JPS62132703A - フツ化アルミニウムの熱加水分解用反応装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、石炭の化学的脱灰プロセスやリン酸肥料の
製造プロセスにおいて副生されるフッ化アルミニウムを
熱加水分解に付して、フッ化水素とアルミナを製造する
のに用いられる反応装置に関するものである。

発明の背景 近年、石油資源は有限であるとの認識のもとに、エネル
ギー源の多様化が図られ、その−環として石炭の有効利
用の研究開発が推進されている。本発明者らも、石炭中
の灰分をフッ化水素酸水溶液で洗浄抽出し、灰分をほと
んど含まない脱灰炭を製造するプロセスについて、その
研究開発に携わって来た。このプロセスでは、石炭中の
灰分は、上記水溶液による抽出の結果、脱灰廃液中に移
行し、同廃液中で主としてフッ化アルミニウムおよびケ
イフッ化水素酸となって存在する。そこでケイフッ化水
素酸を水酸化アルミニウムで中和してフッ化アルミニウ
ムとし、晶析分離工程を経てこれを副生物として回収す
る。

ところで、フッ化水素酸は、今後伸展の予想されるフッ
素化学の原材料として重要な物質であって、価格的に高
価な薬剤である。そのため回収フッ化アルミニウムから
さらにフッ化水素酸を回収することができれば、これを
石炭脱灰プロセスに循環再使用したり、他のフッ素化学
工業の原材料として使用することにより、経済的に大き
な効果が期待できる。

フッ化アルミニウムを副生ずるプロセスとしては他にリ
ン酸肥料のＩＩＡ造プロセスがある。現在このプロセス
で副生したフッ化アルミニウムはアルミナ電解用の融剤
として使用されているが、この場合もフッ化アルミニウ
ムからフッ化水素酸が回収できれば、やはり大きな経済
的効果が１９１侍できる。

従来技術およびその問題点 以上のような事情から、従来よりフッ化アルミニウムか
らのフッ化水素酸の回収について種々の検討がなされて
いる。その代表的な例としでは、下記反応式で示すよう
にフッ化アルミニウムを熱加水分解に付して、フッ化水
素ガスを回収するプロセスが知られている（米国特許第
３．９６１，０３０号参照）。

２ＡＩＦ３　（Ｓ）＋３８２０　（Ｇ）熱 ＝　Ａ　ｌ　２　０３　　（Ｓ　）　　＋　６　トＩＦ
　　　（Ｇ）　　・・・　（Ａ）この反応は可逆反応で
あって、反応温度が高温度域になるほど、フッ化アルミ
ニウムの分解率が高くなる（八ＩＦ　　とＨ２Ｏの比を
理論比とした場合、分解率は温度７２７℃で１９．３％
、９２７℃で６３．２％、１１２７℃で９１゜２％であ
る）。逆に低温度域においては、逆反応、すなわちフッ
化水素ガスとアルミナとの反応が生起する。

上記熱加水分解反応を実１１Ａするための具体的な反応
装置として提案ないし実使用された例は、現在のところ
何ら見当らない（上記米国特許においてはフッ化アルミ
ニウムの熱加水分解プロセスのフローシートが示されて
いるだけであって、そのための反応装置については開示
がない）そこで、本発明者らは、フッ化アルミニウムの
熱加水分解反応装置の開発について鋭意研究を重ね、第
１段階として、添付第２図に示す反応装置を試作した。

　　　　゛ この反応装置では、分解すべきフッ化アルミニウムは、
ホッパー（６１）からロータリーバルブ（６２）を経て
、加熱ガス発生バーナ（６３）を備えた反応炉（６４）
に一定量ずつ供給される。反応炉（６４）には水蒸気導
入口（６５）から熱加水分解反応用の水蒸気が導入され
る。この水蒸気の導入量は、バーナ（６３）による燃焼
の結果生じた水蒸気の聞との総量で、フッ化アルミニウ
ムの熱加水分解反応に必要な理論量の２〜１０倍である
。そして反応炉（６４）では上記反応式（Ａ）に従って
フッ化水素ガスとアルミナ粒子が生成する。

