FI96412B - Menetelmä ferrikloridin valmistamiseksi laimennetusta kloorivetyhaposta lähtemällä - Google Patents

Description

96412

Menetelmä ferrikloridin valmistamiseksi laimennetusta kloo-rivetyhaposta lähtemällä 5 Esillä oleva keksintö koskee menetelmää, jonka avulla voidaan valmistaa ferrikloridia laimeasta kloorivetyhaposta lähtemällä. Se koskee erikoisesti ferrikloridin valmistamista vesiliuoksessa, jonka tiitteri on välillä 35-45 paino-%. Ferrikloridia käytetään tässä muodossa flokkuloivana 10 aineena vesien 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 paino-15 prosenttinen ferrokloridiliuos (FeCla), joka kloorataan ferrikloridiliuoksen (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 konsen-20 troitu FeCla-liuos, koska FeCla ja FeCl3 voivat haihduttamalla konsentroitaessa osittain hydrolysoitua, jolloin kehittyy HCl:a. HCl:n mukanaolo FeCl3:ssa häiritsee vesien käsittelyssä. Tässä menetelmässä on tarpeen käyttää konsentroitua kloorivetyhappoa.

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 menetel-• ·. mästä, mutta ferrokloridiliuos saatetaan kontaktiin hapen kanssa.

35 Ei tunneta helppoa menetelmää kun lähdetään laimennetusta haposta. Eräs tärkeä piste kloorivetyhappoliuoksessa on vesi-HCl-atseotroopin konsentraatio 20,5 paino-% atmosfäärin paineessa. Ferrokloridiliuosten saamiseksi, jotka sisältävät 2 96412 ainakin 36 paino-%, on välttämätöntä lähteä noin 24 paino-prosenttisesta happoliuoksesta. Esillä oleva keksintö tekee mahdolliseksi käyttää happoa, jonka konsentraatio on alempi kuin atseotroopin ja välttää hankaluudet, joita on HClsn 5 ja/tai ferrokloridin ja/tai ferrikloridin liuosten konsen-troimisessa.

Esillä olevassa keksinnössä valmistetaan ferrikloridia lähtemällä laimennetusta kloorivetyhaposta ja se sisältää 10 seuraavat vaiheet: a) saatetaan kontaktiin rauta liuoksen kanssa, joka sisältää laimennettua kloorivetyhappoa, kunnes mainittu kloorivety-happo häviää, 15 b) kloorataan saatu liuos, jolloin saadaan ferrikloridi-liuosta, c) suoritetaan kohdassa b) saadun liuoksen paineenalennus, 20 d) kohdassa c) saatu nestefaasi palautetaan osittain sykliin vaiheeseen b), toinen osa muodostaa ferrikloridin tuotannon.

Käytetään rautaa tai raudan oksideja tai raudan ja rautaok-25 sidien seosta. On kätevää käyttää rautalastuja, kuten teräs-kappaleiden työstön jätteitä, rautakappaleiden porauksessa syntyviä lastuja tai syvävetojäännöksiä. Tämä talteenotettu rauta on enemmän tai vähemmän oksidoitunutta. Liuos, joka sisältää laimennettua kloorivetyhappoa voi olla kloorivety-30 hapon vesiliuosta, joka sisältää 15-25 paino-% kloorivetyhappoa. Keksinnön piiristä ei poistuttaisi vaikka käytetään suurempaa konsentraatiota, mutta tässä tapauksessa olisi paljon yksinkertaisempaa käyttää konventionaalista menetelmää, jollainen on selostettu aikaisemmassa tekniikassa.

