebil-

möglich, so daß stets ein gewisser Chlorverlust in ten Eisen(III)-chlorids ein Inertgas zugemischt sein

Kauf genommen werden muß. 15 kann. Die Abgase entweichen zusammen mit dem

Demgegenüber ist der Chlorgehalt des Abgases dampfförmigen Eisen(III)-chlorid durch den Stutbei vorgegebener Gasbelastung des Ofens lediglich zen5 und gelangen von dort in die in der Figur abhängig vom Umsetzungsgrad des Chlors in der nicht veranschaulichten Kondensatoren. Durch Lei-Reaktionsschicht bzw. bei vorgegebenem Umsetzungs- rung 6 wird heißer Schrott bei Inbetriebnahme des grad an Chlor von der in der Zeiteinheit zugegebe- 20 Ofens zugeführt,
nen Menge an Chlor und gegebenenfalls Inertgas.

Die Messung des Chlorgehaltes wird vorteilhafter- Beispiel
weise erst nach der Kondensation des Eisenchlorids

durchgeführt. Das Gas besteht hier nur noch aus A. In einen Schachtofen mit einer Höhe von

nicht umgesetztem Chlor und dem in den Ofen ge- 25 3,0 m und einer lichten Weite von 0,78 m werden

gebenenfalls zugegebenen Inertgas, z. B. Stickstoff. zu Beginn 180 kg auf 500° C vorerhitzter Schrott

Falls die Reaktion im Ofen mit reinem Chlor durch- zugegeben und von unten her 20 m³/h Chlor und

geführt wird, muß vor der Meßstelle eine bekannte 80 m³/h Stickstoff eingeleitet. Die Chlormenge wird

Menge an Inertgas zugegeben werden, da ohne diese im Verlauf von 4 Stunden bis auf 60 m³/h gesteigert.

Zugabe das Abgas aus reinem Chlor bestehen würde. 30 Die Zugabe der Reaktionskomponenten erfolgt über

Die Anlagen zur Herstellung von wasserfreiem eine Temperaturmessung des den Ofen verlassenden

Eisen(III)-chlorid werden im allgemeinen mit einem Gases, die im Übergangsrohr zwischen Ofen und

leichten Unterdruck betrieben, um das Austreten von erstem Kondensationsturm durchgeführt wird. Die

Chlor an eventuell undichten Stellen in den Außen- Temperatur im Reaktionsofen erreicht hierbei einen

raum zu vermeiden. Daher enthält das Abgas oft ge- 35 Wert von 600° C. Sobald die Temperatur zu fallen

ringe Mengen an von außen eingesaugter Falschluft, beginnt, was nach etwa Va Stunde nach Erreichen

die den Chlorgehalt im Abgas herabsetzt. Deshalb der Maximaltemperatur der Fall ist, werden weitere

ist es zweckmäßig, zusammen mit der Chlormessung 180 kg Schrott zugegeben, wodurch die Höhe der

im Abgas eine. Sauerstoffmessung durchzuführen. Reaktionsschicht im Ofen von 50 auf 80 cm steigt.

Dadurch kann der Falschluftanteil bei der Auswer- 40 Die Temperatur im Ofen fällt dabei auf etwa 350° C

tung berücksichtigt werden. Aus dem Restgas und ab. Gleichzeitig wird die Chlorbelastung auf ein

dem in den Ofen eintretenden Gas ergibt sich die Viertel bis ein Drittel der Endbelastung zurückge-

exakte Chlorausbeute der Reaktion. nommen, um die Bildung von Eisen(II)-chlorid zu

Die Messung des Chlors nach der Abscheidung vermeiden. Die Chlorzufuhr wird allmählich wieder

des Eisenchlorids kann z. B. mit einem Wärmeleit- 45 auf die obengenannte Endbelastung gesteigert. Beim

fähigkeitsgerät erfolgen, bei dem der elektrische erneuten Abfall der Temperatur werden wieder

Widerstand eines geheizten Metalldrahtes als Funk- 180 kg Schrott zugegeben. Dabei werden zwischen

tion seiner Temperatur, die von der Zusammenset- zwei Schrottzugaben im Mittel stündlich 105 kg

zung des ihn umgebenden Spülgases abhängt, gemes- FeCl₃ entsprechend einer Chlorausbeute von 70%

sen wird. Die Sauerstoffmessung erfolgt z. B. über 50 erhalten.

