Способ получения сферического оксида алюминия

 

Использование: в способах получения сферического чистого оксида алюминия, обладающего высокой удельной поверхностью и устойчивого к капельной влаге. Сущность: кислородсодержащие соединения алюминия состава Al₂O₃·nH₂O, где 0,25 < n < 2,0, смешивают с тригидроксидом алюминия с содержанием последнего от 10 до 90 вес.%. Полученную смесь подвергают механохимической активации путем ударного воздействия при скорости соударения частиц между собой или частями роторов дезинтегратора 80-200 м/с, количестве ударов не менее 2. Следует отметить, что механохимической активации подвергают кислородсодержащие соединения алюминия состава Al₂O₃·nH₂O, где 0,25 < n < 2,0 или его смесь с тригидрооксидом алюминия. Полученную смесь подают на тарельчатый гранулятор, одновременно туда же подают воду и гранулируют в сферические гранулы диаметром 2-6 мм. Свежесформированные гранулы выдерживают в насыщенных парах воды при температуре 25-100^oC в течение 1-5 часов. Далее гранулы сушат и прокаливают при температуре 350-500^oC в токе воздуха, азота или дымовых газах при объемной скорости последних 500-5000 ч^-1 в течение от 1 до 5 часов. 4 з. п. ф-лы, 2 табл.

Предлагаемое изобретение может быть использовано в химической, нефтехимической, газоперерабатывающей и энергетической промышленностях в качестве адсорбента-осушителя.

Известны способы получения оксида алюминия путем переосаждения солей алюминия [1] Однако такие способы характеризуются большим расходом химических реагентов, многостадийны и экологически небезопасны.

Известен способ получения осушителя [2] согласно которому технический гидрат глинозема подвергают быстрому нагреву, при котором происходит частичная дегидратация. Полупродукт прессуют без воды на прессе с усилием 1 т/см², дробят на гранулы размером 4 мм, добавляют воду, окатывают и выдерживают в воде при температуре 50-100^oC не менее 5 часов, далее сушат и прокаливают. Образующийся оксид алюминия предлагают использовать в качестве осушителя.

Недостатками этого способа являются многостадийность процесса получения, наличие стоков, а также неправильная форма гранул, что затрудняет их использование и приводит к увеличению гидравлического сопротивления слоя.

Наиболее близким к предлагаемому способу по существу является способ получения активной окиси алюминия [3] согласно которому технический гидрат глинозема измельчают до размера частиц 1-7 мкм, смешивают с гидроокисью кальция, добавляют воду и полученную массу формуют в гранулы, сушат и прокаливают при 400-450^oC в течение 4 часов.

Недостатками этого способа являются невозможность получения сферических гранул, невозможность получения чистого, без примесей кальция, оксида алюминия, низкая, менее 300 м²/г удельная поверхность. Кроме того, продукт неустойчив в капельной влаге и не может работать в водных средах.

При создании изобретения решались следующие задачи: получение сферического чистого оксида алюминия, обладающего высокой удельной поверхностью и устойчивого к капельной влаге.

Решение указанных задач обеспечивается тем, что используют кислородсодержащие соединения алюминия состава Al₂O₃·nH₂O, где 0,25 < n < 2,0, полученные различными способами, например: или частичной дегидратацией [4, 5] или термохимической активацией [6, 7] или терморазложением гиббсита в псевдосжиженном слое катализатора полного окисления [8] или электронно-лучевой активацией тригидроксидов алюминия [9] смешивают с тригидроксидом алюминия, с содержанием последнего от 10 до 90 вес. Полученную смесь подвергают механохимической активации в дезинтеграторе путем ударного воздействия при скорости соударения частиц между собой или частями роторов дезинтегратора 80-200 м/сек и количестве ударов не менее 2.

Следует также отметить, что механохимической активации подвергают или кислородсодержащие соединения состава Al₂O₃·nH₂O, или его смесь с тригидроксидом алюминия. Полученную механохимически активированную смесь подают на тарельчатый гранулятор, одновременно туда же подают воду и гранулируют в сферические гранулы диаметром 2-6 мм. Свежесформованные гранулы выдерживают в насыщенных парах воды при температуре 25-100^oC в течение 1-5 часов. Далее гранулы сушат и прокаливают при температуре 350-500^oC в токе воздуха, азота или дымовых газов при объемной скорости последних 500-5000 ч^-1 в течение от 1 до 5 часов.

Полученный оксид алюминия характеризуется высокой удельной поверхностью S_уд 320 м/г и высокой динамической и статической емкостью по воде.

Таким образом, отличительными признаками нового способа получения сферического оксида алюминия являются проведение стадий механохимической активации исходных продуктов с использованием в качестве связующего кислородсодержащих соединений алюминия состава Al₂O₃·nH₂O, где 0,25 < n < 2,0 и выдержка свежесформованных гранул в насыщенных парах воды. За счет этого получается сферический чистый оксид алюминия, обладающий высокой удельной поверхностью, устойчивый в капельной влаге.

Если не проводить стадию механохимической активации, то не образуется прочных гранул оксида алюминия, а в ряде случаев гранулы невозможно получить. Стадия выдержки свежесформованных гранул в насыщенных парах воды также необходима и приводит к увеличению прочности конечного продукта. Если температура менее 25^oC, то образующиеся гранулы непрочны, если выше 100^oC, то необходимо специальное оборудование, работающее при давлении. Если отсутствует ток воздуха, азота или дымовых газов на стадии прокаливания, образующийся оксид имеет низкую удельную поверхность и низкую емкость по парам воды в статических условиях. При температуре прокаливания выше 500^oC удельная поверхность резко снижается.

