NO153763B - Fremgangsmaate ved fremstilling av klor og jernoksyd fra treverdig jernklorid. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte ved frem-

stilling av klor og jernoksyd fra treverdig jernklorid. Oppfinnelsen angår nærmere bestemt en slik fremgangsmåte hvor treverdig jernklorid behandles i dampfase med oksygen i en flertrinns, resirkulerende virvelsjiktreaktor.

Flere industriprosesser, som den direkte klorering

av ilmenittmalmer for fremstilling av titandioksyd, fører til dannelse av store mengder jernklorider som biprodukt. Det byr på potensielle forurensningsproblemer å deponere disse jernklorider og representerer et økonomisk tap på grunn av klorinnholdet i jernkloridene.

En flertrinns, resirkulerende virvelsjiktreaktor

hvori jernklorider omvandles til klor og jernoksyd, er be-

skrevet i US patenskrift nr. 3 793 444. Reaktoren er oppdelt i soner ved hjelp av gjennomhullede deler som er forsynt med en rekke hull gjennom hvilke gassen og partikkelformige materialer strømmer. Hver sone drives med en oppadrettet gassoverflatehastighet av 0,06-0,6 m/s og inneholder en tett, fluidisert masse av sjiktpartikler som inneholder jernoksyd.

I US patentskriftet er beskrevet en reaktor hvori sonene har de samme tverrsnittsdimensjoner, og dessuten en reaktor hvori tverrsnittsdimensjonene øker fra sone til sone i retning fra reaktorens innløp til dens utløp. Medrevne faste materialer som forlater reaktoren, transporteres pneumatisk til et nedstrømsanordnet utstyr for separering av gassene fra de faste stoffer og for resirkulering av en del av de faste stoffer til reaktorens virvelsjikt. Det har nå vist seg at når en slik reaktor drives i industriell målestokk, gir de gjennomhullede skilledeler et uønsket ytterligere trykkfall i systemet og er tilbøyelige til å bli tilstoppet.

Harris og medarbeidere rapporterer i "Process for Chlorination of Titanium Bearing Metals and for Dechlorination

of Iron Chloride" i World Mining and Metals Technology, Alfred Weiss, e.d., The Society of Mining Engineers, New York,

Chapter 44, s. 693-712, august, 1976, at Bureau of Mines har undersøkt en prosess hvor treverdig jernklorid dampfasebehandles med oksygen i en ettrinnsreaktor med et tett virvelsjikt. Prosessen er mer detaljert beskrevet av Paige og medarbeidere i "Recovery of Chlorine and Iron Oxide from Ferric Chloride", Journal of Metals, s. 12-16 (november, 1975). Ved denne prosess tilføres forvarmet oksygen til bunnen av en oppvarmingsseksjon som inneholder et tett virvelsjikt av jernoksyd og hvori et eventuelt brensel kan forbrennes. Det treverdige jernklorid skrupåmates på toppen av oppvarmingsseksjonen som står i forbindelse med reaksjonssonens bunn. Reaksjonssonen har et større tverrsnitt enn oppvarmingssonen. Det treverdige jernklorid fordampes og reagerer deretter med oksygenet etter hvert som begge passerer gjennom reaktorens reaksjonssone med det tette virvelsjikt. Avgasser overføres fra reaksjonssonen til en syklonseparator for å fjerne eventuelt medrevne faste stoffer. En del av jernoksydsjiktmaterialet og produktet som oppsamles ved bunnen av oppvarmingsseksjonen, behandles i en egen strøm med en natriumkloridkatalysator og resirkuleres deretter til reaktoren i en mengde svarende til ca. 25 vekt% av det påmatede treverdige jernklorid. Forfatterne påpeker at denne prosess kan drives tilfredsstillende i laboratoriemålestokk, men at det fremdeles er behov for en industriell prosess for omvandling av treverdig jernklorid-vrakmateriale ved avklorering av dette.

Selv om virvelsjiktreaktorer som drives med en fortynnet fase (f.eks. med en faststoffraksjon under 0,05 og med en gassoverflatehastighet av 4,5-9 m/s)er kjente, er slike reaktorer ikke blitt anvendt for omvandling av jernklorider til klor og jernoksyd. Det har ifølge oppfinnelsen vist seg at slike ett-trinnsreaktorer med fortynnet fase vil være utilstrekkelige for omdannelse av jernkloridet til klor og jernoksyd i industriell målestokk på grunn av vanskeligheter med å tilføre tilstrekkelig varme til å opprettholde en regulert reaksjonstemperatur og med å tilveiebringe høye omvandlinger ved høye produksjonskapasiteter.

