用于容纳富氟盐熔体的耐火材料制造技术

熔融盐工艺，用于在熔融盐，例如熔融碳酸钠中分解含氟废物，并且在熔融盐浴中形成氟化物盐。根据本发明专利技术通过使用抗相变的β－氧化铝耐火砖可以避免用于容纳熔融盐的容器的传统α－氧化铝耐火材料在氟化物盐存在下的破坏性相变。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在熔融盐介质中分解有机废物，特别是涉及一种改进的耐火材料，该耐火材料用于容纳在氧化分解含氟有机废物反应中所用的熔融盐，例如碱性碳酸盐，该材料能够抵抗熔体中以及由该反应产生的氟化物盐，特别是氟化钠的侵蚀作用。已经证明熔融盐氧化(MSO)是适用于破坏有害有机废物的一种技术。该技术通过在较高温度下利用熔融盐将有机化合物催化氧化而实现分解。某些有机废物包含含氟的化合物，例如氟里昂(它们是氯氟甲烷)和卤隆(Halon)，卤隆和氟里昂相似，但它含有溴和氟原子的混合物。常用的耐火砖，例如α-氧化铝砖用来形成熔融盐反应容器的壁，该容器用来容纳温度为900-1000℃的熔融盐，如碱性碳酸盐，如碳酸钠。这种传统的耐火砖是以压制并烧结过的α-氧化铝为基础的。但是当在熔融盐浴中存在很少量的作为含氟有机物废物和熔融盐的氧化反应的产物的氟化物盐，特别是NaF时，α-氧化铝很容易转化成β-氧化铝，结果产生破坏性的膨胀相变化。由此而使耐火材料的寿命有限。因此，人们已经发现当与含有很少量的氟化物盐，例如氟化钠的碳酸纳熔融盐接触时，α-氧化铝砖将会开裂并膨胀。该氟化物不会进入与氧化铝的反应，例如形成氟化铝，但是即使在很低的温度下例如在500℃范围内，氟明显地会以催化剂的方式起作用，从而使钠和α-氧化铝结构起反应进而形成β-氧化铝结构，Na2O·11Al2O3，体积膨胀大约18%，这将明显地对含有氧化铝的实心砖的完整性产生破坏。上述问题的一种解决方案是优选地使用β-氧化铝耐火材料来容纳在熔融盐分解含氟有机废物反应中的熔融碱性碳酸盐，特别是碳酸钠中的含氟盐。这种β-氧化铝耐火材料可以保持稳定并且在含氟有机废物的反应温度900-1000℃时与这类含氟盐，例如氟化钠接触时与碱性碳酸盐熔融盐在氧化条件下，例如在空气存在下基本上不发生反应。由预先转化的β-氧化铝制造压制和烧结砖可以将大规模制造压制烧结砖的好处与天然存在的抗相变转化的β-氧化铝结合在一起。因此本专利技术提供了一种改进的耐火材料，用于容纳在分解氧化含氟有机废物的反应中所用的熔融盐。优选地本专利技术提供了一种用于熔融盐反应容器的耐火材料，这种容器用于氧化含氟有机废物，该耐火材料能够抵抗在熔融盐中形成的氟化物盐反应产物的侵蚀作用。此外，还提供了一种在氧化分解含氟有机废物，如氟里昂或卤隆以及在该反应过程中在熔融盐浴中形成氟化物盐，例如氟化钠过程中用于熔融盐，例如碳酸钠反应容器的氧化铝耐火砖，这种氧化铝在存在这种氟化盐时能保持稳定并且抵抗破坏性的相变。附图是熔融盐氧化炉或系统的简图，这种氧化炉或系统可以用于含氟有机废物的熔融盐氧化，它具有用本专利技术所说的β-氧化铝耐火砖制成的壁。参见附图，它表示了一种熔融盐氧化系统，该系统示出了在容器12中的熔融盐浴10，例如熔融碳酸钠浴，容器12具有用本专利技术所述的β-氧化铝耐火砖16制成的壁14。在18处喂入含氟有机废物，空气从20处进入熔融碳酸钠浴，废气，包括氧化反应形成的CO2气体，和N2从22处排出。熔融碳酸钠盐和用过的盐包括氟化物反应产物，和灰在24处排出。位于该处理容器底部并且其中导入了含氟有机废物的熔融盐浴10可以是任何一种已知的作为处理，即氧化这种有机废物的介质的组合物。因此这种熔融盐浴可以含有碱金属碳酸盐，例如碳酸钠或碳酸钾，或其混合物例如50%碳酸钠和50%碳酸钾(重量)的混合物，碱金属碳酸盐(例如碳酸钠)和碱金属氯化物(例如氯化钠)的混合物，例如10%Na2CO3+90%NaCl(重量)，等等。在熔融盐浴10中处理的有机废物含有含氟化合物，这些化合物中可以含有完全用F取代了H的有机物，或绝大部分氯化或溴化的仅带有一个或二个F原子的有机物，例如氟烃，含氯氟烃例如氟里昂，以及含溴氟烃例如卤隆。