RU2800856C2 - Method for producing powder-like porous crystalline metal silicates using flame spray pyrolysis - Google Patents

Method for producing powder-like porous crystalline metal silicates using flame spray pyrolysis Download PDF

Info

Publication number
RU2800856C2
RU2800856C2 RU2021110775A RU2021110775A RU2800856C2 RU 2800856 C2 RU2800856 C2 RU 2800856C2 RU 2021110775 A RU2021110775 A RU 2021110775A RU 2021110775 A RU2021110775 A RU 2021110775A RU 2800856 C2 RU2800856 C2 RU 2800856C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
titanium
source
metal
silicalite
porous crystalline
Prior art date
Application number
RU2021110775A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2021110775A (en
Inventor
Франц ШМИДТ
Йохан АНТОН
Маттиас Паскали
Андреа ХАЙНРОТ
Штефан ВИЛАНД
Хайко МОРЕЛЛЬ
Петер Кресс
Михаэль Герхард ХАГЕМАНН
Чжэнь ЛИ
Юлиан Доминик ХАБЕРКОРН
Арне РАЙНСДОРФ
Original Assignee
Эвоник Оперейшнс Гмбх
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Эвоник Оперейшнс Гмбх filed Critical Эвоник Оперейшнс Гмбх
Publication of RU2021110775A publication Critical patent/RU2021110775A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2800856C2 publication Critical patent/RU2800856C2/en

Links

Abstract

FIELD: production of synthetic zeolites.
SUBSTANCE: method for producing powdered porous crystalline metal silicate includes hydrothermal synthesis using an aqueous mixture containing a silicon source, a metal source, and an auxiliary component to obtain an aqueous suspension of a reaction product containing a crude porous crystalline metal silicate. The silicon source is selected from the group consisting of fumed silica, precipitated silica, sol-gel silica, and mixtures thereof. The metal source is a titanium, iron or aluminium source. The aqueous suspension contains solids in an amount≤ 70 w/w.%. Then flame spray pyrolysis of the reaction product is carried out, where the resulting aqueous suspension is sprayed into a flame formed during the combustion of fuel in the presence of oxygen to obtain a porous crystalline metal silicate powder. Hydrogen is used as fuel. The maximum effective temperature Teff, to which at least 90 w/w % of the porous crystalline metal silicate is heated during flame pyrolysis, is in the range of Tmin. <Teff <Tmax, where Tmin is 750°C, Tmax is 1250°C.
EFFECT: invention makes it possible to reduce the time and energy required to obtain a porous metal silicate powder, while maintaining an ordered porous metal silicate crystal structure and its catalytic characteristics.
16 cl, 7 dwg, 1 tbl, 10 ex

Description

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к способу получения порошкообразных пористых кристаллических силикатов металлов.The present invention relates to a process for the preparation of powdered porous crystalline metal silicates.

Термин "силикат" означает соединения, образованные тетраэдрическим SiO4, тетраэдры которого могут быть соединены друг с другом различным образом. Силикатные структуры этого типа, содержащие металлы, называются силикатами металлов. Важными примерами силикатов металлов являются цеолиты.The term "silicate" means compounds formed by tetrahedral SiO 4 whose tetrahedra can be connected to each other in various ways. Silicate structures of this type containing metals are called metal silicates. Zeolites are important examples of metal silicates.

Цеолиты представляют собой кристаллические силикаты, например, алюмосиликаты, в которых трехмерное соединение силикатных тетраэдров (SiO4 -) и других структурных фрагментов (например, тетраэдров AlO4 -) обеспечивает получение регулярных структур, содержащих каналы и поры. Существуют разные типы цеолитов, которые называют в соответствии с типом их структуры. Общие сведения, относящиеся к цеолитам, в особенности, к типам кристаллических структур известных цеолитов, приведены в публикации Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, "Zeolites", опубл. в интернете 15 апреля 2012 г., DOI: 10.1002/14356007.a28_475.pub2.Zeolites are crystalline silicates, for example, aluminosilicates, in which the three-dimensional connection of silicate tetrahedra (SiO 4 - ) and other structural fragments (eg AlO 4 - tetrahedra) provides regular structures containing channels and pores. There are different types of zeolites, which are named according to the type of their structure. General information relating to zeolites, in particular, to the types of crystal structures of known zeolites, is given in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, "Zeolites", publ. online April 15, 2012, DOI: 10.1002/14356007.a28_475.pub2.