For å overvinne eller i det minste å gjøre de pro-blemer som er forbundet med de ovennevnte kjente prosesser og reaktorer så små som mulig, tilveiebringes det ved oppfinnelsen en forbedret fremgangsmåte for fremstilling av

klor og jernoksyd fra treverdig jernklorid. Den foreliggende fremgangsmåte er av den type hvor treverdig jernklorid behandles i dampfase i en flertrinns resirkulerende virvelsjiktreaktor med et overskudd av oksygen og i nærvær av en katalysator fremstilt fra natriumklorid og jernoksyd. Overatmosfærisk trykk og en temperatur av 550-800°C anvendes. Et karbonholdig brensel til-føres til reaktoren for å gi tilskuddsvarme. De gassformige og faste materialer strømmer i samme retning gjennom reaktoren. Sjiktmaterialet resirkuleres til reaktoren i en vektmengde pr. tidsenhet av 1-10 ganger den tilførte jernklorid-mengde pr. tidsenhet. Gassformige og faste avløp fra reaktoren separeres og utvinnes nedstrøms i forhold til reaktoren. Forbedringen ved den foreliggende oppfinnelse omfatter at den overfor beskrevne fremgangsmåte utføres i reaksjonssoner <q>om omfatter

(1) en tett sone med et forhold

lengde:diameter (L/D)^ av 2:1-4:1, hvori en faststoffvolumfraksjon, S-^, av 0,3-0,6 og en gassoverflatehastighet, V^, av 0,15-0,6 m/s opprettholdes og brensel forbrennes, det resirkulerte sjiktmateriale og reaktanter oppvarmes, det treverdige jernklorid fordampes, og oksydasjonen av det treverdige jernklorid igangsettes,

(2) en overgangssone,

(3) en fortynnet sone med et forhold lengde:diameter (L/D)4 hhv. (L/D)6 av minst 10:1, hvori en faststoffvolumfrak-

sjon S4 hhv. Sg av 0,005-0,05 og en gassoverflatehastighet V4 hhv. Vg av 1,5-6 m/s opprettholdes og hastigheten er 4-25 ganger gassoverf latehastigheten i den tette sone, og idet det anvendes en tett sone og en fortynnet sone med et diameterforhold D / v hhv. D1/D6 av 3:1-40:1. <1>

En overgangssone mellom den tette sone og den fortynnede sone nedsetter støttilbøyeligheten, dvs. en pulserende strøm av faste stoffer. Ifølge den foretrukne utførelsesform omfatter overgangssonen en innsnevring som har et mindre tverrsnittsareal enn den tette sone eller den fortynnede sone, hvorved gassover-flatehastigheten blir 25 ganger gasshastigheten i den tette sone. Ifølge en mer foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen omfatter overgangssonen en annen sone som står i forbindelse med den tette sonens utløp og som fører til en tredje sone med større tverrsnitt som på sin side fører til den fortynnede sone.

I overgangssonen akselereres gassen i den annen sone til en overflatehastighet, av 2-6 m/s, og i den tredje sone retarderes gassen og faste materialer slik at det fås en gassoverflatehastighet, V^, av 0,25-1,2 m/s som er 1,2-3,2 ganger gassoverf latehastigheten i den tette sone. I dette tilfellet øker selvfølgeli<g> overgangssonen oppholdstidene både for gasser og faste stoffer, men det er av større viktighet at volumfraksjonen

av faste stoffer øker slik at det fås en pulserende strøm av

faste stoffer.

Ifølge en spesiell foretrukken utførelsesform av den foreliggende fremgangsmåte og hvor det anvendes en overgangssone med et område med øket tverrsnitt, har den opprinnelige tette sone et L/D av 3:1-4:1, en S, av 0,36-0,48 og en V, av 0,3-0,45 m/s, den fortynnede sone har en av 0,008-0,032 og en av 3-4,5 m/s som er 6-15 ganger V^, og i den tredje sone av overgangssonen er det en gassoverf latehastighet V-^ av 0,3-0,75 m/s som er mellom 1,3-2 ganger .

