способ получения гидроксидов или оксидов алюминия и водорода
Классы МПК: | C01F7/42 получение оксида или гидроксида алюминия из металлического алюминия, например окислением C01B3/10 реакцией водяного пара с металлами |
Автор(ы): | Берш А.В., Жуков Н.Н., Иванов Ю.Л., Иконников В.К., Мазалов Ю.А., Рыжкин В.Ю., Трубачев О.А. |
Патентообладатель(и): | Закрытое акционерное общество "Фирма Риком СПб" |
Приоритеты: |
подача заявки:
2003-02-11 публикация патента:
10.02.2004 |
Изобретение относится к способу и устройству для получения гидроксидов или оксидов алюминия, а именно к способам получения оксидов или гидроксидов алюминия из металлического алюминия окислением. Способ относится также к получению водорода. Способ получения гидроксидов или оксидов алюминия и водорода из алюминия и воды заключается в том, что из мелкодисперсного алюминия размером частиц не более 20 мкм готовят суспензию порошкообразного алюминия в воде при соотношении Al:Н2О=1:4-16 вес.ч., которую непрерывно подают в реактор высокого давления, где суспензию порошкообразного алюминия распыляют при диаметре капель не более 100 мкм в воду при температуре 220-900oС и давлении 20-40 МПа, при соотношении суспензии к воде 1:50-100 вес.ч., после выхода из реактора высокого давления парогаз подают в конденсатор и из него выводят водород, а гидроксид алюминия или оксид алюминия - в отстойник для суспензии. Способ осуществляют в установке, включающей смеситель, реактор высокого давления, снабженный форсункой, обеспечивающей распыление суспензии порошкообразного алюминия в воде при диаметре капель не более 100 мкм, отстойник для суспензии, конденсатор. Изобретение позволяет получить гидроксид алюминия с содержанием основного вещества не менее 99,5% и водород, имеющий чистоту 99%. 8 з.п.ф-ы, 1 ил, 1 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
1. Способ получения гидроксидов или оксидов алюминия и водорода из алюминия и воды, отличающийся тем, что из мелкодисперсного алюминия размером частиц не более 20 мкм готовят суспензию порошкообразного алюминия в воде при соотношении А1:Н2О=1:4-16 вес.ч., которую непрерывно подают в реактор высокого давления, где суспензию порошкообразного алюминия распыляют при диаметре капель не более 100 мкм в воду при температуре 220-900![способ получения гидроксидов или оксидов алюминия и водорода, патент № 2223221](/images/patents/245/2223070/176.gif)
![способ получения гидроксидов или оксидов алюминия и водорода, патент № 2223221](/images/patents/245/2223070/176.gif)
![способ получения гидроксидов или оксидов алюминия и водорода, патент № 2223221](/images/patents/245/2223070/176.gif)
![способ получения гидроксидов или оксидов алюминия и водорода, патент № 2223221](/images/patents/245/2223021/945.gif)
![способ получения гидроксидов или оксидов алюминия и водорода, патент № 2223221](/images/patents/245/2223070/176.gif)
![способ получения гидроксидов или оксидов алюминия и водорода, патент № 2223221](/images/patents/245/2223221/920.gif)
![способ получения гидроксидов или оксидов алюминия и водорода, патент № 2223221](/images/patents/245/2223070/176.gif)
![способ получения гидроксидов или оксидов алюминия и водорода, патент № 2223221](/images/patents/245/2223001/947.gif)
![способ получения гидроксидов или оксидов алюминия и водорода, патент № 2223221](/images/patents/245/2223070/176.gif)
![способ получения гидроксидов или оксидов алюминия и водорода, патент № 2223221](/images/patents/245/2223070/176.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к способам получения гидроксидов или оксидов алюминия, а именно - к способам получения оксидов или гидроксидов алюминия из металлического алюминия окислением. Оксиды и гидроксиды алюминия используются в различных областях промышленности в качестве адсорбентов, катализаторов, и т.п. Гидроксиды и оксиды алюминия высокой чистоты используются в электронной и оптической промышленности в виде тонкого порошка - в качестве абразивных порошков, в частности, для жестких дисков или магнитных головок. Изобретение относится, в частности, к способам получения гидроксидов алюминия бемитной и байеритной формы. Способ относится также к получению водорода, а именно - к способам получения водорода химическим способом при взаимодействии металлов и воды. Водород может использоваться в различных химических процессах как восстановитель, а также в определенных условиях как топливо. Гидроксиды алюминия существуют в различных кристаллических видах - гидраргиллита (гиббсита), байерита, диаспора, бемита и т.д, оксиды - в виде![способ получения гидроксидов или оксидов алюминия и водорода, патент № 2223221](/images/patents/245/2223021/945.gif)