Вследствие их особой пористой структуры цеолиты обладают интересными характеристиками и их можно использовать, например, в качестве катализаторов окисления.Due to their special porous structure, zeolites have interesting characteristics and can be used, for example, as oxidation catalysts.

Синтетические цеолиты можно получить с помощью гидротермального синтеза в присутствии образующей пористую структуру матрицы. Так, например, в CN 101348263 А раскрыт способ получения цеолитов, обладающих отношением Si/Al, составляющим от 50 до 5000, и размером частиц, равным от 30 до 200 мкм, который включает следующие стадии способа: (1) получение реакционной смеси, содержащей источники кремния и источники алюминия, и гидроксид металла; (2) реакция гидролиза; (3) последующая распылительная сушка смеси с получением микросфер алюмосиликата; (4) гидротермальная реакция предварительно полученных микросфер в присутствии воды и органического амина при температуре, равной от 160 до 200°С, и кристаллизация полученного цеолита; и (5) промывка, (6) сушка и (7) и прокаливание цеолита при температуре, равной от 350 до 800°С.Synthetic zeolites can be obtained by hydrothermal synthesis in the presence of a porous matrix. For example, CN 101348263 A discloses a process for preparing zeolites having a Si/Al ratio of 50 to 5000 and a particle size of 30 to 200 µm, which includes the following process steps: (1) obtaining a reaction mixture containing silicon sources and aluminum sources, and metal hydroxide; (2) hydrolysis reaction; (3) subsequent spray drying of the mixture to obtain aluminosilicate microspheres; (4) hydrothermal reaction of the preformed microspheres in the presence of water and an organic amine at a temperature of 160 to 200°C and crystallization of the obtained zeolite; and (5) washing, (6) drying, and (7) and calcining the zeolite at a temperature of 350 to 800°C.

В US 4410501 А раскрыт способ получения силикалита титана. Силикалит титана получают путем (1) получения геля для синтеза из гидролизующегося содержащего кремний соединения, например, тетраэтилортосиликата, гидролизующегося содержащего титан соединения в присутствии гидроксида тетра-н-пропиламмония при 175°С, (2) последующих гидротермального синтеза, гидролиза и кристаллизации реакционной смеси. После завершения кристаллизации кристаллы (3) удаляют фильтрованием, (4) промывают, (5) сушат и в заключение (6) прокаливают при 550°С в течение 6 ч.US 4,410,501 A discloses a process for preparing titanium silicalite. Titanium silicalite is prepared by (1) preparing a synthesis gel from a hydrolysable silicon-containing compound, e.g. . After crystallization is complete, the crystals (3) are removed by filtration, (4) washed, (5) dried and finally (6) calcined at 550°C for 6 hours.

В ЕР 814058 А1 раскрыто получение различных цеолитов из соответствующих пирогенных смешанных оксидов металлов и кремния. Смешанные оксиды металлов и кремния получают путем (1) гидротермального синтеза при температуре, равной от 100 до 220°С, в присутствии матрицы, выбранной из числа следующих: амины, соединения аммония и гидроксиды щелочных металлов/щелочноземельных металлов, затем проводят (2) фильтрование, (3) промывку водой и (4) прокаливание, например, при температуре, равной 550°С, в течение 4 ч. В предпочтительном варианте осуществления путем распылительной сушки получают предварительно сформованный содержащий матрицу гранулированный смешанный оксидный материал, который затем обрабатывают путем гидротермального синтеза, фильтруют, промывают и прокаливают.EP 814058 A1 discloses the preparation of various zeolites from the corresponding pyrogenic mixed oxides of metals and silicon. Mixed oxides of metals and silicon are obtained by (1) hydrothermal synthesis at a temperature of 100 to 220°C in the presence of a matrix selected from among the following: amines, ammonium compounds and hydroxides of alkali metals/alkaline earth metals, followed by (2) filtration , (3) washing with water; and (4) calcining, for example, at a temperature of 550°C for 4 hours. In a preferred embodiment, a preformed matrix-containing granular mixed oxide material is obtained by spray drying, which is then processed by hydrothermal synthesis , filtered, washed and calcined.