Ifølge en foretrukken utførelsesform av den foreliggende fremgangsmåte utføres denne i (1) en første sone bestående av en generelt sylindrisk beholder med en kjeglcformig bunn med innløp for tilførsels-materialer og resirkulert sjiktmateriale, et forhold lengde: diameter (L/D)^ av 2:1-4:1 og et utløp som står i forbindelse med

(2) en annen sone bestående av en første ledning med

et forhold lengde:diameter (L/D)2 hhv. (L/D)5 av 1:1-15:1 og et utløp som står i forbindelse med enten

(3a) en tredje sone bestående av en annen ledning

med et område med øket tverrsnitt og et utløp som står i forbindelse med

(4) en fjerde sone bestående av en tredje ledning

med et forhold lengde:diameter (L/D)4 av minst 10:1,

idet det som den første sone anvendes en beholder

med en diameter (D^ som er 1,1-1,8 ganger diameteren (D3)

for den annen ledning og 3-5 ganger de respektive diametre (D2;D4) for den første og den tredje ledning, eller med

(3b) en tredje sone bestående av en ledning med et forhold lengde:diameter (L/D)^ av minst 10:1,

idet det som den tredje sone anvendes en ledning

med en diameter (Dg) som er 1,5-3 ganger diameteren (D,-) for ledningen anvendt som den annen sone, og idet det som den første sone anvendes en beholder med en diameter (D^ som er 5-10 ganger diameteren (D Dr) for ledningen anvendt som den annen sone og 3-5 ganger diameteren (D6^) for ledningen anvendt som den tredje sone.

Ifølge en foretrukken utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen har området med økt tverrsnitt i den tredje sone et forhold lengde:diameter (L/D)^ av 1:1-4:1,helst 1,5:1-3:1, (L/D) 1 er 3:1-4:1, (L/D)2 er 5:1-10:1, og (L/D)4 er under 30:1, helst 10:1-20:1, og beholderdiameteren for den første sone er 1,2-1,5 ganger diameteren for området med økt diameter i den tredje sone og 3-4 ganger de respektive diametere for den annen sone og den fjerde sone.

Alle dimensjoner som her er beskrevet, gjelder innvendige dimensjoner for utstyret som nærmere beskrevet neden-

for under henvisning til tegningene.

For bruk i industriell målestokk kan den foreliggende fremgangsmåte drives tilfredsstillende med tilførte jernklorid-mengder av over 2500 kg/h under oppnåelse av over 95% av en omvandling til klor og jernoksyd. For en slik prosess er diameteren for beholderen i den første sone (dvs.

den "tette" sone) av reaktoren vanligvis minst 60 cm.

På fig. 1 er vist et flytskjema for en kontinuerlig prosess ifølge oppfinnelsen. På fig. 2 og 3 er skjematisk vist reaktorer ■ for utførelse av fremgangsmåten og sem ikke er teqnet i korrekt målestokk.

Ved utførelsen av den foreliggende oppfinnelse kan jernkloridet som skal tilføres, skrive seg fra en hvilken som helst av en rekke forskjellige kilder. Tilførselsmaterialet kan utg.jøres av kjemisk rent, treverdig jernklorid,

men industrimessig vurdert er det viktigere at tilførsels-materialet kan utgjøres av en blanding av biprodukter fra et industrianlegg, som den biproduktstrøm som erholdes ved en prosess for klorering av ilmenitt for fremstilling av titandioksyd. En slik biproduktstrøm har en typisk sammensetning som følger:

Et tilførselsmateriale med tilnærmet denne sammensetning ble anvendt i de nedenstående eksempler.

