DE2121692A1 - Verfahren zur Herstellung von Aluminiumfluorid - Google Patents

Description

Patentanwalt

8752 Kleiiesthila M AsMNfcn Hlrechpfad 3 - T*i. M027/32S

29.4.I97I

Stauffer Chemical Company, Dobbs Perry, New York 10522 Verfahren zur Herstellung von Aluminiunfluorid

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von metallischen Verbindungen, die Fluor enthalten; insbesondere bezieht eich die Erfindung auf die Herstellung von Aluniniunfluorid. Ganz besonders bezieht sich die Erfindung auf ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Alumlniumfluorid durch Umsetzung eines Aluminiumhydrates oder AluTiiniumoxyäes mit gasförmigem Fluorwasserstoff.

Aluminiumfluorid kann durch Umsetzung von Aluminiumhydrat oder Alurainiumoxyd mit wässrigem Fluorwasaerstof-f hergestellt werden. Das Verfahren verwendet viele Stufen, die eine genau· Kontrolle von vielen Veränderlichen erfordern, um annehmbare Ausbeuten auf wirtschaftlicher Basis zu erhalten. Weiter enthält das Prod-kt Wasser, das zur Verwendung bei Verfahren, die ein trockenes Material erfordern, entfernt werden muß. Das Wasser wird durch Erhitzen oder Calcinieren entfernt, wodurch ein .AJt* bau und ein Verlust von Fluor im Produkt hervorgerufen wird. , bu/h· " ² "

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Es ist vorgeschlagen worden, gekörntes oder brockenförmiges Aluminiumhydrat oder Aluminiumoxyd mit gasförmigem Fluorwasserstoff in einem Rohrofen oder einem Drehrohrreaktor umzusetzen. Bei diesen Reaktoren wird die Temperatur in der Reaktionszone durch Zugabe eines Inerten Verdünnungsmateriaies zum festen Bett oder zum Fluorwasserstoffgaestrom kontrolliert. Ferner erfordern die Verfahren die Verwendung von Körnern großer Teilchen- ^ größe oder von brockenförmigen Materialien und erzeugen ein Alumini urafluorid, das weniger als etwa 85 % Aluminiumfluorid enthält.

Die Aluminiumindustrie hat aber einen Bedarf an einem Produkt, das mehr als 90 ',1 Aluminiumfluorid enthält. Außerdem besteht ein größerer Teil der Herstellung des Aluminiumhydratee In Form kleiner Teilchen mit. eine; kleineren Teilchengröße als etwa 1,016 mm.

Es ist daher der Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein kontinuierliches Verfahren zu schaffen, das imstande ist, Aluminiumfluorld herzustellen, das mehr als 90 £ Aluminiumfluorid enthält, durch Umsetzung von pulverförmigern Aluminiumhydrat mit gasförmigem Fluorwasserstoff.

Diese Gegenstände können gemäß der vorliegenden Erfindung durch kontinuierliche Umsetzung von Aluminiumhydrat mit gasförmigem Fluorwasserstoff in in Reihe geschalteten Fließbetten erreicht werden. Mindestens zwei Fließbetten* die in Reihe geschaltet sind, müssen verwendet werden, um ein Prodikt zu schaffen, das \ i-ehr als etwa 90 £ Aluminiumfluorid enthält. Nach der bevorzug-/ ten Aueführungeform wird Aluminiumhydrat kontinuierlich de«

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Fließbett zugeführt, das mit den das System verlassenden Oasen

in Berührung ist und der FJuorwasserstoff wird kontinuierlich dem Bet'- zugeführt, aus dem das Alwniniumfluorid entfernt wird.

Das Aluminiumfliorid kann kontinuierlich oder absatzweise aus

dem Verfahren entfernt werden.

Aluminiumfluoride AlF , ist ein kristalliner Feststoff, der bei

etwa 12jJl°C sublimiert. Die Haupiverwendung für Aluminluinfluorid besteht in der Herstellung von Aluminium.

Die Umsetzung von Aluminiumhydrat, Al(OlI)., mit gasförmigem Fluorwasserstoff unter Bildung von Aluminiumfluorid wird in zwei Stufen ausgeführt. Die erste Stufe oesteht in der Dehydrierung Alurainiumhydrates z.u Atumlnlumoxyd, die unterhalb von etwa

6⁰C nach der folgenden Reaktion stattfindet:

2Al(OH)-. f Al₂O₃₊^H₂O

oder (I)

Das Aluminiumoxyd reagiert mit dem Fluorwasserstoff. Die Reaktion findet oberhalb von etwa 313,6⁰C nach folgender Gleichung statt:

2AlF₅+jH„O (II)

Die Reaktion schreitet bei jl5#6°C langsam fort, aber die Reaktionsgeschwindigkeit nimmt zu, wenn die Reaktionstemperatur zunimmt.