В CN 1482062 раскрыт способ получения силикалита титана-1, в котором твердый силикагель вводят в гидротермальную реакцию с неорганическим источником титана. Способ включает следующие стадии: (1) пропитка твердого силикагеля с помощью Ti(SO4)2, (2) прокаливание, (3) гидротермальный синтез с использованием силикагеля и Ti(SO4)2 + ТПА-ОН (гидроксид тетрапропиламмония) + вода, (4) (осаждение и) фильтрование, (5) промывка, (6) сушка, (7) прокаливание.CN 1482062 discloses a method for producing titanium-1 silicalite, in which solid silica gel is hydrothermally reacted with an inorganic source of titanium. The method includes the following steps: (1) impregnation of solid silica gel with Ti(SO 4 ) 2 , (2) calcination, (3) hydrothermal synthesis using silica gel and Ti(SO 4 ) 2 + TPA-OH (tetrapropylammonium hydroxide) + water , (4) (precipitation and) filtration, (5) washing, (6) drying, (7) calcination.

Использующиеся в процедурах предшествующего уровня техники стадии способа, проводимые после гидротермального синтеза, являются дорогостоящими и требуют больших затрат времени. В частности, промывка неочищенного пористого кристаллического силиката металла для удаления органического материала, осадившегося во время гидротермального синтеза, является трудоемкой и приводит к образованию существенных количеств сточных вод, часто содержащих вещества, которые являются вредными для находящихся в воде организмов и которые затруднительно удалить, такие как соли тетраалкиламмония (образующиеся во время осаждения). Кроме того, сушка и прокаливание промытого пористого кристаллического силиката металла, проводимые в конце процедуры, являются дорогостоящими и требуют существенных количеств времени и энергии.As used in prior art procedures, the post-hydrothermal synthesis process steps are costly and time consuming. In particular, washing the crude porous crystalline metal silicate to remove organic material deposited during hydrothermal synthesis is laborious and results in the formation of significant amounts of wastewater, often containing substances that are harmful to the organisms in the water and difficult to remove, such as tetraalkylammonium salts (formed during precipitation). In addition, drying and calcining the washed porous crystalline metal silicate at the end of the procedure is costly and requires significant amounts of time and energy.

Согласно настоящему изобретению было обнаружено, что осаждение, фильтрование, промывку, сушку и прокаливание неочищенного пористого кристаллического силиката металла, полученного после гидротермального синтеза, можно не проводить, если вместо этого материал обрабатывают с помощью подходящей процедуры пламенного пиролиза. Это не было раскрыто или предложено в предшествующем уровне техники и это является особенно удивительным, принимая во внимание тот известный факт, что упорядоченная пористая структура кристаллических силикатов металлов разрушается при повышенных температурах. Так, например, силикалит титана-1 претерпевает необратимые изменения в структуре при температурах выше 650°С (см., например, Advanced Materials Research Vol.287-290, 2011, p.317-321), температура внутри пламени в устройстве для пламенного пиролиза, а также температура во время сгорания органического остатка, осадившегося на частицы неочищенного пористого кристаллического силиката металла во время пламенного пиролиза, является существенно более высокой.According to the present invention, it has been found that the precipitation, filtration, washing, drying and calcination of the crude porous crystalline metal silicate obtained after hydrothermal synthesis can be omitted if the material is treated with a suitable flame pyrolysis procedure instead. This has not been disclosed or suggested in the prior art and is particularly surprising in view of the known fact that the ordered pore structure of crystalline metal silicates breaks down at elevated temperatures. For example, titanium-1 silicalite undergoes irreversible changes in structure at temperatures above 650°C (see, for example, Advanced Materials Research Vol. 287-290, 2011, p. pyrolysis, as well as the temperature during combustion of the organic residue deposited on the particles of the crude porous crystalline metal silicate during flame pyrolysis, is significantly higher.

Согласно настоящему изобретению было обнаружено, что пламенный пиролиз можно провести с использованием материалов, неочищенных пористых кристаллических силикатов металлов, полученных после гидротермального синтеза, таким образом, что сохраняется их упорядоченная пористая кристаллическая структура силиката металла и без оказания неблагоприятного воздействия на их каталитические характеристики.According to the present invention, it has been found that flame pyrolysis can be carried out using crude porous crystalline metal silicate materials obtained after hydrothermal synthesis, in such a way that their ordered porous metal silicate crystalline structure is maintained and without adversely affecting their catalytic performance.

