DE3874163T2 - Verfahren zum kondensieren von aluminiumchlorid. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kondensation von wasserfreiem Aluminiumchlorid.
• Alumiumchlorid wird oft als Katalysator in der organischen Chemie und auch in der kosmetischen Industrie verwendet. Während der Herstellung wird das Aluminiumchlorid, unter Umständen im Gemisch mit anderen Produkten, als gasförmige Phase erhalten, und man isoliert es durch Kondensieren auf eine auf Raumtemperatur gekühlte Wand. So gewinnt man eine Kruste von Aluminiumchlorid, die man von der Wandung mit mechanischen Mitteln wie Vibrationen, Schock ablöst. Die kalte Wand besteht einfach aus einer der Umgebungsluft ausgesetzten Innenwand eines Vorratsgefäßes aus Stahl.
• Die Aluminiumchloridkrusten werden zur Erzielung eines Produktes, deren verschieden geformte Bruchstücke in ihrer größten Ausdehnung kleiner als 5 cm sind, gemahlen. Der Mahlvorgang erzeugt Staub, das Aluminiumchlorid muß gesiebt werden und die Feinteile müssen recycliert werden. Die japanischen Anmeldungen 34988/70 und 34989/70 vom 23. April 1970, die japanische Anmeldung 42243/70 vom 18. Mai 1970 beschreiben ein Verfahren zur Isolierung von Aluminiumchlorid aus der Gasphase, das darin besteht, das Gas über eine auf 80 bis 85ºC gehaltene Wand zu leiten, dann, wenn das Aluminiumchlorid Kristalle gebildet hat, diese Wand wieder auf 220ºC zu erhitzen, um das gewonnene Aluminiumchlorid abzulösen. Während ihrer Bildung und ihres Wachstums zeigen diese Kristalle oft die Neigung zusammenzubacken und eine Kruste zu bilden, die gemahlen und gesiebt werden muß.
• In diesen Anmeldungen wird die Kondensation des Aluminiumchlorids auf ebenen Wänden unter gezielten Temperaturbedingungen beschrieben; oder auf Innenwänden eines Zylinders, der auf seinem Boden mit einem schabenden Messer ausgerüstet ist, um das Aluminiumchlorid einzusammeln und es zu entnehmen. In allen diesen Verfahren wird das Aluminiumchlorid in Form von Agglomeraten oder Platten gewonnen, die die Entnahme aus dem Gefäß, in dem sie hergestellt wurden, erschweren. Wenn man keine mechanischen Vorrichtungen benutzt, um die Agglomerate zu zerkleinern, läuft man Gefahr den Auslaß des Gefäßes zu blockieren. Außerdem sind in allen diesen Verfahren die Apparaturen thermischen Cyclen unterworfen, die Ermüdungserscheinungen hervorrufen und zu Brüchen führen.
• In Inorg.Nucl.Chem.Lett. 6(4) (1970) 399-401 wird die Gasphasenabscheidung von Aluminiumchlorid aus einer NaCl- AlCl&sub3;-Mischung an einem einzelnen kalten Kühlfinger beschrieben. Dieser Kühlfimger wird anschließend in ein anderes Gefäß überführt, dann löst man das Aluminiumchlorid durch Einschalten eines in dem genannten Kühlfinger enthaltenen elektrischen Widerstandes ab. Das Patent GB 1410800 beschreibt eine Apparatur zur Kondensation eines festen Produktes an einem Bündel von gekühlten Rohren. Nach der Kondensation wird das Kondensat durch Heizen mit einer die Aussenwand der Apparatur umwickelnden Wendel vollständig aufgeschmolzen.
• Man hat nun ein Verfahren gefunden, das die Produktion von Aluminiumchlorid gestattet, das sich nicht in Form von Platten abscheidet und das eine Apparatur verwendet, die in viel geringerem Maße als die Apparaturen der älteren Technik gegenüber thermischen Beanspruchungen empfindlich ist.
• Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumchlorid, allein oder als Bestandteil eines Gasstromes, als feste Phase auf die Aussenwand von im wesentlichen senkrechten an ihrem unterem Ende abgeschlossenen Rohren, die mit ihrem oberen Ende an einem Rohrboden befestigt sind, aufkondensiert wird. Die genannten Rohre werden anschließend aufgewärmt, damit sich das Aluminiumchlorid von den Rohren löst.
• Dieses Verfahren ist auf alle aluminiumchloridhaltigen Gase, und ganz besonders auf diejenigen, die während seiner Herstellung entstehen, anwendbar.
• Im Laufe der Herstellung von Aluminiumchlorid erhält man in einer der Stufen des verwendeten Verfahrens gasförmiges Aluminiumchlorid, entweder rein oder in einer Mischung mit anderen Gasen, die inert sein können, wie Stickstoff oder Luft oder Reaktionsrückstände, wie Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Chlor, chlorierte Produkte, usw. Das kann das Verfahren zur Herstellung von Aluminiumchlorid selber sein, oder eine Stufe eines Verfahrens, in deren Verlauf man Aluminiumchlorid gewinnt, um Aluminium herzustellen.
• Die Einzelzeichnung zeigt ein Beispiel für eine Vorrichtung zur Dürchführung des Verfahrens der Erfindung. Vertikale am unteren Ende verschlossene Rohre (2) sind mit ihrem oberen Ende an einem Rohrboden (4) angeschweisst und sind in einem an seinem unteren Ende mit einem Ventil (3) verschlossenen Gefäß (1) eingelassen. Über (10) wird das Gas, das das Aluminiumchlorid enthält, eingelassen, über den Stutzen (11) entweicht das Unkondesierbare. Über (12) strömt eine Wärmetauscherflüssigkeit ein, die über die Rohre (5) in jedes Rohr (2) verteilt wird, schließlich über den Stutzen (13) ausgelassen wird.
• Das Aluminiumchlorid enthaltende Gas wird mit der Aussenwand der im wesentlichen vertikalen Rohre in Kontakt gebracht. Diese Rohre werden auf Temperaturen zwischen 40 und 60ºC gehalten, damit das Aluminiumchlorid kristallisiert, dann erwärmt man die Rohre, zum Beispiel durch Zirkulieren einer Wärmetauscherflüssigkeit, um das mit dem Rohr in Kontakt stehende Aluminiumchlorid zu sublimieren, das Aluminiumchlorid löst sich ab und man fängt es unter Ausnutzung der Schwerkraft auf.
• Die im wesentlichen senkrechten Rohre können beliebige Abmessungen aufweisen, aber man zieht es vor, daß das Verhältnis ihrer Höhe zu ihrem Aussendurchmesser zwischen 1 und 100 und vorteilhafterweise zwischen 2 und 50 liegt. Diese Rohre können aus beliebigem Material sein, sofern sie gegenüber Aluminiumchlorid resistent sind; man benutzt vorzugsweise normalen Stahl, nichtoxidierbaren Stahl oder eine Legierung auf Nickelbasis. Man bevorzugt ebenfalls, daß die Aussenwände dieser Rohre glatt sind. Man bevorzugt, daß diese Rohre in einem Gefäß eingelassen sind. Man hält vorzugsweise die Innenwände dieses Gefäßes bei einer ausreichend hohen Temperatur, um zu vermeiden, daß das Aluminiumchlorid sich darauf niederschlägt. Dieses Gefäß kann an tiefer Stelle mit einer Schließvorrichtung, zum Beispiel mit einem Ventil, versehen sein. Man verläßt nicht den Rahmen der Erfindung, wenn man leicht konische Rohre verwendet, deren größerer Querschnitt sich am oberen Teil, an der Seite des Rohrbodens, befindet.
• Das Aluminiumchlorid enthaltende Gas wird in dieses Gefäß eingelassen, das Aluminiumchlorid schlägt sich auf den Rohren nieder und das nicht Kondensierbare wird vorzugsweise über einen anderen Kanal als den Gaseinlass, der Aluminiumchlorid enthält, herausgelassen.
• Die Temperatur der Rohrwände wird mit Hilfe einer Wärmetauscherflüssigkeit zwischen 40 und 60ºC gehalten. Man kann eine beliebige Wärmetauscherflüssigkeit benutzen, zum Beispiel ein Gas, ein organisches Produkt, heißes Wasser, Niederdruckdampf...