Die In Gleichung I gezeigte Reaktion ist eine endotherme Reaktion und verlangt Wärmezufuhr, um die Reaktion aufrechtzuerhalten. Die in Gleichung ZI gezeigte Reaktion 1st eine exotherme

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Reaktion. Die aufgebrachte Reaktionswärme unter gewöhnlichen Bedingungen idt exotherm und schafft so eine sich selbst unterhaltende Reaktion, die ohne Zufuhr weiterer Wärme zum Reaktionssv ~ stem ausgeführt werden kann.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann am besten unter Hinweis auf Fig. 1 beschrieben werden, die einen Reaktor zeigt, der zwei Fließbetten enthält, die dazu bestimmt sind, in Reihe

^ geschaltet zu arbeiten.

Der Reaktor 10 ist aus einem Material hergestellt, das der Wirkung der Roaktlonspartner bei der Reaktionstemperatur widerstehen kann. Der Reaktor ist mit isolierendem Material 28 bedeckt, um übermäßige Wf'.rmeverluste zu vermeiden. Der Reaktor ist so ausgelegt, daß er zwei Fließbetten 13 und 23 enthält, die in Reihe geschaltet arbeiten. Das untere Fließbett 13, das pulverförmiges Al₀O. und AiF- enthält, wird durch eine Bettstützplatte 12 gestützt, die aus hitze- und korrosionsbeständigem Material hergestellt ist, und dazu bestimmt ist, auch den aufwärtsfließen-

den Fluorwasserstoff in £e-rt Fließbett 13 zu verteilen. Das obere Fließbett 23, das pulverförmiges Al(OH)-, Al₂O... und AlF- enthält, wird von der Bettstützplatte d2 gestüLzt, die aus hitze- und korrosionsbeständigem Material hergestellt ist -ind da^u bestimme ist, auch die aufwärtsströmenden Reak'cionsgase aus dem unteren Bett in dem Fließbett 23 zu verteilen.

Nachdem die Fließbetten beim Betrieb auf Reaktionstemperatür gebracht worden sind, indem heiLe Gase durch die Betten geleitet werden, wird das Verfahren wie folgt fortgesetzt: Fluorwasserstoff enthaltendes Gas wicd dem Reaktor d. rjch Rohr i:. das an der Seite eintritt, um Verstopfung durch Teilchen zu ver-

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melden, zugeführt und tritt durch die StUtz- und Verteilerplatte 12 ein. Der Fluorwasserstoff hält das Bett unter Fließbedingungen und reagiert mit im Bett anwesendem Al₂O^, um Dampf und AIP, su bilden. Die Reaktionswärme erhitzt die Oase und Materialien im Bett. Die Reaktionsgase, die Dampf und niuht-umgesetzten Fluorwasserstoff enthalten, werden dann durch die Stütz- und Verteilerplatte 22 zum Flieisbett 2j> geleitet. Die Oase gehen durch Bett 23 und halten es in flüssigem Zustand. Der Fluorwasserstoff rea- ' giert mit den anwesenden Aluminiumoxyden, um AIP, und Dar.ipf zu bilden. Die Uärme in den.Oasen und die Reaktionswärme dehydriert das Aluminiumhydrat. Die Dampf und eine kleine Menge nicht-umgesetztem Fluorwasserstoff enthaltenden Gase werden anschließend durch Rohr 26 aus dem Verfahren abgeleitet. Die Reaktion schreitet im allgemeinen ohne Schwierigkeit fort, wenn Lift in dem Fluorwasserstoff anwesend ist.

Das feste Zufuhrmaterial wird kontinuierlich dem Fließbett 2) durch das Zufuhrrohr 25 zugesetzt. Die Bettiefe 25 wird durch die Überlaufleitung 21 aufrechterhalten, die das pulverfömiige Material unter Fließbedingungen im Bett 2j zu halten ermöglicht, um ium Bett Ij5 zu fliehen, wo das nicht-umgesetzte Aiuminiumoxyd mit lern gasförmigen HF-Einsatzmaterial des Systems reagiert. V/enn die Konzentration in Bett 1? ansteigt, die durch den Anstieg des Druckabfalles entlang des Bettes mit Hilfe eines Manometers 15 bestimmt wird, kann das AlF-, durch Rohr 15 entweder kontinuierlich oder absatzweise abgezogen werden.

Rohr 29 kann verwendet werden, um Teilchenmaterial aus dem Gasraue mischen der Verteilerplatte 12 zu entfernen. Te-ilchenraa- »erlal kann durch Platte 12 wahrend der Stillegungen und Verfah-

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β -

gesiebt »srtilen.

