FI96414C - Menetelmä, jonka avulla voidaan valmistaa ferrikloridia lähtemällä ferrokloridista - Google Patents

Description

96414'

Menetelmä, jonka avulla voidaan valmistaa ferrikloridia lähtemällä ferrokloridista 5 Esillä oleva keksintö koskee menetelmää, jonka avulla voidaan valmistaa ferrikloridia lähtemällä ferrokloridista.

Se koskee erikoisesti ferrikloridin valmistamista vesiliuoksessa, jonka tiitteri on välillä 35-45 paino-%. Tätä ferrikloridin muotoa käytetään flokkuloivana aineena vesien 10 käsittelyyn. Voidaan viitata Kirk Othmer, 3. painos, osa 24, sivut 394-396 (1984) ja osa 10, sivu 498 (1980), joissa esitetään tämä sovellutus. Kaikkein yksinkertaisimmassa menetelmässä liuotetaan rautaa konsentroidun kloorivetyhapon avulla ja saadaan näin suunnilleen 36-painoprosenttinen 15 ferrokloridiliuos (FeCla), joka kloorataan ferrikloridi- liuoksen (FeCl3) saamiseksi, jonka tiitteri on suunnilleen 41 paino-% ja jota voidaan käyttää suoraan flokkuloivana aineena. Tämä 41-prosenttinen liuos on tavanmukainen kaupallinen muoto. On välttämätöntä saada konsentroitu FeCla-20 liuos, koska FeCle ja FeCla voivat haihduttamalla konsentroitaessa osittain hydrolysoitua, jolloin kehittyy HClsa. HCl:n mukanaolo FeClaissa häiritsee vesien käsittelyssä. Tässä menetelmässä on tarpeen käyttää konsentroitua kloori-vetyhappoa.

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

30 US-3 682 592 tekee selkoa edellisen kaltaisesta menetelmästä, mutta ferrokloridiliuos saatetaan kontaktiin hapen kanssa.

35 Nyt on keksitty hyvin yksinkertainen menetelmä, jonka avulla voidaan saada konsentroitu ferrikloridin liuos klooraamalla ferrokloridin laimeata liuosta.

2 96414

Keksinnön mukaisessa menetelmässä valmistetaan ferrikloridia lähtemällä ferrokloridista ja menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: 5 a) saatetaan kontaktiin kloori ja liuos, joka sisältää ferrokloridia ferrikloridia sisältävän liuoksen mukana ollessa, b) suoritetaan kohdassa a) saadun liuoksen paineenalennus, 10 c) palautetaan vaiheesssa b) saatu nestefaasi osittain sykliin vaiheeseen a), ja toinen osa muodostaa ferrikloridin tuotannon.

15 Ferrokloridi on vesiliuoksen muodossa, kuten myös ferri-kloridi. "Ferrikloridin mukana ollessa" tarkoittaa, että vaiheeseen a) ruiskutetaan ferrikloridia ferrokloridin lisäksi ja tämä ferrokloridi kloorataan sitten ferriklori-diksi.

20

Voidaan käyttää nestemäistä tai kaasumaista klooria tai nestettä, joka sisältää klooria. Kontaktiin saattaminen voi tapahtua millä tahansa tavalla, riittää kun varmistetaan kontakti kloorin ja ferrokloridin välillä.

25 Käytetään esimerkiksi sekoitettavaa reaktoria tai tislauskolonnin tai absorptiokolonnin tyyppistä kolonnia. Käytetään edullisesti kolonnia, joka on varustettu kontaktilaitteilla, kuten tasoilla tai renkaan muotoisilla täytteillä tai useil-30 la tällaisilla laitteilla. Ferrokloridiliuos ja ferriklori-diliuos syötetään kolonniin ylhäältä ja kloori pannaan sisään tämän kolonnin alaosasta. Tämän kolonnin yläosasta otetaan talteen jonkin verran klooria, jos sitä on käytetty ylimäärin (laskettuna ferrokloridin määrästä), kaasuja, 35 joita on mahdollisesti kloorin mukana ja jonkin verran vesihöyryä, joka tempautuu höyrynpaineensa vaikutuksesta. Kolonnin alaosasta saadaan ferrikloridin liuos. Keksinnön piiristä ei poistuta, vaikka ferrokloridin ja ferrikloridin : : «a.i J.ltl ma 3 96414’ liuokset tuotaisiin sisään useasta kolonnin pisteestä, samoin kloori, jota voidaan tuoda sisään useasta pisteestä.

Vaiheessa b) alennetaan vaiheessa a) talteenotetun liuoksen 5 paine. Tämä paineenalennus aiheuttaa ferrikloridin liuoksen sisältämän veden osittaisen höyrystymisen, tällä tavalla saadaan siis aikaan ferrikloridiliuoksen konsentroituminen. Tämä paineenalennus suoritetaan missä tahansa astiassa, riittää että sen tilat sallivat höyryfaasin ja nestefaasin 10 erottamisen.

