DK172421B1 - Fremgangsmåde til syntese af ferrichlorid - Google Patents

Description

i DK 172421 B1

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til syntese af ferrichlorid ud fra ferrochlorid og i nærvær af ferrichlorid. Det omhandlede ferrichlorid anvendes som flokkuleringsmiddel ved vandbehandlingen. Man kan henvise 5 til Kirk Othmer 3. udgave, bind 24, siderne 394-396 (1984) og til bind 10, side 498 (1980), hvori denne an vendelse forekommer. Den mest simple fremgangsmåde består i at angribe jern med koncentreret saltsyre, man opnår på denne måde en opløsning indeholdende ca. 36 vægt-% fer-10 rochlorid (FeCla) , som man chlorerer til opnåelse af en ferrichlorid-opløsning (FeCl3)/ som indeholder ca. 41 vægt-%, og som er direkte anvendelig som flokkuleringsmiddel. Denne opløsning indeholdende 41% er den sædvanlige kommercielt tilgængelige form. Det er nødvendigt at 15 opnå en koncentreret opløsning af FeCl2, eftersom FeCl2 og FeCl3 under en opkoncentrering ved inddampning kan undergå en partiel hydrolyse, som fører til HC1. Tilstedeværelsen af HC1 i FeCl3 er generende for vandbehandlingen. Denne fremgangsmåde nødvendiggør anvendelsen af kon-20 centreret saltsyre.

I US patentskrift nr. 3 682 592 omtales en fremgangsmåde, i hvilken ferrochlorid-opløsningen bringes i kontakt med oxygen.

I US patentskrift nr. 4 066 748 omtales en fremgangsmåde 25 ud fra en opløsning af FeCl-, der stammer fra et bejdsningsbad. Denne fremgangsmåde gør det nødvendigt at op-koncentrere ferrochloridet, og den nødvendiggør en chlo-rering i to trin.

Dette patentskrift viser i eksempel 3 umuligheden af at 30 anvende en enkelt reaktor til fuldstændig chlorering af ferrochlorid med en støkiometriske mængde af chlor, eller nødvendigheden er at anvende et overskud af chlor for at chlorere hele mængden af ferrochlorid.

2 DK 172421 B1

Ved gennemførelsen af denne opfindelse ifølge det reaktionsskema, som er forklaret i eksempel 4, viser man chlorering af FeCl2 til FeCl3, men dog i to reaktorer, som fødes med en blanding af FeCl2 og FeCl3.

5 Man har nu fundet en fremgangsmåde, som gør det muligt at omdanne hele mængden af ferrochlorid med den støkiometriske mængde af chlor i en enkelt reaktor.

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til syntese af ferrichlorid ud fra ferrochlorid og i nærvær 10 af ferrichlorid, hvilken fremgangsmåde er særegen ved det i krav l's kendetegnende del angivne.

Reaktoren sikrer kontaktskabelsen mellem chlor og ferrochlorid og ferrichlorid. Reaktoren er i hovedsagen lodret, dvs. at det er en beholder af en sådan art, at den 15 mindste cylinder, som indeholder den pågældende kvantitet, har en frembringer, der mindst er lig med diameteren af dens cirkulære tværsnit, idet denne frembringer er lodret eller tæt ved at være lodret.

Man anvender f.eks. en kolonne af arten destillationsko-20 lonne eller absorptionskolonne. Man anvender med fordel en kolonne forsynet med kontaktskabelsesanordninger, såsom plader eller fyldninger med ringe eller flere af sådanne anordninger.