Obgleich b@iEs feewr-gugten Arbeiten ösr in Reiha gescheiterten PlleSbs'cte® <Si@ @©sa5atE9Ug<e des pulwr'försigei* Material®« .desa Bett sugeflliFfe isiipö_o das mlz ö©n das Meaktionaeyatera verlasseindan

to B^lMirwkg,' l©fc_s kanu das V^&sisraß, la einer Weise arbei» , ©s?i fies⁵ (Sae pulvog'foblige EisisatsSäafcerlal anderen Bstten an S@© Bstfep #as Eilt den öas Sjg-£®si v®ylasiiend©n ßas«n^aln isiä

Bfer flaQKvoQQSfi^sfeefif iscMi S©ri ^vJOTf©IiF3Si üöer mehr &l8 ©isiem Bett augefllhFt ra@M@rÄ_ö qs-sx- qs ist bsvsrsyg^G Praxis, öea gansen Fluor wksssr-stoff ö©ei Bsfcfc gugufiihrea₉ von ücm ias ^

isrfafeifiSiiü a/fb®itefc 1& allgesiaiHSei snaeh dem Gegenstromprin^ip, d.h. di® lluiaiiaiuiiciiEföiPafeguirüIii= wird iis dl® Reaktion über das Flieübetfc ®iag©l©itat_fl vors dem die Eeaktiensgase das Verfahren WQVlBUQQn iMM U(BV FIusFt-jasserstoff wirä la das Bett eingeleitet, aus d@!B das Ps-säulct abgezogen wird.
Die G©ssla-jiii?.iigfse£t fior Alusalniuraliyiäir-atzufuhr wird reguliert^ um

öle rislafelg® fosagara&'E&iSlas iß böidsß Bstten- beizubehalten. Dl® Qy&fey.FQis κ©ηδ@ε2. Esife Hilfe von ^©mpsraturempfindlichen g©Es_D öä© iEa MlifüE©Qi5@Il@n I¹I unö 24 eingebaut sBlnd* g© fee, as, sliG ©el^ää-isiiüissg νο5ϊ AlutniisiuBihydr-at unterhalb efeßt/uirasäetg 1st e· e?*viü^@eiafe, dl® obere Es v@a >Ι5#6^@€ £tt toaltsn, üb ois&erzustellexr^ daß die

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s-GQgi@fS3üa In 3©γ Praxis lest ©ine obere Bet tempera tup

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von etwa .315,6⁰C bis 510⁰C bevorzugt und bevorzugter von etwa 371,I⁰C bis 510°C. Wenn «ehr als zwei Fließbetten in Reihe geschaltet sind, 1st ss nicht notwendig, die obere Bettemperatür über J15»6°C zu halten, aber die Temperatur mufe über der Kondensatianstemperatur des gasförmigen Reaktlonsgemisohes sehalten werden. Un eine schnelle Reaktion in unteren Bett sicherzustellen« 1st es wünschenswert« eine möglichst hohe Temperatur aufrechtzuerhalten, Jedoch unter etwa 70¹^⁰C. In der Praxis 1st Im unteren Bett ein Temperaturbereich von etwa 565*6⁰C bis 676*7 C wünschenswert. Die Bettemperatüren können einfach durch eine richtige Einstellung des Verhältnisses der Reaktionspartner, die den Verfahren eingespeist werden, beibehalten werden. Wenn ηehr als zwei Betten in Reihe geschaltet sind, so kann das Bett, den der größere Teil des Fluorwasserstoffes zugeführt wird, als ProduktkUhlzone arbeiten und dient dazu, das Gas vorzuwäraen und kleine Mengen von Al₃O _ im Produkt umzusetzen. Unter diesen Umständen kann die Temperatur la Prodvktkühlbett wesentlich unter 6⁰C liegen. Die Verwendung von mehr als zwei in Reihe ge-

sein

schalteten Betten kann nützlicn*beim wirksamen Ausnutzen der kleinen erhaltenen exothermen Reaktionswärme und bei der Schaffung von Reaktionsbedingungen, die ein Alcminlumfiuorid herstellen, das mehr als 90 Jo Aluminlumfluorid mit einem Minimum an Verfahrensschwierigkeiten enthält. Wenn die Zufuhrverhaltnisse in eines) Zweibettreaktor so eingestellt werden, daß die obere Bettenperatur auf 215,6⁰C bis 510⁰C gehalten wird, so wird die Tenperatur in 'zweiten Bett auf eine Hühc eingestellt, die sicherstellt, daß ein gröberer Teil des Fluorwasserstoffs

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ralt der Aluiainiurahydratzufuhr reagiert und daß das gasförmige Reaktioneprodukt nur kleinere Mengen an nicht-umgesetztem Fluorwasserstoff enthält.