35 Keksintö on erikoisen käyttökelpoinen ns. jäännöshapoille ja hapoille joita ei voida konsentroida atseotrooppisen seoksen yli. Näiden happojen konsentraatio on tavallisesti 15 paino-%:in ja atseotrooppisen seoksen välillä. Keksinnön 96412 3 piiristä ei poistuta vaikka käytettäisiin happoa, joka sisältää vähemmän kuin 15 paino-% kloorivetyhappoa, mutta olisi paljon yksinkertaisempaa konsentroida tämä happo yli ' 15 prosenttiseksi klassisen tislauksen avulla. Kloorivety- 5 happoa sisältävä liuos voi sisältää myös ferrokloridia ja mahdollisesti jo vähän ferrikloridia. Tämä vaihe a) voidaan suorittaa millä tavalla tahansa, mutta edullisesti työskennellään atmosfäärin paineessa reaktioastiassa ja järjestetään niin, että aina on ylimäärin rautaa, jotta voidaan 10 olla varmoja siitä, ettei kloorivetyhappoa jää ferrokloridin liuokseen, joka saadaan tämän vaiheen a) lopussa. Reaktio raudan ja kloorivetyhapon välillä on totaalinen ja stökio-metrinen. Vaikka kloorivetyhappoa sisältävän liuksen lämpötila voi olla mikä tahansa, käytetään edullisesti liuosta, 15 joka on välillä 20-50°C ja mieluimmin välillä 35-45°C. Hapon viipymisaika voi olla mikä tahansa, mutta se on edullisesti 2 minuutista 30 tuntiin, mieluimmin 3-15 h. Keksinnön piiristä ei poistuta, vaikka lisätään tässä vaiheessa a) laimennetun kloorivetyhapon liuoksen lisäksi liuos, joka si-20 sältää kloorivetyhappoa ja ferrokloridia tai yksinomaan ferrokloridia, so. esim. liuosta, joka on peräisin puhdis-tuskylvystä. Pidetään parhaana, että tällaisen liuoksen määrä ei edusta yli 20 % ja mieluimmin 10 paino-% kloorivetyhapon jäännösliuoksesta. Keksinnön piiristä ei pois-25 tuta, vaikka käytettäisiin yksinomaan liuosta, joka on peräisin puhdistuskylvystä ja joka sisältää FeClata ja HClsa, mutta on välttämätöntä, että tämä liuos ei sisällä liian paljon raskaita metalleja, jotka ovat haitallisia ferrikloridille, joka on tarkoitettu juomaveden valmistuk-30 seen. Ennen kuin vaiheessa a) saatu liuos kloorataan, on edullista suodattaa tai dekantoida se.

Vaihe b) tapahtuu saattamalla kontaktiin kohdassa a) saatu ferrokloridin liuos kloorin ja ferrikloridiliuoksen kanssa. 35 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. Voidaan käyttää 96412 4 laitetta, jossa on useampia kerroksia, jotka toimivat rinnakkain tai sarjassa ja joita syötetään virran suuntaan tai virran suunnan vastaisesti, tai yhdistämällä mitä tahansa näistä periaatteista.

5 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-10 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, 15 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 liuokset tuotaisiin sisään useasta kolonnin pisteestä, 20 samoin kloori, jota voidaan tuoda sisään useasta pisteestä.

Saadulle ferrikloridiliuokselle suoritetaan sitten paineen-alennus, sen jälkeen tästä paineenalennuksesta talteenotettu nestefaasi palautetaan osittain sykliin vaiheeseen b) 25 ja jäännös muodostaa ferrikloridin tuotannon. Paineenalen-nuksen aikana saadaan kaasufaasi, joka on pääasiallisesti vesihöyryä.

Ferrokloridin klooraus ferrikloridiksi on totaalinen ja 30 stökiometrinen. Noudatetaan edullisesti ferrokloridin vii-pymisaikaa, joka on ainakin 10 s, ja mieluimmin alle 4 h.