Ved utførelsen av den foreliggende oppfinnelse fordampes det treverdige jernklorid og behandles med et overskudd av oksygen for dannelse av gassformig klor og fast jernoksyd. Klorproduktet kan resirkuleres direkte til en prosess for klorering av ilmenitt eller det kan utvinnes for andre anvendelser. Under de betingelser som den foreliggende fremgangsmåte utføres ved, omvandles toverdig jernklorid i det tilførte jernklorid til treverdig jernklorid og deretter til et produkt av treverdig jernoksyd. Behandlingen av det treverdige jernklorid med oksygen utføres i nærvær av fluidiserte partikler av jernoksyd som er blitt behandlet med natriumklorid for dannelse av en katalysator for omvandlingen av treverdig jernklorid til treverdig jernoksyd. Jernoksydpartikler med en gjennomsnittlig størrelse av 20-200^,um er egnede. Jernoksydets partikkelstørrelse synes å være selv-regulerende på grunn av at de større partikler gnis mot hverandre. Et pulverformig, karbonholdig brensel tilføres også til reaksjons-systemet for å opprettholde stabile reaksjonstemperaturer og gi tilskuddsvarme. Den tilførte mengde oksygen er større enn den mengde som støkiometrisk er nødvendig for å omvandle alt jernklorid i det tilførte materiale til treverdig jernoksyd og alt karbon og hydrogen i brenslet til hhv. karbondioksyd og vann.

Den tilførte oksygenmengde er fortrinnsvis 103-170% av den støkiometriske, helst 110-125% derav. I reaktoren kan resir-kuleringsmengden av jernoksydpartikler pr. tidsenhet for virvelsjiktet varieres innen et vidt område. Sjiktmaterialet resirkuleres i alminnelighet i en vektmengde pr. tidsenhet som svarer til 1-10 ganger den tilførte jernkloridmengde pr. tidsenhet. Foretrukne resirkuleringsmengder er 2-6 ganger den tilførte vektmengde jernklorid pr. tidsenhet. Overatmosfærisk trykk, fortrinnsvis 3-10 atmosfærer, og en temperatur av 550-800°C, fortrinnsvis 600-700°C, anvendes.

Et egnet utstyr for utførelse av foreliggende fremgangsmåte som en kontinuerlig prosess, er vist på fig. 1.

Det fremgår av fig. 1 at oksygen tilføres til en ledning 1. Oksygenet som er uoppvarmet, tilføres med et trykk av ca. 6,8 atmosfærer overtrykk. Ledningens 1 størrelse er slik at oksygentilførselen opprettholdes med en tilstrekkelig høy hastighet til at jernklorid, natriumklorid, pulverformig brensel og resirkulert materiale som tilføres til ledningen 1 fra hhv. lagringsbeholdere 2, 3 og 4 som står under trykk med en gass, f.eks. N2, og rra resirkuleringsledningen 28, transporteres. Materialene i lagringsbeholderne holdes tørre. Oksygenet og en eventuell gass som kan komme ut fra lagringsbeholderne som står under trykk, og de faste materialer som av gassen transporteres gjennom ledningen 1, kommer inn i reaktoren som omfatter det utstyr som er betegnet med henvisningstallene 51, 52, 53 og 54,

via reaktorbeholderens 51 bunn.

Det fremgår av det ovenstående at reaktoren er delt

i flere seksjoner. Den første seksjon, dvs. reaktorbeholderen 51, hvori materialene fra ledningen 1 kommer inn, er foret med et keramisk materiale til en innvendig diameter av 76 cm og har en høyde av 2,85 m, omfattende en høyde av 0,61 m for den kjegleformige bunn og 0,38 m for den halvkuleformige toppen. Fire supplerende innløp for oksygen som tilføres gjennom ledningen 32,

er anordnet tilnærmet ved midten av høyden for reaktorbeholderens 51 kjegleformige bunndel. Munnstykkene er anordnet i en av-

stand av 90° fra hverandre og injiserer oksygen radialt inn til kjeglens midte. Ca. 5-15% av det samlede oksygen som tilføres til reaktorbeholderen, tilføres via disse munnstykker. Virvel-sjiktpartiklene, reaktantene og produktene som dannes, strømmer i samme retning fra reaktorbeholderen 51 gjennom en første ledning 52 som er en ledning som er foret med et keramisk materiale og som har en innvendig diameter av 22,9 cm og en lengde av ca. 1,83 rn, inn i en annen ledning 53 som er foret med et keramisk materiale og som har en innvendig diameter av ca. 61 cm og en lengde av 1,22 m. I ledningen 52 vil på grunn av strømmens høyere hastighet, konsentrasjonen av faste stoffer være lavere enn i reaktorbeholderen 51. Den annen ledning 53 med øket diameter tjener til å nedsette partiklenes hastighet og virker som en blandeinnretning før strømmen kommer inn i en tredje ledning 54 som er en ledning som er foret med et keramisk materiale og har den samme diameter som ledningen 52 og en lengde av 8,54 m.

