NO136291B - - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte til fremstilling av findelte oksyder av metaller og/eller silisium ved hydrolytisk omsetning av flyktige metall- og/eller silisiumhalogenider i en flamme, idet de flyktige forbindelser i blanding med under vanndannelse forbrennende gasser og luft resp. oksygen tilføres til flammen under unngåelse av dan-

nelse av halogen, f.eks. klor i avgassene, idet det anvendes slike mengder av oksygen eller brennbar gass at blandingens oksygeninnhold er minst tilstrekkelig til fullstendig forbrenning av den brennbare gass og at det derved dannede vann minst er tilstrekkelig til hydrolyse av de flyktige forbindelser.

Ifølge kjente fremgangsmåter fremstilles ved hydrolytisk forbrenning av flyktige metallhalogenidforbindelser findelte oksyder, idet de flyktige forbindelser adskilt eller allerede i blanding sammen med vanndampdannende gasser og luft resp. oksygen føres til en brenner. Herved sammenblandes luft resp. oksygen og hydrogen i et slikt mengdeforhold at det såvel er sikret en fullstendig forbrenning av hydrogenet som også en hydrolyse av halogenidforbindelsen. Til fremstilling av spesielt aktive produkter styres flammetemperaturen ved tilsetning av overstøkiometriske luft- resp. oksygenmengder eller av inertgasser som f.eks. nitrogen.

De ifølge disse kjente fremgangsmåter fremstilte produkter, fremkommer sammen med HCl-holdig avgass, som ad-skilles fra oksydpartiklene i en utskiller.

Ved anvendelse av klorider, f.eks. silisiumtetra-klorid, forløper hydrolysen resp. pyrolysen ikke fullstendig etter følgende reaksjonsligning men brenneravgassen inneholder etter faststoffutskilleren ved prosessføring med støkiometrisk overskytende oksygen 6 vekt% til 10 vekt# fritt klor, referert til hydrogenklorid-mengden.

Det tvangsmessig som biprodukt dannede klor må fjernes ved ekstra teknisk apparatur etter absorbsjon av klor-hydrogenet fra driftsavgassen. Dette foregår etter kjente fremgangsmåter.

På grunn av denne fremgangsmåtes kompliserthet

ble det også allerede forsøkt å påvirke dannelsen av klor under den pyrolytiske omsetning. Således er det' fra tysk patent nr. 1.210.421 kjent å unngå dannelsen av fritt klor ved at pyrolysen ikke gjennomføres i nærvær av sekundærluft, men av en inertgass, f.eks. nitrogen, da fremgangsmåten ar-beider med en såkalt autark flamme, dvs. flammen inneholder i homogen blanding allerede alle for reaksjonen nødvendige komponenter. Fra tysk patent nr. 1.244.125 er det videre kjent i utvidelse av ovennevnte fremgangsmåte å lede en del av reaksjonsavgassen etter faststoffutskillelsen og istedenfor å innføre den såkalte sekundærluft, dosert i et avsluttet brennrom.

Ifølge denne kjente fremgangsmåte kan det riktignok hindres dannelsen av fritt klor, imidlertid lar omsetningen seg bare gjennomføre ved avbrenning av flammen innen en inertgass atmosfære resp. i et lukket brennkammer.

I henhold til tysk patent nr. 974.793 og US-patent nr. 2.990.249 tilføres flytende vann til aerosolflammen.

Innsprøytning av flytende vann i forskjellige dråpe-størrelser fører imidlertid ikke til dannelsen av en "vanndamp-mantel", da tilførselen av vann til flammen derimot foregår inntil det indre av flammen og derved bevirkes en uønsket brå-avkjøling av de dannede oksydpartikler. Det gåes her ut fra en helt annen oppgavestilling enn ved foreliggende oppfinnelse.

Oppfinnelsen vedrører altså en fremgangsmåte til fremstilling av findelte oksyder av aluminium, titan, silisium eller blandinger herav ved hydrolytisk omsetning av deres flyktige halogenider, spesielt klorider, i en flamme, idet de flyktige halogenider i blanding med under vanndannelse forbrennende gasser og luTt resp. oksygen tilføres til en i et flammerør avbrennende flamme, hvilken flamme frembringes ved hjelp av en brenner som er omgitt av -en ringdyse, hvori hydrogen InnfjzSres for å friholde brennermunningen for faststoffavsetninger, og i det det anvendes slike mengder av oksygen og brennbar gass at blandingens oksygeninnhold er tilstrekke-

lig til fullstendig forbrenning av brennbar gass, og det der-

ved dannede .vann i det minste er tilstrekkelig -til hydrolyse av de flyktige halogenider, idet fremgangsmåten er karakterisert ved at for unngåelse av dannelse av halogen, f.eks. klor i avgassene lar man flammen brenne i en omgivelse av gasser som inneholder ekstra hydrogen i form av en mantel som omgir flammen, idet mantelen dannes ved at overopphetet vanndamp tilføres til flammen, idet den overopphetede vanndamp innmates som sådan eller dannes ved forbrenning av ekstra hydrogen med sekundær luft.