Статическую емкость сорбента определяли эксикаторным методом. В эксикатор помещали насыщенный раствор хлорида цинка, который при 20^oC создает 10% -ую относительную влажность воздуха. В бюкс насыпали 50 г отрегенерированного гранулированного оксида алюмиия и помещали в эксикатор на 6 часов. Величину емкости в статических условиях вычисляли по разности веса бюкса с оксидом алюминия до и после насыщения парами воды.

Динамическую емкость сорбента определяли на установке ДАУ-1. В адсорбер загружали 50 г отрегенерированного гранулированного оксида алюминия зернением 2 мм. Воздух, проходя через систему очистки, поступает в систему дозировки паров воды. Начальную концентрацию паров воды рассчитывали на основании парциального давления паров воды при температуре сатуратора. Воздух, насыщенный парами воды, подается сверху в адсорбер. На выходе из адсорбера смонтирована система анализа выходящего воздуха. Количество воды, задержанное слоем сорбента до момента проскока, вычисляли по формуле A C_o · v · t, где C_o концентрация паров воды в воздухе, г/л, v скорость потока воздуха, л/мин, t время до момента проскока, мин.

Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Продукт быстрой дегидратации производства Ачинского завода фтористого алюминия S_уд 180 м²/г состава Al₂O₃ · 0,9H₂O смешивают с техническим гидратом глинозема Ачинского Глиноземного Комбината с содержанием в смеси 20 вес. тригидроксида. Полученную смесь подвергают механической активации на дезентеграторе при линейной скорости соударения частиц между собой или ротором дезинтегратора 80 м/сек. Эту механоактивированную смесь в непрерывном режиме подают на тарельчатый окатыватель (гранулятор), одновременно туда же подают воду, распыляя ее через форсунки. Образующиеся гранулы подают на ленточный транспортер, который проходит через камеру, насыщенную парами воды при температуре 80^oC. Скорость транспортера и размер камеры заданы таким образом, что время пребывания свежесформованных гранул в насыщенных парах воды при температуре 80^oC равно 3 часам.

Полученные гранулы высушивают и подают во вращающуюся печь, нагреваемую дымовыми газами. Температура входа газов в трубу 500^oC, а выхода 330^oC. Среднее время пребывания гранул в печи 1 час. Объемная скорость дымовых газов 1500 час^-1, табл. 1.

Характеристики готового продукта представлены в таблице 2.

Примеры 2 5. Даны для обоснования режимов получения сферических гранул оксида алюминия.

Пример 6. Представлен для обоснования проведения механохимической активации только продукта быстрой дегидратации тригидроксида алюминия. Далее этот продукт подают на тарельчатый гранулятор, одновременно туда же подают технический гидрат глинозема и воду.

Остальные стадии проводят в соответствии с режимами, представленными в табл. 1.

Пример 7. Представлен для обоснования проведения процесса термообработки в токе азота.

Пример 8. Представлен для обоснования проведения процесса термообработки в токе воздуха.

Источники информации 1. Мухленов Н.П. и др. Технология катализаторов. Л. Химия, 1979.

2. Патент Великобритании, N 1575218, С 1 А, 1977.

3. Авторское свидетельство СССР N 559900, C 01 F 7/44, 1976.

4. Патент США N 3222129, 23-141, 1962.

5. Misra C. Industrial Alumina Chemisals. ACS Monograph 1984, Washington, DC 1986.

6. Золотовский Б.П. Буянов Р.А. Балашов В.А. и др. Научные основы приготовления и технологии катализаторов. Минск, 1990. Сб. Научн. трудов, Новосибирск 1990, с. 108 118.

7. Золотовский Б.П. Буянов Р.А. Бухтиярова Г.А. Демин В.В. Цыбулевский А. М. 11 Международная Выставка-семинар "Катализ 94". Актуальные проблемы производства катализаторов и промышленного катализа. Часть 1, Новосибирск 1994, с. 74 87.

8. Исмагилов З.Р. Шкрабина Р.А. Баранник Г.П. Керженцев М.А. 11 Международная выставка-семинар "Катализ 94". Актуальные проблемы производства катализаторов и промышленного катализа. Часть 1, Новосибирск 1994, с. 54 64.

9. Криворучко О.П. Танашев Ю.Ю. Аристов Ю.И. Пармон В.Н. 11 Международная выставка-семинар "Катализ 94". Актуальные проблемы производства катализаторов и промышленного катализа. Часть 1, Новосибирск 1994, с. 48 53.

Формула изобретения

1. Способ получения сферического оксида алюминия, включающий грануляцию тригидроксида алюминия со связующим и водой с получением свежесформованных гранул, их сушку и прокаливание, отличающийся тем, что в качестве связующего используют кислородсодержащие соединения алюминия состава Al₂O₃·nH₂O, где 0,25 < n < 2,0, перед грануляцией проводят механохимическую активацию кислородсодержащих соединений алюминия состава Al₂O₃·nH₂O, где 0,25 < n < 2,0, или их смесь с тригидроксидом алюминия, а свежесформованные гранулы выдерживают в насыщенных парах воды.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что механохимическую активацию проводят путем ударного воздействия в дезинтеграторе при скорости соударения частиц между собой или частями ротора дезинтегратора 80 200 м/с и количестве ударов не менее 2.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что перед грануляцией содержание тригидроксида алюминия в смеси с кислородсодержащими соединениями алюминия состава Al₂O₃·nH₂O, где 0,25 < n < 2,0, составляет 10 90 мас.

4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что свежесформованные гранулы выдерживают в насыщенных парах воды в течение 1 5 ч при 25 100^oС.

5. Способ по пп.1 4, отличающийся тем, что прокаливание ведут при 350 - 500^oС в токе воздуха, азота или дымовых газов при объемной скорости 500 - 5000 ч^-1 в течение 1 5 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2