• Wenn man eine metallische Wand verwendet, liegt die Temperatur der Flüssigkeit nahe der Temperatur der Wand. Es genügt demnach, um die Wandtemperatur einzustellen, die Temperatur der Wärmetauscherflüssigkeit zu regeln. Die Temperatur der Wand wird zwischen 40 und 60ºC gehalten. Es wird bevorzugt, daß die Temperatur der Wand während der Kondensation des Aluminiumchlorids konstant gehalten wird.
• Unter diesen Bedingungen kondensiert das Aluminiumchlorid in Form von Körnchen, die im wesentlichen konisch geformt sind. Die Höhe des Konus liegt zwischen 0.5 und 5 cm und das Höhe zu Basisdurchmesser Verhältnis liegt zwischen 1 und 10. Die Spitze des Konus liegt an der kalten Wand, die Konusse berühren sich an ihren Basisflächen und sind im allgemeinen nicht miteinander verklebt oder agglomeriert.
• Der Druck des Aluminiumchlorid enthaltenden Gases ist nicht von Bedeutung, ebenso wie der Druck in dem Gefäß. Fast immer liegt das Gas bei, oder nahe bei, Atmosphärendruck vor, und man führt die Kondensation des Aluminiumchlorids bei diesem Druck durch. Sobald das Aluminiumchlorid mit der kühlen Wand in Kontakt kommt, kondensiert es. Zur Gewinnung des festen Aluminiumchlorids erhöht man die Temperatur der vorher kalten Wand, um das Aluminiumchlorid zu verflüssigen oder zu sublimieren, was die Ablösung des Feststoffes unter Ausnutzung der Schwerkraft zur Folge hat. Man erzielt eine Verflüssigung oder eine Sublimation je nachdem, ob der Druck oberhalb oder unterhalb des Tripelpunktes (2.3 atm abs) liegt. Es wird eine Ablösung des Feststoffes unter dem Einfluß der Sublimation bevorzugt. Es genügt, die Wand für einen kurzen Moment aufzuheizen, um nur die Ablösung des Feststoffes zu bewirken. Meistens erhitzt man auf Temperaturen zwischen 200 und 250ºC.
• Um die Wand zu erhitzen kann man eine Wärmetauscherflüssigkeit benutzen, die man auf eine ausreichend hohe Temperatur bringt, damit die Wand heiß genug ist, das Aluminiumchlorid zu verflüssigen oder zu sublimieren. Man kann die gleiche Wärmetauscherflüssigkeit verwenden, die die Wand auf 40 bis 60ºC hält, aber deren Temperatur man mit allen bekannten Mitteln ändert; man kann ebenso einen Vorrat an heißer Flüssigkeit und einen Vorrat an kalter Flüssigkeit bereitstellen, diese beiden Flüssigkeiten können identisch oder verschieden sein, und man läßt sie abwechselnd an der Wand vorbeiströmen.
• Während man die Wand aufwärmt, um das Aluminiumchlorid abzulösen, kann man die Zufuhr des Aluminiumchlorid enthaltenden Gases in das Gefäß unterbrechen, um einen Produktverlust zu vermeiden. Es ist günstig die Wand schnell zu erhitzen, um nicht den gesamten Feststoff zu erwärmen.