Die Teilchengröße des Älurniniurahydrates, die beim Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, kann über weite Grenzen achwanken, aber ein FlieCbettreaktor wird so ausgelegt, uia ein Zufuhrgamiach verarbeiten zu können, das eine Teilchen-0| größenverteilung in bekannten Orenzen aufweist. Falls die Teilchengröße dee Zufuhrmaterials verändert wird, kann die Kapazität des Reaktors verändert werden. Der Fachmann auf dem Gebiet von Flleßbettreaktoren kann nach einer Untersuchung des pulverförmigen Maierialefe und des Fliefcmediums einen Reaktor zur Verwendung von pulverförmiges» ii&terial so auslegen, daß er eine bekannte Reaktionskapazität aufweist.

Iia allgemeinen muß der Reaktor in der V/eise ausgelegt sein, daß das gasförmige Material das Bett unter Fließbedingungen hält und muß nicht eine große Menge des pulverförmiger! töateriales mit dem Reaktorabgas aus dem Reaktor tragen.

Unter Fließbett oder Fließbettbedingungen wird ein Bett von festem Material in fein verteilter Form verstanden, das suspendiert und in einen Bewegungszustand im Gasstrom gehalten wird. Die Herstellung von Aluminlumfluorid aus Aluminiumhydrat kann .

in einem einfachen Fließbett durchgeführt werden, aber einführen solch·· Verfahren wird nicht zu einem Alurainiurafluorid, das mehr als etwa 65 J> Aluminlumfluorid enthält. Die Menge an Aluminiumfluorid im Produkt ist niedrig* weil das Produkt aus dem Bett entfernt wird, in das das Einsatzmaterial eintritt.

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Da die ganze Reaktion in einem Bett stattfindet, liegt die erforderliche Aluralniumoxydmenge zur Ai frechterhaltung der Reaktion und zur Schaffung passender Ausnutzung des Fluorwasserstoffes zwischen etwa 10 und 20 $, Da Flieiibetten im allgemeinen durch und durch die gleiche Zusammensetzung aufweiten« kann das Produkt die gleiche Zusammensetzung haben wie die der Masse des Bettes.

Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung werden zwei oder mehr Fliefcbetten, die in Reihe geschaltet arbeiten, verwendet, um ein Produkt zu erhalten, das mehr als >0 % Aluminiumfluorid unter Verwendung von mehr als 05 /> Fluorwasserstoff in dem gasförmigen Einsatzmaterial zu erhalten. Viele Fließbetten, in Reihe geschaltet, schaffen das hochreine Produkt und eine hohe Fluorwasserstoff ausnutzung, v/eil a) eine ausreichende Berührt ngszeit im Reaktor eingestellt werden kann, ohne daL das Bett schwierig zu fluidisieren ist, b) die höchste Konzentration dee Aluminlumoxydes mit der niedrigsten Konzentration des Fluorwasserstoffes in Berührung gebracht wird, die dazu neigt, dem Fluorwasserstoff vollständig umzusetzen, c) die Reaktion in mehr als einem Bett stattfindet und so für ein Bett sorgt, aus dem das Produkt abgezogen werden kann, das eine vernünftig niedrige Konzentration des Aluminiumoxyds und einen hohen Alumini'umfluoridgfthalt enthält.

Da es wünschenswert ist, für die hohe Ausnutzung des Fluorwasserstoffs zu sorgen, wird im allgemeinen ein kleiner Überschuß an Alujalnlurahydrftt im Verhältnis zur sUSchiometrlschen Meng·, die erforderlich ist, um mit dem Fluorwasserstoff zu reagieren, in

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BAD OFUGiMAL

das Verfahren eingespeist.

Ein größere Mengen Alumlniumoxyd enthaltendes Prodi k'c kann er· halten werden, indem das Verhältnis von Aluminiumhydra/c zu Fluorwasserstoff in der Verfahrenszufuhr erhöht wird. Ein Produkt da« kleinere Mengen an Aluminiumoxyd enthält, kann erhalten werden« indora man die Zahl der in Reihe geschalteten Betten erhöht und indem man das Verhältnis von Aluroiniurnhydrat zu Fluorwasserstoff

) in der Verfahrenszufuhr vermindert. Es muß jedoch eingesehen..

Zufuhrwerden, daß ein niedrigeres Verhältnis von Aluminlumhydrat zu Fluorwasserstoff dazu neigt, die Ausnutzung des Fluorwasserstoffes herabzusetzen.