ついで、フッ化水素ガスとアルミナ粒子と水蒸気の余剰
分とを含む燃焼排ガスは、粒子捕集用の２つのサイクロ
ン（６６０６７）に順次通されてそれらの粒子取り出し
管（６８）（６９）から捕集アルミナ粒子が取り出され
る。アルミナ粒子除去後の排ガスは、熱交換器（１０）
を通過した後、吸収塔（７１）に送られ、ここでポンプ
（７２）によって循環される吸収液によってフッ化水素
ガスが吸収され、フッ化水素酸水溶液が得られる。また
排ガスは排気ファン（７３）で系外へ放出される。

ところで、上記構成の反応装置では、粒子捕集用の２つ
のサイクロン（６６）（６７）において、上記反応式（
Ａ）における熱加水分解の逆反応、すなわち生成フッ化
水素ガスと生成アルミナとの反応が生起するのを防止す
るために、操作温度を反応炉（６４）の炉内温度と同程
度の高温度域、すなわち１０００℃付近ないしそれ以上
に保つ必要がある。またこれらのサイクロン（６Ｂ）（
６７）から捕集アルミナ粒子を取り出す場合には、サイ
クロンの気密性を保って外部気体の混入を避けるために
、それらの取り出し管（６８）（６９）にそれぞれ２個
ずつ設けられたバルブ（７４）（７５）を交、　互に開
く必要がある。しかしサイクロンにおける粒子捕集操作
を上記のように高温度域で実施することは、実装置の運
転においては極めて困難であり、また捕集アルミナの取
り出し時に上記のようにバルブを交互に開閉するのもは
なはだ煩雑な操作であった。

この発明は、上記のような実情に鑑み、粒子捕集用サイ
クロンにおいて生成フッ化水素ガスと生成アルミナとの
反応が生起するのを可及的に防止することができて上記
のようなＲ瀉操作が必要でな（、かつ捕集アルミ大粒子
の取り出し時における煩雑なバルブ操作を必要としない
反応装置を提供することを目的とする。

問題点の解決手段 この発明によるフッ化アルミニウムの熱加水分解用反応
装置は、添付第１図に示すように、フッ化アルミニウム
の熱加水分解反応によってフッ化水素ガスとアルミナ粒
子を生成せしめる反応帯域（１）と、同帯域（１）のガ
ス排出側に設けられた粒子捕集帯域（２）と、同帯域（
２）のガス排出側に設けられたガス回収帯域（３）と、
反応帯域（１）の粒子排出側に設けられ、かつ後反応用
加熱ガスを粒子流れと向流に発生させるガス発生部を後
流端部に有する後反応帯域（４）と、同帯域（４）の粒
子排出側に設けられた粒子冷却・回収帯域（５）とより
なる。

この発明の反応装置の各構成帯域についてさらに詳述す
る。

反応帯域（１）は、ガス排出口（１１）と粒子排出口（
１２）とを有する反応炉（１３）を主体とする。反応炉
（１３）にはフッ化アルミニウム供給口（１４）と水蒸
気導入口（１５）と加熱ガス発生バーナ（１Ｇ）とが具
備されている。

粒子捕集帯域（２）は、複数のサイクロン（２１）（２
２）よりなり、これらサイクロン（２１）（２２）の各
底部から反応帯域（１）および／または後反応帯域（４
）に粒子戻し管（２３）　（２４）が配設されている。

ガス回収帯域（３）は、吸収塔（３１）を主体とし、吸
収塔（３１）に排気ファン（３２）と吸収液循環ポンプ
（３３）とが具備されている。

後反応帯域（４）は、〇−タリーキルン（４１）を主体
とし、同キルン（４１）の後流端部にガス発生部を構成
する水蒸気導入口（４２）と加熱ガス発生バーナ（４３
）とが具備されている。