Keksinnön mukaisen menetelmän vaiheessa c) palautetaan sykliin osa edellä olevasta nestefaasista vaiheeseen a) ja jäljellä oleva osa, joka otetaan talteen, muodostaa ferri-15 kloridin tuotannon; tämä määrä vastaa moolien lukumäärän suhteen vaiheessa a) sisäänpannun ferrokloridin määrää.

Tämä liuos palautetaan edullisesti ympäristön lämpötilaan.

20 Ferrokloridiliuos, jota syötetään vaiheeseen a) voi olla konsentraationsa puolesta mikä tahansa ja se voi myös sisältää kloorivetyhappoa. Edullisesti käytetään ferrokloridin liuosta, joka ei sisällä kloorivetyhappoa, minkä ansiosta voidaan käyttää ferrikloridia suoraan flokkuloivana 25 aineena vesien käsittelyyn.

Vaihe a) tapahtuu edullisesti kohtalaisen alhaisessa lämpötilassa, so., että tämä lämpötila ja viipymisaika vaiheessa a) eivät saa aikaan FeCl2:n hydrolyysiä.

30

Reaktio ferrokloridin ja kloorin välillä on totaalinen.

' : Noudatetaan edullisesti ferrokloridin viipymisaikaa, joka on ainakin 10 s ja mieluimmin alle 4 h.

35 Ei ole välttämätöntä kloorata kaikkea FeCl2:a, sillä FeCl3:n laatuvaatimuksissa sallitaan toisinaan 0,1-1 paino-% FeClasa ferrikloridin liuoksessa. Keksinnön piiristä ei poistuta, 4 96414 vaikka käytetään ylimäärin klooria verrattuna stökiometri-seen määrään.

Reaktioväliaineen lämpötila on edullisesti tässä vaiheessa 5 a) välillä 50-100°C. Vaiheen a) paine voi olla mikä tahansa, mutta mukavuussyistä työskennellään atmosfäärin paineen ja 6 baarin välillä mieluimmin atmosfäärin paineen ja 1 suhteellisen baarin välillä.

10 Paine, johon vaiheessa a) saatu aine alennetaan, liittyy veden määrään, joka halutaan haihduttaa. Mitä enemmän alennetaan painetta, sitä enemmän haihtuu vettä. Haihdutettavan veden määrä on riippuvainen myös liuoksen virtaamasta, jonka paine halutaan alentaa; mitä suurempi tämä on, sitä enemmän 15 haihdutetaan. Sykliin palautettavan ferrikloridin määrä on edullisesti 1-10 kertaa tuotanto.

Haihdutettavan veden määrä on riippuvainen FeCl2-liuoksen konsentraatiosta ja siitä konsentraatiosta mikä halutaan 20 tuotetulle FeCl3:lle. Sykliin palautetun FeClatn määrän avulla voidaan myös kontrolloida lämpötilaa, sillä mitä suurempi on sykliin palautettu virtaama samalle määrälle FeCl2:a, sitä alempi on lämpötila kohdasta a) poistuttaessa. FeCl2:n kloorausreaktiossa syntyneet kalorit kulutetaan 25 pääasiallisesti paineenalennukseen, mikä ilmenee lämpötilan alenemisena. Mikäli halutaan haihduttaa enemmän vettä, on tuotava energiaa; a) kohdasta saatua ainetta kuumennetaan edullisesti ennen sen paineenalennusta. On edullista, että ei kuumenneta yli 110°C:een, ettei FeCl3 hajoaisi. Voidaan 30 myös toistaa useita kertoja syklikuumennus - paineenalennus, riittää tietenkin, että paineenalennuksen jälkeen puristetaan nestefaasi uudelleen, esimerkiksi pumpun avulla. Edullisesti paineenalennus suoritetaan abs. paineeseen 0,05-0,3 baaria asti. Tyhjö saadaan aikaan esimerkiksi pumpun 35 tai höyryn poistyöntimen avulla.

Erään toisen keksinnön mukaisen suoritusmuodon mukaisesti voidaan myös kuumentaa ferrikloridiliuos paineenalennuksen

il : «U i f Ui I I ( 8 : I

96414 5 jälkeen ja ennen sen sykliin palauttamista vaiheeseen a), mutta luonnollisesti tuotannon poisvetämisen jälkeen, niin että voidaan tuottaa kaloreita alhaisella tasolla ja siis · käyttää hyväksi kaloreita ja myös sen vuoksi, ettei liiaksi 5 nosteta FeCl3:n lämpötilaa.

Keksinnön erään toisen parhaana pidetyn suoritusmuodon mukaan ja sillä edellytyksellä, että lämpötilatasot olisivat yhteensoveltuvia, voidaan siirtää ferrikloridin tuotannossa 10 syntyneet kalorit ferrokloridiliuokseen, joka syöttää vaihetta a), jolloin voidaan esilämmittää sitä. Tämän talteenoton ansiosta voidaan voittaa jonkin verran kaloreita ja siis haihduttaa enemmän vettä paineenalennuksessa ja tuottaa vähemmän ylimääräisiä kaloreita ennen tätä paineenalennusta. 15

Esillä olevan keksinnön etuna on se, että voidaan käyttää laimeaa ferrokloridiliuosta konsentroidun ferrikloridiliuok-sen tuottamiseen ja välttää samalla haihduttajien käyttämistä .

