CH615892A5

CH615892A5 -

Info

Publication number: CH615892A5
Application number: CH1401575A
Authority: CH
Inventors: Emil Heckel
Original assignee: Degussa
Priority date: 1975-07-30
Filing date: 1975-10-29
Publication date: 1980-02-29
Also published as: NL7512423A; FR2319575A1; BE834651A; DK145890B; DK458475A; NO138996B; NO138996C; DE2533925B2; FR2319575B1; NL180199C; SE410963B; DE2533925C3; ATA766175A; SE7511388L; DK145890C; FI752976A7; IT1047224B; GB1513890A; SU957758A3; US4276274A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von feinstteiligen Oxiden von Metallen, z. B. Aluminium oder Titan, und/oder Silicium durch hydrolytische Umsetzung von deren flüchtigen Chloriden in einer Flamme, indem man die Chloride im Gemisch mit unter Wasserbildung verbrennenden Gasen und Luft bzw. Sauerstoff einer aus einem Brenner in einem Reaktionsraum abbrennenden Flamme zuführt und zur Umsetzung bringt, dann das gebildete Oxidaerosol zusammen mit den Prozessgasen ein nachfolgendes Kühlsystem durchlaufen lässt und in einer Abscheidungsvorrichtung von den Prozessgasen abtrennt, wobei die Freihaltung des Prozessgases von Chlor gewährleistet wird.

Nach bekannten Verfahren werden durch hydrolytische Verbrennung flüchtiger Metallhalogenid-Verbindungen feinst-teilige Oxide hergestellt, indem die flüchtigen Verbindungen zusammen mit Wasserdampf bildenden Gasen und Luft bzw. Sauerstoff getrennt oder bereits in Mischung einem Brenner zugeführt werden. Dabei werden Luft bzw. Sauerstoff und Wasserstoff in einem solchen Mengenverhältnis vermischt,

dass sowohl eine vollständige Verbrennung des Wasserstoffs als auch eine Hydrolyse der Halogenid-Verbindung gewährleistet ist. Zur Herstellung besonders aktiver Produkte wird die Flammentemperatur durch Zugabe von überstöchiometri-schen Luft- bzw. Sauerstoffmengen oder von Inertgasen, wie z. B. Stickstoff, gesteuert.

Die nach diesen bekannten Verfahren gewonnenen Produkte fallen zusammen mit Halogenwasserstoffgas enthaltendem Abgas an, welches in einem Abscheider von den Oxidteilchen abgetrennt wird. Die Hydrolyse des Halogenids erfolgt z. B. bei Verwendung von SiCU nach der Gleichung:

SiCl4 + 2H2 + 02 -» Si02 + 4HC1.

In einer Nebenreaktion entsteht durch teilweise Oxydation von HCl mit überschüssigem 02 freies Halogen nach der Gleichung:

4HC1 + 02 -» 2C12 + 2H20,

so dass das Reaktionsgas je nach Führung der Flammreaktion 6—10 Gew. % freies Chlor, bezogen auf den HCl-Anteil, enthält.

Das zwangsläufig als Nebenprodukt anfallende Chlor muss durch zusätzlichen technischen Aufwand nach Absorption des Chlorwasserstoffs aus dem Betriebsabgas entfernt werden.

Dies erfolgt nach bekannten Verfahren.

Infolge der Aufwendigkeit dieser Verfahren wurde auch schon versucht, die Bildung von Chlor während der pyrolyti-schen Umsetzung zu beeinflussen. So ist es aus der deutschen Patentschrift Nr. 1 210 421 bekannt, die Bildung von freiem Chlor dadurch zu vermeiden, dass die Pyrolyse nicht in Gegenwart von Sekundärluft, sondern von einem Inertgas, z. B. Stickstoff, durchgeführt wird, da das Verfahren mit einer sogenannten autarken Flamme arbeitet, d. h. die Flamme bereits alle für die Reaktion notwendigen Komponenten homogen gemischt enthält. Aus der deutschen Patentschrift Nr. 1244125 ist weiter bekannt, in Erweiterung vorgenannten Verfahrens einen Teil des Reaktionsabgases nach der Feststoff-Abschei-dung abzuzweigen und statt der sogenannten Sekundärluft dosiert in einen abgeschlossenen Brennraum einzuführen.