die bekannten magnetischen Sauerstoffschreiber. B. Wie oben beschrieben, wird ein Ofen durch

Natürlich sind auch alle anderen bekannten Metho- Eingabe von 180 kg Schrott in. Betrieb genommen

den zur Messung der beiden Komponenten möglich. und durch kontinuierliche Zugabe von Schrott die

Durch die erfindungsgemäße Steuerung der Reak- Höhe der reagierenden Schicht auf einem konstan-

tion ist es möglich, die Chlorausbeute bis auf etwa 55 ten Wert von etwa 20 bis 25 cm gehalten. Stündlich

90⁰/o zu steigern, wpobei man einen Eisen(II)-Gehalt werden etwa nach Erreichen einer Betriebstempera-

im Produkt von maximal etwa 0,1 Gewichtsprozent tür von 650° C und einem Chlorgehalt im Abgas

erhält. von 9% nach Abzug des Falschluftanteils 100 kg

Da die erfindungsgemäße Arbeitsweise eine sehr Schrott und 65 m³ Chlor zusammen mit 65 m³ Stickgenaue Dosierung der Eisen enthaltenden Mate- 60 stoff zugegeben. Dabei erhält man stündlich etwa rialien, z. B. Eisenschrott, erfordert, ist es nicht mög- 280 kg Eisen(III)-ohlorid, entsprechend einer Chlorlich, Öfen mit Doppelkegelverschluß, wie sie üb- ausbeute von 89 %.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 mäßig, zur Nachfüllung des Ofens erhitzten Schrott Patentansprüche: zu verwenden. Die Höhe der reagierenden Schrottschicht

1. Verfahren zur Herstellung von wasser- schwankt bei dieser Arbeitsweise zwischen etwa 50 freiem Eisen(III)-chlorid durch Umsetzung von 5 bis 100 cm, wobei die Temperatur im Ofen innermetallischem Eisen enthaltenden Materialien, halb eines Bereichs von 600 bis 900° C schwenkt, insbesondere Eisenschrott, mit Chlor, in einer Die Chlorausbeuten liegen im Mittel nur bei etwa auf erhöhten Temperaturen gehaltenen Reak- 7O°/o.

tionszone, dadurch gekennzeichnet, Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu-

daß man die Schichthöhe der das metallische io gründe, die kontinuierliche Umsetzung von metalli-

Eisen enthaltenden Materialien in der Reaktions- schem Eisen enthaltenden Materialien mit Chlor so

zone durch kontinuierliche Zufuhr dieser Mate- zu führen, daß im Mittel eine erheblich höhere

rialien innerhalb eines Bereichs von 10 bis 40 cm Chlorausbeute erzielt werden kann,

möglichst auf einem einmal eingestellten Wert Es wurde gefunden, daß diese Aufgabe bei der

hält. 15 Herstellung von wasserfreiem Eisen(III)-chlorid

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- durch Umsetzung von metallischem Eisen enthaltenkennzeichnet, daß man die Zufuhr der metalli- den Materialien, insbesondere Eisenschrott, mit sches Eisen enthaltenden Materialien in Ab- Chlor, in einer auf erhöhten Temperaturen gehaltehängigkeit von dem Chlorgehalt des Abgases nen Reaktionszone, dadurch gelöst werden kann, daß vornimmt. 20 man die Schichthöhe der das metallische Eisen ent-

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, haltenden Materialien in der Reaktionszone durch dadurch gekennzeichnet, daß man die Zugabe kontinuierliche Zufuhr dieser Materialien innerhalb der metallisches Eisen enthaltenden Materialien eines Bereiches von 10 bis 40 cm möglichst auf einem in Abhängigkeit vom Chlor- und Sauerstoffgehalt einmal eingestellten Wert hält.

des Abgases vornimmt. 25 Überraschenderweise zeigte es sich, daß unter

Einhaltung dieser geringen Schichthöhen unter sonst gleichen Bedingungen gegenüber der chargenweisen

Zugabe der Eisen enthaltenden Materialien die

Chlorausbeute nicht herabgesetzt wird, sondern auf 30 etwa 80% gesteigert werden kann. Bei chargenweiser Zugabe des Eisens wird demgegenüber bei

