CN103706324B - 改性氧化铝脱水剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改性氧化铝脱水剂的制备方法，包括：将铝胶、硅胶、氧化钙、氧化锌和田青粉共混均匀后，再依次经过捏合、成型、切粒、一次干燥、一次焙烧、浸渍、二次干燥、二次焙烧制成成品，用于采用吸附分离方法从氯化氢催化氧化反应生成的混合气中分离氯气和氧气前的脱水工序；铝胶:硅胶:氧化钙:氧化锌:田青粉的质量配比为70—82:7—14:0.5—2.0:5—10:5—10。本发明是可以允许在含有少量水份的含氯气体中使用的吸水干燥剂，可以与硅胶组成复合床吸附剂放置在复合吸附床层中气体的出口端对气体深度干燥脱水。
Description
技术领域
本发明涉及一种改性氧化铝脱水剂的制备方法，主要用于采用吸附分离方法从氯化氢催化氧化反应生成的混合气中高效分离氯气和氧气前的脱水。
背景技术
我国是氯气生产、消费大国，国内生产氯气的厂家220余家,部分企业氯气全部自用,有商品氯销售的企业约150家。2003年合计产量270.53万吨，我囯2012年氯气总消费量已超过2000万吨，约占世界氯气消费总量的1/3；。我国生产的含氯产品200多种,其中有机氯产品100 多种,无机氯产品50 多种,农药产品30 多种。
我国的氯气主要由氯碱工业生产，在氯碱企业中氯与碱的平衡始终是矛盾---为满足増加氯气的供给，烧碱就过剩。然而，国内石油化工产业众多的有机氯产品生产过程中，氯原子理论利用率仅50%，副产大量的氯化氢。目前全国副产氯化氢达到500万吨/年以上，为氯化氢找寻出路成为制约氯碱及涉氯行业发展的共性问题。
氯碱生产属于高耗能产业，每产出1吨氯气需耗电2200千瓦时左右，如果用副产氯化氢制备氯气，不仅可实现氯资源的循环利用，还可大大提升行业的节能减排水平、降低成本并且消除对环境的污染。为此，我国自主开发Deacon技术已经成功用于工业生产，配套解决低能耗、无腐蚀、环境友好的氯化氢氧气催化氧化反应生成物的尾气中氯气与氧气高效回收利用技术，是氯碱和氯化产业追求的梦想----拥有低能耗、无腐蚀、低成本、氯气循环利用、环境友好的清洁生产技术。
从氯化氢氧气催化氧化反应生成物含氯气与氧气的尾气中分离回收氯气技术中，应解决脱水干燥和含氯气体的分离两项技术难题。至今，我国脱水干燥均釆用浓硫酸脱水方法，不但带来对设备材料的腐蚀、产生稀硫酸的处理困难、能耗高，而且导至环境的污染严重。
脱水干燥后，有不同的含氯气体的分离技术，主要有:
1. 液化或低温精馏法
由于氯气的临界温度远较其它组分为高（氯气tc=144℃、Pc=7710kPa；氧气tc=-118.6℃、Pc=5043kPa；氯化氢tc=51.4℃、Pc=8258kPa）,因此氯气很易于液化。纯氯气压力上升至 1MPa 以上时，釆用普通的冷却水降温，就可以实现氯气的液化分离；但是进一步高效分离氧气较困难，而且能耗较高。
2. 溶剂吸收法
利用有机溶剂在较低温度和较高压力下把混合气中的氯气吸收下来，而后在较高的温度和较低的压力下解吸，这样可以得到纯度很高的氯气，使氯得以纯化，其中有机溶剂以 CCl4 为佳。此法早已用于工业化生产（US3399537，1968 年），但是根据《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》（1987 年），使用CCl4 的受到蒙特利尔议定书的限制。因此该工艺需要寻找可替代 CCl4 的有效溶剂。例如：氯化三氟甲苯、二氯甲苯、一氯化硫、二氯化碘水溶液及氯磺酸等。该工艺技术中有机溶剂在吸收和解吸的循环过程中，需要加压、变温，能耗较高；会产生溶剂的损失，如果作为吸附剂的溶剂被带入氯化氢氧化反应，将会影响催化反应活性；而且回收氧气也较困难。