![способ получения гидроксидов или оксидов алюминия и водорода, патент № 2223221](/images/patents/245/2223021/946.gif)
![способ получения гидроксидов или оксидов алюминия и водорода, патент № 2223221](/images/patents/245/2223001/947.gif)
![способ получения гидроксидов или оксидов алюминия и водорода, патент № 2223221](/images/patents/245/2223221/920.gif)
![способ получения гидроксидов или оксидов алюминия и водорода, патент № 2223221](/images/patents/245/2223021/945.gif)
![способ получения гидроксидов или оксидов алюминия и водорода, патент № 2223221](/images/patents/245/2223001/947.gif)
![способ получения гидроксидов или оксидов алюминия и водорода, патент № 2223221](/images/patents/245/2223030/8226.gif)
гидроксид алюминия байеритной формы получают при температуре 220-250oС, давлении 30-33 МПа при соотношении Аl:Н2O=1:12-14 вес.ч.;
![способ получения гидроксидов или оксидов алюминия и водорода, патент № 2223221](/images/patents/245/2223021/945.gif)
![способ получения гидроксидов или оксидов алюминия и водорода, патент № 2223221](/images/patents/245/2223221/920.gif)
![способ получения гидроксидов или оксидов алюминия и водорода, патент № 2223221](/images/patents/245/2223001/947.gif)
Способ, проводимый как описано выше, при этом получают смесь гидроксидов алюминия бемитной и байеритной формы при температуре 230-280oС, давлении 30-33 МПа, при соотношении Аl:Н2O=1:12 вес.ч.. При получении водорода высокой чистоты используют дистиллированную воду. Способ осуществляют в установке, включающей смеситель, реактор высокого давления, снабженный форсункой, обеспечивающей распыление суспензии порошкообразного алюминия в воде при диаметре капель не более 100 мкм, отстойник для суспензии, конденсатор. Форма полученных продуктов и их характеристики подтверждены методами РФА, кондуктометрическим, газосорбционным методами и сканирующей электронной микроскопией (SEM). Для осуществления описанного выше способа создана установка, включающая смеситель, реактор, отстойник для суспензии, конденсатор, При этом реактор представляет собой аппарат, работающий под высоким давлением, снабженный форсункой, обеспечивающей распыление суспензии порошкообразного алюминия в воде до диаметра капель не более 100 мкм. Для реализации способа сначала готовят суспензию порошкообразного алюминия (размер частиц до 20 мкм, предпочтительно до 5 мкм) в воде при соотношении Al:Н2O=1:4-16 вес.ч.. Эту дисперсию подают в реактор, где распыляют в воде, находящейся под давлением 20-40 МПа при температуре 220-900oС. Необходимо обеспечить тонкое распыление суспензии - размер капель должен быть не более 100 мкм, при этом соотношение суспензии к воде 1:50-100 вес.ч., при непрерывном отводе водорода и гидроксида алюминия. При указанных температуре и давлении, но без распыления суспензии, или с распылением каплями большего размера невозможно решение поставленной задачи. Предварительная подготовка суспензии перемешиванием в указанном интервале соотношения порошкообразного алюминия (предпочтительный размер частиц до 20 мкм) и воды (1:4-16) обеспечивает постоянство заданного состава суспензии в течение времени, достаточного для подачи исходной суспензии в реактор. Для того, чтобы прошло взаимодействие порошкообразного металлического алюминия с водой, при указанных температуре и давлении необходимо обеспечить тонкое распыление суспензии (Al:H2O) - размер капель должен быть до 100 мкм, при этом соотношение суспензии к воде 1:50-100 вес.ч., с непрерывным отводом водорода и суспензии гидроксида алюминия. Подача мелкодисперсной суспензии в определенном соотношении к горячей воде (1:50-100), находящейся в реакторе под давлением, способствует быстрому, практически мгновенному началу взаимодействия алюминия и воды:
2Al+4Н2O-2AlOOH+3Н2 (газ)+Q (ккал)
