DE2609430C3

DE2609430C3 - Vorrichtung zur Herstellung von Vanadinpentoxid

Info

Publication number: DE2609430C3
Application number: DE2609430A
Authority: DE
Inventors: Hubert 4670 Lünen Bings
Original assignee: SKW Trostberg AG; Vereinigte Aluminium Werke AG
Current assignee: Evonik Operations GmbH; Vereinigte Aluminium Werke AG
Priority date: 1976-03-06
Filing date: 1976-03-06
Publication date: 1981-04-02
Also published as: DE2609430B2; AU515646B2; AT353230B; DE2609430A1; US4119707A; ATA137377A; US4304755A; AU2292877A; ZA771316B; LU76887A1; FI770658A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Vanadinpentoxid durch thermisches Zersetzen von Ammoniumvanadaten, mit einem indirekt beheizten Drehrohr.

In der US-PS 33 33 916 ist ein Verfahren zur Herstellung von reinem Vanadinoxid aus Ammoniummetavanadat beschrieben. Bei diesem Verfahren wird der nasse Filterkuchen von Ammoniummetavanadat in einem direkt beheizten Ofen getrocknet und anschließend in einem Schmelzofen als dünne Schicht gesintert, bevor es in einer Flammfront zu pulverförmigem Vanadinpentoxid im direkten Kontakt mit der Brennerflamme aufgeschmolzen wird. Das beim Trocknungsvorgang entweichende Ammoniakgas wird ständig abgesaugt, um eine Rückvermischung mit dem getrockneten Vanadinpentoxid zu vermeiden. Die Zersetzung des Ammoniaks in Stickstoff und Wasserstoffgas bei höheren Temperaturen wird durch die Verwendung von zwei öfen und durch Trennung der Material- und Gasströme verhindert.

In der DE-AS 10 70154 ist ein Verfahren zur Herstellung von reinem Vanadinpentoxid beschrieben, bei dem man ein Ammoniumvanadat bis 180° C trocknet und sodann in einem Ofen auf 400° C unter Rühren in oxidierender Atmosphäre erwärmt. Auch hier wird ein zweistufiges Schmelzverfahren in zwei öfen unter oxidierenden Bedingungen durchgeführt, wodurch ein flockiges Endprodukt entsteht.

Die thermische Zersetzung von Ammoniumvanadaten verläuft nach folgenden Gleichungen:

(NHU)₄(H₂V₄O₁₃) - 2V₂O₅ + NH₃ + 3H₂O
(Ammoniumtetravanadat)

2NH₄VO₃ - V₂O₅ + 2NH₃ + H₂O

(Ammoniummetavanadat)

Besonders störend ist dabei, daß das freiwerdende Ammoniak als Reduktionsmittel wirkt und während des Zersetzungsvorganges niedrigerwertige Vanadiumoxide und Vanadiumnitride entstehen, die die Qualität des erzeugten Produktes herabsetzen. Eine in einem geschlossenen Ofen hergestellte Vanadiumsäure hat beispielsweise folgende Analyse:

V₂O₅ = 79,7%

V₂O₃ + V₂O₄ = 17,2%
N = 0,7%

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine platzsparende und verschleißarme Vorrichtung zur Herstellung von Vanadinpentoxid durch thermisches Zersetzen von Ammoniumvanadaten vorzuschlagen, wobei das Produkt arm an niedrigwertigen Vanadiumoxiden und praktisch frei von Vanadiumnitriden ist

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Drehrohr außen mit mehreren, vorzugsweise drei nebeneinander angeordneten, unabhängig voneinander für die einzelnen Behandlungszonen (Trocknungszone, Zersetzungszone, Oxidationszone) temperierbaren Heizkammern versehen ist, und daß am Ende des Drehrohrs von der Seite des Produktauslaufs her ein in der Drehrohrachse angeordnetes, mit einem Sauggebläse versehenes Rohr vorgesehen ist, dessen Absaugöffnung sich in der Höhe der Zersetzungszone (4) befindet, und daß am Ende des Drehrohrs ein Frischluftzufuhrstutzen angebracht ist.

Die Zeichnung veranschaulicht schematisch eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zur Herstellung von Vanadinpentoxid.