3、膜分离法（MS）
膜分离法是利用膜对不同气体的选择透过性不同来分离各种气体。通过氯气选择渗透穿过膜, 其他杂质气体被阻挡在膜外, 从而达到了分离富集氯气的目的。此类分离手段的核心是膜材料的制备，而且膜分离出的气体纯度很难达到95%以上，如果采用多级膜分离，其气体回收率会大幅下降。膜材料的制备要综合考虑对氯气的选择性、渗透性、耐久性、经济性。目前还没有一种可实用化的膜能满足分离要求。
4、变压吸附分离法（PSA）
变压吸附气体分离技术是选择有效的固体吸附剂，通过压力的变化来实现目标气体的吸附与再生，因而再生速度快、能耗低，属节能型气体分离技术。目前，变压吸附(PSA) 分离技术已经广泛应用于含氢气体中氢气的提纯，混合气体中一氧化碳、二氧化碳、氧气、氮气、氩气、乙烯、天然气纯化、煤矿瓦斯气提浓和烃类的制取、各种气体的无热干燥等领域。使用变压吸附从含氯气体中分离氯气尚处于研究和开发阶段。
针对Deacon 反应产物，关键是需要开发对氧和氯的含水混合气需要的吸附干燥脱水的效率高的吸附剂。目前的各类吸附剂耐酸性较差、选择性也较差，致使无法釆用吸附干燥脱水技术， 也影响变压或变温吸附分离氯气和氧气的分离效率，分离获得的氯气的纯度无法达到回用于反应的目的（回用于反应的氯气的纯度应当≥99.5%）。
综上，至今各种含氯气体的含水混合气的脱水干燥技术，已工业化的脱水干燥技术均釆用浓硫酸脱水干燥技术，均不令人满意。
发明内容
本发明的目的在于克服现有含氯气体的分离脱水干燥技术存在的上述问题，提供一种改性氧化铝脱水剂的制备方法，本发明是可以允许在含有少量水份的含氯气体中使用的吸水干燥剂，可以与硅胶组成复合床吸附剂放置在复合吸附床层中气体的出口端对气体深度干燥脱水。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种改性氧化铝脱水剂的制备方法，其特征在于：将大孔铝胶、大孔硅胶、氧化钙、氧化锌和田青粉共混均匀后，再依次经过捏合、成型、切粒、一次干燥、一次焙烧、浸渍、二次干燥、二次焙烧制成成品，用于采用吸附分离方法从氯化氢催化氧化反应生成的混合气中分离氯气和氧气前的脱水工序；铝胶:硅胶:氧化钙:氧化锌:田青粉的质量配比为70—82:7—14:0.5—2.0:5—10:5—10。
所述改性氧化铝脱水剂的物理性质为：尺寸为ф3~5×6mm，堆密度为0.6-0.7 kg/L，强度≥5.0 N/mm，比表面≥200 m2/g，孔容≥0.65ml/g，磨耗≤5.0%。
所述改性氧化铝脱水剂的化学组成为：75.0—82.0%的Al2O3，8.0—11.5%的SiO2，0.8—1.2%的Na2O，1.6—3.0%的CaO，4.0—9.0%的ZnO，杂质≤0.5%。
所述捏合过程中，在混合物中加入去离子水，加入的去离子水质量为共混料的40~65%。
所述切粒过程中，将挤制成型的坯体切成规格为Φ3—5×5—6mm的粒料。
所述一次干燥过程中，干燥温度为110—130℃，干燥时间为2—3h。
所述一次焙烧过程中，焙烧温度为380—450℃，焙烧时间为2—3h。
所述浸渍过程中，浸渍的溶液为碳酸钠溶液，碳酸钠溶液的浓度为10~25%，浸渍温度为50—80℃，浸渍时间为0.5—1h。
所述二次干燥过程中，干燥温度为110—130℃，干燥时间为1—1.5h。
所述二次焙烧过程中，焙烧温度为550—580℃，焙烧时间为2—3h。