Die Reaktionsgeschwindigkeit zwischen Fluorwasserstoff und AIurainiumoxyd ist bei über etwa 537,1⁰C schnell. Die Berührungszeit zwischen dem Fluorwasserstoff und dem Fließbett ist nicht, kritisch,' aber längere Berührungszeiten neigen dazu, eine höhere Ausnutzung des Fluorwasserstoffes zu schaffen. Die Durchmesser der Betten . des fluidisieren Materialee sind so groß, öaß die Geschwindigkeit der Oase, die durch das Bett geleitet werden, nicht di· kleinen Feststoff teilchen aus dem Reaktor trägt. Das Altuainiunoxyd oder Alussinluahydrat hat daher gewöhnlich eine lange Verweilzeit zur Berührung mit den Reaktionsgasen. Die Reaktion kann bei unteratmosphärischem bis Uberatmosphffrisehem Druck durchgeführt werden. Der Druck muß jedoch unter de» Punkt liegen9 bei dem die Reaktionsgase eine flüssige fhase bei ' der Reaktionstemperatur, bilden. Bedingt durch die gefährliche Beschaffenheit des HF-Reaktionspartners wird bevorzugt, das Verfahren bei ua^ermtmosphärischem bis leicht überatmosphärisehen

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Druck durchzuführen und insbesondere bei unter atmosphärischem Druck.

Die Fluorwasserstoffzufuhr zum Verfahren kann von einer jeden kontinuierlichen Quelle eines geeigneten Fluorwasserstoffs ausgehen. Es ist besonders vorteilhaft, das erfindungegemäLe Verfahren in Verbindung mit einem kontinuierlichen Verfahren zur Herstellung von Fluorwasserstoff durchzuführen. Wenn das Verfahren der vorliegenden Erfindung bei unteratmosphärischem Druck arbeitet, kann es geeignet sein, unter Verwendung von gasförmigem Fluorwasserstoff ;-,u arbeiten, der direkt von den erzeugenden Retorten verwenoet wird, ohne da;', liittel notwendig sind, um das Gas zu komprimieren.

Die Aluminiurnhydrate, die bei den Verfahren der vorliegenden Erfindung brauchbar sind, sind im Handel erhälcliche Qualitäten von Aluminiumhydrat. Das Alur.iiniurcihydrat kann etwas Al¹ miniumoxyd enthalten, ohne dal das Verfahren ungünstig beeinfluCc wird. Wenn der beim Verfahren verwendete Fluorwasserstoff wesenbliche Mengen an inerten Materialien enthält, kann tatsächlich der Einschluß von Aluminiumoxid in dem Aluminiumhydrat zusätzliche WKrne für die Reaktionebetten schaffen und helfen, die Reaktion aufrecht zuerhal ten.

Ein typisches Verfahren, das die vorliegende Erfindung verwendet, wird in Fig. 2 gezeigt. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Verfahren sind j)0, j>l und 32 drei in Reihe geschaltete FlieGbetten zur Umsetzung des Fluorwasserstoffes und des Alurniniunhydrates. Die gasförmige Fluorwasserstoffzufuhr des Verfahrens tritt über Leitung ^l ein. Flüssige und feste Teilchen werden aus dem Gassirom entfernt und das Gas - falls notwendig - in der Gasherstellung·*

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BAD QFUGiNAL

zone 70 komprimiert. Die Fluorwasserstoff enthaltende zufuhr tritt in den Boden des FlieCbettes im Reaktor 30 über Leitung 42 ein. Der gasförmige Fluorwasserstoff reagiert mit dem Aluminiumoxyd und die Fluorwasserstoff und Dampf enthaltenden Reaktion·- gaee gehen über Leitung 44 zum Boden des Flle&bettes in Reaktor 31 und von Reaktor 31 zum Boden des Fließbettee in Reaktor 32 über Leitung 45. Die Reaktionsgase, die nur Restmengen an Fluorwasserstoff enthalten« verlassen Reaktor 32 und treten in die Reaktlcnsgasbehandlungszone 40 Über Leitung,4E ein. Das Teilchen-

^w material in den Reaktionsgasen wird in der Reaktlonsgasbehandlungs* zone ^j:0 mit Hilfe von Zyklonen, elektrostatischen Ausfällvorrichtungen und dergl. entfernt. Das Teilchenmaterial, das in der O&sbehandlungszone 40 gewonnen wird, enthält gewöhnlich eine beträchtliche Menge an Aluminiumfluorid und kann Io allgemeinen

produkt werden mit Aluminiurafluorld'geraischt > * .. Das Teilchenmaterial, das in Zone 40 abgetrennt wird, fällt in den Trichter 120 durch die Absperrvorrichtung 6l und Lei lung 54. Wenn der Trichter 120 eine wesentliche Menge an Teilchenmaterial enthält, kann der Trichter fc 120 von der Oaebehandlungszone 40 mit Hilfe der Absperrvorrichtung (A In Leitung 64 abgetrennt werden und der Inhalt dec Triant#jr» J.20 zu* Prodi kttrichter 90 über Leitung 63 durch öffnen der Absperrvorrichtung 62 Übergeleitet werden. Die Reaktionagas« gehen dann von der Behandlungszone 40 zum Waschturm 30 über Leitung 51 und Wasser tritt in die Waschkolonne 50 über Leitung 55 ein. Die Reaktionsgase werden durch Berührung mit Wasser gewtschtn, um die wasserlöslichen Oasmaterialien aus den Reaktionsgasen zu entfernen und alles Teilchenmaterial, das durch die

Reaictionsgasbehandlvmgszone 40 geleitet worden ist, zu entfernen.