Materialene som tilføres fra ledningen 1, oppvarmes

i reaktorbeholderen 51 til en temperatur av 550-800°C, det treverdige jernklorid fordamper, karbonet forbrennes, og natriumklorid og treverdig jernoksyd danner katalysatorsjiktpartikler.

Dette treverdige jernklorid og oksygen reagerer i reaktor-beholder 51 og dessuten i reaktorseksjoner 52, 53 og 54 under dannelse av klor og treverdig jernoksyd som produkt.

Strømmen som kommer ut fra reaktorbeholderne

51, 52, 53 og 54, kommer via ledningen 21 inn i en syklonseparator 6. Høydeforskjellen mellom toppen av reaktorbeholderen 51 og innløpet til syklonseparatoren 6 er ca. 21,3 m.

I syklonseparatoren 6 separeres grove jernoksydpartikler fra strømmen og avsettes via ledningen 33 i en lagringstank 7

for varme, faste stoffer, hvorfra de resirkuleres via ledningen 30 til bunnen av reaktorbeholderens 51 sylindriske seksjon.

Den gassformige strøm og findelte jernoksydpartikler som kommer ut fra syklonseparatoren 6, transporteres via en ledning 22 til en syklonseparator 8 som drives med et høyere separeringsutbytte enn syklonseparator 6 og hvor mesteparten av de gjenværende faste stoffer skilles fra den gassformige produktstrøm. Denne tilføres deretter via en ledning 2 3 til bunnen av en virvelsjiktkondensator 9. Denne er forsynt med vannavkjølte, innvendige sløyfer 31 som nedsetter temperaturen i kondensatoren til ca. 150°C. I kondensatoren 9 kondenseres uomsatt gassformig jernklorid på et sjikt eller på jernoksydpartikler som er blitt til-ført til kondensator 9 fra lagringstanken 7 for varme, faste stoffer via en ledning 29 og ledningen 23. Det uomsatte treverdige jernklorid og jernoksydpartikler tilbakeføres til reaktoren via en ledning 28 og ledningen 1.

Det avkjølte, gassformige produkt som står under trykk og som forlater virvelsjiktkondensator 9, tilføres via en ledning 24 til en siste syklonseparator 10 for å fjerne eventuelt gjenværende medrevne, faste stoffer. Det gassformige produkt utgjøres hovedsakelig av klor som kan resirkuleres direkte til en prosess for klorering av ilmenitt eller som kan oppsamles for andre anvendelser.

En del av jernoksydproduktet fås fra en ledning 27 og resten fra en ledning 26. Det er mulig å utføre prosessen med syklonseparator 8 fjernet fra systemet, og i dette tilfellet vil jernoksydproduktet kunne fjernes via en kran i en resirku-leringsledning 30 for reaktoren.

På fig. 2 er skjematisk vist en forbedret reaktor, hvor betegner reaktorbeholderens 51

diameter i den første reaksjonssonen og L^ reaktorbeholderens lengde i den første reaksjonssone, D2 diameteren for den første ledning 52 i den annen reaksjonssone og L2 lengden for den første ledning 52 i den annen reaksjonssone, D- diameteren for den annen ledningsseksjon 53 i den tredje reaksjonssone og L 3 lengden for den annen ledning 53 i den tredje reaksjonssone,

og diameteren for tredje ledning 54 i den fjerde reaksjonssone og L. lengden for den tredje ledning 54 i den fjerde reaksjonssone. I reaktoren ifølge fig. 2 består overgangssonen mellom den tette sone eller den første sone, og den fortynnede sone eller den fjerde sone, av den første ledning 52 og den annen ledning 53 med øket tverrsnitt. I praksis mottar den første ledning 52 en fluktuerende tomfraksjon og en ujevn strøm av faste stoffer fra den første eller tette sone, dvs. beholderen 51. Etter hvert som de faste stoffer strømmer hen imot den annen ledning 53 med øket tverrsnitt, dannes et grunt,tett sjikt ved bunnen av den annen ledning 53 og som retarderer hastigheten til strømmen av faste stoffer som kommer inn fra den første ledning 52, slik at det fås en jevn dispersjon av faste stoffer over det tettfasede område.