• Während der Erwärmung, die die Ablösung des Aluminiumchlorids von der Wand bewirkt, kann ein wenig Aluminiumchlorid sublimieren; es ist also interessant, wenn das Aluminiumchlorid sich auf eine kalte Wand, zum Beispiel in einem anderen mit dem vorhergehenden verbundenen Gefäß abscheiden kann. Es ist günstig, wenn man einen Aluminiumchlorid enthaltenden Gasstrom kontinuierlich bearbeiten kann, mindestens zwei Gefäße bereitzustellen, wovon das eine eine kalte Wand besitzt, während das andere in der Heizphase vorliegt, um das Aluminiumchlorid abzulösen; und anschließend tauscht man die Funktionen dieser Gefäße. Man könnte ebenso eine beliebige Anzahl von Gefäßen einsetzen. Anstelle eines Gefäßes, dessen kalte Innenwand man zur Sammlung des Aluminiumchlorids benutzt, kann man kalte Wände in beliebiger Form in das Gefäß oder in andere Volumina oder in die Passage des Aluminiumchlorid enthaltenden Gases einbauen. Man kann ebenso in dem gleichen Gefäß kalte Wände, an denen Aluminiuchlorid kristallisiert, und warme Wände, an denen das Aluminiumchlorid herabfällt, einbauen. Ein Vorteil, gemäß der vorliegenden Erfindung, in der Verwendung der Rohre, die allein mit einem Ende an einem Rohrboden befestigt sind, liegt darin, daß sie keinen Ausdehnungsschwankungen bei den thermischen Cyclen unterworfen sind.
• Das folgende Beispiel veranschaulicht die Erfindung ohne sie einzuschränken.
Beispiel
• Man benutzt eine Apparatur, wie in der Einzelzeichnung beschrieben, mit folgenden Abmessungen:
• - Durchmesser des Rohrbodens (4) : 750 mm
• - 8 Rohre (2) in einem quadratischen Gitter von 210 mm Kantenlänge in regelmäßiger Weise angeordnet und dergestalt, daß man:
• - 2 Rohre mit einem Aussendurchmesser von 88.9, Wanddicke 3.2 mm, aus Stahl,
• - 2 Rohre mit einem Aussendurchmesser von 88.9, Wanddicke 3.05 mm, aus Inconel 600,
• - 2 Rohre mit einem Aussendurchmesser von 88.9, Wanddicke 3.05 mm, aus Monel,
• - 2 Rohre mit einem Aussendurchmesser von 88.9, Wanddicke 4 mm, aus Uranus B6, besitzt.
• - Die Nutzlänge der Rohre beträgt 700 mm.
• - Die anderen Teile der Anlage bestehen aus Stahl.
• - Der zylindrische Teil und der konische Teil des Gefäßes (1) werden auf 200ºC gehalten.
• - Das Ventil (3) ist ein Durchgangsventil mit einem Durchmesser von 200 mm
• Man gibt mit einem Volumenstrom von 30kg/h während 6 Stunden Aluminiumchlorid durch das Rohr (10) ein. Die Temperatur der Wandung der Rohre (2) wird durch Zirkulieren einer Wärmetauscherflüssigkeit auf 55ºC gehalten. Die an dem Stutzen (13) gemessene Temperatur der Wärmetauscherflüssigkeit beträgt 50ºC.
• Nach 6 Stunden wechselt man den Kühlkreiskreislauf, um die Wärmetauscherflüssigkeit mit 260ºC einströmen zu lassen, und bringt, so schnell wie möglich, innerhalb ungefähr einer Minute, die Wand auf 190ºC. Nach ungefähr einer Minute fällt das AlCl&sub3; ab und wird in einem Gefäß unter der Desublimationsvorrichtung aufgefangen und über ein Durchgangsventil mit einem Durchmesser von 200 mm isoliert.
• Man erhält 180 kg AlCl&sub3; in konischer Form in 30 bis 35 mm Länge, mit einem Durchmesser von 8 bis 12 mm an der Basis.
• Der Ablösevorgang ist nach ungefähr zwei Minuten beendet, man bringt die Wärmetauscherflüssigkeit wieder auf 50ºC, die somit für den nächsten Cyclus vorbereitet ist.

Claims (1)

1. Verfahren zur Kondensation von Aluminiumchlorid, bei dem

a) Aluminiumchlorid allein oder enthalten in einem Gasstrom außerhalb von im wesentlichen senkrechten, an ihrem unteren Ende geschlossenen und an ihrem oberen Ende an einem Rohrboden befestigten Rohren als feste Phase kondensiert wird,

b) während der Kondensation die Temperatur der Rohre zwischen 40 und 60ºC gehalten wird,

c) die Rohre anschließend wieder aufgeheizt werden, damit sich das Aluminiumchlorid ablöst.