DD258909A3 - PROCESS FOR SHORT-TERM THERMOCHECK TREATMENT OF INORGANIC SOLIDS MIXTURES - Google Patents

PROCESS FOR SHORT-TERM THERMOCHECK TREATMENT OF INORGANIC SOLIDS MIXTURES Download PDF

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DD258909A3
DD258909A3 DD28907286A DD28907286A DD258909A3 DD 258909 A3 DD258909 A3 DD 258909A3 DD 28907286 A DD28907286 A DD 28907286A DD 28907286 A DD28907286 A DD 28907286A DD 258909 A3 DD258909 A3 DD 258909A3
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Karl Becker
Manfred Prag
Peter Birke
Josef Hille
Ulrich Bollmann
Jens Kobelke
Siegfried Engels
Ruediger Lange
Hans-Dieter Neubauer
Heino John
Peter Bornmann
Ursula Steinike
Ulrike Kretzschmar
Hans-Peter Hennig
Klaus Sigrist
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Leuna Werke Veb
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Abstract

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein kostenguenstiges, materialsparendes und umweltfreundliches Verfahren zur kurzzeitigen Thermoschockbehandlung von mechanisch dispergierten bzw. aktivierten Feststoffgemischen auf der Basis von Hydrargillit im Gemisch mit ggf. SiO2 bzw. SiO2haltigen Substanzen und/oder Metalloxiden bzw. Metallverbindungen, vorzugsweise von denen der IV. und/oder VI. und/oder VIII. Nebengruppe des Periodensystems, zu entwickeln. Dies gelingt erfindungsgemaess dadurch, dass ein beheizter Rohrreaktor Anwendung findet, in dem das gemahlene bzw. mechanisch aktivierte pulverfoermige Feststoffgemisch (einer Teilchengroesse von 0,1 bis 45 m) in einem Gasstrom einer linearen Stroemungsgeschwindigkeit von 5 bis 20 ms 1 kontinuierlich durch einen Rohrreaktor transportiert und innerhalb von 0,1 bis 10 s kurzzeitig thermisch geschockt wird. Das erfindungsgemaesse Verfahren wird eingesetzt zur Herstellung von Katalysatorkomponenten bzw. Katalysatorzwischenprodukten.The object of the invention is a cost-effective, material-saving and environmentally friendly process for short-term thermal shock treatment of mechanically dispersed or activated solid mixtures based on hydrargillite in admixture with optionally SiO.sub.2 or SiO.sub.2-containing substances and / or metal oxides or metal compounds, preferably of these the IV. and / or VI. and / or VIII. Subgroup of the Periodic Table, to develop. This is achieved according to the invention in that a heated tubular reactor is used in which the ground or mechanically activated pulverulent solid mixture (a particle size of 0.1 to 45 m) in a gas stream of a linear flow rate of 5 to 20 ms 1 continuously transported through a tubular reactor and briefly thermally shocked within 0.1 to 10 s. The novel process is used for the preparation of catalyst components or catalyst intermediates.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kurzzeitigen Thermoschockbehandiung von anorganischen Stoffgemischen, wie Hydrargillit bzw. Hydrargillit enthaltenden Feststoffgemischen, die ggf. S1O2 bzw. SiCVhaltige Substanzen und/oder Metalloxide bzw. Metallverbindungen, vorzugsweise von denen der IV. und/oder Vl. und/oder VIII. Nebengruppe des Periodensystems der Elemente, enthalten können und als Katalysatorkomponenten bzw. Zwischenprodukte der Katalysatorherstellung geeignet sind.The invention relates to a process for the brief thermal shock treatment of inorganic mixtures of substances, such as hydrargillite or hydrargillite-containing solid mixtures which optionally S1O2 or SiCV-containing substances and / or metal oxides or metal compounds, preferably those of the IV. And / or Vl. and / or VIII. Subgroup of the Periodic Table of the Elements, and are suitable as catalyst components or intermediates of the catalyst preparation.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, daß S1O2 und/oder metallische Aktivkomponenten enthaltende Katalysatoren auf der Basis von Aluminiumoxid im allgemeinen durch sehr arbeits- und materialintensive Löse-Fäll-Verfahren mit zahlreichen technologischen Stufen hergestellt werden können. Dabei werden die S1O2- und/oder schwermetallhaltigen Verbindungen teilweise bereits während der Fällung hochdisperser Aluminiumaquoxidgele zugesetzt und gemeinsam zum Katalysator weiterverarbeitet.It is known that alumina-based catalysts containing S1O2 and / or metallic active components can generally be prepared by very labor-intensive and material-intensive solution precipitation processes with numerous technological stages. In some cases, the compounds containing S1O2 and / or heavy metals are already added during the precipitation of highly dispersed aluminum-oxide gels and further processed together to form the catalyst.

Ein anderes Verfahren zur Herstellung derartiger Katalysatoren, das ebenfalls sehr häufig zur Anwendung kommt, beinhaltet die alleinige Fällung der AI2O3- und Al2O3-SiO2-Komponente unabhängig vom metallischen Zusatz sowie deren Konfektionierung und nachfolgende thermische Behandlung. Die metallische Aktivkomponente wird bei derartigen Katalysatorvarianten erst während der Konfektionierung eingebracht oder auf den fertig calcinierten AI2O3- bzw. AI2O3-SiO2-Formling aufgetränkt und entsprechend thermisch weiterbehandelt.Another method for producing such catalysts, which is also very frequently used, involves the sole precipitation of the Al 2 O 3 and Al 2 O 3 -SiO 2 components independently of the metallic additive, as well as their packaging and subsequent thermal treatment. The metallic active component is introduced in such catalyst variants only during the preparation or soaked in the finished calcined Al 2 O 3 or Al 2 O 3 -SiO 2 -forming and further treated accordingly thermally.

