DE2220870C3 - Vorrichtung zum Abscheiden von Eisen(II)-chlorid aus Gasgemischen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abscheiden von Eisen(II)-chlorid aus Gasgemischen, wie sie bei der Chlorierung von titanhaltigen Eisenerzen entstehen.

Gasförmige Eisenchloride entstehen beispielsweise bei der Gewinnung von Titandioxid mittels eines Chlorierungsverfahrens, bei dem titanhaltige Eisenerze bei relativ hohen Temperaturen zwischen 750 und 2s UOO⁰C behandelt werden. Es ist zur Abtrennung der Eisen-Verunreinigungen bei diesen Verfahren gebräuchlich, die höher siedenden Eisenchloride aus dem Abgasstrom abzukühlen und dabei zu kondensieren. Wirksame industriell durchführbare Verfahrenstechniken hatten jedoch bisher den Nachteil, daß Erz-Feinkorn und Kohlenstaub, die mit den Gasen abgezogen werden, zur Schlammbildung neigten und sich in der Flüssigkeitsschicht bzw. in der Schicht aus Flüssigkeit und Feststoffen, die infolge der Abkühlung an den Wänden des Kondensators gebildet werden, sammelten. Da diese Feststoffschicht Sehr schnell dicker wird, wird die Leistung des Kondensators verringert, und es können Blockierungen verursacht werden. Zunächst setzen sich die Feststoffe an den Wänden in Form eines *o dünnen Belages ab, der später das Aussehen von inselartigen Ablagerungen annimmt

So wurde beispielsweise festgestellt, daß Staubteilchen, wie z. B. feinteiliger Koks, der mit den Gasen ausgetragen wird, durch das kondensierende Eisenchlo- « rid, das beim Abkühlen aus einem Gas in den flüssigen Zustand übergeht befeuchtet werden. Wenn solche Teilchen befeuchtet sind, neigen sie dazu, aneinander zu haften, so daß sich infolge ihrer semi-flüssigen Oberfläche schnell eine klebrige Masse entlang den so Kühlflächen aufbaut. In engen Leitungen oder Rohren, wie sie für derartige Kondensatoren verwendet werden, verhindern diese Massen aus feuchtem Feststoff bald den weiteren Durchzug der Gase, so daß Betriebsunterbrechungen erfolgen müssen, damit die Vorrichtung ausgewaschen und gereinigt werden kann.

Eine eingangs genannte Vorrichtung ist des weiteren bei der Gewinnung von Titantetrachlorid durch Behandlung von eisenhaltigem Titanmaterial bekanntgeworden (OE-PS 2 02 982). Diese Vorrichtung besteht aus einem senkrecht oder geneigt stehenden Reaktor, dessen oberem Ende feinteiliges, titanhaltiges Material und feinteiliger Kohlenstoff zusammen mit einem Chlorierungsgas kontinuierlich zugeführt wird. Die feinteiligen Feststoffe und das Chlorierungsgas werden ft5 im Gleichstrom in der Richtung nach unten durch den Reaktor transportiert, wobei die Temperatur über 700°C gehalten wird. In diesem Temperaturbereich entsteht u. a. Eisen(II)-chlorid, das sich im flüssigen Zustand auf der Innenseite des Reaktors ablagert Der auf diese Weise gebildete flüssige Film fließt langsam an den Reaktorwänden hinunter und wird in einer getrennt von dem Reaktor angeordneten Kammer aufgefangen.

Die Temperatur soll bei diesem bekannten Reaktor so geregelt werden, daß diese an keiner Stelle innerhalb des Reaktors in einem solchen Ausmaß fällt daß beispielsweise Eisen(II)-chlorid im festen Zustand auftritt und somit zu einer Verstopfung des Reaktors führen würde. Trotzdem besteht auch bei diesem Reaktor die Gefahr von Verstopfungen, da infolge der innerhalb eines einzigen Gefäßes stattfindenden Chlorierungsreaktion und Abtrennung der Chloride im Reaktor eine Obergangszone existiert, in der die Konzentration an festen Partikeln im Gasstrom noch hoch ist und nur erste Spuren von flüssigen Chloriden auf der Innenwand des Reaktors kondensieren, so daß eine klebrige versteifende Masse aus Feststoffpartikeln und halbflüssigen Chloriden gebildet wird, die nicht weggewaschen werden kann, da die Menge des in diesem Bereich gebildeten flüssigen Kondensats hierzu nicht ausreicht

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Abscheiden von Eisen(II)-chlorid aus Gasgemischen, wie sie bei der Chlorierung von titanhaltigen Eisenerzen entstehen, zu schaffen, bei der durch das Ansätzen von Feststoffen oder semi-flüssigen Ablagerungen entstehende Verstopfungen mit Sicherheit vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst die dadurch gekennzeichnet ist daß über einem Chlorierungs-Reaktionsbehälter mit nach oben gehendem Gasauslaßstutzen ein vertikaler rohrförmiger Rückfluß-Kondensator für das Eisen(II)-ChIorid angeordnet ist der im Bereich des Gasauslaßstutzens einen Auffangbehälter aufweist der als ringförmiger Auffangkanal um den Gasauslaßstutzen ausgebildet ist.