Es ist bekannt, wasserfreies Eisen(III)-chlorid zum Teil wesentlich größeren Schichthöhen, wie durch Umsetzung von metallisches Eisen enthalten- oben bereits erwähnt, nur eine Chlorausbeute von den Materialien, z.B. Eisenschrott, mit gegebenen- 70% erzielt.

falls Inertgasen enthaltendem Chlor herzustellen. 35 Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungs-

Technisch wird diese Umsetzung in einem wasser- gemäßen Arbeitsweise ist darin zu sehen, daß die gekühlten, eisernen Schachtofen durchgeführt. Zu Chlorbelastung erheblich gesteigert werden kann und Beginn der Umsetzung wird der Ofen mit vorerhitz- somit höhere Raum-Zeit-Ausbeuten erzielt werden tem Schrott beschickt und dann gasförmiges Chlor können. Damit verbunden ist es möglich, die Reakzugegeben, wobei unter Wärmeentwicklung die Reak- ₄₀ tion bei höheren Temperaturen, deren obere Grenze tion einsetzt. Sobald die Temperatur wieder zu fal- durch den Schmelzpunkt des Eisens gegeben ist, len beginnt, wird in den Ofen über eine Schleuse durchzuführen. So kann man beispielsweise die Reakweiterer Schrott zugegeben. Hierbei muß erfahrungs- tion bei einer Temperatur von 1000 bis 1500° C vorgemäß die Chlorbelastung des Ofens auf etwa ein nehmen.

Viertel bis ein Drittel der Endbelastung zurück- ₄₅ Schließlich ist noch zu erwähnen, daß es bei der genommen werden, um die Bildung von Eisen(II)- erfindungsgemäßen Arbeitsweise nicht erforderlich Chlorid zu vermeiden. Die Bildung von Eisen(II)- ist, in die Reaktionszone vorgewärmten Schrott einchlorid führt zu erheblichen Störungen, das es zum zuführen. Es ist im Gegenteil sogar günstig, kalten Teil mit dem Eisen(III)-chlorid entweicht und so das Schrott zuzugeben, da hierdurch ein Teil der Reak-Produkt verunreinigt und zum Teil geschmolzen im ₅₀ tionswärme abgeführt werden kann, ohne daß die Ofen zurückbleibt, nach unten in die kälteren Ofen- Chlorausbeute sinkt.

teile abfließt, dort erstarrt und dadurch die Gas- Auch die Steuerung der Reaktion durch Regezuführung blockieren kann. Die Chlorbelastung kann lung der Schrottzugabe, die beispielsweise über die erst allmählich wieder auf die volle Endbelastung Temperatur der abgehenden Gase erfolgen kann, ist gesteigert werden, was mit einer Erhöhung der Tem- ₅₅ einfacher als bisher durchzuführen, da im Gegensatz peratur verbunden ist. zu der bisherigen Arbeitsweise nur geringe Tempe-

Bei dieser Arbeitsweise ist die Menge an reagie- raturschwankungen auftreten.

rendem Schrott im Ofen und damit die Höhe der Eine weitere Erhöhung der Chlorausbeute kann

Reaktionsschicht einer stetigen Änderung unter- dadurch erzielt werden, daß man die Zugabe der worfen. Nach jeder Zugabe von Schrott liegt die _6o metallisches Eisen enthaltenden Materialien nicht maximale Höhe des Reaktionsbettes vor. Während über die Temperatur der Abgase, sondern in Abder Reaktion verkleinert sich das Schrottvolumen hängigkeit von deren Chlorgehalt regelt. Die Steuebis zur nächsten Einfüllung. Bei der Nachfüllung rung der Reaktion über die Temperatur hat gegenvon kaltem Schrott muß darauf geachtet werden, daß über der anderen Möglichkeit den Nachteil, daß sie die im Ofen noch vorhandene Menge an heißem g₅ von sehr vielen Parametern abhängt. So ist die Tem-Schrott nicht zu klein wird, da sonst eine zu starke peratur des Abgases unter anderem abhängig von Abkühlung im Ofen erfolgt und die Reaktion zum der in der Zeiteinheit zugesetzten Chlormenge, den Erliegen kommt. Aus diesem Grund ist es zweck- gegebenenfalls zugesetzten Inertgasmengen, dem