Описание изобретенияDescription of the invention

В частности, согласно настоящему изобретению было обнаружено, что порошкообразный пористый кристаллический силикат металла можно получить способом, включающим следующие стадии:In particular, according to the present invention, it has been found that porous crystalline metal silicate powder can be obtained by a method comprising the following steps:

(a) гидротермальный синтез с использованием водной смеси, содержащей:(a) hydrothermal synthesis using an aqueous mixture containing:

(A) источник кремния,(A) silicon source,

(B) источник металла, и(B) the metal source, and

(C) вспомогательный компонент,(C) auxiliary component,

с получением водной суспензии продукта реакции 1, содержащей неочищенный пористый кристаллический силикат металла; иto obtain an aqueous suspension of the reaction product 1 containing the crude porous crystalline metal silicate; And

(b) пламенный распылительный пиролиз продукта реакции 1, где водную суспензию, полученную на стадии (а), распыляют в пламя, образующееся при сгорании топлива, в присутствии кислорода с получением порошкообразного пористого кристаллического силиката металла;(b) flame spray pyrolysis of reaction product 1, wherein the aqueous slurry obtained in step (a) is sprayed into a fuel combustion flame in the presence of oxygen to obtain porous crystalline metal silicate powder;

где водная суспензия, содержащая продукт реакции 1, полученная на стадии (а), обладает содержанием твердых веществ, составляющим ≤70 мас.%; и где максимальная эффективная температура, Тэфф, до которой во время пламенного пиролиза нагревается не менее 90 мас.% пористого кристаллического силиката металла, находится в диапазоне Тминэфф.<Тмакс., иwhere the aqueous suspension containing the reaction product 1, obtained in stage (a), has a solids content of ≤70 wt.%; and where the maximum effective temperature, T eff , to which at least 90 wt.% of the porous crystalline metal silicate is heated during flame pyrolysis, is in the range of T min <T eff .<T max. , And

где Тмин равна 750°С, иwhere T min is 750°C, and

где Тмакс равна 1250°С, иwhere T max is equal to 1250°C, and

где источником металла (В) является источник титана (Ti), железа (Fe) или алюминия (Al), иwhere the source of metal (B) is a source of titanium (Ti), iron (Fe) or aluminum (Al), and

где вспомогательный компонент (С) выбран из группы, состоящей из следующих: органические основания, четвертичные гидроксиды аммония и их смеси.where the auxiliary component (C) is selected from the group consisting of the following: organic bases, Quaternary ammonium hydroxides and mixtures thereof.

Гидротермальный синтезhydrothermal synthesis

Гидротермальный синтез, также называющийся гидротермальным выращиванием кристаллов, представляет собой процедуру, предназначенную для кристаллизации из водных смесей при температурах, находящихся в диапазоне от примерно 100 до примерно 300°С, и при повышенном давлении, равном вплоть до примерно 100 бар, которую можно использовать для реагентов и продуктов, умеренно растворимых в водном растворе при температуре ниже 100°С. Гидротермальный синтез порошкообразных пористых кристаллических силикатов металлов и, в частности, цеолитов хорошо известен в данной области техники. Проведение стадии (а) способа, предлагаемого в настоящем изобретении, т.е. гидротермального синтеза с использованием водной смеси, содержащей (А) источник кремния, (В) источник металла и (С) вспомогательный компонент, приводит к получению водной суспензии продукта реакции 1, содержащей неочищенный пористый кристаллический силикат металла. Предпочтительно, если стадию (а) способа, предлагаемого в настоящем изобретении, проводят при температуре, равной от 100 до 250°С, более предпочтительно от 100 до 200°С, при автогенном давлении, созданном в выдерживающем давление реакторе, например, в автоклаве. Давление, установившееся во время гидротермального синтеза, проводимого на стадии (а) способа, предлагаемого в настоящем изобретении, может находиться в диапазоне от 1,05 до 50 бар. Предпочтительно, если давление находится в диапазоне от 1,5 до 30 бар; более предпочтительно, если давление находится в диапазоне от 2 до 20 бар. Указанные выше условия проведения реакции обычно позволяют специалисту в данной области техники провести стадию (а) способа, предлагаемого в настоящем изобретении, в течение менее 12 ч, предпочтительно, в течение от 0,1 до 6 ч, более предпочтительно в течение от 0,5 до 4 ч.Hydrothermal synthesis, also referred to as hydrothermal crystal growth, is a procedure designed to crystallize from aqueous mixtures at temperatures ranging from about 100 to about 300° C. and at elevated pressures of up to about 100 bar, which can be used to reagents and products sparingly soluble in aqueous solution at temperatures below 100°C. The hydrothermal synthesis of powdered porous crystalline metal silicates, and in particular zeolites, is well known in the art. Carrying out step (a) of the method of the present invention, i. e. hydrothermal synthesis using an aqueous mixture containing (A) a silicon source, (B) a metal source, and (C) an auxiliary component results in an aqueous slurry of reaction product 1 containing a crude porous crystalline metal silicate. Preferably, step (a) of the method of the present invention is carried out at a temperature of 100 to 250°C, more preferably 100 to 200°C, under autogenous pressure in a pressurized reactor, such as an autoclave. The pressure established during the hydrothermal synthesis carried out in step (a) of the process of the present invention may range from 1.05 to 50 bar. Preferably, if the pressure is in the range from 1.5 to 30 bar; more preferably, if the pressure is in the range from 2 to 20 bar. The above reaction conditions generally allow one skilled in the art to carry out step (a) of the process of the present invention in less than 12 hours, preferably 0.1 to 6 hours, more preferably 0.5 up to 4 o'clock