采用本发明的优点在于：
一、本发明的改性氧化铝脱水剂的性能是可以允许在含有少量水份的含氯气体中使用的吸水干燥剂。
二、本发明的改性氧化铝脱水剂的強度较好、孔容较大、吸水量较大，用它进行吸附干燥的脱水精度可以达到含水量仅为≤10ppm(即达到露点为-50~ -70℃温度时的含水量)，远低于釆用浓硫酸脱水时仅能稳定达到含水量≥200ppm。
三、本发明可以与硅胶组成复合床吸附剂，SHFL-3型氧化铝脱水剂放置在复合吸附床层中气体的出口端、负责对气体深度干燥脱水的把关作用，具有较好的效果。
综上，本发明由于釆用吸附干燥技术的脱水精度可以达到含水量仅为≤10ppm(即达到露点为-50~ -70℃温度时的含水量)，远低于釆用浓硫酸脱水时仅能稳定达到含水量≥200ppm，使得可以釆用吸附分离脱水干燥技术替代并彻底改变浓硫酸干燥脱水传统工艺的蔽病，解决了对设备材料的腐蚀、产生稀硫酸的处理困难、脱水效率低、能耗高导致环境的污染等问题；而且还可以提高后工序变温变压吸附(T&PSA)分离氯气和氧气的吸附分离效率，并且变温变压吸附(T&PSA)分离过程运行更稳定、运行寿命更长。
具体实施方式
实施例1
一种改性氧化铝脱水剂的制备方法，将大孔铝胶、大孔硅胶、氧化钙、氧化锌和田青粉共混均匀后，再依次经过捏合、成型、切粒、一次干燥、一次焙烧、浸渍、二次干燥、二次焙烧制成成品，用于采用吸附分离方法从氯化氢催化氧化反应生成的混合气中分离氯气和氧气前的脱水工序；铝胶:硅胶:氧化钙:氧化锌:田青粉的质量配比为70—82:7—14:0.5—2.0:5—10:5—10。
所述改性氧化铝脱水剂的物理性质为：尺寸为ф3~5×6mm，堆密度为0.6-0.7 kg/L，强度≥5.0 N/mm，比表面≥200 m2/g，孔容≥0.65ml/g，磨耗≤5.0%。
所述改性氧化铝脱水剂的化学组成为：75.0—82.0%的Al2O3，8.0—11.5%的SiO2，0.8—1.2%的Na2O，1.6—3.0%的CaO，4.0—9.0%的ZnO，杂质≤0.5%。
所述捏合过程中，在混合物中加入去离子水，加入的去离子水质量为共混料的40~65%。
所述切粒过程中，将挤制成型的坯体切成规格为Φ3—5×5—6mm的粒料。
所述一次干燥过程中，干燥温度为110—130℃，干燥时间为2—3h。
所述一次焙烧过程中，焙烧温度为380—450℃，焙烧时间为2—3h。
所述浸渍过程中，浸渍的溶液为碳酸钠溶液，碳酸钠溶液的浓度为10~25%，浸渍温度为50—80℃，浸渍时间为0.5—1h。
所述二次干燥过程中，干燥温度为110—130℃，干燥时间为1—1.5h。
所述二次焙烧过程中，焙烧温度为550—580℃，焙烧时间为2—3h。
实施例2
一种改性氧化铝脱水剂的制备方法，包括：将铝胶、硅胶、氧化钙、氧化锌和田青粉共混均匀后，再依次经过捏合、成型、切粒、一次干燥、一次焙烧、浸渍、二次干燥、二次焙烧制成成品，铝胶:硅胶:氧化钙:氧化锌:田青粉的质量配比为82:7:1:5:5。
本实施例中，所述改性氧化铝脱水剂的化学组成为：75.0%的Al2O3，11.5%的SiO2， 1.2%的Na2O，3.0%的CaO，9.0%的ZnO，杂质为0.3%。
本实施例中，所述捏合过程中，在混合物中加入去离子水，加入的去离子水质量为共混料的40%。
本实施例中，所述切粒过程中，将挤制成型的坯体切成规格为Φ3×5mm的粒料。
本实施例中，所述一次干燥过程中，干燥温度为110℃，干燥时间为2h。
本实施例中，所述一次焙烧过程中，焙烧温度为380℃，焙烧时间为2h。