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Das Wasser kondensiert auch den Dampf, der durch die Reaktion de· Aluminiurahydratee und des Fluorwasserstoffes gebildet worden ist. Die nicht-löslichen und nicht-kondensierbaren Oase verlassen den Waschturm 30 über Leitung 52 und werden aus dem System mit Hilf« der Druckkontröl!vorrichtung 60, die eine Rückdruckkontrollvorrichtung sein kann, wie ein Kontrollventil oder eine Vakuum erzeugende Vorrichtung, belüftet. Die nicht-lößlichen und nichtkondensierbaren Oase werden gegenüber der Atmosphäre über Leitung 53 belüftet.

Das Aluminiumhydrat tritt in die Oewichtszufuhrvorrichtung 80 mit Hilfe eines Förderbandes 56 ein. Das Aluminiumhydrat wird kontinuierlich in das Fließbett im Reaktor 32 mit einer bestimmten Geschwindigkeit über Leitung 57 mit Hilfe der Gewichtszufuhrvorrichtung 80 eingespeist. Das Aluminiuahydrat wird dehydriert und reagiert teilweise im Fließbett im Reaktor j52. Das Aluminiumoxyd enthaltende Material wird ?.um Fließbett in Reaktor yi über Leitung hf geleitet. Das pulverförmige Aluminiumoxyd enthaltende Material reagiert weiter im Fließbett im Reaktor pl, wird anschließend über Leitung 46 zum Fließbett in Reaktor JO geleitet, wo es alt Fluorwasserstoff In Berührung kommt, der in das ▼erfahren eintritt. Das Produkt wird aus dem Fließbett im Reaktor über 'zeitung 56 abgezogen. Die Geschwindigkeit des Bettabzuges wird so eingestellt, daß die Bettkonzentration im Reaktor 20 auf der gewünschten Tiefe gehalten wird. Das Produkt In Leitung 56 wird anschließend zum mit Wasser gekühlten Sehneckenproduktkühler 100 geleitet, wo die Produkttemperatur herabgesetzt wird. Das Produkt wird über Leitung 59 zum Vorratstrichter 90 durch

Einladen in Beförderungsmittel geführt.

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Das Wasser, das den Wäscheturm 50 Über Leitung 54 verläßt, enthält lösliche Fluorverbindungen. Das Waschwasser kann mit Kalk in Berührung gebracht werden, um unlösliche Calciumfluorids*!»· zu bilden, die aus dem Waschwasser in Absetzbehältern (nicht ge zeigt) entfernt werden können.

Die Reaktoren jJO, 31 und p2 werden zu Beginn erhitzt, indem heiße Oase aus einem Erhitzer 110 in die Fließbetten über Leitung ¹O geleitet werden. Der Brenner 110 wird während des normalen Betriebes des Verfahrens von den Reaktoren abgetrennt. Beim Betrieb wird das Verhältnis von Aluminiurahydrat- /u Fluorwasserstoffzufuhr des,Verfahrenmit Hilfe der Bettemperatüren und mit Hilfe der Analyse des Waschwassers, das den V/äscheturm 50 über Leitung o^L\ verlädt, eingestellt. Die Bet temperatur im Fließbett im Reaktor 'yi wird auf etwa .)15»6 bis 510°C gehalten.

Fig. 2 zeigt drei separate in Reihe geschaltete Fließbettreaktoren, aber das Verfahren ist nicht auf drei in Reihe geschaltete Reaktoren oder separate Reaktoren beschränkt. Das Verfahren erfordert nurβ daß zwei oder mehrere in Reihe geschaltete Fließbett·» verwendet werden. Zv/ei oder mehrere Fließbetten, dl« In einem oder mehreren Reaktoren enthalten sind, fallen in den Rahien der vorliegenden Erfindung. Im Hinblick auf die anfänglichen ReaJctorkoaten und Wärmeverluste wird das Verfahren vorzpgsweise durch die Verwendung von zwei oder mehreren Fließbetten innerhalb eine« einzelnen Reaktors durchgeführt.

Die Reaktoren können aus korrosionsbeständigem Metall, wie Monel-MitAll, Inconelmetall oder Hiok«l hergestellt sein.

Die folgenden Beispiele erläutern dl· Erfindung.

108ί*8/172β

Beispiel 1

Aluminiumfluorid wird in einem Reaktionssintern, wie es in Flg. gezeigt wird, unter Verwendung von zwei in Reihe geschalteten FlleGbetten hergestellt.