Гидротермальный синтез обычно проводят в щелочной среде при значении рН, превышающем 7. В соответствии с настоящим изобретением гидротермальный синтез проводят при значении рН, предпочтительно находящемся в диапазоне от 8 до 14; более предпочтительно, находящемся в диапазоне от 9 до 13.Hydrothermal synthesis is usually carried out in an alkaline environment at a pH value greater than 7. In accordance with the present invention, hydrothermal synthesis is carried out at a pH value, preferably in the range from 8 to 14; more preferably in the range of 9 to 13.

Для проведения гидротермального синтеза пористых кристаллических силикатов металлов обычно необходимо использование вспомогательных компонентов, облегчающих растворение источников кремния и металлов и регулирование значения рН до подходящего для образования кристаллов. Кроме того, вспомогательный компонент представляет собой матрицу, которая вследствие включения в кристаллическую решетку продукта во время гидротермального синтеза определяет кристаллическую структуру образовавшегося силиката металла. Для способа, предлагаемого в настоящем изобретении подходящими являются только такие вспомогательные компоненты, которые подвергаются термическому и/или окислительному разрушению во время пламенного распылительного пиролиза, проводимого на стадии (b). В способе, предлагаемом в настоящем изобретении, предпочтительно, если степень разрушения вспомогательного компонента составляет более 70 мас.%, наиболее предпочтительно, если степень разрушения составляет более 90 мас.%. Соответствующие вспомогательные компоненты хорошо известны специалистам в данной области техники.Hydrothermal synthesis of porous crystalline metal silicates generally requires the use of auxiliary components to facilitate the dissolution of silicon and metal sources and to adjust the pH to a suitable value for crystal formation. In addition, the auxiliary component is a matrix, which, due to inclusion in the crystal lattice of the product during hydrothermal synthesis, determines the crystal structure of the resulting metal silicate. For the process according to the present invention, only those auxiliary components are suitable which undergo thermal and/or oxidative degradation during the flame spray pyrolysis carried out in step (b). In the method of the present invention, it is preferable if the degree of destruction of the auxiliary component is more than 70 wt.%, most preferably, if the degree of destruction is more than 90 wt.%. Suitable auxiliary components are well known to those skilled in the art.

Типичными примерами вспомогательных компонентов, подходящих для способа, предлагаемого в настоящем изобретении, которые можно использовать для облегчения растворения источников кремния и металлов и регулирования значения рН, являются неорганические или органические основания, такие как четвертичные гидроксиды аммония, диамины, диолы и их смеси. Типичные примеры вспомогательных компонентов, подходящих для способа, предлагаемого в настоящем изобретении, которые можно использовать для содействия образованию кристаллической структуры силиката металла (матрицы), являются четвертичные гидроксиды аммония, диамины, диолы и их смеси, точнее, гидроксид тетраэтиламмония, гидроксид тетрапропиламмония, гидроксид тетрабутиламмония, гидроксид тетрапентиламмония, 1,6-диаминогексан, 1,2-пентандиол и их смеси.Typical examples of auxiliary components suitable for the method of the present invention, which can be used to facilitate the dissolution of silicon and metal sources and adjust the pH value, are inorganic or organic bases such as quaternary ammonium hydroxides, diamines, diols and mixtures thereof. Typical examples of auxiliary components suitable for the method of the present invention, which can be used to promote the formation of the crystal structure of the metal silicate (matrix), are Quaternary ammonium hydroxides, diamines, diols and mixtures thereof, more specifically, tetraethylammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide , tetrapentylammonium hydroxide, 1,6-diaminohexane, 1,2-pentanediol, and mixtures thereof.