粒子冷却・回収帯ｔｉｔ！（５）は、通気用格子（５１
）と冷却用空気供給管（５２）と粒子取り出し口（５３
）とを主体とし、同帯域（５）から反応帯域（１）にｉ
！％温空気戻し管（５４）が配設されている。

発明の作用および効果 この発明の反応装置では、反応帯域（１）のガス排出側
に粒子捕集帯域（２）が設けられ、反応帯域（１）の粒
子排出側に後反応帯域！　（４）が設けられているので
、反応帯域（１）で生成したアルミナ粒子の大部分は後
反応帯域（４）に導かれ、粒子捕集帯域（２）へはその
僅量が排ガスに同伴されるにすぎない。したがって粒子
捕集帯域（２）においてはアルミナ粒子の存在量が著し
く少いため、フッ化水素ガスとアルミナとの反応が生じ
る可能性はほとんどない。

また後反応帯域（４）にはその後流端部に、後反応用加
熱ガスを粒子流れと向流に発生させるガス発生部が設け
られているので、同帯域（４）の粒子流れの後流端部で
はアルミナ粒子は、フッ化水素ガスを全く含まない上記
後反応用加熱ガスと接触することになる。したがってア
ルミナ粒子の取り出し時にフッ化水素ガスとアルミナと
の反応が生じるおそれは全くない。

このようにこの発明の反応装置によれば、第２図に示す
反応装置のような高温操作を実施しなくても、粒子捕集
帯域（２）におけるフッ化水素ガスとアルミナの反応を
可及的に防止することができる上に、アルミナ粒子の取
り出し時において、第２図に示す反応装置の場合のよう
な繁雑なバルブ操作を行なわなくても、やはりフッ化水
素ガスとアルミナの反応を完全に防止することができる
。

実　　施　　例 以下、この発明の実施例について具体的に説明する。

添付第１図において、この発明によるフッ化アルミニウ
ムの熱加水分解用反応装置は、フッ化アルミニウムの熱
加水分解反応によってフッ化水素ガスとアルミナ粒子を
生成せしめる反応帯域（１）と、同帯域（１）のガス排
出側に設けられた粒子捕集帯域！（２）と、同帯域（２
）のガス排出側に設置Ｊられたガス回収帯域（３）と、
反応帯域（１）の粒子排出側に設けられ、かつ後反応用
加熱ガスを粒子流れと向流に発生させるガス発生部を後
流端部に有する後反応帯域（４）と、同書１　（４）の
粒子排出側に設けられた粒子冷却・回収帯域（５）とよ
りなる。

反応帯ｔｉ！　（１）は、頂部のガス排出口（１１）と
底部の粒子排出口（１２）とを有する反応炉（１３）を
主体とし、反応炉（１３）には上部のフッ化アルミニウ
ム供給口（１４）と側部の水蒸気導入口（１５）と下部
の加熱ガス発生バーナ（１６）とが具備されている。ま
た反応炉（１）の上にはガス排出口（１１）を介してガ
ス受は部（１７）が設けられている。

粒子捕集帯域（２）は、前後２基のサイクロン（２１）
（２２）よりなり、前流側のサイクロン（２１）がガス
受は部（１７）に接続されている。そして前流側のサイ
クロン（２１）の底部から後反応帯［（４）に粒子戻し
管（２３）が配設され、また後流側のサイクロン（２２
）の底部から反応帯域（１）に粒子戻し管（２４）が配
設されている。

ガス回収帯域（３）は、吸収塔（３１）を主体とし、吸
収塔（３１）の頂部に排気ファン（３２）が設けられ、
外側に吸収液循環ポンプ（３３）が付設されている。

また吸収塔（３１）の前流側には熱交換器（３４）が設
けられている。

後反応帯域（４）は、０−タリーキルン（４１）を主体
としている。ガス発生部は水蒸気導入口（４２）と加熱
ガス発生バーナ（４３）とよりなる。〇−タリーキルン
（４１）の前流側には粒子量は部（４４）が設けられ、
これが粒子排出口（１２）に連通している。