Ifølge oppfinnelsen omgir man flammen med en mantel

av overopphetet vanndampholdig gass. Hertil mater man overopphetet vanndamp f.eks. direkte over en i flammerørets øvre del anordnet dysering av edelt metall, spesielt sølv. En beskyttende AgCl-film hindrer dysens korrosjon og således ekstra forurensninger i oksydaerosolen. Den nødvendige vann-dampmengde oppvarmes kort før utdysingen til ca. 250°C.

Det er ikke ubetinget nødvendig å tilføre den ek-

stra vanndamp, hvori reaksjonsflammen skal brenne, utenfra.

Det har vist seg at man også kan frembringe vanndampen ved forbrenning av ekstra hydrogen med sekundærluft. Med sekundærluft forstås da i det vesentlige slik luft som tilsettes ved mellom brennermunningen og nedre flammedel plasserte steder loddrett eller i vinkel til flammens strømningsretning eller på grunn av omsetningsinnretningens konstruksjon til-strømmer utenfra. Sistnevnte tilfelle inntrer når det an-

vendes en innretning hvor brennermunning og flammerørinntreden står i avstand, den fra brenneren emiterte gassformede reaksjons- . blanding, altså før inntreden i flammerøret passerer et fritt luftrom. Sekundærluftens innstrømning i flammerøret kan bevirkes resp. befordres ved flammegassens trekk og/eller anlegg av undertrekk i flammerøret.

Ifølge en variant av fremgangsmåteføringen ifølge oppfinnelsen tilsetter man ved anvendelse av et fra brennermunningen i avstand stående åpent flammerør vanndampen resp.

det ekstra hydrogen innen denne avstand. Man kan imidlertid

også tilsette, vanndamp resp. det ekstra hydrogen inne i flammerøret. Sistnevnte har vist seg lønnsomt for en for-styrrelsesfri drift. I dette tilfelle innmater man^hen-siktsmessig vanndampen resp. det ekstra hydrogen ved hjelp av i øvre del av flammerøret anordnede dyser. Som dyseanordning kan man" såvel anvende en med dyser resp. ønskelig formede gassuttredelsesåpninger utstyrt ring eller en ringformet spalte.

En ytterligere mulighet for gjennomføring av frem-, gangsmåten ifølge oppfinnelsen ligger deri at man tilsetter det ekstra hydrogen gjennom ringdysen som er anordnet for å holde.brennermunningen fri for avsetning.

Sekundærluftmengden kan reguleres ved i og for seg kjente midler for påvirkning av passeringstverrsnittet av gasstrømmen. I foreliggende sammenheng har det vist seg som gunstig løsning anvendelse av et ved sin øvre ende ved hullblende og lignende innsneverbart flammerør. En endring av flammetemperaturen kan bevirkes ved at man på i og for seg kjent måte til en blanding av flyktige metall- og/eller silisiumhalogenider, f.eks. klorider, under vanndannelse forbrennende gasser og luft resp. oksygen- setter en inert gass, fortrinnsvis nitrogen.

Frembringelse av det vanndampholdige medium som omgir flammen fremgår av tegningens figurer 1-3. Disse viser en brenner 1 med en ringdyse 2 i området for brennermunnen for mantelhydrogenet som skal inrønates til frigjøring av brennermunnen samt et overfor brennermunnen i avstand stående flammerør y. Figurene 1 og 2 viser videre en dysering 4 av sølv, hvori vanndamp resp. hydrogen innføres. På figur 1 er det for anskueliggjørelse i tillegg vist SiCl^-knallgassflammen (aerosol-flammen) 5 samt vanndampmantelen 6.