Ein Reaktor, der zwei FlieCbetten enthält, der ausgelegt ist, um in Reihe geschaltet zu arbeiten, wie es im wesentlichen in Flg. 1 gezeigt wird, war aus Inconelmetall hergestellt. Der Reaktor wurde ml ^ 10,16 cm eines bei hoher Temperatur hochwirksamen Isolienmgsraateriales vom Calciumsilikattyp isoliert. Die StUts.- und Verteilungsplatten waren flach perforierte Inconelplat ten .Eine Belthöhe von 45,72 cm wurde in dein oberen Fließbett mit Hilfe einer Überlaufleitung beibehalten und die Betthöhe des unteren Bettes wurde auf einen- Druckabfall von 60,69 era Unity Oil mit Hilfe von kontinuierlich abz4.ehe.nde«. Produkt aus dem Bett wHhrend des Betriebes des Reaktors gehalten. Die Fluorwasser stoffgaszufuhr zum Reaktor wurde direkt aus der Fluorwasserstoffretorte entnommen und durch ein Teflonmaschenfilter geleitet, um flüssige Tröpfchen-und festes Teilchenmaterial zu entfernen.

Nach dem Filtrieren hatte das das folgende Zusammensetzung:

Qew.-£

Fluorwasserstoff (H?) 87,99 Sillciumtetrafluorid (SiF^) 1,53 Schwefeldioxyd (SO₂) 0,i;> Schwefelsäure (H₂SO₁.) 0,J)O

Wasser (H₂O) 2,00

Fluorsulfonsäure (HSOJF) 1,70

Luft (K₂+0₂) 5,50

109848/17 29 ■»„«■*«.

~ Io -

Die Alumlnlumhydratzufuhr sum Reaktor war handelsübliches Material der folgenden Zusammensetzung:

Alurainiumhydrat (Al(OH)₃) 99*59 Siliciuindioxyd (SiO₂) 0,02 Eieenoxyd (Pe₂O₇) 0,01 Natriumoxyd (Ma₀O)

ungebundenes Wasser (H₂O) 0,02

P Die Aluniiniumhydratzufuhr hat die folgende Teilchengrötenverteilung: -Lichte Maschenweite des Siebes zurückgehaltene Menge

0,175 mm 0,7

O,1²:7 mm 2,6

0,OGL ran 2^,2

0,074 ram ¹A.0

0,065 ram 12,6

0,045 am I¹J, δ

W durch 0,045 mn 1,3

Das unter· Reaktorbett wurde mit einem Gemisch von pulverföraigera Material beschickt, das etwa 65 "'■> Aluminiumfluorld und etwa 35 % Aluminiumoxyd '/,υ. Beginn enthielt. Das obere Bett wurde mit Alunlnluahydrat beschickt. Der Reaktor wurde mit Hilfe von durch dl· Betten geleiteten helfen Oasen von einem Ofen aus erhitzt.

Wenn die Temperatur des unteren Bettes 371#1^OC erreichte, wurde der Bremer abgestellt und von dem System abgetrennt. Fluon*a«Mr~ stoff wurde mit einer niedrigen Geschwindigkeit zugeführt und

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100141/172* _Ά :

' BAD ORiGfNAL

die Zugabegeschwindigkeit von fluorwasserstoff wurde allmählich gesteigert, bl3 die Betten die Arbeltetemperatur erreichten. Die Zugabe von Aluminiumhydrat durch eine Gewichtszufuhrvorrichtung wurde gleichzeitig mit der Fluorwasserstoffzugabe begonnen. Der Reaktor wurde mit einer unteren Bettemperatur von 621,l°c und einer oberen Bettemperatur von 426,7°C auf Gleichgewichtsbedingungen gebracht.

Die Zufuhrgeschwindigkeit wurde eingestellt, um die Badtemperatüren beizubehalten. Der Druck im Reaktor wurde kontrolliert, um einen ständigen B¹JuE an fluorwasserstoff sicherzustellen. Die Oberfläohengeschwindigkeit der Gase im Reaktor bei den Reaktorbedingnagen betrug etwa 0,1524 m/Sek.. Die Ofcerflächengeschv/indlgkeit 1st die Geschwindigkeit, die die Gase im Fließbett haben würden, falls der Reaktor kein pulverförmiges Material im Bett enthalten würde.