Højden af denne kolonne kan være mellem 0,1 og 40 meter, 25 fortrinsvis mellem 2 og 20 meter. Ferrochlorid foreligger i form af en vandig opløsning såvel som ferrichlorid. Størstedelen af ferrochloridet, dvs. mindst halvdelen af opløsningen, indføres i toppen af reaktoren, og resten af ferrochlorid-opløsningen kan indføres i forskellige høj-30 der, dog under den forudsætning, at det er over den tilførsel af chlor, som er nærmest ved foden af reaktoren, dvs., som geometrisk er den laveste. Man indfører med 3 DK 172421 B1 fordel ferrochloridet i en enkelt strøm af toppen af reaktoren. Ferrochloridet er i form af en vandig opløsning indeholdende i hovedsagen ferrochlorid; men som allerede kan indeholde ferrichlorid og/eller saltsyre. Man kan an-5 vende flydende chlor eller gasformig chlor eller en gas eller en væske indeholdende chlor. Størstedelen af chlo-ren, dvs. mindst halvdelen af strømmen indeholdende chlor, indføres i bunden af reaktoren, og resten indføres i forskellige højder i reaktoren.

10 Man indfører med fordel chloren ved foden af reaktoren.

Man opsamler på toppen af reaktoren i gasfasen de inerte bestanddele, som er indeholdt i chloren, samt eventuelt den chlor, der ikke har reageret.

Reaktoren fødes med en sidestrøm af ferrichlorid, denne 15 strøm er i form af en vandig opløsning indeholdende i hovedsagen ferrichlorid, udtrykket "side" betegner, at man indfører ferrichloridet mellem tilførslen af ferrochloridet i toppen og tilførslen af chlor i bunden. Det er muligt at anvende en opløsning indeholdende 1 vægt-% fer-20 rochlorid. Denne ferrichlorid kan ligeledes indeholde en mindre mængde HC1. Ferrichloridet kan indføres fra siden i forskellige punkter. Man indfører den med fordel på en gang og fortrinsvis i den øverste tredjedel af reaktoren.

Man anvender med fordel en opløsning af ferrochlorid og 25 en opløsning af ferrichlorid, som ikke indeholder mere end 1 vægt-% HC1 udtrykt i forhold til vægten af de to opløsninger af henholdsvis ferrochlorid og ferrichlorid, hvilket gør det muligt at anvende ferrichloridet direkte som flokkuleringsmiddel ved vandbehandlingen.

30 Reaktoren fungerer med fordel ved en moderat temperatur, dvs. således, at denne temperatur i forbindelse med opholdstiden ikke fremkalder en hydrolyse af FeCl2.

4 DK 172421 B1

Skønt reaktionen mellem ferrochlorid og chlor er total, respekterer man med fordel en opholdstid for ferrochlori-det på mindst 10 sekunder i reaktoren, fortrinsvis mindre end 4 timer.

5 Det er ikke nødvendigt at chlorere hele mængden af FeCl2, idet specifikationerne for ferrichlorid undertiden kan tolerere 0,1-1 vægt-% FeCl2 i ferrichlorid-opløsningen.

Det er muligt at anvende et overskud af chlor i forhold til de støkiometriske mængdeforhold.

10 Reaktionsmediets temperatur befinder sig med fordel mellem 50 og 100 °C. Trykket kan være vilkårligt, man arbejder af bekvemmelighedshensyn mellem atmosfæretrykket og 6 bar, fortrinsvis mellem atmosfæretrykket og 1 bar relativt tryk.

15 Man opsamler ved foden af reaktoren en opløsning indeholdende i hovedsagen ferrichlorid. Man kan også cirkulere denne opløsning til reaktoren som sidestrømsfødning af ferrichlorid. Ved stationær reaktionstilstand udtrækker man før recirkulering en mængde af ferrichlorid svarende 20 i mol til den mængde ferrochlorid, som indføres i reaktoren. Denne udtrækning udgør produktionen af ferrichlorid.

Man kan ligeledes placere en varmeveklser over recirkuleringen før tilbageførslen til reaktoren på en sådan måde, at man ekstraherer de kalorier, som skyldes chlorerings-25 reaktionen af ferrochlorid. Man kan også ligeledes afdampe en del af vandet fra ferrichlorid-opløsningen ved udgangen fra reaktoren, eller fra den opløsning, som man udtrækker, eller fra den opløsning, som man recirkulere i reaktoren, eller fra enhver kombination af disse opløs-30 ninger. Denne inddampning kan gennemføres ved hjælp af en konventionel fordamper eller f.eks. ved en nedsættelse af trykket, som på denne måde fremkalder en fordampning af vandet.

