FI96413C - Ferrikloridin synteesimenetelmä - Google Patents

Description

96413

Ferrikloridin synteesimenetelmä

Esillä oleva keksintö koskee menetelmää, jonka avulla voi-5 daan valmistaa synteettisesti ferrikloridia ja erikoisemmin ferrokloridin klooraamista vesiliuoksessa. Tätä ferrikloridia käytetään flokkuloivana aineena vesien käsittelyyn. Voidaan viitata Kirk Othmer, 3. painos, osa 24, sivut 394-396 (1984) ja osa 10, sivu 498 (1980), joissa esitetään tämä 10 sovellutus. Kaikkein yksinkertaisimmassa menetelmässä liuotetaan rautaa konsentroidun kloorivetyhapon avulla ja saadaan näin suunnilleen 36-painoprosenttinen ferrokloridiliuos (FeCl2) , joka kloorataan ferrikloridiliuoksen (FeCl3) saamiseksi, jonka tiitteri on suunnilleen 41 paino-% ja jota voi-15 daan käyttää suoraan flokkuloivana aineena. Tämä 41-prosenttinen liuos on tavanmukainen kaupallinen muoto. On välttämätöntä saada konsentroitu FeCl2-liuos, koska FeCl2 ja FeCl3 voivat haihduttamalla konsentroitaessa osittain hydrolysoitua, jolloin kehittyy HCl:a. HCl:n mukanaolo FeCl3:ssa häi-20 ritsee vesien käsittelyssä. Tässä menetelmässä on tarpeen käyttää konsentroitua kloorivetyhappoa.

US-3 682 592 tekee selkoa menetelmästä, jossa ferrokloridiliuos saatetaan kontaktiin hapen kanssa.

25 US-4 066 748 tekee selkoa menetelmästä, jossa lähdetään FeCl2-liuoksesta, joka on peräisin puhdistuskylvystä. Tässä menetelmässä on konsentroitava ferrokloridi ja klooraus kahdessa vaiheessa on välttämätöntä.

30 Tässä patentissa osoitetaan esimerkissä 3, että on mahdotonta käytettäessä yhtä ainoata reaktoria kloorata täydellisesti ferrokloridi stökiometrisellä kloorimäärällä, eli on pakko käyttää kloorin ylimäärää klooraamaan koko ferrokloridi. 35 Tämän keksinnön toteutuksessa esimerkissä 4 esitetyn kaaviokuvan mukaan osoitetaan FeCl2:n klooraaminen FeCl3:ksi, 96413' 2 mutta kahdessa reaktorissa, joita syötetään seoksella FeCl2/FeCl3.

Nyt on keksitty menetelmä, jonka avulla on mahdollista kon-5 vertoida koko ferrokloridimäärä stökiometrisen kloorimäärän avulla yhdessä ainoassa reaktorissa.

Esillä oleva keksintö koskee ferrikloridin synteesimenetelmää lähtemällä ferrokloridista ja mukana on ferrikloridia, 10 ja menetelmälle on tunnusomaista, että pääosa ferrokloridista, ja edullisesti sen koko määrä, pannaan sisään olennaisesti vertikaalisen reaktorin huipusta tai yläpäästä, jolloin mahdollisesti jäljelle jäävä osa ferrokloridista pannaan sisään kloorin tyvessä olevan syöttökohdan yläpuolelta, 15 suurin osa kloorista, ja edullisesti sen koko määrä, pannaan sisään reaktorin tyvestä, ferrikloridin sivuvirtaama johdetaan reaktoriin ferrokloridin huipulla olevan syöttökohdan ja kloorin tyvessä olevan syöttökohdan väliin, ja otetaan talteen reaktorin tyvestä liuos, joka sisältää pääasiani-20 sesti ferrikloridia.

Reaktorissa varmistetaan kontakti kloorin ja ferro- ja fer-rikloridien kesken. Reaktori on olennaisesti vertikaalinen, so. kapasiteetti on sellainen, että kaikkein pienimmän sy-25 linterin, joka sisältää tämän kapasiteetin, emäviiva on ai-. nakin yhtä suuri kuin sen ympyrän muotoisen leikkauspinnan halkaisija, ja tämä emäviiva on vertikaalinen tai lähellä vertikaalista.

30 Käytetään esimerkiksi tislauskolonnin tai absorptiokolonnin tyyppistä kolonnia. Edullisesti käytetään kolonnia, joka on * varustettu kontaktilaitteilla kuten tasoilla tai renkaanmuo- toisilla täytteillä tai useilla näillä laitteilla.