Der Nachteil beider Verfahren besteht darin, daß ein sehr großer Verbrauch an Chemikalien für den Aufschluß des Hydrargillits bzw. die Fällung der Aluminiumaquoxidgele selbst oder gemeinsam mit anderen Katalysatorkomponenten erforderlich ist.The disadvantage of both methods is that a very large consumption of chemicals for the digestion of the hydrargillite or the precipitation of Aluminiumaquoxidgele itself or together with other catalyst components is required.

Außerdem entstehen bei einem derartigen Löse-Fäll-Prozeß große Mengen an Nebenprodukten, deren Aufarbeitung kostenungünstig ist, und die eine große Abwasserbelastung darstellen.In addition, arise in such a solubilization-precipitation process, large amounts of by-products whose processing is cost-inefficient, and represent a large wastewater pollution.

Weiterhin sind verschiedene Verfahren bzw. Prinziplösungen aus der Patentliteratur bekannt, auf deren Basis vornehmlich oberflächenreiche Aluminiumoxide aus partiell dehydratisierten Produkten gewonnen werden, die ihrerseits durch kurzzeitige thermische Aktivierung von Aluminium enthaltenden Festkörpern erhalten wurden.Furthermore, various processes or principle solutions from the patent literature are known, based on which predominantly surface-rich aluminum oxides are obtained from partially dehydrated products, which in turn were obtained by short-term thermal activation of aluminum-containing solids.

Eine bevorzugte Ausführungsform des kurzzeitigen thermischen Erhitzens von Aluminiumaquoxiden besteht darin, die Festkörperpartikel einem heißen Gasstrom zuzuführen (DT-OS 2059946,2411846). Als nachteilig erweist sich bei einem derartigen Verfahren, daß die Austrags- bzw. Abscheideeinrichtungen der Reaktoren durch das Heißgas einer sehr hohen thermischen Belastung ausgesetzt sind. Ein entscheidender Nachteil besteht insbesondere darin, daß eine derartige Prozeßführung nur schwer reproduzierbar zu beherrschen ist, was schwankende Produktqualitäten zur Folge hat.A preferred embodiment of the short-term thermal heating of Aluminiumaquoxiden is to supply the solid particles to a hot gas stream (DT-OS 2059946.2411846). A disadvantage in such a method proves that the discharge or separation of the reactors are exposed by the hot gas of a very high thermal load. A decisive disadvantage is, in particular, that such a process control is difficult to control reproducible, resulting in fluctuating product qualities.

In den Patentschriften (SU-PS 477113, 517564, US-PS 4166100) werden nachdem Prinzip der Wirbelschicht arbeitende Reaktoren für das schockartige Erhitzen von Aluminiumtrihydroxiden vorgeschlagen. Der Einsatz einer sehr engen Kornfraktion des Ausgangsstoffes zur Schaffung einer stabilen Wirbelschicht über den gesamten Reaktor und das dem Prinzip des kontinuierlichen Rührkessels sehr nahe kommende Verhalten (breite Streuung der Verweilzeit der Feststoffpartikel) bewirken ebenfalls eine ungleichmäßige und schwankende Zusammensetzung der aus dem Reaktor ausgetragenen aktiviertenThe patents (SU-PS 477113, 517564, US-PS 4166100) proposed by the principle of the fluidized bed reactors for the shock-like heating of aluminum trihydroxides. The use of a very narrow grain fraction of the starting material to create a stable fluidized bed over the entire reactor and the very close to the principle of the continuous stirred tank behavior (wide dispersion of the residence time of the solid particles) also cause an uneven and fluctuating composition of discharged from the reactor activated

Produkte. 'Products. '

Die Schriften (US-PS 3222129, DD-PS 62821, FR-PS 7909875,1 488218,1 364940, DE-AS 1 280231,1 592140) beschreiben die thermische Zersetzung des eingesetzten Stoffes in einer Verbrennungszone durch direkten Kontakt des Feststoffpulvers mit der Flamme. Bei der Verwendung derartig aufgebauter Reaktoren kommt es zu großen Temperaturgradienten über die Länge des Reaktors und damit zu einem wenig kontrollierbaren Einfluß der Temperatur auf die Feststoffpartikel, deren Verweilzeit in der heißen Brerinzone sehr großen Schwankungen unterliegt. Bei einer derartigen Verfahrensweise kommt es zu unkontrollierten hydrothermalen Bedingungen im Feststoff korn während der thermischen Behandlung. Von entscheidendem Nachteil dieses Verfahrens ist die nicht zu verhindernde Überhitzung der Festkörperpartikel in der Reaktionszone, was stets zu nur sehr schwer steuerbaren Produktheterogenitäten führt. Es entstehen teilweise gut kristallisierte AI2O3-Übergangsformen (meist chi-AI2O3), die nicht zu entsprechenden Katalysatorkomponenten weiterverarbeitet werden können.The documents (US-PS 3222129, DD-PS 62821, FR-PS 7909875.1 488218.1 364940, DE-AS 1 280231.1 592140) describe the thermal decomposition of the substance used in a combustion zone by direct contact of the solid powder with the Flame. When using such constructed reactors there are large temperature gradients over the length of the reactor and thus to a little controllable influence of the temperature on the solid particles whose residence time in the hot Brerinzone is subject to very large fluctuations. In such a procedure, it comes to uncontrolled hydrothermal conditions in the solid grain during the thermal treatment. A major disadvantage of this method is the unavoidable overheating of the solid particles in the reaction zone, which always leads to very difficult to control product heterogeneities. Partly well-crystallized Al 2 O 3 transition forms (usually chi-Al 2 O 3 ) are formed, which can not be further processed into corresponding catalyst components.