Die Vorrichtung weist als Reaktor ein indirekt mit Gas, mit öl oder elektrisch beheiztes Drehrohr (12) auf. Um eine besonders gute Durchmischung und Wärmeübertragung des zur Zersetzung aufgegebenen Ammoniumvanadates im Drehrohr zu gewährleisten, ist das Drehrohr (12) innen mit Mischschaufeln (13) versehen. Die Fördergeschwindigkeit des Gutes innerhalb des Drehrohrs — und damit die Verweilzeit — wird naturgemäß mitbestimmt durch Neigung und Drehzahl des Drehrohrs. Damit aber stets ein Materialfüllungsgrad von 10-30, vorzugsweise 15-25 Vol.-°/o, eingehalten werden kann, befindet sich an der Materialauslaufseite des Drehrohrs eine Stauscheibe oder ein Staurohr (7) mit einem Innenlochdurchmesser von max.

halbem Durchmesser des Drehrohres. Um den Zersetzungsvorgang unter Kontrolle zu halten und noch zu begünstigen, wird der Reaktor mittels eines Sauggebläses (14) unter leichtem Unterdruck gehalten. Ein Abschlußorgan (Zellenschleuse oder Doppelpendeleo klappe) (10) in der Produktauslaufschurre verhindert den Falschlufteintritt. Die Entfernung der Zersetzungsgase aus dem Drehrohr erfolgt über ein in Drehrohrachse von der Produktauslaufseite her angeordnetes Saugrohr (3). Die Saugöffnung liegt sinnvollerweise in Höhe der Zersetzungszone (4) angeordnet. Die für die Druckkorrektur notwendige Frischluft wird am Produktauslauf über einen entsprechenden Stutzen (6) aufgegeben, wobei die Luft im Reaktor durch

entsprechende Einbauten so gelenkt wird, daß sie über das bereits zersetzte Produkt strömt und als Nachoxydationsmittel wirkt Die Verwendung von Heißluft ist besonders wirkungsvoll Die Aufgabe des Ammoniumvanadates wird mittels einer Dosierschnecke bewerkstelligt Die Beheizung des Drehrohrs {12) erfolgt von außen in drei nebeneinander angeordneten Heizkammern, die unabhängig von einander verschieden temperiert werden können. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Temperatur in der 1. Kammer — der sogenannten Trocknungszone (2) — auf 300 —500° C zu halten. Die Temperatur in der 2. Kammer — der sogenannten Zersetzungszone (4) — auf 450—600° C einzustellen und die Temperatur in der 3. Kammer — der sogenannten Oxydationszone (5) — auf mindestens 450⁰C zu halten. Als Werkstoff des Drehrohres eignen sich vorzüglich die Materialien 1.4541 (=X10 CrNiTi 18 9)und 1.4550(=X10CrNLNb 189).
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist wie folgt:
Das in der Regel feucht aufgegebene Ammoniumvanadat (8) wird mittels der Dosierschnecke (1) in das Drehrohr kontinuierlich eingetragen. Das in der Trockenzone (2) ausgetriebene Wasser streicht z.T. über bereits zersetztes Produkt, bevor es in das Saugrohr (3) gelangt Die bei der Zersetzung (NH₃-Austreibung) evtl. gebildeten Vanadiumnitride werden durch den Wasserdampf hydrolysiert und so der gebundene Stickstoff abgebaut Der bei der Zersetzung in der Zersetzungszone (4) freiwerdende Ammoniak kann teilweise dissoziieren und das gebildete V2O5 zu V₂O₃ und V2O4 reduzieren. Zur Unterbindung dieser unerwünschten Reaktion wird das freiwerdende Ammoniak-Gas im Gegenstrom zum Materialfluß geleitet und vom Saugrohr (3) abgesogen. Eventuell doch gebildete niedrigwertige Vanadiumoxide werden in der Nachoxydationszone (5) mittels einströmender Frischluft (6) wieder zu V2O5 aufoxydiert. Um sicherzustellen, daß das Produktbett (9) ausreichend mit Luft durchflutet wird, ist ein Füllungsgrad des Drehrohres von mindestens 15% erforderlich. Der gewünschte Füllungsgrad wird durch das eingebaute Überlaufwehr (Staurohr) (7) garantiert Das reine V2O5 läuft entsprechend der aufgegebenen Ammoniumvanadatmenge (8) kontinuierlich über die Schleuse (10) nach draußen (11) und kann entweder als Pulver aufgefangen oder in einem entsprechenden Schmelzofen zu geschmolzener Vanadinsäure verarbeitet werden. Die Entgasung des Ofens erfolgt über das Saugrohr (3) mittels Gebläse (14) unter Zwischenschaltung einer Abgasreinigungsanlage.