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

Ferrokloridin liuoksen, joka tulee vaiheesta a), lämpötila on edullisesti välillä 40-100°C ja mieluimmin välillä 60-

> . W-i I4U 114 « · , I

5 96412 90°C. Ferrikloridiliuoksen lämpötila, joka on palautettu sykliin ja tulee paineenalennusvaiheesta c) on riippuvainen poistumislämpötilasta vaiheesta b) ja paineesta, johon paine alennetaan. Tämä sykliin palautetun ferrikloridin lämpötila 5 vaiheeseen b) tullessa on edullisesti välillä 50-90°C ja mieluimmin välillä 55-80°C. Vaiheesta a) tulevan ferroklori-din lämpötilaa samoin kuin vaiheen b) yläpäästä sykliin palautetun ferrikloridin lämpötilaa voidaan muunnella esimerkiksi lämmönvaihtajien avulla, mutta pidetään parempana 10 käyttää näitä liuoksia muuntelematta niiden lämpötilaa.

Ferrikloridiliuoksen lämpötila on riippuvainen pääasiassa tuloliuosten lämpötiloista ja ferrikloridiksi konvertoitavan ferrokloridin määrästä, mutta myös siitä onko vaiheen b) suorituksessa käytettävä laitteisto adiabaattinen, isoter-15 minen jne.

Adiabaattista laitteistoa pidetään parhaana, ja lämpötila liuoksen poistuessa tämän vaiheen b) lopussa on edullisesti välillä 60-95°C ja mieluimmin 65-90°C. Vaikka voidaan työs-20 kennellä missä tahansa paineessa, on yksinkertaisempaa suorittaa tämä vaihe b) atmosfäärin paineessa tai tätä lähellä olevassa paineessa ja tämän liuoksen paineenalennus suoritetaan atmosfäärin paineesta paineeseen, joka on välillä 0,3-0,05 abs. baaria. Tämä paineenalennus tapahtuu millä 25 tilavuudella tahansa, riittää ainoastaan, että voidaan erottaa kaasufaasi ja nestefaasi, jotka ovat siitä tuloksena. Tyhjö aikaansaadaan esimerkiksi pumpun tai höyryn ulostyöntimen avulla.

30 Muuttumattomina pysyvissä olosuhteissa ferrikloridin määrä, joka muodostaa tuotannon, vastaa moolien lukumäärän suhteen . ferrokloridin määrää vaiheeseen b) sisään tultaessa. Vai heessa b) sykliin palautetun ferrikloridiliuoksen määrä on edullisesti välillä 5-10 kertaa ferrikloridiliuoksen määrä, 35 joka muodostaa tuotannon muuttumattomissa olosuhteissa.

6 96412

Keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaan voidaan myös kuumentaa vaiheesta b) peräisin olevaa ferrikloridiliuosta ennen paineenalennusta.

5 Lämmönvaihtimia, joita voidaan asentaa ferrokloridiliuokseen vaiheen b) sisääntulokohtaan, ferrikloridiliuokseen vaiheesta b) poistumiskohtaan ja uudelleen sykliin palautettuun ferrikloridiliuokseen, voidaan käyttää myös kalorien poistamiseen siinä tapauksessa, että reaktio tulee liian ek-10 sotermiseksi, esimerkiksi jos kloorivetyhapon konsentraatio ajautuu korkeisiin arvoihin.

Keksinnön erään toisen parhaana pidetyn suoritusmuodon mukaan, sillä edellytyksellä, että lämpötilatasot olisivat 15 yhteensoveltuvia, voidaan siirtää ferrikloridin tuotannon kalorit ferrokloridiliuokseen, joka syöttää vaihetta b). Oheinen ainoa piirustus esittää keksinnön erikoista toteutusmuotoa. Selvyyden vuoksi ei ole esitetty pumppuja, läppiä jne.

20

Kohta 1 esittää rautaseosallasta 5 kloorivetyhappoliuoksen 6 kanssa. Saadaan ferrokloridiliuos 7, joka suodatetaan kohdassa 2. Ferrokloridivirta syöttää kohdasta 8 kolonnia 3 samaten kuin ferrikloridiliuos 9. Tätä kolonnia syöttää 25 kaasumainen kloorivirta 14. Ferrikloridiliuos 10:stä poistetaan painetta astiassa 4, saadaan ferrikloridiliuos 12, joka jakautuu tuotannoksi 13 ja osaksi, joka palautetaan uudelleen sykliin 9. Paineenalehnusastia 4 on yhdistettynä johdon 11 välityksellä höyryn ulostyöntimeen, jota ei ole 30 esitetty kuvassa. Inertit aineet ja mahdollisesti reagoimaton kloori poistetaan virran 15 mukana.