Hindring av dannelse av halogengass 1 avgassen oppnås idet flammen omgis med en mantel av vanndamp som dannes ved ekstra innmatning av hydrogen, i ringdysen 2 resp; 2a ved brennermunnen 11 eller i dyseringen 4 over tilførsel Hl eller ved direkte vanndamptilførsel til dyseringen 4 .•

Gjennom ringdysen 2 innføres ikke vanndampr men bare hydrogen som på den ene side friholder brennermunnen for faste utskillelser, på den annen side imidlertid også i overskudd bidrar til forbrenning med sekundærluft for dannelse av vanndampmantelen. Friholding av brennermunnen hører til tek-nikkens stand, men det kunne imidlertid ikke forutsees at ved den ekstra tilførsel av hydrogen foregår dannelsen av en vann-dampmantel som omhyller flammen.

Ved det på tegningens figur 2 med 32 betegnede inn-retningselementer dreier det seg om en enkel hullblende ved hjelp av hvilke åpningen 31 av flammerøret kan minskes.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere ved hjelp av følgende utførelseseksempler under henvisning til tegningen. Eksempel 1.

Ifølge figur 1 ble dyseringen 4 installert i åpningen av flammerørinngangen 3 således at flammerørsåpningen ligger ca. 10-15 mm over ringplanet. Dyseåpningen er anbragt således at den uttredende damp mantelformet (sylinderformet) omhyller aerosol-flammen. Som material for dyseringen har det vist seg egnet sølv. En beskyttende AgCl-film hindrer korrosjon av dysen og således ekstra forurensning i oksydaerosolen. For å unngå kondensasjon og derved for høyt damp-forbruk ble dampen før inntreden i dyseringen med en kalori-fer overopphetet til ca. 250°C. Flammerørets åpning ble forminsket ved ekstra hullblende for å holde den tilsugede sekundærluftmengden så liten som mulig.

For fremstilling av finfordelt SiO? ble det pr. time i brenneren innført 436 mol SiCl^ med 25 Nm 3/h hydrogen (1120 mol pr. time) og med 60 Nm^/h luft (560 mol/h oksygen). Som mantelgass ble det i ringdysen 2 innført 0,7 Nm^/h. Dyseringen ble etter opptenning og belastning av brenneren påført ca. 20 kg/h vanndamp. Flammen brant ved en temperatur på ca. 1200°C og frembragte pr. time 26,5 kg SiO? med en Ifølge BET bestemt overflate på ca. 200 m /g. Konsentrasjonen av fritt klor utgjorde i avgassen etter aerosilutskilleren mindre enn 0,1 vekt$ referert til klorhydrogendelen, mens ved den vanlige metode er det å finne 6 til 10 vekt% i avgassen etter faststoffutskilleren.

Eksempel . 2.

Ved denne variant (figur 3) kan det sees bort fra dyseringen. Det økes bare den tidligere mengde av "mantel"-hydrogen. Herved frembringes ved forbrenning av hydrogenet med den innsugede såkalte sekundærluft vanndampmantelen rundt flammen som er nødvendig for å hindre dannelsen av fritt klor i flammen. Også ved denne fremgangsmåte holdes åpningen av flammerøret ved hjelp av en ekstra hullblende så liten som mulig. Herved ble det valgt følgende inn-stUling: 43.6 mol/h SiClh tile tilført til brenneren med 25 Nm^/h (1120 mol/h) hydrogen og 60 NmJ luft (560 mol/h oksygen). Den hittil nød-vendige mengde av mantelhydrogen på 0,71 m^7h økes til 3,5 Nm^/ h. Disse 3-,"5 Nm^7h "hydrogen fortynnes i tillegg med ca. 1,5 Nm^/h inertgass således at idet ved mantelrøre.t dannede ring-rom rundt brenneren, ringdyse 2, sendes tilsammen 5 Nm^/h vanndampdannende gass. Por å holde samme t©p<p>ei?atur resp. samme overflate som i ovennevnte eksempel på 200 m /g må det i tillegg innmates 10 Nm^/h (446 mol/h Ng i brenneren. Det er påfallende at det ved denne fremgangsmåte fremstilte produkt har en rundt ca. 20$ høyere fortykningsvirkning enn det vanlig-vis fremstilte oksyd, med en spesifikk overflate på 200 m /g.

Ved tilsetning av inertgass i reaksjonsgass-blandingen istedenfor luftoverskudd kan det fremstilles vari-erte oksydtyper.

Den analytisk fastslåtte konsentrasjon av oksygen i brenneravgassen lå ved alle forsøk mellom 5 til 7 volum-.

En eventuell overstøkiometrisk opptredende mengde av hydrogen i reaksjonsblandingen forbrenner følgelig dessuten i flammerøret og kommer ikke i etterkoblede apparatenheter.

