SE431197B - Sett att genom hydrolys av kiseltetrafluorid i en laga framstella hogaktiv kiseldioxid med en partikelstorlek av 5-50 nm - Google Patents

Description

8008769-5 festy, T.O. Farr och J.C. Brosheer (Ind. Eng. Chem. gg (1952) 1448).

I fig. l visas procentuella omsättningen av kiseltetrafluor- id vid varierande temperatur och tre olika överskott av vat- tenånga.

För att eliminera de ovan påtalade svårigheterna och för att möjliggöra framställning av kiseldioxid med hög specifik yta samtidigt som en tillfredsställande omsättningsgrad erhålles har chockkylning av de från lågan kommande reaktionsproduk- terna föreslagits i svenska patentet nr. 227 783. För kyl- ningen används företrädesvis avgaser från lâgan, vilka be- friats från sin halt av kiseldioxid och som kylts till ca. 1so°c. “ Den ovan föreslagna metoden fungerar tillfredsställande så till vida att den möjliggör produktion av kiseldioxid av tillfredsställande kvalitet och acceptabel omsättningsgrad.

All kiseldioxid som hittills producerats i kommersiell ska- la ur kiseltetrafluorid har framställts med utnyttjande av denna metod. " Metoden har emellertid väsentliga nackdelar, som blir spe- ciellt påtagliga då man försöker konstruera_apparatenheter med hög produktionskapacitet, t.ex. över 100 kg kiseldioxid per apparatenhet och timme. För kylning av reaktionsproduk- terna används vanligen 3 ä 4 gånger mer kylgas än vad som bildas i lågan, vilket innebär att stoftavskiljningsappara- turen blir stor och dyrbar. Vidare förlängs uppehållstiden före stoftavskiljningen avsevärt åtminstone vid hög kapaci- tet, vilket förorsakar försämring av såväl kvaliteten som utbytet. ' Försök har gjorts att kyla de kiseldioxidhaltiga avgaserna' från förbränningsprocessen med hjälp av konventionellt kon- struerade gaskylare. Härvid har det emellertid visat sig att 8008769-'5 kiseldioxid fastnar på kylytorna, vilket medför att värme- överföringen blir dålig och att kiseldioxidens kvalitet allvarligt försämras.

Det har nu överraskande visat sig att de ovan angivna nack- delarna kan elimineras och att kiseldioxid av god kvalitet och med gott utbyte kan framställas i stora apparatenheter om de från lâgan kommande reaktionsprodukterna snabbt kyls till en temperatur under 700°C i kylare med släta kylytor, som är orienterade parallellt med gasens strömningsriktning och i vilka den strömmande gasens Reynoldska tal är högre än 300.

Det är lämpligt att avgaserna och den medföljande kiseldi- oxiden leds direkt till kylaren, varigenom tiden från det att reaktionsprodukterna lämnar lågan tills de införs i ky- laren kan nedbringas till l sekund eller därunder, även vid användning av stora apparatenheter.

Kylytorna kan utformas på olika sätt, trex. som tubkylare eller plattkylare. Det väsentliga är att den kiseldioxidhal- tiga gasen leds parallellt med kylytorna, att dessa är släta och att det Reynoldska talet hålls över 300. Att kylytorna skall vara "släta" innebär att dessa ej får uppvisa några organ eller oregelbundenheter som väsentligen förhindrar en fri strömning av gasen genom kylaren.

Om det Reynoldska talet understiger 300 finns risk för att kiseldioxid utfälls på kylytorna, vilket i hög grad minskar värmeöverföringen. Kiseldioxid, som fastnat på värmeöver- föringsytorna, omvandlas successivt till grovkorniga, hår- da kruster, vilka efter någon tid lossnar från kylytorna och inblandas i den ordinarie produkten. Härvid ökas kisel- dioxidens halt av stora partiklar, så kallade grits, vilket vid många användningsområden är en väsentlig nackdel. 8008769-5 Kylytorna kyls enligt kända metoder, t.ex. med strömmande gas eller med någon lämpligt vald kylvätska. Speciellt lämp- ligt har det visat sig vara att kyla med kokande vatten, som eventuellt står under tryck. Kokande vatten ger nämli- gen ett mycket högt värmeöverföringstal, varjämte vatten- ånga produceras, vilken kan användas t.ex. för separering av det fluorväte som bildas vid processen.

Kylningen bör vara så effektiv att kylytorna hålls under 400°C, eftersom risk för kiseldioxidavsättning annars upp- står. Å andra sidan är det väsentligt att kylytorna ej kyls under avgasernas daggpunkt, vilken vanligen ligger vid ca 80°C, eftersom risk för bildning av kondens och korrosion annars uppstår.

Kylytornas storlek avpassas så att avgaserna kyls till en, temperatur, som ligger under 700°C, företrädesvis till en temperatur mellan 500°C och l50°C.

De från kylaren kommande avgaserna och den medföljande ki- seldioxiden införs i en stoftavskiljare av känt slag. Lämp- ligen kan seriekopplade cykloner användas i enlighet med vad som anges i svenska patentet nr. 227 783.

Eftersom avgaserna i enlighet med föreliggande metod ej har spätts ut med kylgas blir kapaciteten hos stoftavskiljnings- apparaturen stor samtidigt som ett högt procentuellt utbyte av kiseldioxid erhålls.