В предпочтительных вариантах осуществления в способах, предлагаемых в настоящем изобретении, используют один или большее количество следующих вспомогательных компонентов, предназначенных для содействия образованию кристаллической структуры силиката металла (матрицы): гидроксид тетраэтиламмония, гидроксид тетрапропиламмония, гидроксид тетрабутиламмония, гидроксид тетрапентиламмония, 1,6-диаминогексан, 1,2-пентандиол и их смеси.In preferred embodiments, the methods of the present invention use one or more of the following auxiliary components to assist in the formation of the metal silicate crystal structure (matrix): tetraethylammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide, tetrapentylammonium hydroxide, 1,6-diaminohexane , 1,2-pentanediol and mixtures thereof.

В особенно предпочтительных способах, предлагаемых в настоящем изобретении, в качестве вспомогательного компонента используют гидроксид тетрапропиламмония. Четвертичные аммониевые соединения предпочтительно использовать в виде водных растворов.Particularly preferred processes of the present invention use tetrapropylammonium hydroxide as an auxiliary component. Quaternary ammonium compounds are preferably used in the form of aqueous solutions.

В предпочтительном варианте осуществления в способах, предлагаемых в настоящем изобретении, для содействия образованию силикалита титана-1 (структура типа MFI) используют гидроксид тетра-н-пропиламмония (ТПА-ОН).In a preferred embodiment, tetra-n-propylammonium hydroxide (TPA-OH) is used in the processes of the present invention to promote the formation of titanium-1 silicalite (MFI type structure).

В другом предпочтительном варианте осуществления в способах, предлагаемых в настоящем изобретении, для содействия образованию силикалита титана-2 (структура типа MEL) используют гидроксид тетра-н-бутиламмония.In another preferred embodiment, tetra-n-butylammonium hydroxide is used in the processes of the present invention to promote the formation of titanium-2 silicalite (MEL type structure).

Для специалистов в данной области техники должно быть очевидно, что в соответствии с настоящим изобретением вспомогательные компоненты, предназначенные для гидротермального синтеза, необходимо выбирать таким образом, что обеспечивается (i) облегчение растворения источников кремния и металлов, (ii) регулирование значения рН, а также (iii) содействие образованию кристаллической структуры силиката металла. Это можно осуществить с помощью одного вспомогательного компонента, способного выполнять все три функции ((i), (ii) и (iii)), или, альтернативно, с помощью более, чем одного вспомогательного компонента, каждый из которых выполняет некоторые из группы функций ((i), (ii) и (iii)).It will be apparent to those skilled in the art that, in accordance with the present invention, hydrothermal synthesis auxiliaries must be selected to (i) facilitate dissolution of silicon and metal sources, (ii) adjust pH, and (iii) promoting the formation of a metal silicate crystal structure. This can be done with a single auxiliary component capable of performing all three functions ((i), (ii) and (iii)), or, alternatively, with more than one auxiliary component, each of which performs some of the group of functions ( (i), (ii) and (iii)).

На отношение количества молей полного количества вспомогательных компонентов, использующихся для содействия образованию кристаллической структуры силиката металла (матрица), к количеству молей кремния, использующихся на стадии (а) способа, предлагаемого в настоящем изобретении, по существу не налагаются ограничения. Предпочтительно, если выбрано молярное отношение, находящееся в следующем диапазоне: 0,12 ≤ количество молей матрицы/количество молей кремния < 0,20.The ratio of moles of the total amount of auxiliary components used to promote the formation of the metal silicate crystal structure (matrix) to the number of moles of silicon used in step (a) of the method of the present invention is not substantially limited. Preferably, if the selected molar ratio is in the following range: 0.12 ≤ number of moles of matrix/number of moles of silicon < 0.20.