Die Reaktorabgase wurden durch Zyklone geleitet. Das in den Zyklonen gesammelte Material wurde dem Produkt zugefügt. Die Abgase wurden anschließend mit Wasser gewaschen und zu einem Danpfevakuierer geleitet, der die Aufgabe hatte, den Druck in Reaktor herabzusetzen. Der Dampf aus dem Evakuierer wurde kondensiert und das Kondensat mit dem Waschwasser gemischt. Proben des tfa*chwassers wurden periodisch während des Betriebes des Reaktors gezogen und die Proben für die Analyse gemischt. Wenn der Reaktor die Betriebsbedingungen erreichte, wurde die Aluminiumhydratzufuhrgeschwindigkeit eingestellt, um eine Temperatur von ^26,7 C im oberen Bett und eine Temperatur von 621,1°C im unteren Bett zu erhalten.

Wenn öle Betriebsbedingungen erreicht wurde, wurde der Zyklon

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und der Produkttrichter entleert. Der Produkt- und Zyklonstaub wurde während der Versuchsdauer gesammelt. Periodisch wurden Proben aus den Wasch- und Kondenswasser gezogen und der Pluß gemessen.

Die Materialausnutzung und -Wirksamkeit wurden aus der Analyse

des

berechnet und den Mengen des verwendeten Alumlniumhydrates, erhaltenen Aluminiumfluorids und der Analyse der Abgase und des Waschwassers.

Das Alurainlumfluoridprodukt enthielt 91,C3 £ AlP₅. Produktanalyite Oew.-# ί

M I

Bestandteile Aluminiumfluorid (AlF,) 91,83 Aluminlumoxyd (Al₂O.) 6,82 Siliciumdioxyd (SiO₂) 0,09 Eisenoxyd (Fe₃O ) 0,05 Aluminiumsulfat (Al(SO₄)..) 0,23 Hatriumoxyd 0,35

Wasser (Hv_xO) 0,63 * Das verwendete Wasch- und Kondenswasser beträgt 1,42 kg pro 0,^56 leg Aluminiumnitrid.

Waschwmaser Osw. -;

Bestandteil	BAD ORJGJNAL	0,100
Fluorwasserstoff (HF)	109848/1721	0.040
Siliciujntetrafluorid (SiP4)		0,002
Schwefeldioxyd (SO2)	0,008
Schwefelsäure (K2SO4) ·	99,65
Wasser (MgO)

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Das den Dampfrealctor verlassende Gas wurde analysiert und folgende Zusammensetzung gefunden:

Abgasanalyse Oow.-^ Bej^tanjdtejLJL

Fluorwasserstoff (HP) 0,0 Siliciumtetrafluorid (SiP^) · 0,0 Schwefeldioxyd (SO₂) 0,4 Schwefelsäure (HgSO^) 0,0

Uf t (ii) 6

Die Rohmaterialien, die zur Herstellung von 0,'!5²^ kß Aluminiumfluorid mit der oben gezeigten Zusammensetzung verwendet wurden, waren 0,^47 kg Aluminiunihydrat und 0,555 kg gasförmiges Einsatznaterial, das Q_tyi~j kz HF enthielt.

- 20 -1Q9848/1720 .

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Claims (8)

P a t_ e η t a η s ρ T.,,,ü..P h e

1. Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Aluminiumfluorid durch Umsetzung von Aluminiumhydrat und gasförmigem Fluorwasserstoff, dadurch gekennzeichnet, daß Aluminiumhydrat mit gasförmigem Fluorwasserstoff kontinuierlich in mindestens zwei FlieCbetten, die in Reihe geschaltet elnd, reagiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß

a) pulverförmiges Aluminiumhydrat kontinuierlich mindestens in das Fließbett eingeleitet wird, das mit den das Verfahren verlassenden Gasen in Berührung ist,

b) Fluorwasserstoff mindestens in das Fließbett eingeleitet wird, aus dem das Aluminiumfluorid abgezogen wird, um die Betten unter Fließbedingungen zu halten und um Ihn mi L dem Alufliiniur.ioxyd umzusetzen,

c) die Temperatur des Fließbettes, das mit den das Verfahren

" verlassenden ^asen bei einer Temperatur in Berührung ist, die genügend hoch ist, um die Kondensation der.Reaktionsprodukte gase zu verhindern, beibehalten wird, und

d) Aluminiumfluorid aus mindestens dem Fließbett, das mit dem gasförmigen Fluorwasserstoff, der in das Verfahren eintritt, in Berührung 1st, abgezogen

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daf: das Verfahren in zwei in Reihe geschalteten Fließbetten durchgeführt wird. - 21 -

BAD ORIGINAL

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4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Fließbettes, das mit den das Verfahren verlassenden Oasen in Berührung ist, auf über jJ15*6°C gehalten wird.

5· Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Fließbettes, das mit den das Verfahren verlassenden Gasen in Berührung ist, auf etwa 313#6°C bis 51O°C gehalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Alumlniumfluorid kontinuierlich aus dem Verfahren entfernt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei unteratmosphärischem Druck gearbeitet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die höchste Temperatur in jedem Fließbett unterhalb von 7O7#^°C liegt.

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