På fig. 3 er skjematisk vist en annen forbedret reaktor, hvor betegner reaktorbeholderens

51 diameter i den første reaksjonssone og reaktorbeholderens

51 lengde i den første reaksjonssone, D,- diameteren for den trange ledning 55 i den annen reaksjonssone og den trange lednings lengde i den annen reak-

sjonssone, og Dg diameteren for den større ledning 56 i den tredje reaksjonssone og Lg lengden av den større ledning 56

i den tredje reaksjonssone. I reaktoren vist på fig. 3 består overgangssonen mellom den tette sone, eller den første sone,

og den fortynnede sone, eller den tredje sone, av den trange ledning 55. I praksis dispergeres den fluktuerende, ujevne strøm av faste stoffer fra reaktorbeholderen 51 i den større ledning 56 under dannelse av en fortynnet fase. I den større ledning 56 retarderes de faste stoffers høye hastighet gradvis uten at bobler dannes, men med en del tilbakeblanding i den øvre seksjon av den større ledning 56. Apparatet ifølge fig.3 kan

anvendes istedenfor apparatet ifølge fig. 2 ved den kontinuerlige prosess ifølge fig. 1.

Den følgende oppstartingsmetode har vist seg å være tilfredsstillende for det ovenfor beskrevne system. Reaktorsystemet 51, 52, 53 og 54, den første syklonseparator 6, lagringstanken 7 for varme, faste stoffer, resirkuleringsledningen 30 for jernoksyd til reaktoren og den innbyrdes forbindende ledning 21, 33 oppvarmes til en temperatur av 350-500°C med luft som er blitt forvarmet til ca. 10 00°C og som tilføres til utstyret via inn-løpsledningen 1 for oksygen og tilførselsmaterialer. Jernoksydpartikler tilføres til og sirkuleres gjennom systemet under den opprinnelige oppvarming for å gi den nødvendige mengde partikler for virvelsjiktet. Når systemet har nådd en temperatur av 350-500°C, erstattes luften med uoppvarmet oksygen, og pulverformig, karbonholdig brensel tilføres fra lagringsbeholderen 4 til reaktorsystemet hvori det forbrennes og ytterligere opp-varmer utstyret og jernoksydpartiklene til en ønsket arbeids-temperatur av 550-800°C. Natriumkloridet tilføres fra lagringsbeholderen 3 til reaktorsystemet for der å kombineres med de resirkulerte virvelsjiktpartikler av jernoksyd under dannelse av katalysatoren. Den tilførte natriumkloridmengde er tilstrekkelig til at det fås en natriumkloridkonsentrasjon av 0,1-10%, fortrinnsvis 0,4-1%, av vekten av sjiktpartiklene.

På dette tidspunkt er systemet klart for å opprette de ønskede jevne driftsbetingelser og materialstrømmer. De følgende om-råder for arbeidsbetingelsene er egnede:

Ved disse betingelser er omvandlingen av jernklorider til jernoksyd i alminnelighet over 90%. Når reaktoreutløpstemperaturen er høyere enn 600°C, fås som regel omvandlinger på 95% eller derover.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet ved hjelp av utførelsesformer i de nedenstående eksempler. Dersom intet annet er angitt, er alle prosentene basert på vekt. I eksemplene og for de nedenfor angitte sammenligningsforsøk ble den oven-

for beskrevne apparatur under henvisning til tegningene be-nyttet, på samme måte som de ovenfor beskrevne oppstarting-

og driftsmetoder.

Eksempel 1

Reaktorsystemet 51, 52, 53, 54, den første syklonseparator 6, lagringstanken 7 for varme, faste stoffer, resirkuleringsledningen 30 for jernoksyd til reaktoren og den innbyrdes forbindende rørledning 21, 33 ble forvarmet til en temperatur av 600-700°C. Deretter ble de i tabell I gjen-

gitte betingelser opprettet, og hele systemet ble drevet kontinuerlig i 15 timer. Forsøket ble avsluttet da lagringsbeholderen 2 for jernklorid til slutt rant tom fordi den til-

førte mengde jernklorid til reaktoren pr. tidsenhet overskred det anvendte utstyrs kapasitet for ifylling av jernklorid i lagringsbeholderen.