本实施例中，所述浸渍过程中，浸渍的溶液为碳酸钠溶液，碳酸钠溶液的浓度为10%，浸渍温度为50℃，浸渍时间为0.5h。
本实施例中，所述二次干燥过程中，干燥温度为110℃，干燥时间为1h。
本实施例中，所述二次焙烧过程中，焙烧温度为550℃，焙烧时间为2h。
实施例3
一种改性氧化铝脱水剂的制备方法，包括：将铝胶、硅胶、氧化钙、氧化锌和田青粉共混均匀后，再依次经过捏合、成型、切粒、一次干燥、一次焙烧、浸渍、二次干燥、二次焙烧制成成品，铝胶:硅胶:氧化钙:氧化锌:田青粉的质量配比为70:14:2.0:6:8。
本实施例中，所述改性氧化铝脱水剂的化学组成为：82.0%的Al2O3，8.0%的SiO2，0.8%的Na2O，1.6%的CaO，7.4%的ZnO，杂质为0.2%。
本实施例中，所述捏合过程中，在混合物中加入去离子水，加入的去离子水质量为共混料的65%。
本实施例中，所述切粒过程中，将挤制成型的坯体切成规格为Φ5×6mm的粒料。
本实施例中，所述一次干燥过程中，干燥温度为130℃，干燥时间为3h。
本实施例中，所述一次焙烧过程中，焙烧温度为450℃，焙烧时间为3h。
本实施例中，所述浸渍过程中，浸渍的溶液为碳酸钠溶液，碳酸钠溶液的浓度为25%，浸渍温度为80℃，浸渍时间为1h。
本实施例中，所述二次干燥过程中，干燥温度为130℃，干燥时间为1.5h。
本实施例中，所述二次焙烧过程中，焙烧温度为580℃，焙烧时间为3h。
实施例4
一种改性氧化铝脱水剂的制备方法，包括：将铝胶、硅胶、氧化钙、氧化锌和田青粉共混均匀后，再依次经过捏合、成型、切粒、一次干燥、一次焙烧、浸渍、二次干燥、二次焙烧制成成品，铝胶:硅胶:氧化钙:氧化锌:田青粉的质量配比为71:8.5:0.5:10:10。
本实施例中，所述改性氧化铝脱水剂的化学组成为：81.0%的Al2O3，11.0%的SiO2，1.0%的Na2O，2.5%的CaO，4.0%的ZnO，杂质为0.5%。
本实施例中，所述捏合过程中，在混合物中加入去离子水，加入的去离子水质量为共混料的50%。
本实施例中，所述切粒过程中，将挤制成型的坯体切成规格为Φ4×5.5mm的粒料。
本实施例中，所述一次干燥过程中，干燥温度为120℃，干燥时间为2.5h。
本实施例中，所述一次焙烧过程中，焙烧温度为420℃，焙烧时间为2.5h。
本实施例中，所述浸渍过程中，浸渍的溶液为碳酸钠溶液，碳酸钠溶液的浓度为20%，浸渍温度为65℃，浸渍时间为0.8h。
本实施例中，所述二次干燥过程中，干燥温度为120℃，干燥时间为1.2h。
本实施例中，所述二次焙烧过程中，焙烧温度为570℃，焙烧时间为2.5h。
实施例5
本实施例对本发明中的改性氧化铝脱水剂进行说明：
一、总体说明
制备方法是: 将铝胶、硅胶、氧化钙、氧化锌、田青粉进行共混、揑合、成型、切粒、干燥、焙烧、浸渍碳酸钠、干燥、焙烧制成SHFL-3型氧化铝脱水剂成品。
二、SHFL-3型氧化铝脱水剂的制备
1. 物料配比:
质量百分比的配料比:铝胶(粉) : 硅胶(粉) : CaO : ZnO : 田菁粉 = 70—82:7—14:0.5—2.0:5—10:5—10；采用铝胶粉，硅胶粉时，目数沒有特殊要求，因为要加水揑合。
按上述配料并混合均匀之后，揑合时添加去离子水量为: 40~65% (以配料重量为100%计)。
2. 制备过程要求:
浸渍要求: Na2CO3浓度为10~25%(重量%)；
浸渍温度为50~80℃；
浸渍时间为0.5~1.0小时；
一次干燥要求: 干燥温度为110~130℃；
干燥时间为2~3小时；