Образующиеся продукты непрерывно выводят из реактора. Водород в составе парогаза (около 25 мас. % водорода и около 75 мас.% воды) и гидроксиды (оксиды) алюминия в виде водной суспензии (25-35 мас.% гидроксидов (оксидов), отводятся из реактора на стадию разделения. Для проведения способа использовались порошки алюминия двух видов, с максимальным размером частиц до 50 мкм. Первый имел состав: фракция менее 5 мкм - 25%; фракция 5-10 мкм - 65%, 10-20 мкм - 10%. Второй порошок имел следующий дисперсный состав: фракция менее 5 мкм - 20%; фракция 5-10 мкм - 36%, 10-20 мкм - 35%; 20-30 мкм - 6%, 30-50 мкм - 3%. Опыты показали, что результаты не зависели от фракционного состава исходных порошков алюминия, если размер частиц не превышал указанного максимального значения. При необходимости получения продуктов высокой чистоты используется очищенная вода, например дистиллированная, однако способ позволяет использовать и обычную воду. Способ осуществляется на установке, включающей смеситель для приготовления исходной суспензии, реактор, снабженный форсункой, в которой имеется, по крайней мере, одно отверстие диаметром до 100 мкм, трубу для отвода парогаза и трубу для отвода готовой суспензии, циклон, конденсатор, фильтр-осушитель и накопитель. Способ проводят следующим образом. В смесителе готовят суспензию в воде, подавая при перемешивании порошкообразный алюминий размером частиц до 20 мкм и воду в соотношении 1:4-16 вес. ч. при температуре окружающей среды. Эту суспензию под давлением от 20 МПа подают в верхнюю часть реактора через распылитель, например форсунку. В реактор, внутри которого вначале создается температура от 100 до 330oС, подается вода таким образом, чтобы обеспечить его заполнение не менее чем на 1/3. Распыляемая суспензия, содержащая частицы алюминия, при минимальном диаметре капель до 100 мкм, подается в зависимости от объема реактора (в опытах - 5 литров), при этом соблюдается соотношение исходной суспензии и воды в реакторе в интервале 1:50-100. Давление в реакторе в пределах 20-40 МПа и температура в пределах 220-900oС поддерживаются за счет непрерывного отвода парогаза и суспензии гидроксида алюминия. Количество выводимых продуктов - парогаза и суспензии бемита определяются количеством подаваемых исходных реагентов - воды и суспензии алюминия, и регулируются автоматически. После выхода из реактора парогаз поступает в теплообменник, где охлаждается, из него выводится водород и направляется в накопительную емкость, а основная часть воды конденсируется в сепараторе, и затем может подаваться на рецикл. Твердый влажный продукт поступает в циклон, откуда подается на окончательную сушку. Полученный гидроксид алюминия обладает высокой чистотой - содержание основного вещества не менее 99,9%. Второй продукт - водород, также характеризуется высокой чистотой, и может быть использован в процессах восстановления, или направлен для использования в замкнутом цикле для восстановления гидроксида водорода. Его чистота - не менее 99%. Тепловая энергия также утилизируется. Выход из расчета на подаваемый порошкообразный алюминий составляет не менее 99,8%. В таблице приведены конкретные параметры проведения способа. Таким образом, отличительными признаками предлагаемого изобретения являются:
- совместное получение гидроксидов или оксидов алюминия заданной структуры, и водорода, при проведении способа в непрерывном режиме, с предварительной подготовкой суспензии порошкообразного алюминия в воде при соотношении Аl:Н2О, равном 1:4-16;
- подача суспензии на стадию взаимодействия с водой при температуре 220-900oС и давлении 20-40 МПа, при соотношении суспензии к воде 1:50-100 вес.ч.;
- распыление подаваемой в реактор суспензии с тонкостью распыла, обеспечивающей введение капель диаметром до 100 мкм;
Возможно использование как очищенной, например дистиллированной, так и обычной воды. Полученный способ характеризуется безотходностью, технологичностью и высокой производительностью, а также экологической безопасностью.
Класс C01F7/42 получение оксида или гидроксида алюминия из металлического алюминия, например окислением
Класс C01B3/10 реакцией водяного пара с металлами
способ получения водорода - патент 2524391 (27.07.2014) | |
способ получения водорода из воды - патент 2521632 (10.07.2014) | |
способ получения водорода - патент 2466927 (20.11.2012) | |
способ получения водорода с помощью плазменного генератора - патент 2440925 (27.01.2012) | |
способ получения водорода - патент 2432316 (27.10.2011) | |
способ получения водорода - патент 2430011 (27.09.2011) | |
способ получения водорода - патент 2429191 (20.09.2011) | |
способ получения водорода - патент 2428372 (10.09.2011) | |
способ получения водорода - патент 2428371 (10.09.2011) | |
способ получения водорода - патент 2424973 (27.07.2011) |