粒子冷却・回収帯域（５）は、通気用格子（５１）と冷
却用空気供給管（５２）と粒子取り出し口（５３）とを
主体としている。同帯域（５）から反応帯域（１）に高
温空気戻し管（５４）が配設され、また同情（５４）の
後流側には低温空気排出管（５５）が配設されている。

つぎに上記構成の反応装置の運転について説明する。

まず１反応帯域（１）において、供給口（１４）から反
応炉（１３）内にフッ化アルミニウムの粒状物が供給さ
れる。このフッ化アルミニウムは、石炭の化学的脱灰プ
ロセスまたはリン酸肥料の製造プロセスで副生したもの
である場合には、平均粒径７０〜８０μｍで最大粒径２
００μｍ程度のものである。このフッ化アルミニウムは
、無水物および３水塩のいずれの形態をとっていともよ
い。

また反応炉（１１）内には導入口（１５）から水蒸気が
導入され、バーナ（１６）によって１０００℃以上の高
温雰囲気が形成されている。そして供給されたフッ化ア
ルミニウムは炉内の高温雰囲気中を浮遊流動しながら水
蒸気と反応し、フッ化水素ガスとアルミナに分解される
。

生成アルミナ粒子の大部分と未分解のフッ化アルミニウ
ム粒子は、ついで反応？ａｔｉ！（１）から後反応帯域
（４）に導かれ、粒子量は部（４４）を経てロータリー
キルン（４１）に送られる。後反応帯域（４）では、導
入口（４２）から導入される水蒸気とバーナ（４３）に
よって後反応用水蒸気含有加熱ガスが発生せられ、この
高温水蒸気によって未分解のフッ化アルミニウムが十分
に熱加水分解される。

この発明では、後反応用水蒸気含有加熱ガスは粒子流れ
と向流に発生されるので、後反応帯域（４）の粒子流れ
の後流端部ではアルミナ粒子は、フッ化水素ガスを全く
含まない上記後反応用加熱ガスと接触することになる。

したがってアルミナ粒子の取り出し時にフッ化水素ガス
とアルミナとの反応が生じるおそれは全くない。

後反応帯域（４）から出たアルミナ粒子は、粒子冷却・
回収帯域（５）に導かれて、空気で直接冷却され、冷却
アルミナ粒子が取り出し口（５３）から取り出される。

粒子との直接接触法によって生じた高温空気は、戻し管
（５４）によって粒子冷却・回収帯域ｉ１（５）から反
応帯域（１）に戻される。また比較的低温の熱回収不能
な空気は、排出管（５５）によって系外に排気される。

　　　　゛他方、生成フッ化水素ガスと生成アルミナの
一部すなわち微粒子の部分とを含む燃焼排ガスは、反応
帯域（１）から粒子捕集帯域（２）に導かれる。そして
前後２基のサイクロン（２１）（２２）でアルミナ微粒
子が捕集され、捕集粒子が反応帯域（１）および後反応
帯域（４）に戻される。

この発明の反応装置では、反応帯域（１）のガス排出側
に粒子捕集帯域（２）が設けられ、反応帯域（１）の粒
子排出側に後反応帯域（４）が設けられているので、反
応帯域（１）で生成したアルミナ粒子の大部分は後反応
帯域（４）に導かれ、粒子捕集帯域（２）へはその僅蟲
が排ガスに同伴されるにすぎない。したがって粒子捕集
帯域（２）においてはアルミナ粒子の存在礒が著しく少
いため、フッ化水素ガスとアルミナとの反応が生じる可
能性はほとんどない。