Ferner werden Verfahren zum thermischen Abbau von Feststoffen beschrieben, in denen die mittlere Verweilzeit der Feststoffpartikel in der Reaktionszone zwar länger ist als sie für das Schockerhitzen von Festkörpern gewählt wird (Sekundenbereich), jedoch wesentlich kürzere Zeiträume einschließen, als sie zum Herstellen gut kristallisierter oxidischer Zersetzungsprodukte benötigt werden. (DD-PS 203625, DD-PS 203038).Also described are processes for the thermal decomposition of solids in which the mean residence time of the solid particles in the reaction zone is longer than that selected for shock-heating of solids (seconds range) but much shorter than the time required to produce well-crystallized oxide decomposition products needed. (DD-PS 203625, DD-PS 203038).

Daher sind auch bei dieser Prinziplösung hydrothermale Bedingungen im Feststoffkorn nicht auszuschließen, in deren Folge gut kristallisierte Fremdphasen im Festkörper zur Ausbildung gelangen bzw. Störungen im Kristallgitter ausheilen können.Therefore, hydrothermal conditions in the solid grain can not be ruled out in this principle solution as well, as a result of which well-crystallized foreign phases can form in the solid state or heal disturbances in the crystal lattice.

Demzufolge sind auch nach einer derartigen Verfahrensweise keine geringkristallinen oder röntgenamorphen Aluminiumoxide herstellbar. Diese sind jedoch im Sinne einer reibungslosen Weiterverarbeitung zu Katalysatorkomponenten bzw'. Katalysatoren das Ziel des kurzzeitigen Schockerhitzens.Accordingly, no low-crystalline or X-ray amorphous aluminas can be produced even after such a procedure. However, these are in the sense of a smooth further processing into catalyst components or '. Catalysts the target of short-term shock-heating.

Die Nachteile der aufgezeigten bekannten technischen Lösungen bestehen einerseits in der unzureichenden Möglichkeit, definierte und reproduzierbare Reaktionsbedingungen für den gesamten thermischen Abbauprozeß einstellen und andererseits die entsprechenden, dem Stand der Technik angebotenen Lösungsvarianten in jedem Fall technisch problemlos realisieren zu können.The disadvantages of the known known technical solutions consist on the one hand in the inadequate ability to set defined and reproducible reaction conditions for the entire thermal degradation process and on the other hand to be able to realize the corresponding solution variants offered in the prior art in any case technically problem-free.