举例来说，氟里昂可以包括三氯一氟甲烷，二氯二氟甲烷和一氯三氟甲烷。卤隆的例子为二氟一氯一溴甲烷和一溴三氟甲烷。用于对有机废物进行氧化的熔融盐浴的温度通常为约700-1000℃，例如约900℃，这种温度可以通过将熔融盐工艺容器12放入电炉(未示出)中而保持。一部分热量是通过氧化反应本身而产生。存在于从18处喂入的有机废物(例如以导入熔融盐浴10中的氟里昂或卤隆形式)中的氟化合物与碱性碳酸盐熔融盐起反应形成碱金属卤化物，包括碱金属氟化物以及其它碱金属卤化物，例如NaBr和NaCl。由于含氟有机废物在熔融盐浴(由β-氧化铝耐火材料容纳而不致对材料产生损坏或侵蚀)中分解而产生的含氟熔体的例子是Na2CO3+1-95%NaF。β-氧化铝砖可以通过将Na/Al摩尔比为1/11的α-氧化铝和碳酸钠的混合物在少量例如5%氟化钠的存在下在约900℃或更高温度下加热而制成。所产生的β-氧化铝颗粒与有机粘结剂，例如蜡，乙基纤维素，聚苯乙烯，松油或溶剂树脂混合，并且将该混合物通过压制成型，干燥以及在空气中于1600℃或更高温度下，例如不到1750℃下烧结成几乎完全致密。粘结剂在烧结过程中被除去。如果需要，还可以向该β-氧化铝-粘结剂混合物中加入烧结助剂，例如0.5%MgO。另外，为了代替在氟化钠存在下在900℃以上加热上述α-氧化铝和碳酸钠的混合物，可以将这种混合物在大约1200℃或更高温度下仅在空气中加热以形成β-氧化铝颗粒，随后加入粘结剂、成型、压制、干燥以及烧结。另外，可以通过将β-氧化铝-粘结剂混合物在1000-100000psi，例如1000-5000psi下干压或等静压，同时在接近砖中粘结相的熔化点的温度下进行液相烧结，可以制得β-氧化铝砖。实施本专利技术的例子如下将由50%重量的碳酸钠和50%的氟化钠组成的熔融盐装在温度为1000℃熔融盐炉中。在熔体表面的下方将氟里昂14(CF4)和足量的空气喂入，从而提供氧气以确保碳完全氧化成二氧化碳，空气为20%摩尔过量，即每摩尔碳(作为氟里昂14)为1.2摩尔空气。用来容纳熔体的耐火材料由β-氧化铝制成，这种β-氧化铝是通过将摩尔比Na/Al为1/11的α-氧化铝和碳酸钠以及蜡粘结剂的混合物在空气中在约1200℃下加热，然后在3000psi下干压并在约1600℃下烧结成85%-90%完全致密由α-氧化铝转化而成。通过将容器的外部冷却从而使12英寸厚的砖壁的约8英寸处达到盐的凝固点850℃而使熔融盐避免完全渗透到砖中，从而避免与未保护的隔热材料或钢炉壁接触。该系统可以在稳定状态操作下运行六个月至一年。为了使耐火材料的寿命达到最长，应该将该系统保持在操作温度下，从而避免热循环。由上面所述的可以看出，本专利技术提供了一种改进的用于熔融盐工艺容器壁的耐火材料，该耐火材料采用β-氧化铝耐火砖的形式，该耐火砖能够抵抗由于富氟盐熔体而引起的侵蚀及破坏性相变。应该明白，已经描述的内容仅仅是用来描述本专利技术的原则，熟悉本领域的人员在不脱离本专利技术的精神及其范围的基础上还可以根据本专利技术作出多种改变。权利要求1.一种熔融盐工艺，用于在熔融盐中分解含氟有机废物，该熔融盐容纳在具有耐火材料衬的容器中，其改进之处在于所述的耐火材料衬由β-氧化铝组成。2.权利要求1所述的熔融盐工艺，所述的含氟废物包含氟烃并且在所述的熔融盐中形成氟化物。3.权利要求2所述的熔融盐工艺，所述氟烃包含选自由含氯氟烃和含溴氟烃组成的组中的化合物。4.权利要求3所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种熔融盐工艺，用于在熔融盐中分解含氟有机废物，该熔融盐容纳在具有耐火材料衬的容器中，其改进之处在于所述的耐火材料衬由β－氧化铝组成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：GD施尼特格朗德，PED莫尔冈，
申请(专利权)人：洛克威尔国际有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]