アルミナ粒子が除去されたフッ化水素含有排ガスは、つ
いで粒子捕集帯域（２）からガス回収帯域（３）に導か
れ、熱交換器（３４）で冷却された排ガスが吸収塔（３
１）に通される。排ガス中のフッ化水素ガスは同浴（３
１）内で吸収液に吸収され、得られたフッ化水素酸水溶
液が製品として一部ずつ抜き出され、必要に応じて除塵
処理ないし濃縮用蒸留に付される。他方、排気ガスは排
気ファン（３２）によって系外に排出される。排気ファ
ン（３２）の働きによって反応装置全体の内圧が負圧に
なされ、その結果フッ化水素ガスの漏れが防止けられて
、装置の安全な運転が確保されている。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すフローシート、第２図
は従来技術を示すフローシー１〜である。 （１）・・・反応帯域、（１１）・・・ガス排出口、（
１２）・・・粒子排出口、（１３）・・・反応炉、（１
４）・・・フッ化アルミニウム供給口、（１５）・・・
水蒸気導入口、（１６）・・・加熱ガス発生バーナ、（
２）・・・粒子捕集帯域、（２１）（２２）・・・サイ
クロン、（２３Ｈ２４）・・・粒子戻し管、（３）・・
・ガス回収帯域、（３１）・・・吸収塔、（３２）・・
・排気ファン、（３３）・・・吸収液循環ポンプ、（４
）・・・後反応帯域、（４１）・・・ロータリーキルン
、（４２）・・・水蒸気導入口、（４３）・・・加熱ガ
ス発生バーナ、（５）・・・粒子冷却・回収帯域、（５
１）・・・通気用格子、（５２）・・・冷却用空気供給
管、（５３）・・・粒子取り出し口、（５４）・・・高
温空気戻し管。 以　　上 番 第２図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）フッ化アルミニウムの熱加水分解反応によってフ
   ッ化水素ガスとアルミナ粒子を生成せしめる反応帯域（
   １）と、同帯域（１）のガス排出側に設けられた粒子捕
   集帯域（２）と、同帯域（２）のガス排出側に設けられ
   たガス回収帯域（３）と、反応帯域（１）の粒子排出側
   に設けられ、かつ後反応用加熱ガスを粒子流れと向流に
   発生させるガス発生部を後流端部に有する後反応帯域（
   ４）と、同帯域（４）の粒子排出側に設けられた粒子冷
   却・回収帯域（５）とよりなる、フッ化アルミニウムの
   熱加水分解用反応装置。
2. （２）反応帯域（１）がガス排出口（１１）と粒子排出
   口（１２）とを有する反応炉（１３）を主体とし、反応
   炉（１３）にフッ化アルミニウム供給口（１４）と水蒸
   気導入口（１５）と加熱ガス発生バーナ（１６）とが具
   備されている、特許請求の範囲第１項記載の反応装置。
3. （３）粒子捕集帯域（２）が複数のサイクロン（２１）
   （２２）よりなり、これらサイクロン（２１）（２２）
   の各底部から反応帯域（１）および／または後反応帯域
   （４）に粒子戻し管（２３）（２４）が配設されている
   、特許請求の範囲第１項記載の反応装置。
4. （４）ガス回収帯域（３）が吸収塔（３１）を主体とし
   、吸収塔（３１）に排気ファン（３２）と吸収液循環ポ
   ンプ（３３）とが具備されている、特許請求の範囲第１
   項記載の反応装置。
5. （５）後反応帯域（４）がロータリーキルン（４１）を
   主体とし、同キルン（４１）の後流端部にガス発生部を
   構成する水蒸気導入口（４２）と加熱ガス発生バーナ（
   ４３）とが具備されている、特許請求の範囲第１項記載
   の反応装置。
6. （６）粒子冷却・回収帯域（５）が通気用格子（５１）
   と冷却用空気供給管（５２）と粒子取り出し口（５３）
   とを主体とし、同帯域（５）から反応帯域（１）に高温
   空気戻し管（５４）が配設されている、特許請求の範囲
   第１項記載の反応装置。