In der Patentschrift DD-PS 221160 sind Beispiele beschrieben, wonach homogenisierte Feststoffgemische mittels Strahlungswärme thermisch behandelt werden, um aus den erhaltenen Produkten Katalysatorkomponenten herstellen zu können. Nachteilig auf die hierbei durch Wärmestrahlung erhaltenen Festkörpereigenschaften wirkt sich vor allem aus, daß durch diese Vorgehensweise keine bzw. nur ungenügende Dispergierung der Aktivkomponenten im Feststoff korn erreicht wird. Eine Homogenisierung des Feststoffgemisches vor der thermischen Kurzzeitbehandlung führt nicht zu einer genügenden Verteilung der einzelnen Komponenten im Festkörper während des Schockerhitzens und somit auch zu unerwünschten Heterogenitäten in der Zusammensetzung der erhaltenen Produkte. Ein besonderer Nachteil besteht darin, daß die im Festoffgemisch enthaltenen Festkörperphasen infolge relativ großer Partikelabmessungen nur geringe bzw. unzureichende Kontakte an den Phasengrenzen ausprägen können, was auch während derthermischen Behandlung nur ungenügend verbessert werden kann.In the patent DD-PS 221160 examples are described, after which homogenized mixtures of solids are thermally treated by radiant heat in order to produce from the products obtained catalyst components can. A disadvantage of the case obtained by thermal radiation solid state properties mainly affects that no or only insufficient dispersion of the active components in the solid grain is achieved by this approach. Homogenization of the solid mixture before the thermal short-term treatment does not lead to a sufficient distribution of the individual components in the solid state during the shock-heating and thus also to undesirable heterogeneities in the composition of the products obtained. A particular disadvantage is that the solid state phases contained in the solid-state mixture due to relatively large particle dimensions can express only small or insufficient contacts at the phase boundaries, which can be improved only insufficiently during the thermal treatment.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur kurzzeitigen Thermoschockbehandlung von anorganischen Stoffgemischen, das hochaktive thermische Abbauprodukte auf der Basis von Aluminiumoxid liefert, in denen die Aktivkomponenten gut dispergiert vorliegen.The aim of the invention is a process for the short-term thermal shock treatment of inorganic mixtures, which provides highly active thermal decomposition products based on alumina, in which the active components are well dispersed.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Die Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur kurzzeitigen Thermoschockbehandlung von anorganischen Stoffgemischen zu entwickeln, das kostengünstig, materialsparend und umweltfreundlich arbeitet.The task is to develop a method for short-term thermal shock treatment of inorganic mixtures, which works cost-effective, material-saving and environmentally friendly.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur kurzzeitigen Thermoschockbehandlung von anorganischen Feststoffgemischen, die gegebenenfalls Siliciumdioxid bzw. siliciumdioxidhaltige Substanzen und/oder Metalloxide bzw. Metallverbindungen, vorzugsweise von denen der IV. und/oder Vl. und/oder VIII. Nebengruppe des Periodensystems der Elemente, enthalten können gelöst, indem erfindungsgemäß anorganische Feststoffgemische mit einer Sekundärteilchengröße von 0,1 bis 45Mm mittels eines Trägergases bei linearen Strömungsgeschwindigkeiten von 5 bis 20 m · s~1 kontinuierlich durch einen Rohrreaktor mit einem LängerDurchmesserverhältnis von mindestens 100 transportiert werden und innerhalb von 0,1 bis 10s einem Temperaturschock zwischen 623 und 973 K ausgesetzt werden,.This object is achieved by a method for short-term thermal shock treatment of inorganic solid mixtures, optionally silica or silicon dioxide-containing substances and / or metal oxides or metal compounds, preferably of those of IV. And / or Vl. and / or VIII. Subgroup of the Periodic Table of the Elements, can be solved by the invention according to the invention inorganic solid mixtures having a secondary particle size of 0.1 to 45 microns by means of a carrier gas at linear flow rates of 5 to 20 m · s ~ 1 continuously through a tubular reactor having a LängerDurchmaßverhältnis be transported by at least 100 and subjected to a temperature shock between 623 and 973 K within 0.1 to 10 seconds.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die eingesetzten Stoffe bzw. Stoffgemische mit Sekundärteilchengröße zwischen 0,1 und 5 pm bei linearen Strömungsgeschwindigkeiten von 5 bis 10 m · s~1.erhitzt werden und das Reaktionsrohr mit einer Verweilzeit zwischen 0,2 und 2s passieren, wobei als Transportmedium Luft bzw. Sauerstoff und/oder Inertgas verwendet wird. Der Temperaturschock wird vorzugsweise bei 773 bis 873 K durchgeführt. Vorteiihafterweise sind im Feststoffgemisch S1O2 bzw. SiO2-haltige Substanzen in einer Menge von 1 bis 70 Ma.-% enthalten. Ferneristes günstig, wenn die für die Thermoschockbehandlung eingesetzten Ausgangsmaterialien Metalloxide bzw. metallhaltige Verbindungen in einer Menge von 0,5 bis 40 Ma.-% enthalten, wobei diese Komponenten vor derthermischen Behandlung auf die eingesetzten Stoffe auigefällt oder aufgetränkt sein können. Dabei können als metallhaltige Verbindungen vorteilhaft solche des Nickels, Cobalts, Molybdäns, Wolframs bzw. Titaniums eingesetzt werden.It is particularly advantageous if the materials or material mixtures with secondary particle size between 0.1 and 5 pm at linear flow rates of 5 to 10 m · s -1 are used .erhitzt and pass through the reaction tube with a residence time between 0.2 and 2 s's, wherein air or oxygen and / or inert gas is used as the transport medium. The temperature shock is preferably carried out at 773 to 873 K. Vorteiihafterweise are contained in the solid mixture S1O2 or SiO 2 -containing substances in an amount of 1 to 70 wt .-%. Furthermore, it is favorable if the starting materials used for the thermal shock treatment contain metal oxides or metal-containing compounds in an amount of 0.5 to 40% by weight, which components may be precipitated or impregnated onto the substances used before the thermal treatment. In this case, as the metal-containing compounds advantageously those of nickel, cobalt, molybdenum, tungsten or titanium are used.

Für die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es wichtig, daß ein beheizter Rohrreaktor zur Anwendung kommt, der aus den folgenden Baugruppen besteht:For the implementation of the method according to the invention, it is important that a heated tubular reactor is used, which consists of the following components:

— der dosierten Trägergaszuführung- The metered carrier gas supply

— dem Feststoffverteilungssystem- the solids distribution system

— der Feststoff dosierung- The solid dosage

— dem Strömungsrohrreaktor- The flow tube reactor

— dem Heizungssystem- the heating system

— dem Abscheidesystem.- the separation system.

Der Reaktor wurde derart konstruiert, daß bei geeigneter Wahl der linearen Strömungsgeschwindigkeit des Trägergases von 5 bis 20 m · s"1 sowohl feinkörnige, rieselfähige als auch sehrfeinteilige, pulverförmige Stoffe bzw. deren Gemische mit einer Korngröße von 0,1 bis 45 pm kurzzeitig einer Thermoschockbehandlung ausgesetzt werden können. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Variante besteht darin, daß Dosier- und Abscheideeinrichtung in Abhängigkeit von der Korngröße der eingesetzten Feststoffe bzw. deren Gemische variierbar sind (Verwendung von kalibrierten Düsen, Zellradschleuse u. a. für gefällte, trockene, rieselfähige Einsatzstoffe und eines Wirbelschichtdosiersystems für pulverförmige Materialien). Zur Gewährleistung eines ständig freien Durchgangs der Festkörperpartikel (insbesondere von pulverförmigen Stoffen bzw. Stoffgemischen) durch den Reaktor hat es sich als sehr zweckmäßig erwiesen, einen Länge:Durchmesserquotient des Reaktorrohres von mindestens 1 (JD zu realisieren. Ferner ist es von großem Vorteil, im Reaktor die eingangs genannten linearen Strömungsgeschwindigkeiten einzustellen, um einerseits eine hohe Turbulenz des feststoffbeladenen TrägergasstFomes zu gewährleisten und andererseits die dynamische Druckdifferenz zwischen Reaktorein- und -ausgang zu begrenzen. Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ermöglicht die Realisierung eines zeitlich sowie lokal konstanten Temperaturfeldes (im Temperaturbereich bis 1 050 K), was auch die Gewährleistung einer gleichmäßigen Festkörperdispergierung in der Heizzone und damit ein kontinuierlich arbeitendes Dosiersystem voraussetzt.The reactor was constructed so that with a suitable choice of the linear flow velocity of the carrier gas from 5 to 20 m · s " 1 both fine-grained, free-flowing and very fine, powdery substances or mixtures thereof with a particle size of 0.1 to 45 pm briefly a An advantage of the variant according to the invention is that the metering and separating device can be varied depending on the particle size of the solids used or their mixtures (use of calibrated nozzles, rotary valves, etc. for precipitated, dry, free-flowing starting materials and a fluidized-bed metering system For ensuring a continuous free passage of the solid particles (in particular of pulverulent substances or substance mixtures) through the reactor, it has proven to be very expedient to have a length: diameter ratio of the reactor tube of at least It is also of great advantage to adjust the linear flow rates mentioned in the beginning of the reactor in order to ensure, on the one hand, high turbulence of the solids-laden carrier gas stream and, on the other hand, to limit the dynamic pressure difference between the reactor inlet and outlet. The inventive solution of the problem allows the realization of a temporally and locally constant temperature field (in the temperature range up to 1 050 K), which also requires the guarantee of a uniform solid state dispersion in the heating zone and thus a continuously operating metering system.