Under forsøket på 15 timer varierte reaktorutløps-temperaturen snevert mellom 700 og 720°C, og resirkulerings-hastigheten for jernoksydet varierte fra 6100-9100 kg/h.

Det tørre, pulverformige, karbonholdige brensel

som ble anvendt for dette forsøk, var et foretrukket brensel for utførelse av den foreliggende fremgangsmåte. Brenslet var laget fra en forkullet lignitt og inneholdt 0,7% hydrogen og hadde en stabil antennelsestemperatur av ca. 400°C.

Under forsøket på 15 timer varierte omvandlingen

av jernklorid til jernoksyd fra 90% til over 95%, ingen uønskede temperaturutslag ble iakttatt, en fullstendig forbrenning av brenslet ble oppnådd ved en enkelt passering gjennom reaktorsystemet, og virvesjiktkondensatorens avkjølingsoverflater holdt seg i det vesentlige frie for tilsmussing.

Eksempel 2

På samme måte som i eksempel 1 ble de i tabell I gjengitte arbeidsbetingelser opprettet etter at et forvarmingstemperaturområde av 680-700°C var blitt nådd. Brenslet som ble anvendt i dette eksempel ble fremstilt fra lignittkull og hadde en stabil antennelsestemperatur av 400°C og et hydrogeninnhold av 1,0%. Arbeidsbetingelsene i hver reaksjonssone og de prosentuelle omvandlinger av jernklorid til jernoksyd er gjengitt i tabell I.

Eksempel 3

Den på fig. 3 viste reaktor med en trang ledning 55 med en diameter på 14 cm og en lengde på 20 cm og en større ledning 56 med en diameter på 23 cm og en lengde på 5,5 m ble anvendt. De i tabell I gjengitte arbeidsbetingelser ble opprettet etter at et forvarmingstemperaturområde av 660-700°C var blitt nådd. Brenslet som ble anvendt i dette eksempel ble fremstilt fra aktivert trekull og hadde en stabil antennelsestemperatur av ca. 390°C og et hydrogeninnhold av ca. 3,1%. Arbeidsbetingelsene i hver reaksjonssone og de prosentuelle omvandlinger av jernklorid til jernoksyd er gjengitt i tabell I.

Fotnoter

(1) Se s. 6 for tilførselsmaterialets sammensetning. (2) Brenslet inneholder 70 vekt% bundet karbon og 0,7 vekt% hydrogen idet resten hovedsakelig utgjøres av aske. (3) Nitrogenet innføres i systemet sammen med tilførsels-materialene fra lagringsbeholderne som står under nitrogentrykk. (4) Det prosentuelle oksygenoverskudd er den prosentuelle mengde ut over den støkiometriske mengde som er nød-vendig for å omvandle alt jernklorid til klor og jernoksyd, alt karbon til karbondioksyd og alt hydrogen til vann. (5) Den prosentuelle omvandling refererer seg til den samlede omvandling (eller av jernkloridet til klor og jernoksyd) oppnådd på det tidspunkt prosess-strømmen når frem til utløpet fra den angitte sone. (6) Dette er en beregnet gjennomsnittsverdi. I virkelig-heten varierer mengden meget sterkt fra null til meget høye verdier i løpet av meget kort tid på grunn av "slugging" av medrevne faste stoffer etter hvert som de forlater sonen 51.

For å beskrive utførelsen av den foreliggende oppfinnelse ved anvendelse av en rekke forskjellige apparat-utformninger som er forskjellige fra de foretrukne, ble. arbeidsbetingelser og omvandlinger for fire forskjellig utformede apparater beregnet. I alle tilfeller er reaktorbeholderen 51

den samme som beskrevet ovenfor, og faststoffraksjonene for reaktorbeholderen er basert på virkelige forsøks målinger.

Resten av dataene er beregnet på basis av publiserte korrelasjoner av Reddy og Pei, I & EC Fund, Vol. 8, nr. 3, august 1969, og Yang, "Estimating the Acceleration Pressure Drop and Particle Acceleration Length in Vertical and Horizontal Pneumatic Transport Lines", Proe. Pneumatransport, 3, 1976. Grunnlaget

for alle hypotetiske tilfeller er som følger:

For en sammenligning med det mest foretrukne system som er beskrevet i eksempel 1, ble den samme apparatutformning anvendt for det første beregnede tilfelle. I dette tilfelle er den beregnede prosentuelle omvandling i sonen 52 64%, i sonen 53

83% og i sonen 54 over 99,5%.