Der entscheidende Unterschied zwischen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und der vorstehend beschriebenen bekannten Vorrichtung besteht darin, daß erfindungsgemäß nicht mehr ein einziger Reaktionsbehälter verwendet wird, in dem gleichzeitig die Chlorierungsreaktion und die Abtrennung der Chloride stattfindet sondern daß zusätzlich zu dem Chlorierungs-Reaktionsbehälter ein Kondensator für das Eisen(II)-chlorid angeordnet ist Das hat den Vorteil, daß im Gegensatz zu der bekannten Vorrichtung relativ wenig Feststoffpartikeln in den Bereich gelangen, in dem das Eisen(II)-chlorid kondensiert, und sich daher auch nur wenig Feststoffpartikeln in der dort gebildeten Flüssigkeitsschicht ansammeln können. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden in den Kondensator nur die gasförmigen Reaktionsprodukte der Chlorierungsreaktion eingeführt während in dem bekannten Reaktionsbehälter eine Mischung von fein zerkleinertem, titanhaltigem Material und kohlenstoffhaltigem Material mit Chlor vorliegt. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung ergibt sich dadurch, daß der zusätzlich vorgesehene Kondensator über dem Chlorierungs-Reaktionsbehälter, der eine nach oben gehenden Gasauslaßstutzen aufweist, angeordnet ist. Auf diese Weise kann das Eisen(ll)-chlorid aus dem aufwärts geführten Gasstrom durch Kondensation abgetrennt werden, während gleichzeitig kondensiertes flüssiges Eisen(II)-chlorid im Gegenstrom zu dem Gasstrom geführt werden kann. Dieses flüssige

Eisen(II)-chlorid wirkt unter Schwerkraft-Rückfluß ständig als Waschflüssigkeit und spült irgendwelche im Kondensator entstehenden Feststoff-Ansammlungen weg.

Der erfindungsgemäß vorgesehene Rückliüß-Kondensator ist so ausgebildet daß sich seine Wände mittels Luft oder Wasser kühlen lassen und daß von den Außenseiten der Wände die Kondensationswärme so schnell und gut abgeleitet werden kann, daß das thermodynamische Kondensationsgleichgewicht des Eisenchlorids, insbesondere des Eisen(II)-chlorids, das den Hauptbestandteil des aus der Chlorierung abgezogenen Gases bildet, vollständig auf der Seite der Kondensation bleibt. Das als Flüssigkeit anfallende, kondensierte Eisen(Ii)-chlorid wird zur Verhinderung der Ausbildung von Feststoff-Ablagerungen entlang den Kondensatorwänden nach unten geführt. Die Kondensatorwände sind hierzu so ausgebildet, daß sie einen durch Schwerkraft verursachten Rückfluß ermöglichen, so daß Staub, Abriebteilchen oder sonstige Feststoffe, die zum Anhaften an den Wänden neigen, weggespült werden.

Bei der Durchführung der Chlorierung von titanhaltigen Eisenerzen und der nachfolgenden Abtrennung des Eisen(II)-chIorids mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung wurde festgestellt, daß Feststoff-Ansammlungen, die sich manchmal in Form von vertikal angehäuften inselartigen Ansätzen entlang der Innenseite der Kondensatorwände ausbildeten und Unebenheiten verursachten, durch das im Gegenstrom geführte flüssige Eisen(ll)-chlorid unterschnitten und abgehoben wurden. Dies hat zusätzlich zu den vorstehend geschilderten Vorteilen eine verbesserte Wärmeübertragung zur Folge, da auf diese Weise die isolierende Wirkung der an den Kondensatorwänden anhaftenden Feststoffansammlungen ausgeschaltet werden kann.

Es ist zweckmäßig, die im Gegenstrom geführte kondensierte Flüssigkeit so stark wie möglich zu überhitzen, um dadurch die nachfolgende Oberführung der Flüssigkeit zu erleichtern.

Zur besseren Erläuterung der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung dient die Zeichnung, in der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Vertikalschnitt dargestellt ist.