5 DK 172421 B1

Man kan eventuelt genopvarme ferrichlorid-opløsningen før inddampningen.

På fig. 1 er vist et diagram for en kolonne til udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen.

5 Kolonnen (1), som omfatter to lejre af fyldninger (7) og (8) fødes med ferrochlorid ved (2), med chlor ved (3) og med ferrichlorid ved (4) . Man opsamler ved (6) de inerte bestanddele indeholdt i strømmen af chlor (3) og ved (5) en opløsning' af ferrichlorid.

10 På fig. 2 er vist et andet diagram for et anlæg til udøvelse af opfindelsen (man anvender de samme nummereringer som i fig. 1).

Trykket i ferrichlorid-opløsningen (5) sænkes ved (12) . Den væskeformige fase (11) opdeler sig i en strøm (9), 15 som udgør produktionen af ferrichlorid, og i en strøm (4), som recirkuleres til reaktoren (1). Sænkningsbeholderen (12) er forbundet ved (10) med en dampinjektor.

(13) markerer en varmeveksler.

De efterfølgende eksempler belyser opfindelsen.

20 Eksempel 1

Man anvender en anordning i overensstemmelse med fig. 2, i hvilken kolonne (1) er af glas med en indre diameter på 0,35 m og udvisende en højde af fyldningen på 7 m for afsnittet (7) og på 3 for afsnittet (8).

25 Man indfører ved (2) en opløsning af 296 kg/h FeCl2 og 704 kg/h vand ved 80 °C, og ved (3) en mængde på 82,7 kg/h chlor og 5 kg/h inerte bestanddele. Man opsamler ved (6) de 5 kg/h inerte materialer og ved (5) en ferrichlo-rid-opløsning med temperaturen 85 °C. Kolonnen (1) betje-30 nes ved et tryk på 1,1 bar absolut. Man genopvarmer fer- 6 DK 172421 B1 richloridet til 85-94 °C ved hjælp af varmeveksleren (13), hvorpå man sænker trykket til et tryk på 0,25 bar absolut. Man recirkulerer ved (4) en opløsning indeholdende 2272 kg/h FeCl3 og 3269 kg/h vand, og man udtager 5 deraf 10379 kg/h FeCl3 fortyndet i 545 kg/h vand.

Eksempel 2 (sammenligningseksempel)

Man går frem analogt med eksempel 1, men idet man føder kolonnen (1) med ferrichloridet mellem de to angivne lag (7) og (8), dvs. på samme højde som recirkuleringen (4).

10 Til opnåelse af den samme omdannelse af FeClj til FeCl3 er det nødvendigt at forøge hastigheden af chlor til 88 kg/h dvs. 88 kg/h chlor og 5,32 kg/h inerte materialer. Overskydende mængder af chlor og de inerte bestanddele forlader systemet ved (6).

Claims (3)

1. Fremgangsmåde til syntese af ferrichlorid ud fra fer-rochlorid og i nærvær af ferrichlorid, kendetegnet ved, at den består i at indføre størstedelen af 5 ferrochloridet, fortrinsvis den totale mængde, som en vandig opløsning, i toppen af en i hovedsagen lodret reaktor, idet den eventuelle resterende del af ferrochlo-rid-opløsningen indføres over tilledningen af chloren ved foden af reaktoren, at indføre størstedelen og fortrins-10 vis af den totale mængde af chloren ved foden af reaktoren, at indføre en sidestrøm af ferrichlorid som en vandig opløsning i reaktoren mellem tilledningspunktet for ferrochlorid-opløsningen ved toppen og tilledningspunktet for chloren ved foden, og at opsamle ved foden af den på-15 gældende reaktor en opløsning hovedsageligt indeholdende ferrichlorid.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at reaktoren er en kolonne indeholdende anordninger for kontakt mellem gas og væske.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendeteg net ved, at sidestrømmen af ferrichlorid indføres i den øverste tredjedel af reaktoren.