Nach diesem bekannten Verfahren kann zwar die Bildung von freiem Chlor weitgehend verhindert werden, jedoch lässt sich die Umsetzung nur durch das Abbrennen der Flamme innerhalb einer Inertgas-Atmosphäre bzw. in einer geschlossenen Brennkammer durchführen.

Bei einem anderen bekannten Verfahren (DE-OS 2153 671) wird die Bildung von freiem Halogen durch «Umhüllen» der Flamme mit einem Wasserdampfmantel verhindert, der entweder durch Eindüsen von Wasserdampf oder durch Abbrennen eines hohen H2-Uberschusses hergestellt wird. Im letzten Falle ist weiterhin die Zumischung von Stickstoff erforderlich, um entsprechende Produktqualitäten wie bei normaler, offener Fahrweise zu erreichen.

Dies bedeutet, dass man durch Manipulationen an der Flamme (im Reaktionsraum) gravierend in den Reaktionsablauf eingreift und zusätzliche Massnahmen ergreifen muss, um zu den üblichen Produktqualitäten zu gelangen.

Der Erfindung lag die Aufgabenstellung zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von feinstteiligen Oxiden von Metallen, z. B. Aluminium oder Titan, und/oder Silicium durch hydrolytische Umsetzung von deren flüchtigen Chloriden in einer Flamme anzugeben, indem man die Chloride im Gemisch mit unter Wasserbildung verbrennenden Gasen und Luft bzw. Sauerstoff einer aus einem Brenner in einem Reaktiqnsraum abbrennenden Flamme zuführt und zur Umsetzung bringt,

dann das gebildete Oxidaerosol zusammen mit den Prozessgasen ein nachfolgendes Kühlsystem durchlaufen lässt und in einer Abscheidungsvorrichtung von den Prozessgasen abtrennt, wobei ohne Eingriff in den Reaktionsablauf die Schwierigkeiten der Absorption des stark verdünnten, elementaren Chlors aus den Reaktionsgasen vermieden werden.

Das Kennzeichnende der Erfindung ist darin zu sehen, dass das bei der Flammenreaktion gebildete Chlor mit Wasserstoff während des Abkühlens unterhalb der Reaktionstemperatur von Wasserstoff mit dem im Reaktionsgas enthaltenen Sauerstoff reduziert wird.

Dies kann erreicht werden durch einfache oder mehrfache Einführung von Wasserstoff in das ca. 500° C heisse Reaktionsgas, ein Temperaturniveau, das bei der Abkühlung der Reaktionsprodukte ohnehin durchlaufen wird. Bei der Einlei-

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tung des Wasserstoffs wird zweckmässig mit bekannten Mitteln für eine gute Durchmischung gesorgt, z. B. durch Einbau eines Formkörpers.

Eine andere Variante des Verfahrens besteht darin, dass vor oder nach der Abscheidung der festen Reaktionsprodukte 5 unter Einsatz von energiereichem Licht oder Katalysatoren das Chlor, jedoch nicht der gleichzeitig im Reaktionsgas vorhandene Sauerstoff, mit Wasserstoff zur Reaktion gebracht wird.

Der bei dieser Reaktion gebildete Chlorwasserstoff kann 10 zusammen mit dem bei der Flammenhydrolyse gebildete Chlorwasserstoff nach bekannten Verfahren absorbiert und als konzentrierte Salzsäure gewonnen werden.

Neben dem Vorteil dieses neuen Verfahrens, dass die Flammenreaktion ungestört ablaufen kann, ist noch die bessere 15 Wirtschaftlichkeit hervorzuheben. Wie im Beispiel beschrieben, werden weder Zusatz-Stickstoff noch -Wasserdampf und darüber hinaus nur geringe Mengen an zusätzlichem Wasserstoff benötigt. Weiterhin bleibt die Anlagenkapazität der normalen Betriebsweise erhalten, da die Apparatur mit keinem 20 zusätzlichen Gasballast beaufschlagt werden muss, wie es bei den bekannten Verfahren geschieht.