Для обеспечения оптимального режима проведения стадии (а) способа, предлагаемого в настоящем изобретении, водная смесь может дополнительно содержать подходящие затравочные кристаллы. Подходящие затравочные кристаллы и методики их получения известны специалистам в данной области техники. В предпочтительном варианте осуществления к реакционной смеси, использующейся на стадии (а) способа, предлагаемого в настоящем изобретении, добавляют затравочные кристаллы силикалита-1 или затравочные кристаллы силикалита титана-1 для содействия образованию кристаллов силикалита титана-1 (структура типа MFI). В другом предпочтительном варианте осуществления к реакционной смеси, использующейся на стадии (а) способа, предлагаемого в настоящем изобретении, добавляют затравочные кристаллы силикалита-2 или затравочные кристаллы силикалита титана-2 для содействия образованию кристаллов силикалита титана-2 (структура типа MEL).To ensure the optimal mode of carrying out stage (a) of the method proposed in the present invention, the aqueous mixture may additionally contain suitable seed crystals. Suitable seed crystals and techniques for their preparation are known to those skilled in the art. In a preferred embodiment, silicalite-1 seed crystals or titanium-1 silicalite seeds are added to the reaction mixture used in step (a) of the process of the present invention to promote the formation of titanium-1 silicalite crystals (MFI type structure). In another preferred embodiment, silicalite-2 seed crystals or titanium-2 silicalite seeds are added to the reaction mixture used in step (a) of the method of the present invention to promote the formation of titanium-2 silicalite crystals (MEL type structure).

Источником кремния, использующимся в способе, предлагаемом в настоящем изобретении, по существу может являться любое соединение, которое включает диоксид кремния или содержащий кремний смешанный оксид, или способно его образовывать в результате окисления или термического и/или гидролитического разрушения. Однако предпочтение отдается соединениям, включающим аморфный диоксид кремния или аморфный содержащий кремний смешанный оксид, или способным образовывать такие соединения в результате окисления или термического и/или гидролитического разрушения. Соответствующий источник кремния может быть выбран, например, из группы, состоящей из следующих: пирогенный диоксид кремния, осажденный диоксид кремния, диоксид кремния, полученный по золь-гелевой технологии, и их смеси. В предпочтительных способах, предлагаемых в настоящем изобретении, используют компонент (А), выбранный из группы, состоящей из следующих: пирогенный диоксид кремния, осажденный диоксид кремния, диоксид кремния, полученный по золь-гелевой технологии, и их смеси.The source of silicon used in the process of the present invention can be essentially any compound that includes or is capable of forming silicon dioxide or a mixed oxide containing silicon by oxidation or thermal and/or hydrolytic degradation. However, preference is given to compounds comprising amorphous silicon dioxide or an amorphous silicon-containing mixed oxide, or capable of forming such compounds by oxidation or thermal and/or hydrolytic degradation. An appropriate source of silicon may be selected, for example, from the group consisting of the following: fumed silica, precipitated silica, sol-gel silica, and mixtures thereof. The preferred methods of the present invention use component (A) selected from the group consisting of fumed silica, precipitated silica, sol-gel silica, and mixtures thereof.

Пирогенный диоксид кремния, также называющийся тонкодисперсным диоксидом кремния, получают путем гидролиза в пламени или окисления в пламени. Это включает окисление или гидролиз гидролизующихся или окисляющихся исходных веществ, обычно в водородном/кислородном пламени. Исходные вещества, которые можно использовать для проведения пирогенных реакций, включают органические и неорганические вещества. Особенно подходящим является тетрахлорид кремния. Полученный таким образом гидрофильный диоксид кремния является аморфным. Тонкодисперсный диоксид кремния обычно получают в агрегированной форме. "Агрегированный" означает, что первичные частицы, т.е. частицы, образовавшиеся на начальной стадии реакции, на последующих стадиях реакции образуют друг с другом сильные связи, это в конечном счете приводит к образованию трехмерной сетки. Первичные частицы в основном не содержат пор и содержат на поверхности свободные гидроксигруппы. Содержание воды в таком источнике кремния - тонкодисперсном диоксиде кремния обычно составляет менее 5,0 мас.%.Fumed silica, also called fumed silica, is produced by flame hydrolysis or flame oxidation. This includes the oxidation or hydrolysis of hydrolyzable or oxidizable starting materials, usually in a hydrogen/oxygen flame. Starting materials that can be used to carry out pyrogenic reactions include organic and inorganic materials. Particularly suitable is silicon tetrachloride. The hydrophilic silica thus obtained is amorphous. Fine silica is usually obtained in aggregated form. "Aggregated" means that the primary particles, ie. the particles formed at the initial stage of the reaction, at the subsequent stages of the reaction form strong bonds with each other, this ultimately leads to the formation of a three-dimensional network. Primary particles generally do not contain pores and contain free hydroxyl groups on the surface. The water content of such a source of silicon - finely dispersed silicon dioxide is usually less than 5.0 wt.%.