Zur weiteren Minimierung des Temperaturgradienten zwischen Reaktorrohrund dem Gas-Festkörper-Gemisch hat sich der Einbau spezieller Wärmeleit- und Wärmeübertragungsflächen als sehr vorteilhaft erwiesen. Die Strömungsrichtung des Gas-Festkörper-Gemisches kann auch vertikal in Fallrichtung gewählt werden, wobei eine derartige Fahrweise des Reaktors zu mehreren Vorteilen führt, da auf diesem Wege das Auftreten von Festkörperwirbelschichten und damit das Ablagern von Feststoffteilchen an bestimmten Reaktorteilen insbesondere während der An- und Abfahrperioden generell ausgeschlossen werden kann.To further minimize the temperature gradient between the reactor tube and the gas-solid mixture, the incorporation of special heat conduction and heat transfer surfaces has proved to be very advantageous. The flow direction of the gas-solid mixture can also be selected vertically in the direction of fall, with such a procedure of the reactor leads to several advantages, as in this way the occurrence of solid-state fluidized beds and thus the deposition of solid particles to certain parts of the reactor, especially during the on and Departure periods can generally be excluded.

,Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind vor allem darin zu sehen, daß infolge des kontinuierlichen Feststofftransports durch die Reaktorzone hydrothermale Bedingungen in den Partikeln der gewählten Kornfraktion nahezu ausgeschlossen werden können, wodurch der kurzzeitige Thermoschock zum definierten und reproduzierbaren Abbauprodukt führen kann.The advantages of the solution according to the invention are to be seen in the fact that due to the continuous transport of solids through the reactor zone hydrothermal conditions in the particles of the selected grain fraction can be almost excluded, whereby the short-term thermal shock can lead to defined and reproducible degradation product.

Ausführungsbeispieleembodiments Beispiel 1example 1

Erfindungsgemäß wird ein Feststoffgemisch aus Hydrargillit (Glührückstand von 65,7 Ma.-% bei 1073 K, spezifische Oberflächengröße von 1,7 m2 · g"1 und einer Kornfraktion von 1 bis 20pm) und einem SiO2-GeI (spezifische Oberflächengröße von 550 m2 g"1) in einer Menge von 20 Ma.-% SiO2 (bezogen auf AI2O3) 0,5 h mechanisch gemischt. Mittelseines Luftstromes einer linearen Strömungsgeschwindigkeit von 5 m s"1 passiert das Feststoff gemisch innerhalb von 0,2 s den Reaktor, wobei es eine Temperaturzone von 820K durchläuft und dabei zu einem rho-Aluminiumoxid bzw. röntgenamorphen AI2O3-SiOa/ Festkörper abgebaut wird.According to the invention, a solid mixture of gibbsite (Residue on ignition of 65.7 wt .-% at 1073 K, specific surface area of 1.7 m 2 · g "1 and a particle size fraction of 1 to 20pm) and a SiO 2 -gei (specific surface area of 550 m 2 g " 1 ) in an amount of 20% by mass SiO 2 (based on Al 2 O 3 ) for 0.5 h mechanically mixed. By means of an air stream of a linear flow velocity of 5 ms " 1 , the solid mixture passes through the reactor within 0.2 s, passing through a temperature zone of 820 K and thereby degrading to a rho alumina or X-ray amorphous Al 2 O 3 -SiOa / solid ,

Das erhaltene thermische Zersetzungsprodukt weist eine Löslichkeit des Festkörpers in 5 N NaOH von 63 Ma.-% auf, besitzt einen Glührückstand von 84,7 Ma.-% und eine spezifische Oberflächengröße von 183 m2 · g~\The thermal decomposition product obtained has a solubility of the solid in 5N NaOH of 63% by weight, has an incineration residue of 84.7% by mass and a specific surface area of 183 m 2 .g.

Beispiel 2Example 2

Dervorliegenden Erfindung entsprechend wurde auf einen pulverförmigen ungemahlenen Hydrargillit einerTeilchengröße von 1 bis 45 μηι, einem Glührückstand von 65,8 Ma. -% bei 1 073 K und einer spezifischen Oberflächengröße von 1,7 m2 · g"1 aus einer überstehenden TiCI4-Lösung Titanium aufgetränkt und bei 290K 24h getrocknet.Dervorliegenden invention according to a pulverulent unground hydrargillite a particle size of 1 to 45 μηι, a Glückückstand of 65.8 Ma. -% at 1 073 K and a specific surface area of 1.7 m 2 · g " 1 from a supernatant TiCl 4 solution of titanium soaked and dried at 290K for 24 h.

