Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов - Якименко Л.М.
Скачать (прямая ссылка):
Из низших хлоридов алюминия известно соединение состава AlCl. Монохлорид алюминия может быть выделен при температуре 800— 1200 °С при действии паров хлористого алюминия на алюминий [5].
?- /
' Монохлорид алюминия — очень неустойчивое соединение, энергично разлагается под действием кислорода, азота, окиси углерода и паров воды.
Применение хлориотого алюминия
Хлористый алюминий нашел широкое применение в качестве катализатора разнообразных процессов органического синтеза (реакция алкилирования, ацилирования, гидрогенизации, изомери-I зации и др.). Каталитические свойства AlCl3 используют при производстве смазочных масел и моторных топлив, синтетического каучука; AlCl3 применяют для очистки нефти и масел от серы [4].
В СССР основное количество вырабатываемого хлористого алюминия расходуется в производстве этилбензола, изопропилбензола, сульфонола, синтетических красителей, синтетического каучука, при крекинге и очистке нефтепродуктов.
Растворы хлористого алюминия, частично нейтрализованные до образования основных хлоридов типа Alrt (OH)3n^ Glx, применяют в качестве коагулянта при очистке питьевой воды [6], как закрепитель керамических форм для литья по выплавляемым моделям [7, 8], в текстильной и мыловаренной промышленности и др.
Теоретические основи получения хлориотого алюминия
Хлористый алюминий может быть получен хлорированием металла, окиси алюминия или природных алюмосиликатов (каолина, боксита).
Наиболее энергично протекает взаимодействие хлора с алюминием. По данным [9], алюминий с предварительно обработанной поверхностью начинает реагировать с хлором при температуре около —20 °С, тогда как при наличии окисной пленки взаимодействие начинается только при 200—300 °С [10]. Скорость хлорирования алюминия практически не зависит от давления и мало изменяется при повышении температуры. Энергия активации этой реакции составляет всего 200 кал/моль [11].
Большой тепловой эффект и высокая скорость хлорирования алюминия осложняют отвод тепла и препятствуют созданию высоко-ч нроизводительного аппарата. С целью эффективного отвода избыточного тепла подробно изучены различные способы хлорирования алюминия в расплаве солей. Алюминий весьма медленно реагирует с хлором в расплаве NaCl-AlCl3. Однако добавление 5% хлорного железа к этому расплаву вдвое увеличивает скорость хлорирования алюминия при 200 °С [12]. Предложен [13, 14] способ хлорирования алюминия в расплаве в присутствии переносчика хлора (например, хлорного железа) под давлением 3—4 ат с одновременной ректификацией ^полученного продукта. Хлористый алюминий при 250 °С и соответствующем давлении находится в жидком состоянии, что позволяет за счет интенсивного испарения AlCl3 и последующего
?
?
возврата части его в реактор в виде флегмы отводить все избыточное тепло реакции.
Более благоприятные условия создаются в случае гидрохлорирования алюминия в расплаве солей. Использование хлористого водорода вместо хлора заметно снижает тепловой эффект реакции. Установлено [15, 16], что алюминий взаимодействует с хлористым водородом с достаточно высокой скоростью при 160—180 °С, причем с повышением температуры скорость реакции понижается. Так, при возрастании температуры от 180 до 450 0G количество прореагировавшего алюминия при прочих равных условиях уменьшается более чем в 2 раза. Это явление автор [16] связывает с аналогичной зависимостью растворимости хлористого водорода в расплаве NaAlCl4 от температуры.
Предложен ряд способов хлорирования алюминия в кипящем слое. По одному из патентов [17], кипящий слой частиц алюминия создают инертным газом, а хлор вводят в среднюю часть образующегося слоя. Температура процесса должна быть не выше 600 °С. Согласно патенту [18], порошкообразный алюминий подают в слой инертного материала (например, песка) и тщательно регулируют заданный температурный режим в различных точках реакционной зоны.
Основные преимущества применения алюминия в качестве исходного сырья для производства хлористого алюминия заключаются в значительном сокращении числа стадий технологического процесса и в небольших габаритах печи хлорирования. Однако возникают серьезные трудности в создании условий для интенсивного отвода тепла, в выборе конструкционных материалов для хлоратора, особенно для хлороподводящего устройства. При хлорировании в кипящем слое всегда имеется реальная угроза расплавления отдельных частиц алюминия за счет местных перегревов и нарушения тем самым режима псевдоожижения.
Для использования в промышленности представляется более приемлемым способ гидрохлорирования алюминия в расплаве NaCl-AlCl3.
Хлорирование окиси алюминия может быть представлено уравнением
А1203 + ЗС12 2А1С13+3/202
Вероятность протекания этой реакции определяется разностью значений изобарно-изотермических потенциалов хлорида и окисла. В расчете на 1 моль AlGl3 эта разность составляет
AG = AG1-AG2 = —149,2-(-0,5-378) = + 39,8 ккал/моль
Положительное значение AG указывает на то, что хлорирование окисла может идти только при условии одновременного удаления продуктов реакции или связывания одного из них, в частности кислорода.