Sedan kiseldioxiden separerats och tillvaratagits kan även avgasernas halt av fluorväte och kiseltetrafluorid tillvara- tas, t.ex. genom absorption i vatten, varefter rent vatten- fritt fluorväte kan utvinnas, t.ex. enligt den metod som an- ges i svenska patentet nr. 396 060.

Med hänvisning till figur 2 lämnas nedan en beskrivning hur uppfinningen lämpligen kan utföras. aoos769-5 I brännare l inleds bränngas, kiseltetrafluorid och luft i lämpliga proportioner. Brännaren kan konstrueras och för- bränningsprocessen genomföras enligt kända metoder,'t.ex. i enlighet med vad som anges i svenska patentet nr. 200 958.

Från brännaren leds de kiseldioxidhaltiga avgaserna via brännkammaren 2 till kylaren 3. Denna är utrustad med raka, släta kyltuber, inuti vilka de stoftförande gaserna leds.

Kyltuberna är omgivna av kokande vatten, som står under 6 bar övertryck, vilket innebär att vattnets temperatur är ca l60°C. Vid passagen av kylaren kyls reaktionsprodukterna till 200 ä600°C, beroende på belastningen av apparaturen.

Hela förloppet från det att reaktionsprodukterna lämnar lå- gorna tills de vid relativt låg temperatur lämnar kylaren sker normalt på mindre än l sekund.

Från kylaren 3 leds reaktionsprodukterna till tre seriekopp- lade cykloner 4, i vilka kiseldioxiden kontinuerligt avskiljs och tillvaratas.

De från kiseldioxid renade avgaserna leds till ett absorp- tionstorn (ej visat i figur 2), där gasernas halt av fluor- väte och kiseltetrafluorid tillvaratas.

Uppfinningen åskådliggörs närmare medelst följande utförings- exempel.

Utföringsexempel I en apparatur enligt figur 2 tillfördes brännaren följande gasflöden: Bränngas (89,0% H2+ll,O%CH4) 1170 m3/h 20°C Kiseltetrafluorid 149 “ " II II De från brännaren kommande avgaserna kyldes i kylaren 3 till 8008769-5 620°C. Kylaren bestod av raka tuber med en invändig diameter av 40 mm. Gasen leddes inne i tuberna med en ingångshastig- het av 55 m/s, vilket gav ett Reynolds tal av 6200.

På utsidan var tuberna omgivna av kokande vatten, som stod under 6 bar övertryck, vilket gav en temperatur av 160°C på den utgående ångan.

De från kylaren kommande reaktionsprodukterna infördes i tre seriekopplade cykloner, där kiseldioxiden kontinuerligt av- skildes. Per timme erhölls 316 kg kiseldioxid med följande egenskaper: Spec. yta m2/g n 212 Förtjockningstal " l93 Gritshalt ppm 31 Det i tabellen angivna förtjockningstalet bestämdes på föl- jande sätt: l viktdel kiseldioxid blandas med 100 viktdelar polyester, (eftersom opolymeriserad polyester ur kommersiell synpunkt är viktigast har denna vätska valts för bestämningen),varef- ter kiseldioxiden dispergeras omsorgsfullt med hjälp av en kolloidkvarn. viskositeten hos den erhållna blandningen bestämmes med hjälp av en Brookfield viskosimeter LVT vid l2 r/min och 25°C. Enligt samma metod bestämmes viskositeten för en blandning av polyester och "normal" kiseldioxid. Det- ta standardprov användes genomgående för alla mätningarna i utföringsexemplen. viskositeten för provet x l0O viskositeten för standardprovet Förtjockningstal = Den kiseldioxid som hittills framställts genom hydrolys av kiseltetrafluorid i lågor har haft förtjockningstal av 60- -120.

Claims (5)

8008769-5

1. De i tabellen ovan angivna värdena innebär att apparaturens kapacitet är hög samt att den producerade kiseldioxidens kvalitet är utomordentligt god med hög förtjockningsförmå- ga och låg gritshalt. Vidare är utbytet högt, 85 % av det stökiometriskt maximala utbytet.

2. Jämförelseförsök

3. Som jämförelse har försök utförts med chockkylning av de från lâgan kommande reaktionsproukterna med hjälp av åter- förda avgaser enligt svenska patentet nr. 227 783. I samma brännkammare och samma stoftavskiljningsapparatur som ovan beskrivits kunde därvid maximalt framställas 108 kg kisel- aioxld per timme. Den erhållna kiueldioxiden hade en upoci~ fik yta av 210 m2/g och ett förtjockningstal av ll6. Omsätt- ningen av kiseltetrafluorid till kiseldioxid minskade samti- digt till 70 %.

4. Patentkrav l. Sätt att genom hydrolys av kiseltetrafluorid i en låga framställa högaktiv kiseldioxid med en partikelstorlek av

5. -50 nm, k ä n n e t e c k n a t därav, att de från lågan kommande reaktionsprodukterna snabbt kyls till en temperatur under 700°C i en kylare med släta kylytor, som är orientera- de parallellt med gasens strömningsriktning och i vilken det Reynoldska talet hålls över 300. 2. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t därav, att kylaren är en tubkylare och att de från lågan kommande reak- tionsprodukterna leds inuti kyltuberna. 3. Sätt enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att kyltuberna omges av kokande vatten som kylmedium.