Beispiel

2000 kg SiCl4, 648 Nm3/h Wasserstoff und 1900 Nm3/h Luft wurden dem Aerosol-Brenner zugeführt, sowie 22 Nm3h Wasserstoff über den Mantel zur Freihaltung des Brennermundes («normale» Betriebsweise), wobei 705 kg/h feinst-teilige Kieselsäure mit einer spez. Oberfläche von 200 m2/g erhalten wurden. 7,5% des zu erwartenden Chlorwasserstoffs wurden als freies Chlor in den Reaktionsgasen gefunden.

70 Nm3/h Wasserstoff wurden in das auf 510° C abgekühlte Reaktionsgas eingeleitet. Die Menge an freiem Chlor wurde dadurch auf 0,07 %, bezogen auf den Chlorwasserstoffanteil, gesenkt.

In der Tabelle sind die Einstellwerte für normale Betriebsweise, für das bekannte Verfahren nach der DE-OS 2 153 671 sowie für die erfindungsgemässe Ausführung zusammengestellt. Es ist zu ersehen, dass mit einem sehr geringen Aufwand an Einsatzstoffen nach dem neuen Verfahren gearbeitet werden kann.

In analoger Weise kann die Herstellung von feinstteiligen Oxiden des Aluminiums oder Titans sowie deren Mischoxiden mit Siliciumdioxid durch gleichzeitige Umsetzung der Chloride des Aluminiums oder Titans mit Siliciumtetrachlorid erfolgen.

Wasserstoffbedarf für Chlorfrei-Verfahren (Angaben H2 100 %ig)

Verfahren zur Herstellung Nm3/h von feinstteiligem Wasserstoff im Mantel-H2 zur Zusatz- Gesamt- Stickstoff

Siliciumdioxid Brenngas- Freihaltung des Wasserstoff Wasserstoff gemisch Brennermundes

Normal-Verfahren 648

(DE-PS 974 793,

US-PS 2 990 249,

US-PS 3 086 851,

US-PS 3 006 738)

Chlorfrei-Verfahren 849

(DE-OS 2 153 671)

Chlorfrei-Verfahren 648

(gemäss Erfindung)

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Claims

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1. Verfahren zur Herstellung von feinstteiligen Oxiden von Metallen und/oder Silicium durch hydrolytische Umsetzung von deren flüchtigen Chloriden in einer Flamme, indem man die Chloride im Gemisch mit unter Wasserbildung verbrennenden Gasen und Luft bzw. Sauerstoff einer aus einem Brenner in einem Reaktionsraum abbrennenden Flamme zuführt und zur Umsetzung bringt, dann das gebildete Oxidaerosol zusammen mit den Prozessgasen ein nachfolgendes Kühlsystem durchlaufen lässt und in einer Abscheidungsvorrichtung von den Prozessgasen abtrennt, unter Freihaltung des Prozessgases von Chlor, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Flammenreaktion gebildete Chlor mit Wasserstoff während des Abkühlens unterhalb der Reaktionstemperatur von Wasserstoff mit dem im Reaktionsgas enthaltenen Sauerstoff reduziert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduzierung des Chlors durch einfache oder mehrfache Einführung von Wasserstoff in das auf einem Temperaturniveau im Bereich von 500° C liegende Reaktionsgas erfolgt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einführung von Wasserstoff zur Reduzierung des Chlors unter optimaler Durchmischung der Reaktionsgase erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmischung der Reaktionsgase im Kühlsystem mittels eingebrachter Formkörper erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Chlor vor oder nach der Abscheidung der festen Reaktionsprodukte unter Einsatz von energiereichem Licht, vorzugsweise UV-Licht, oder Katalysatoren mit Wasserstoff zur Reaktion gebracht wird.