Seuraavat esimerkit valaisevat keksintöä sitä rajoittamatta. 35 Esimerkki 1 Käytetään laitetta, joka on oheisen ainoan piirustuksen mukainen, jossa on lasinen kolonni 3, sisäläpimitta 0,35 m ja täytteen korkeus 10 m.

96412 7

Kohdasta 5 pannaan sisään liuos, joka sisältää 170 kg/h kloorivetyhappoa 680 kgsssa/h vettä. Etukäteen pannaan sisään kohdasta 6 rautalastuja, joiden määrä on runsaasti ' ylimääräinen verrattuna HCl:n määrään. Ferrokloridiliuos 5 suodatetaan ja sitten se johdetaan sisään kohdasta 8 kolonniin 3, sen lämpötila on 70°C. Kohdasta 14 lisätään 82 kg/h virtaama kaasumaista klooria ja 5 kg/h inerttiä ainetta, joka joutuu ulosmenoaukolle 15. Kolonni 3 työskentelee paineessa 1,1 abs. baaria. Ferrikloridiliuos, jonka lämpö-10 tila on 82°C, kuljetetaan putken 10 kautta paineenalennusas-tiaan 4, jossa sen paine alennetaan 0,2 baariin, sen lämpötila laskee 70°C:een. Kohdassa 13 on tuotanto 379 kg/h FeCl3sa laimennettuna 545 kg:aan/h vettä. Sykliin palautetaan kohdasta 9 2 272 kg/h FeCl3:a laimennettuna 3 269 15 kg:aan/h vettä.

Esimerkki 2

Työskennellään, kuten esimerkissä 1, mutta kloorivetyhapon liuos on laimeampaa, so. 170 kg/h HClsa 963 kg:ssa/h vettä, 20 virran 8 lämpötila on 60°C. Kohdassa 10 saadun ferriklori- diliuoksen lämpötila on 84°C, se kuumennetaan 93°C:een ennen paineenalennusta 0,12 baariin. Paineenalennuksen jälkeen saadaan kohdasta 13 sama konsentroitu liuos kuin esimerkissä 1, mutta lämpötilassa 57°C ja sykliin palautetaan 3 032 25 kg/h määrä FeCl3:a laimennettuna 4 360 kg:lla/h vettä. Tämä liuos kuumennetaan lämpötilaan 75°C ennen sen palaamista kohdasta 9 kolonniin 3.

Claims (3)

96412

1. Menetelmä, jonka avulla voidaan valmistaa ferrikloridia laimennetusta kloorivetyhaposta lähtemällä, tunnettu siitä,· että se sisältää seuraavat vaiheet: 5 a) saatetaan rauta kontaktiin liuoksen kanssa, joka sisältää laimennettua kloorivetyhappoa, kunnes mainittu kloorivety-happo häviää, 10 b) kloorataan saatu liuos, niin että saadaan ferrikloridi-liuos, c) alennetaan paine kohdassa b) saadusta liuoksesta, 15 d) kohdassa c) saatu nestefaasi palautetaan osittain sykliin vaiheeseen b), toinen osa muodostaa ferrikloridin tuotannon.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheessa a) käytetään liuosta, jonka tiitteri on 20 15 painoprosenttisen kloorivetyhapon ja vesi-HCl atseotroop- pisen seoksen välillä.

3. Patenttivaatimuksen l tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sykliin palautetun ferrikloridin määrä on 25 välillä 5-10 kertaa tuotanto. iH , IM » Iitit I I i ei : 9641/