For det annet beregnede tilfelle sløyfes sonene

53 og 54 og er bare basert på sonen 52 med en diameter av 15,2 cm og en lengde av 12 m. Den beregnede omvandling i sonen 52 er 73%. Det tredje beregnede tilfelle er det samme som det annet tilfelle, men med den forskjell at sonen 52 har en diameter av 10,2 cm. Den beregnede omvandling i sonen 52 er 65%.

Det fjerde kalkulerte tilfellet er det samme som det annet tilfelle, men med den forandring at sonen 52 har en diameter av 17,8 cm. Den beregnede omvandling i sonen 52 er 78%.

Disse beregnede tilfeller viser kvalitativt for-delene med å ha en overgangssone mellom den tette og fortynnede reaksjonssone for å oppnå høye omvandlinger.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av klor og jernoksyd i en flertrinns, resirkulerende virvelsjiktreaktor hvor treverdig jernklorid behandles i dampfase med et overskudd av oksygen ved overatmosfærisk trykk og ved en temperatur av 550-800°C i nærvær av en katalysator bestående av natriumklorid og jernoksyd som utgjør det fluidiserte sjikt, og hvor et karbonholdig brensel tilføres til reaktoren for tilførsel av tilskuddsvarme, partikler av sjiktmateriale resirkuleres til reaktoren, og gassformige og faste avløp fra reaktoren separeres og utvinnes, karakterisert ved at fremgangsmåten utføres i reaksjonssoner som omfatter (1) en tett sone (51) med et forhold lengde:diameter (L/D)^ av 2:1-4:1, hvori en faststoffvolumfraksjon S, av 0,3-0,6 og en gassoverflatehastighet V av 0,15-0,6 m/s opprettholdes og brensel forbrennes, det resirkulerte sjiktmateriale og reaktanter oppvarmes, treverdig jernklorid fordampes, og oksydasjon av det treverdige jernklorid igangsettes, (2) en overgangssone (52,53;55), (3) en fortynnet sone (54;56) med et forhold lengde:diameter (L/D)4 hhv. (L/D)g av minst 10:1, hvori en faststoffvolumfraksjon S4 hhv. Sg av 0,005-0,05 og en gassoverflatehastighet V4 hhv. Vg av 1,5-6 m/s opprettholdes og hastigheten er 4-25 ganger gassover-flatehastigheten i den tette sone, og idet det anvendes en tett sone (51) og en fortynnet sone (54;56) med et diameterforhold D]_/D4 hhv. D-^/Dg av 3:1-40:1.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den utføres i (1) en første sone (51) bestående av en generelt sylindrisk beholder med en kjegleformig bunn med innløp for tilførsels-materialer og resirkulert sjiktmateriale, et forhold lengde: diameter (L/D) 1 av 2:1-4:1 og et utløp som står i forbindelse med (2) en annen sone (52;55) bestående av en første ledning med et forhold lengde:diameter (L/D)2 hhv. (L/D)5 av 1:1-15:1 og et utløp som står i forbindelse med enten (3a) en tredje sone (53) bestående av en annen ledning med et område med øket tverrsnitt og et utløp som står i forbindelse med (4) en fjerde sone (54) bestående av en tredje ledning med et forhold lengde:diameter (L/D)4 av minst 10:1, idet det som den første sone anvendes en beholder (51) med en diameter (D^) som er 1,1-1,8 ganger diameteren (D^) for den annen ledning (53) og 3-5 ganger de respektive diametre (D2;D4) for den første (52) og den tredje (54) ledning, eller med (3b) en tredje sone (56) bestående av en ledning med et forhold lengde:diameter (L/D)g av minst 10:1, idet det som den tredje sone (56) anvendes en ledning med en diameter (Dg) som er 1,5-3 ganger diameteren (D^) for ledningen anvendt som den annen sone (55), og idet det som den første sone (51) anvendes en beholder med en diameter (D^) som er 5-10 ganger diameteren (D^) for ledningen anvendt som den annen sone (55) og 3-5 ganger diameteren (D^o) for ledningen anvendt som den tredje sone (56)•