Der auf diese Weise imprägnierte Hydrargillit (0,5 Ma.-% TiO2 pro Mol AI2O3) wurde gemäß Beispiel 1 kurzzeitig thermisch geschockt, wonach ein Abbauprodukt folgender röntgenografischer ermittelter Zusammensetzung erhalten wurde:The hydrargillite impregnated in this way (0.5% by mass of TiO 2 per mol of Al 2 O 3 ) was briefly thermally shocked according to Example 1, after which a degradation product of the following X-rayographic composition determined was obtained:

96Ma.-% rho-Aluminiumoxid, 3 Ma.-% Hydrargillit und Spuren (<1 Ma.-%)Titaniumdioxid.96% by mass rho alumina, 3% by mass hydrargillite and traces (<1% by mass) of titanium dioxide.

Einer entsprechenden chemischen Analyse zufolge wurde ein Gehalt von 0,4Ma.-% TiO2ZmOl AI2O3 ermittelt.According to a corresponding chemical analysis, a content of 0.4Ma .-% TiO 2 ZmOl Al 2 O 3 was determined.

Beispiel 3Example 3

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Feststoffgemisch, das aus Hydrargillit (Glührückstand von 65,7 Ma.-%, spezifische Oberflächengröße von 1,7 m2 · g~\ mittlere Korngröße von 25 pm) und Silicagel (spezifische Oberflächengröße von 550 m2 g~1) in einer Menge von 20 Ma.-% SiO2 sowie Nickelcarbonat (3,5 Ma.-% Ni pro mol AI2O3) und Molybdänoxid (14 Ma.-% MoO3 pro mol AI2O3) besteht, entsprechend Beispiel 1 thermisch aktiviert, wobei das Zersetzungsprodukt die folgende Zusammensetzung aufweist:According to the present invention, a solid mixture consisting of hydrargillite (65.7 wt.% Residue on ignition, 1.7 m 2. Gsm. Average particle size of 25 μm) and silica gel (specific surface area of 550 m 2 g ~ 1 ) in an amount of 20% by weight of SiO 2 and nickel carbonate (3.5% by weight of Ni per mole of Al 2 O 3 ) and molybdenum oxide (14% by weight of MoO 3 per mole of Al 2 O 3 ) thermally activated according to Example 1, the decomposition product having the following composition:

90Ma.-% rho-Aluminiumoxid, 10 Ma.-% röntgenamorphes AI2O3-SiO3 sowie 3,2 Ma.-% Ni/mol AI2O3 und 13,7 Ma.-% MoO3/mol AI2O3. .. . ·. .90% by mass of rho-alumina, 10% by mass of X-ray amorphous Al 2 O 3 -SiO 3 and 3.2% by mass of Ni / mol Al 2 O 3 and 13.7% by mass of MoO 3 / mol of Al 2 O 3 . ... ·. ,

Das Abbauprodukt besitzt einen Glührückstand von 97,2 Ma.-% bei 1 073 K und eine spezifische Oberflächengröße von 235m2-g-1. . ' ' . 'The decomposition product has a residue on ignition of 97.2% by mass at 1073 K and a specific surface area of 235m 2 -g- 1 . , ''. '

Beispiel 4Example 4

Unter Verwendung eines gemäß Beispiel 3 hergestellten Feststoffgemisches wurde ein Katalysator zur Hydroraffination von Kohlenwasserstoffen wie folgt hergestellt:Using a solid mixture prepared according to Example 3, a hydrocarbon hydrorefining catalyst was prepared as follows:

In einem Kneter wurden 700g des thermisch aktivierten Stoffgemisches mit ca. 3Ma.-% konzentrierter Salpetersäure 45min plastifiziert und anschließend zu Extrudaten mit einem Durchmesser von 1,8 mm verformt.In a kneader, 700 g of the thermally activated substance mixture were plasticized with about 3% by weight of concentrated nitric acid for 45 minutes and then shaped into extrudates with a diameter of 1.8 mm.

Die erhaltenen Formlinge wurden bei einer Temperatur von 400 K 24h getrocknet und nachfolgend bei einer Temperatur von 750 K 5 h thermisch behandelt.The resulting moldings were dried at a temperature of 400 K for 24 h and then thermally treated at a temperature of 750 K for 5 h.

Der fertige Katalysator enthielt 3,2 Ma.-% Ni/mol AI2O3 und 13,7 Ma.-% Mo03/mol AI2O3 bei einem Glührückstand von 98,2 Ma.-%The finished catalyst contained 3.2% by weight Ni / mol Al 2 O 3 and 13.7% by mass MoO 3 / mol Al 2 O 3 with a residue on ignition of 98.2% by mass.