Wie effektiv die beschriebene Vorrichtung arbeitet, ist aus nachfolgenden Beispielen ersichtlich:

Vergleichsbeispiel

In ein von außen beheiztes Drehrohr von 1600 mm Länge und 300 mm Durchmesser wurden 36 kg/h feuchtes Ammoniumvanadat mittels einer Dosierschnecke kontinuierlich aufgegeben. Das Ammoniumvanadat hatte folgende Analyse:

Feuchte	18,2%
V	34,9%
NH₃	11,6%
Na₂O	0,1%
SiO₂	0,2%

Das Drehrohr hatte keine Einbauten. Die Abgase wurden an der Materialaufgabeseite mittels eines Ventilators abgesaugt Frischluft strömte von der Produktauslaufseite her ein. Es wurden 15 mVh Spülluft eingesaugt

Die Temperatur des Rohres wurde auf der gesamten Länge auf 550° C eingestellt Die Drehrohrneigung betrug 0,5%, die Drehzahl 3 UpM und der Füllungsgrad ca. 7%.

Insgesamt lief der Versuch 8 Stunden. Es wurden 290 kg feuchtes Ammoniumvanadat durchgesetzt Erhalten wurden 178 kg Endprodukt Das erhaltene Pulver sah olivgrün aus und hatte folgende Analyse:

	V2O5	92,1%
	V₂O₃-I-V₂O₄	7,1%
	Na₂OH-SiO₂	0,5%
25	N	03%

Die Leistung des Zersetzers lag bei 14,3 kg zersetztes Produkt pro Stund? und m² Heizfläche.

Beispiel

Das beim Vergleichsbeispiel beschriebene Drehrohr

wurde mit Zonenheizung, Mischschaufeln, zentralem Absaugrohr und Staurohr versehen. Es wurde wie bei Versuch 1 ca. 15 m³ Frischluft eingesaugt Die Temperatüren in den einzelnen Heizzonen betrugen

Trockenzone	420° C
Zersetzung	450° C
Oxydation	450° C

Durch das Staurohr war ein Füllungsgrad von 20% gewährleistet Die Drehzahl des Zersetzerrohres betrug 7 UpM und die Neigung 0,5%.

Es wurde das gleiche Ausgangsmaterial wie beim Vergleichsbeispiei verwendet Die kontinuierlich mittels Dosierschnecke aufgegebene feuchte Ammoniumvanadatmenge betrug 51 kg/h. Der Versuch lief 10 Stunden lang, so daß insgesamt 510 kg feuchtes Ammoniumvanadat durchgesetzt werden konnten. Erhalten wurden 318 kg Endprodukt. Das erhaltene Pulver sah gelb aus und hatte folgende Analyse:

V₂O₅	98,8%
V₂O₃H-V₂O₄	0,6%
Na₂OH-SiO₂	0,5%
N	< 0 1 %

Die Leistung des Zersetzers lag bei 20,5 kg zersetztes Produkt pro Stunde und m² Heizfläche.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Herstellung von Vanadinpentoxid durch thermisches Zersetzen von Ammoniumvanadaten, mit einem indirekt beheizten Drehrohr, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehrohr (12) außen mit mehreren, vorzugsweise drei nebeneinander angeordneten, unabhängig voneinander für die einzelnen Behandlungszonen (Trocknungszone, Zersetzungszone, Oxidationszone) temperierbaren Heizkammern versehen ist, und daß am Ende des Drehrohrs (12) von der Seite d".s Produktsauslaufs (11) her ein in der Drehrohrachse angeordnetes mit einem Sauggebläse versehenes Rohr (3) vorgesehen ist, dessen Absaugöffnung sich in Höhe der Zersetzungszone (4) befindet, und daß am Ende des Drehrohrs (12) ein Frischluftzufuhrstutzen (6) angebracht ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Materialsauslaufseite der Zersetzungszone (4) eine Stauscheibe oder ein Staurohr (7) mit einem Innenlochdurchmesser von max. halbem Durchmesser des Drehrohres (12) angeordnet ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschlußorgan, insbesondere eine Zellenschleuse oder eine Doppelpendelklappe (10), zur Verhinderung des Falschlufteintritts in der Produktauslaufschurre (11) vorgesehen ist