20

Oheinen ainoa piirustus esittää keksinnön toteutusesimerk-kiä. Kohta 1 esittää kolonnia, jossa suoritetaan vaihe a), 3 on paineenalennusastia, 2 ja 4 esittävät pumppuja. Kohdasta 5 tuodaan sisään ferrokloridiliuos, kohdasta 6 sykliin 25 palautettu ferrikloridi ja kohdasta 7 kloori. Putken 8 kautta kuljetetaan aine vaihtimen 11 kautta kohti paineen-alennusastiaa 3. Astia 3 on yhteydessä putken 9 kautta tyhjön muodostamissysteemiin. Pumpun 4 avulla otetaan nestefaasi paineenalennusastiasta. Tuotanto otetaan talteen 30 putken 10 kautta. Kohdasta 12 otetaan talteen kloorin kanssa mukaan tulleet inertit aineet.

\

Seuraavat esimerkit valaisevat keksintöä sitä rajoittamatta.

6 96414

Esimerkki 1 Käytetään oheisen ainoan piirustuksen mukaista laitetta, jossa on lasinen kolonni 1, jonka sisäläpimitta 0,35 m ja · jonka täytteiden korkeus 10 m.

5

Kohdasta 5 pannaan sisään liuos 296 kg/h FeClasa ja 704 kg/h vettä, jonka lämpötila on 80°C ja kohdasta 7 virtaama 82,7 kg/h klooria ja 5 kg/h inerttejä aineita. Kohdasta 12 otetaan talteen 5 kg/h inerttejä aineita ja kohdasta 8 10 ferrikloridiliuos, jonka lämpötila on 85°C. Kolonni 1 työskentelee paineessa 1,1 abs. baaria. Ferrikloridi kuumennetaan 85°Cssta lämpötilaan 95°C vaihtimen 11 avulla, sitten suoritetaan paineenalennus 0,25 abs. baariin. Kohdasta 6 ' otetaan talteen liuos, joka sisältää 2 272 kg/h FeCl3:a ja 15 3 269 kg/h vettä ja kohdasta 10 vedetään ulos 379 kg/h

FeClsta, joka on laimennettuna 545 kg:aan/h vettä.

Esimerkki 2

Työskennellään, kuten esimerkissä 1, mutta panemalla sisään 20 kohdasta 5 laimeampaa FeCla-liuosta, so. 296 kg/h FeCla:a 963 kgjssa/h vettä. FeCls-liuos kohdassa 8 on 76-asteista, se kuumennetaan lämpötilaan 106°C, sitten suoritetaan pai-neenalennus 0,15 abs. baarin paineeseen ja nestefaasin lämpötila laskee 62°C:een. Kohdasta 10 saadaan sama FeCl3sn 25 konsentroitu liuos.

Esimerkki 3

Työskennellään, kuten esimerkissä 1, mutta käyttäen kolonnia, jonka läpimitta on 0,4 ra ja pannen sisään kohdasta 5 30 laimeampaa FeCla-liuosta, so. 296 kg/h FeClasa 963 kg:ssa/h vettä. FeCl3-liuos kohdassa 8 on 69-asteista, se ‘ kuumennetaan lämpötilaan 92°C ja sen jälkeen alennetaan paine 0,15 abs. baarin saakka. Kohdasta 10 saadaan samaa FeCl3sn konsentroitua liuosta, sitä vastoin sykliin palaut-35 tamisvirtaama kohdassa 6 on 3 790 kg/h FeCl3:a, joka on laimennettu 5 450 kg:aan/h vettä.

' INt llll I I f-· i - ‘

Claims (3)

96414

1. Menetelmä, jonka avulla voidaan valmistaa ferrikloridia lähtemällä ferrokloridistä, tunnettu siitä, että menetelmä-käsittää seuraavat vaiheet: 5 a) saatetaan kontaktiin kloori ja liuos, joka sisältää ferrokloridia niin, että mukana on liuosta, joka sisältää ferrikloridia, 10 b) suoritetaan vaiheesta a) saadulle aineelle paineenalen-nus, c) vaiheesta b) saatu nestefaasi palautetaan osittain sykliin vaiheeseen a), ja toinen osa muodostaa ferrikloridin 15 tuotannon.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaihetta b) edeltää kuumennus.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnet tu siitä, että sykliin palautetun ferrikloridin määrä on välillä 1-10 kertaa tuotanto. 1 Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, 25 tunnettu siitä, että ferrikloridin tuotantoa käytetään esikuumentamaan ferrokloridin liuosta vaiheen a) ylävirran puolella. 8 96414