In der Zeichnung ist ein Chlorierungsreaktor t dargestellt, der sich hoch erhitzen läßt und mit einer Vielzahl von Gaseinleitungsrohren 2 bestückt ist, durch die Chlorgas eingeleitet wird. Als Füllung befindet sich in dem Chlorierungsreaktor 1 eisenenthaltendes Titanerz 11, das mittels des durch die Einlaßrohre in den Reaktor eingeleiteten Chlorgases im Fließzustand gehalten wird. Die heißen gasförmigen Reaktionsprodukte verlassen den Reaktor durch den auf der Oberseite des Reaktors vorhandenen Gasaustriti 3 und gelangen in einen Rückfluß-Kondensator 4 mit einem unteren verbreiterten Auffangbehälter 6, in dem sich flüssiges Eisen(ll)-chlorid 12 befindet Durch einen Flüssigkeitsauslaß 7 wird flüssiges Eisen(II)-chlorid entfernt. Die nicht kondensierten Gase strömen in dem Rückfluß-Kondensator 4 nach oben und gelangen durch en einen Abzug 8 nach draußen. Der Auffangbehälter 6 ist als ringförmiger Auffangkanal 9 um den Gasauslaßstutzen 3 des Chlorierungs-Reaktionsbehälters 1 ausgebildet Durch diesen Auffangkanal 9 wird verhindert, daß kondensierte Flüssigkeit in den Reaktor zurücktropft

Beispiel

Es wurde in einen Chlorierungsreaktor mit einem Durchmesser von 1,68 m bei einer Temperatur zwischen 1 000 und 1 020⁰C Chlorgas mit einer Geschwindigkeit von 1,7 mVrnin eingeleitet In dem Reaktor befanden sich eine Erzfüllung und Koks im Fließzustand. Es wurden noch Z55 m³/min Luft oder Stickstoffgas eingeleitet, um in geeigneter Weise den Fließzustand aufrechtzuerhalten. Die Füllung des Reaktors bestand zu 80% aus llmenit und zu 20% aus feinteiligem Koks mit einer Teilchengröße, die ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 1,68 mm passierte, jedoch auf einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,075 mm zurückblieb. Bei der Chlorierungsreaktion wurden Eisenchloride gebildet annähernd 99% Eisen(H)-chIorid und 1% Eisen(IlI)-chlorid, sowie Kohlendioxid, Kohlenmonoxid sowie Spuren von Titantetrachlorid.

Der verwendete Kondensator besaß einen Durchmesser von 15,24 cm und war 6,1 m hoch. Es konnte mit gutem Erfolg unter Luftkühlung, Einwirkung von Umgebungsluft mit ungefähr 24° C und einer leichten Windgeschwindigkeit von 5 Knoten gearbeitet werden. Alternativ dazu konnte auch mit Wasser gekühlt werden. Dieses wurde um die oberen Außenwände des Kondensators herumgeleitet und an den Seiten entlang nach unten fließen gelassen. Die Wassertemperatur lag bei annähernd 21 "C; das fließende Wasser bildete eine Filmschicht die den Kondensator praktisch vollständig bedeckte. Dadurch wurde sichergestellt, daß die Wandtemperatur des Kondensators unterhalb des bei 980°C liegenden Taupunktes des Eisen(H)-chlorids gehalten wurde. Da Eisen(Il)-chlorid bei 675° C in den festen Zustand übergeht und Eisen(III)-chlorid bei 304° C fest wird und bei 309⁰C siedet bildete sich zunächst auf der Wand eine feste Schicht aus sublimiertem Eisen(ll)-chlorid in Form eines weißen Pulvers, dann wurden Kristalle von Eisen(II)-chlorid abgeschieden, und es bildete sich eine Schicht aus kristallinen Feststoffen, gemischt mit Koksstaub. Diese Schicht verblieb längs der inneren Oberfläche des Kondensators, befeuchtet durch einen Eisen(II)-chlorid-FiIm, im Gleichgewichtszustand.

Die beschriebene Arbeitsweise führte dazu, daß infolge eines oben an den Innenwänden des Kondensators gebildeten Eisen(II)-chlorid-Stromes eine Rückflußwirkung auftrat. Dadurch vergrößerte sich das Verhältnis Flüssigkeit: Feststoff zugunsten der Flüssigkeit, und überschüssige Feststoffe wurden weggewaschen. Da das flüssige Eisen(ll)-chlorid im Gegenstrom zu dem Gasstrom nach unten fließt, absorbiert es Wärme und wird auf diese Weise überhitzt. Dies erleichtert das Aufschmelzen der flüssig-festen Absetzungen und begünstigt außerdem den Abfluß aus dem Kondensator.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zum Abscheiden von Eisen(IJ)-chIorid aus Gasgemischen, wie sie bei der Chlorierung von titanhaltigen Eisenerzen entstehen, dadurch gekennzeichnet, daß Ober einem Chlorierungs-Reaktionsbehälter (1) mit nach oben gehendem Gasauslaßstutzen (3) ein vertikaler rohrförmiger Rückfluß-Kondensator (4) für das Eisen(II)-chlorid angeordnet ist, der im Bereich des Gasausiaßstut- zens (3) einen Auffangbehälter (6) aufweist, der als ringförmiger Auffangkanal (9) um den Gasauslaßstutzen (3) ausgebildet ist