I forhold til dette fremkommer ved tidligere driftsmåte følgende innstilling: 436 mol/h SiCl^, 25 Nm^/h (1120 mol/h) hydrogen og 62 Nm^/h luft (579 mol/h oksygen)

for å oppnå en høydispers oksyd med en overflate på ca.

200 m /g. Som mantelgass tilsettes ca. 0,7 Nm<J>/h hydrogen. Herved befinner 6 til 10 vekt? klor seg i avgassen etter aero-solad ski Heren.

Eksempel 3-

I en brenneranordning ifølge figur 3 ble det

til brenneren med en indre diameter på 40 mm tilført 20 Nm^/ time hydrogen (900 mol/h), 48 Nm<3>/time luft (450 mol/time oksygen), 22 Nm^/time nitrogen og 60 kg TiClh (318 mol). Som mantelgass ble det anvendt 3 Nm-3 vtime hydrogen og 1 Nm^3/time nitrogen.

Det dannede TiOp hadde en spesifikk overflate

på 25 m^/g, klorinnholdet i avgassen utgjorde mindre enn 0,1 vekt? klor, referert til klorhydrogenmengden.

Ble ved forøvrig lik innstilling mantelhydro-

genet forminsket fra 3 til 1 Nm^/time, så fremkom ved samme produktkvalitet et kloridinnhold i avgassen på 1 - 2 vekt?.

Ble nitrogenet i brennergassen erstattet med samme mengde

luft, så øket iklorinnholdet sogar inntil 7 vekt?.

Eksempel 4.

Ved anvendelse av en anordning ifølge figur 3

ble det til brenneren ført 13 Nm^/time hydrogen (580 mol),

31 Nm<3>/time luft (290 mol/time oksygen), 35 kg/time A1C1,

(262 mol) og 24 Nn<r>/time nitrogen. Som mantelgass ble det anvendt 3 Nm^/time hydrogen og 2 Nm^/time nitrogen.

Det dannede A1?0, hadde en spesifikk overflate

på ca. 100 m 2/g, klorkonsentrasjanen i avgassen, referert til klorhydrogen utgjorde mindre enn 0,1 vekt?. En nedset-

telse av mantelhydrogenet fra 3 Nm^/time til 1 Nm^/time ga et klorinnhold i avgassen på ca. 2 vekt?, ved erstatning av nitrogenet med den samme mengde luft i brennergassen økte klorinnholdet i avgassen inntil 5 til 7 vekt?.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av findelte oksyder av aluminium, titan, silisium eller blandinger derav ved hydrolytisk omsetning av deres flyktige halogenider, spesielt klorider, i en flamme, idet de flyktige halogenider i blanding med under vanndannelse forbrennende gasser og luft resp. oksygen tilføres til en i et flammerør avbrennende flamme, hvilken flamme frembringes ved hjelp av en brenner som er omgitt av en ringdyse, hvori hydrogen innføres for å friholde brennermunningen for faststoffavsetninger, og idet det anvendes slike mengder av oksygen og brennbar gass at blandingens oksygeninnhold er tilstrekkelig til fullstendig forbrenning av brennbar gass, og det derved dannede vann i det minste er tilstrekkelig til hydrolyse av de flyktige halogenider, karakterisert ved at for unngåelse av dannelse av halogen, f.eks. klor i avgassene lar man flammen brenne i eh omgivelse av gasser som inneholder ekstra vanndamp i form av en mantel som omgir flammen,, idet mantelen dannes ved at overopphetet vanndamp tilføres til flammen, idet den overopphetede vanndamp innmates som sådan eller dannes ved forbrenning av ekstra hydrogen med sekundærluft.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at man ved anvendelse av et fra brennermunningen i avstand stående åpent flammerør tilsetter vanndampen resp. ekstra hydrogen innen denne avstand.

3. Fremgangsmåte Ifølge krav 1-2, karakterisert ved at man tilsetter vanndampen resp. det ekstra hydrogen innen flammerøret.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at man innmater vanndampen resp. det ekstra hydrogen ved hjelp av I flammerørets øvre del anordnede dyser.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at man tilsetter det ekstra hydrogen over ringdysen i form av en med dyser utstyrt ring eller en ringformet spalte, og som er anordnet for å holde brennermunningen fri for avsetning.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1-5, karakterisert ved at man regulerer flammetemperaturen ved tilsetning av inertgass, fortrinnsvis nitrogen, til bland-ingen av flyktige metall- og/eller silisiumhalogenider under vanndannelse forbrennende gasser og luft resp. oksygen.