Die katalytische Prüfung.ergab bei der Entschwefelung im Vergleich zu einem konventionell hergestellten Hydroraffinationskatalysator folgende Ergebnisse:The catalytic test gave the following results in the desulfurization compared to a conventionally produced hydro-refining catalyst:

Prüfbedingungen— Druck in MPa = 55Test conditions - pressure in MPa = 55

Temperatur in K =593Temperature in K = 593

Belastung in v/vh = 2Load in v / vh = 2

Gas/Produkt-Verhältnis in mVm3 = 500:1Gas / product ratio in mVm 3 = 500: 1

Rohstoff = Vakuumdestillat 623 K bis 823 K ' i:'Raw material = vacuum distillate 623 K to 823 K ' i: '

Schwefelgehalt 1,9 Ma.-%Sulfur content 1.9% by mass

Prüfergebnis— Schwefelgehalt im Raffinat in Ma.-%: 0,06Test result - sulfur content in the raffinate in% by mass: 0.06

Die Ergebnisse der Prüfung des gemäß Beispiel 4 hergestellten Katalysators weist aus, daß der erreichte Entschwefelungsgrad im Vergleich mit modernen Hydroraffinationskatalysatoren in entsprechendem Maße erreicht werden kann.The results of testing the catalyst prepared according to Example 4 indicate that the degree of desulfurization achieved can be achieved to a corresponding extent in comparison with modern hydrorefining catalysts.

Beispiel 5Example 5

Erfindungsgemäß wird ein Feststoffgemisch aus Hydrargillit (hergestellt im VEB Aluminiümwerk,,Albert Zimmermann", Lauta), charakterisiert durch Angaben zu den physikalisch-chemischen Eigenschaften, vgl. Tab. 1) und Si(VGeI (SBet = 550m2 · g"1) in einer Menge von 2 Masseanteilen in % SiO2 (bezogen auf AI2O3) verwendet, dessen Sekundärteilchengröße durch die Behandlung in einer Rohrschwingmühle vom Typ „Palla 35" innerhalb von 30 Minuten auf einen Teilchengrößenbereich von 1 bis 20μιη eingestellt worden ist.According to the invention, a solid mixture of hydrargillite (produced in the VEB Alumini mwerk "Albert Zimmermann", Lauta) is characterized by details of the physico-chemical properties, see Table 1) and Si (VGeI (S B et = 550 m 2 · g). 1 ) in an amount of 2 parts by mass in% SiO 2 (based on Al 2 O 3 ) whose secondary particle size has been adjusted to a particle size range of from 1 to 20 μm within 30 minutes by the treatment in a tubular vibrating mill of the "Palla 35" type ,

Mittels eines Trägergasstromes einer linearen Strömungsgeschwindigkeit von 5,5m · s~1 passiert das mechanisch vorbehandelte Feststoffgemisch innerhalb von 0,25s die Reaktionszone, wobei es bei einer Temperatur von 823 K kurzzeitig thermisch schockbehandelt wird. Das in der Rohrschwingmühle mechanisch aktivierte Festkörpergemisch mit einer Teilchengröße von 1 ^3 20μπι besaß eine deutlich verringerte Kristallinität des Ausgangsgemisches und eine mittlere röntgenografische Teilchengröße von 25nm.By means of a carrier gas flow of a linear flow velocity of 5.5 m.s -1 , the mechanically pretreated solid mixture passes within 0.25 s of the reaction zone, where it is briefly thermally shock-treated at a temperature of 823 K. The mechanically activated in the tubular vibratory solid mixture with a particle size of 1 ^ 3 20μπι had a significantly reduced crystallinity of the starting mixture and a mean X-ray particle size of 25nm.

Durch die kurzzeitige Thermoschockbehandlung wird ein rho-Aluminiumoxid gebildet, das sehr geringe Anteile an amorphen SiO2-AI2O3 enthält (vgl. Bild 1,Prob'e 1). Dieses Produkt zeichnet sich insbesondere durch eine ausgeprägte Kanalform der Poren aus, die beiderseits geöffnet sind, wie es die im Bild 2 dargestellten Verläufe der Adsorptions-Desorptions-Isothermen von Stickstoff ausweisen (vgl. Probe 1). Die spezifische Oberfläche des erhaltenen oxidischen Abbau-Produktes beträgt 230m2 · g"1.The short-term thermal shock treatment forms a rho-alumina which contains very small amounts of amorphous SiO 2 -Al 2 O 3 (compare Figure 1, Sample 1). This product is characterized in particular by a pronounced channel shape of the pores, which are open on both sides, as shown by the curves of the adsorption-desorption isotherms of nitrogen shown in FIG. 2 (see sample 1). The specific surface area of the oxide decomposition product obtained is 230 m 2 · g -1 .

Beispiel 6 (Vergleichsbeispiel, nicht erfindungsgemäß)Example 6 (comparative example, not according to the invention)

Es wird ein Feststoffgemisch verwendet, bestehend aus Lauta-Hydrargillit und SiO2-GeI, dessen Kornfraktion im wesentlichen mit denen, die in Tab. 1 aufgeführt sind, übereinstimmt und der SiO2-Gehalt dem des Beispiels 5 entspricht. Die röntgenographische Charakterisierung des eingesetzten Feststoffgemisches weist bezüglich der Phasenzusammehsetzung Hydrargillit sehr guter Kristallinität aus, wobei die ermittelte röntgengraphische Teilchengröße ca. 50 nm beträgt.A solid mixture is used, consisting of Lauta-hydrargillite and SiO 2 -GeI, whose grain fraction substantially coincides with those listed in Tab. 1, and the SiO 2 content corresponds to that of Example 5. The X-ray characterization of the solid mixture used has with respect to the phase addition of hydrargillite very good crystallinity, wherein the determined X-ray graphic particle size is about 50 nm.