35 Tämän kolonnin korkeus voi olla välillä 0,1-40 m ja mieluimmin välillä 2-20 m. Ferrokloridi esiintyy vesiliuoksen muodossa samoin kuin ferrikloridi. Suurin osa ferrokloridista, so. ainakin puolet liuoksesta pannaan sisään reaktorin hui- 3 96413 puita ja loput ferrokloridiliuoksesta voidaan lisätä eri korkeuksilta sillä edellytyksellä, että se on kloorin syötön yläpuolella, joka on lähinnä reaktorin tyveä, so. joka on ’ geometrisesti kaikkein alinna. Ferrokloridi lisätään edulli-5 sesti yhtenä ainoana virtana reaktorin huipulta. Ferrokloridi on vesiliuoksen muodossa, joka sisältää pääasiallisesti ferrokloridia, mutta se voi jo sisältää ferrikloridia ja/tai kloorivetyhappoa. Voidaan käyttää nestemäistä tai kaasumaista klooria tai nestettä, joka sisältää klooria. Suurin osa 10 kloorista, so. ainakin puolet klooria sisältävästä virrasta, pannaan sisään reaktorin tyvestä ja loput voidaan lisätä eri korkeuksilta reaktoria.

Kloori pannaan sisään edullisesti reaktorin tyvestä.

15

Reaktorin yläpäästä otetaan talteen kaasufaasissa kloorin sisältämät inertit aineet ja mahdollisesti reagoimaton kloori .

20 Reaktoria syötetään ferrikloridin lateraalisella virralla, ja tämä virta on vesiliuoksen muodossa, joka sisältää olennaisesti ferrikloridia. "Lateraalinen" tarkoittaa, että ferrikloridia pannaan sisään huipulta tapahtuvan ferrokloridin syötön ja tyvestä tapahtuvan kloorin syötön välistä. Keksin-25 nön piiristä ei poistuta, vaikka käytettäisiin liuosta, joka sisältää jopa 1 paino-% ferrokloridia. Tämä ferrikloridi voi myös sisältää jonkin verran HCl:a. Ferrikloridi voidaan panna sisään lateraalisesti useista pisteistä. Edullisesti se lisätään yhdellä kertaa ja mieluimmin reaktorin ylimmästä 30 kolmanneksesta.

: Käytetään edullisesti ferrokloridiliuosta ja ferrikloridili- uosta, jotka eivät sisällä yli 1 paino-% HCl:a ilmaistuna näiden molempien, ferro- ja ferrikloridiliuosten painosta 35 laskettuna, minkä ansiosta voidaan käyttää ferrikloridia suoraan flokkuloivana aineena vesien käsittelyyn.

4 96413

Reaktori toimii edullisesti melko alhaisessa lämpötilassa, so. että tämä lämpötila lisättynä viipymisaikaan ei aiheuta FeCl2:n hydrolyysiä.

5 Vaikka reaktio ferrokloridin ja kloorin välillä on totaalinen, noudatetaan edullisesti ferrokloridin viipymisaikaa, joka on ainakin 10 s reaktorissa ja mieluimmin alle 4 h.

Ei ole tarpeen kloorata kaikkea FeCl2:a, sillä ferrikloridin 10 laatuvaatimukset sallivat toisinaan 0,1-1 paino-% FeCl2:a ferrikloridiliuoksessa. Keksinnön piiristä ei poistuta, vaikka käytettäisiin ylimäärin klooria stökiometriaan nähden.

15 Reaktioväliaineen lämpötila on edullisesti välillä 50°- 100°C. Paine voi olla mikä tahansa, mutta mukavuussyistä työskennellään atmosfäärin paineen ja 6 baarin paineen välillä ja mieluimmin atmosfäärin paineen ja 1 suhteellisen baarin paineen välillä.

20

Reaktorin tyvestä otetaan talteen liuos, joka sisältää olennaisesti ferrikloridia. Keksinnön parhaana pidetyn suoritusmuodon mukaan tämä liuos palautetaan sykliin reaktoriin fer-rikloridin lateraalisena syöttönä. Muuttumattomissa olosuh-25 teissä vedetään pois ennen sykliin palauttamista sellainen määrä ferrikloridia, joka vastaa moolien suhteen reaktoriin lisätyn ferrokloridin määrää. Tämä poisvedetty osa muodostaa ferrikloridin tuotannon. Voidaan käyttää myös lämmönvaihdin-ta tässä sykliin palautuksessa ennen reaktoriin palaamista 30 siten, että vedetään pois ferrokloridin kloorausreaktiossa syntyneitä kaloreita. Voidaan myös haihduttaa osa reaktorista poistuvan ferrikloridiliuoksen, tai poisvedettävän liuoksen, tai reaktorin sykliin palautettavan liuoksen tai minkä tahansa näiden liuosten yhdistelmän vedestä. Tämä haihdutta-, 35 minen voidaan suorittaa konventionaalisen haihdutinlaitteen tai esimerkiksi paineenalennuksen avulla, joka aikaansaa täten veden höyrystymisen.

5 96413

Voidaan mahdollisesti kuumentaa ferrikloridiliuos ennen sen haihduttamista.

Kuvio 1 esittää erästä keksinnön suoritusesimerkkiä.

5

Kolonnia 1, joka käsittää kaksi täytekerrosta 7 ja 8, syötetään kohdasta 2 ferrokloridilla, kohdasta 3 kloorilla ja kohdasta 4 ferrikloridilla. Kohdassa 6 otetaan talteen iner-tit aineet, joita on kloorivirrassa 3 ja kohdassa 5 ferri-10 kloridiliuos.