二次干燥要求: 干燥温度为110~130℃；
干燥时间为1.0~1.5小时；
一次焙烧（载体焙烧）要求: 焙烧温度为380—450℃；
焙烧时间为2—3h；
二次焙烧要求: 焙烧温度为550~580℃；
焙烧时间为2.0~3.0小时。
三、SHFL-3型改性氧化铝脱水剂的物理化学性质
1. 物理性质(见下表)
2. 化学组成 (见下表) 重量%
| 项 目 | Al2O3 | SiO2 | Na2O | CaO | ZnO | 其 他 |
| SHFL-3 | 75.0~82.0 | 8.0~11.5 | 0.8~1.2 | 1.6~3.0 | 4.0~9.0 | ≤0.5 |
注：其他是原料带来的杂质。
四、使用范围、性能
1. 使用压力 常压 ~ 1.5MPa
2. 使用温度 常温 ~ 300℃
3. 可用于脱酸性气体中水份
4. 吸水量 常温常压时最大吸水量为≥0.35 kg/L
5. 寿命 ~2年。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。并且本发明制备的改性氧化铝脱水剂并不局限于脱除氯化氢气体中的水份，也可以适用于脱除其它酸性气体中的水分。
Claims (9)
1.一种改性氧化铝脱水剂的制备方法，其特征在于：将大孔铝胶、大孔硅胶、氧化钙、氧化锌和田菁粉共混均匀后，再依次经过捏合、成型、切粒、一次干燥、一次焙烧、浸渍、二次干燥、二次焙烧制成成品，用于采用吸附分离方法从氯化氢催化氧化反应生成的混合气中分离氯气和氧气前的脱水工序；铝胶:硅胶:氧化钙:氧化锌:田菁粉的质量配比为70—82:7—14:0.5—2.0:5—10:5—10；
所述改性氧化铝脱水剂的化学组成为： 75.0—82.0%的Al2O3，8.0—11.5%的SiO2，0.8—1.2%的Na2O，1.6—3.0%的CaO，4.0—9.0%的ZnO，杂质≤0.5%；
所述浸渍的溶液为碳酸钠溶液，碳酸钠溶液的浓度为10~25%。
2.根据权利要求1所述的改性氧化铝脱水剂的制备方法，其特征在于：所述改性氧化铝脱水剂的物理性质为：尺寸为ф3~5×6mm，堆密度为0.6-0.7 kg/L，强度≥5.0 N/mm，比表面≥200 m2/g，孔容≥0.65mL/g，磨耗≤5.0%。
3.根据权利要求1所述的改性氧化铝脱水剂的制备方法，其特征在于：所述捏合过程中，在混合物中加入去离子水，加入的去离子水质量为共混料的40~65%。
4.根据权利要求1所述的改性氧化铝脱水剂的制备方法，其特征在于：所述切粒过程中，将挤制成型的坯体切成规格为Φ3~5×5—6mm的粒料。
5.根据权利要求1、2或3所述的改性氧化铝脱水剂的制备方法，其特征在于：所述一次干燥过程中，干燥温度为110—130℃，干燥时间为2—3h。
6.根据权利要求1、2或3所述的改性氧化铝脱水剂的制备方法，其特征在于：所述一次焙烧过程中，焙烧温度为380—450℃，焙烧时间为2—3h。
7.根据权利要求1、2或3所述的改性氧化铝脱水剂的制备方法，其特征在于：所述浸渍过程中，浸渍温度为50—80℃，浸渍时间为0.5—1h。
8.根据权利要求1、2或3所述的改性氧化铝脱水剂的制备方法，其特征在于：所述二次干燥过程中，干燥温度为110—130℃，干燥时间为1—1.5h。
9.根据权利要求1、2或3所述的改性氧化铝脱水剂的制备方法，其特征在于：所述二次焙烧过程中，焙烧温度为550—580℃，焙烧时间为2—3h。
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