Das entstandene thermische Zersetzungsprodukt der kurzzeitigen Thermoschockbehandlung (Bedingungen analog Beispiel 5) besitzt die folgenden Eigenschaften:The resulting thermal decomposition product of the short-term thermal shock treatment (conditions analogous to Example 5) has the following properties:

Die spezifische Oberfläche beträgt 266m2 · g~\ wobei die röntgenografische Phasenzusammensetzung a'uf ein sehr heterogenes Produktgemisch hinweist, da neben chi- und gamma-Al2O3 noch Anteile an unzersetztem Hydrargillit und neu gebildetem Böhmit im Festkörper enthalten sind (s. Bild 1, Probe 2). Entsprechenden Adsorptions-Desorptions-Messungen mit Stickstoff zufolge weisen derartig gewonnene Produkte ein relativ breites Spektrum an Poren unterschiedlicher Größe auf und hohe Anteile an Poren der „ink-bottle"-Form, die einseitig geschlossen sind (vgl. Probe 2, in Bild 2), wie von DEBOER J. H. P. DEBOER zur Klassifizierung von Poren in festen Körpern entnommen werden kann.The specific surface area is 266m 2 · g ~ \ and the X-ray phase composition indicates a very heterogeneous product mixture, since in addition to chi- and gamma-Al 2 O 3 there are also fractions of undecomposed hydrargillite and newly formed boehmite in the solid (see Figure 1) , Sample 2). Corresponding adsorption-desorption measurements with nitrogen show that products obtained in this way have a relatively broad spectrum of pores of different sizes and high proportions of pores of the "ink-bottle" form, which are closed on one side (cf., Sample 2, in FIG. , as can be taken from DEBOER JHP DEBOER for the classification of pores in solid bodies.

Tabelle, 1Table 1

Physikalisch-chemische Eigenschaften des AusgangshydrargillitsPhysical-chemical properties of the starting hydrogen carbide

Kenngrößeparameter

Analysenwertanalysis value

Chemische Zusammensetzung Glührückstand (900 °C/4h) in Ma.-% Stöchiometrie Na2O-Gehalt in Ma.-% (bez. auf AI2O3) Fe2O3-GehaltinMa.-%(bez. auf AI2O3)Resin (900 ° C / 4h) in wt% stoichiometry Na 2 O content in wt% (based on Al 2 O 3 ) Fe 2 O 3 content in wt% (based on Al 2 O 3 )

AI2O3-3,00 H2OAl 2 O 3 -3.00 H 2 O

0,08 -.-.0.08 -.-.

Röntgendiffraktometrie (Phasenzusammensetzung)X-ray diffractometry (phase composition)

sehr gut kristallisierter Hydrargillitvery well crystallized hydrargillite

Elektronen- und PolarisationsmikroskopieElectron and polarization microscopy

sechseckigeTafeln, nadeiförmige Partikeln, kugelförmige Agglomeratehexagonal panels, acicular particles, spherical agglomerates

Texturdaten Spezifische Oberfläche in m2 · g"1 Porosität in % Gesamtporenvolumen in cm3 · g"1 Texture data Specific surface area in m 2 · g " 1 Porosity in% Total pore volume in cm 3 · g" 1

Porenvolumen (Vp3) im Bereich von rp< 10 nm in cm -g~1 Pore volume (Vp 3 ) in the range of r p <10 nm in cm -g ~ 1

Vp, 10nm <rp<90nm incm -g Vp, rp > 50 nm in cm3 · g~1 Vp, 10nm <r p <90nm INCM -g V p, r p> 50 nm in cm 3 · g -1 80-90 μηη80-90 μηη 0,01 0,070.01 0.07 100-250 μηη100-250 μηη 250 μιη250 μιη Korngrößenverteilung (Angaben in Ma.-%) <45μηη 45-63 pm 63-80 μιηParticle size distribution (data in% by mass) <45μηη 45-63 pm 63-80 μιη 19,619.6 90-100 μιη90-100 μιη 20,120.1 0,200.20 13,2 22,2 13,213.2 22.2 13.2 11,511.5

Claims (2)

1. Verfahren zur kurzzeitigen Thermoschockbehandlung von anorganischen Feststoffgemischen, vorzugsweise Hydrargillit bzw. Hydrargillit enthaltenden Stoffen, die gegebenenfalls Siliciumdioxid bzw. siliciumdioxidhaltige Substanzen und/oder Metalloxide bzw. Metallverbindungen, vorzugsweise von denen der IV. und/oder Vl. und/oder VIII. Nebengruppe des Periodensystems der Elemente, enthalten können, bei Strömungsgeschwindigkeiten von 5 bis 20m/s und Verweilzeiten von 0,1 bis 10s bei Temperaturen von 623 bis 973K, gekennzeichnet dadurch, daß anorganische Feststoffgemische mit einer Sekundärteilchengröße von 0,1 ^ε45μηη einem Temperaturschock ausgesetzt werden.1. A process for the short-term thermal shock treatment of inorganic solid mixtures, preferably hydrargillite or hydrargillite-containing substances which optionally contain silicon dioxide or silicon dioxide-containing substances and / or metal oxides or metal compounds, preferably those of IV. And / or Vl. and / or VIII. Subgroup of the Periodic Table of the Elements, at flow rates of 5 to 20m / s and residence times of 0.1 to 10s at temperatures of 623-973K, characterized in that inorganic solid mixtures having a secondary particle size of 0.1 ^ ε45μηη be exposed to a temperature shock. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die eingesetzten Stoffe bzw. Stoffgemische Sekundärteilchengrößen zwischen 0,1 und 5μηη besitzen.2. The method according to claim 1, characterized in that the substances or mixtures used have Sekundärteilchengrößen between 0.1 and 5μηη.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1993002772A1 (en) * 1991-08-07 1993-02-18 Comalco Aluminium Limited Scrubbing of gaseous fluorides from process exhausts

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