Kuvio 2 esittää toista keksinnön suoritusesimerkkiä.

(Käytetään samoja numeroita kuin kuviossa 1.) Ferrikloridi-15 liuokselle 5 suoritetaan paineenalennus kohdassa 12. Neste-faasi 11 jakautuu virtaan 9, joka muodostaa ferrikloridin tuotannon ja virtaan 4, joka palautetaan sykliin reaktoriin 1. Paineenalennusastia 12 on yhdistetty kohdassa 10 höyryn ulostyöntimeen. 13 on lämmönvaihdin.

20

Seuraavat esimerkit valaisevat keksintöä sitä rajoittamatta. Esimerkki l Käytetään kuvion 2 mukaista laitetta, jossa kolonni 1 on 25 lasinen ja sen sisäläpimitta on 0,35 m ja sen täytteen kor-; keus on 7 m osassa 7 ja 3 m osassa 8.

Kohdasta 2 pannaan sisään liuos 296 kg/h FeCl2:a ja 704 kg/h vettä, jonka lämpötila on 80°C ja kohdasta 3 kloorivirta 30 82,7 kg/h ja inerttien aineiden virta 5 kg/h. Kohdassa 6 otetaan talteen 5 kg/h inerttejä aineita ja kohdassa 5 fer-' rikloridiliuos, jonka lämpötila on 85°C. Kolonni 1 työsken telee paineessa 1,1 abs.baaria. Ferrikloridi kuumennetaan lämpötilasta 85°C 94°C:een lämmönvaihtimen 13 avulla, sen 35 jälkeen alennetaan paine 0,25 abs.baariin. Kohdasta 4 palautetaan takaisin sykliin liuos, joka sisältää 2272 kg/h FeCl3:a ja 3269 kg/h vettä ja vedetään pois 10 379 kg/h FeCl3:a, joka on laimennettuna 545 kg:aan/h vettä.

6 96413

Esimerkki 2 (vertailu)

Työskennellään kuten esimerkissä 1, mutta syöttämällä kolonniin 1 ferrokloridia molempien kerrosten 7 ja 8 välistä, so. samalta korkeudelta kuin sykiiinpalautus 4. Jotta saataisiin 5 sama FeCl2:n konversioaste FeCl3:ksi, oli välttämätöntä lisätä kloorin virtaa 88 kg:aan/h, so. 88 kg/h klooria ja 5,32 kg/h inerttiä ainetta. Kloorin ylimäärä ja inertit aineet poistuvat kohdasta 6.

Claims (3)

96413'

1. Menetelmä, jonka avulla voidaan valmistaa synteettisesti ferrikloridia lähtemällä ferrokloridista ja mukana on ferrikloridia, tunnettu siitä, että pääosa ferrokloridista, 5 ja edullisesti sen koko määrä, pannaan sisään olennaisesti vertikaalisen reaktorin huipusta tai yläpäästä, jolloin mahdollisesti jäljelle jäävä osa ferrokloridista pannaan sisään kloorin tyvessä olevan syöttökohdan yläpuolelta, suurin osa kloorista, ja edullisesti sen koko määrä, pannaan sisään 10 reaktorin tyvestä, ferrikloridin sivuvirtaama johdetaan reaktoriin ferrokloridin huipulla olevan syöttökohdan ja kloorin tyvessä olevan syöttökohdan väliin, ja otetaan talteen reaktorin tyvestä liuos, joka sisältää pääasiallisesti ferrikloridia. 15

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktori on kolonni, joka sisältää kaasun ja nesteen kontaktilaitteita tai -elementtejä.

3. Patenttivaatimuksen l tai 2 mukainen menetelmä, tunnet- tu siitä, että ferrikloridin lateraalinen virta pannaan sisään reaktorin ylimmästä kolmanneksesta. 25 1. Förfarande för syntes av ferriklorid utgäende frän fer- : roklorid och i närvaro av ferriklorid, kännetecknat av att det bestär i att man inför huvuddelen av ferrokloriden, och företrädesvis hela mängden därav, vid toppen eller den Övre delen av en i huvudsak vertikal reaktor, varvid den even-30 tuella äterstoden av ferroklorid införes ovanför stället för inmatning av klor vid bottnen, inför huvuddelen, företrädesvis hela mängden därav, av kloren vid bottnen av reaktorn, inför en sidoström av ferriklorid i reaktorn mellan stället för inmatning av ferroklorid vid toppen och stället för in-35 matning av klor vid bottnen, och vid bottnen av reaktorn utvinner en lösning väsentligen innehällande ferrikloriden. 96413

2. Förfarande enligt patentkrav l, kännetecknat av att reaktorn är en kolonn innehillande element eller organ för kontakt gas/vätska. 5

3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknat av att sidoströmmen av ferriklorid införes i den övre tredjede-len av reaktorn. 1