С другой стороны, осажденный диоксид кремния, также называющийся силикагелем, представляет собой диоксид кремния, полученный по методикам осаждения, например, в результате реакции растворимого стекла (силикаты натрия) с неорганическими кислотами. Содержание воды в таком силикагеле обычно находится в диапазоне от 0,5 до 80 мас.% в зависимости от условий проведения сушки. Сушку можно провести по разным методикам (например, с использованием или без использования нагретого воздуха) в течение периода времени, составляющего от секунд (быстрая сушка) до часов (медленная сушка). Высушенный гель называется ксерогелем (содержание воды ≤40 мас.%), невысушенный гель называется гидрогелем (содержание воды >40 мас.%).On the other hand, precipitated silica, also referred to as silica gel, is silica obtained by precipitation techniques such as the reaction of water glass (sodium silicates) with inorganic acids. The water content of such silica gel is usually in the range of 0.5 to 80% by weight, depending on the drying conditions. Drying can be carried out in various ways (eg, with or without heated air) for periods ranging from seconds (quick drying) to hours (slow drying). The dried gel is called a xerogel (water content ≤40 wt.%), the non-dried gel is called hydrogel (water content>40 wt.%).

Золь-гелевая технология представляет собой технологию получения неметаллических неорганических или гибридных-полимерных материалов из коллоидных дисперсий, называющихся золями. Исходными веществами для золь-гелевого синтеза часто являются алкоксиды металлов или кремния. Гидролиз таких исходных веществ и реакция конденсации образовавшихся реакционноспособных веществ являются важными базовыми реакциями в золь-гелевой технологии. Источниками кремния, особенно подходящими для использования в золь-гелевой технологии, являются тетраалкилортосиликаты, в которых алкил предпочтительно выбран из группы, состоящей из следующих: метил, этил, пропил и бутил. Наиболее предпочтительным тетраалкилортосиликатом является тетраэтилортосиликат.Sol-gel technology is a technology for obtaining non-metallic inorganic or hybrid-polymer materials from colloidal dispersions called sols. The starting materials for sol-gel synthesis are often metal or silicon alkoxides. The hydrolysis of such starting materials and the condensation reaction of the formed reactive substances are important basic reactions in sol-gel technology. Silicon sources particularly suitable for use in sol-gel technology are tetraalkyl orthosilicates wherein alkyl is preferably selected from the group consisting of methyl, ethyl, propyl and butyl. The most preferred tetraalkyl orthosilicate is tetraethyl orthosilicate.

Источником металла, использующимся в способе, предлагаемом в настоящем изобретении, может являться любое соединение, включающее оксид металла или содержащий металл смешанный оксид, или способное образовывать соответствующий оксид металла или смешанный оксид в результате окисления или термического и/или гидролитического разрушения. В контексте настоящего изобретения использующимися источниками металла являются источники титана (Ti), алюминия (Al) и/или железа (Fe), особенно предпочтительным является источник титана.The metal source used in the method of the present invention may be any compound comprising a metal oxide or metal-containing mixed oxide, or capable of forming the corresponding metal oxide or mixed oxide by oxidation or thermal and/or hydrolytic degradation. In the context of the present invention, metal sources used are sources of titanium (Ti), aluminum (Al) and/or iron (Fe), a titanium source is particularly preferred.

Специалист в данной области техники может свободно выбрать подходящие источники кремния и металла. В принципе, специалист в данной области техники может выбрать из числа следующих комбинаций: (а) источник кремния и источник металла оба находятся в жидкой форме, (b) источник кремния находится в твердой форме и источник металла находится в жидкой форме, (с) источник кремния и источник металла объединены с получением одного компонента. Термин "в жидкой форме" означает, что источник кремния и/или источник металла находятся в форме жидкости или раствора.A person skilled in the art is free to choose suitable sources of silicon and metal. In principle, one skilled in the art can choose from the following combinations: (a) the silicon source and the metal source are both in liquid form, (b) the silicon source is in solid form and the metal source is in liquid form, (c) the source silicon and a metal source are combined to form one component. The term "in liquid form" means that the silicon source and/or the metal source are in the form of a liquid or solution.

Источники кремния, находящиеся в твердой форме, могут быть выбраны, например, из группы, состоящей из следующих: пирогенный диоксид кремния, осажденный диоксид кремния, диоксид кремния, полученный по золь-гелевой технологии, и их смеси. Предпочтение отдается обладающему высокой чистотой диоксиду кремния, полученному путем осаждения, или пирогенному диоксиду кремния.Silica sources in solid form may be selected, for example, from the group consisting of the following: fumed silica, precipitated silica, sol-gel silica, and mixtures thereof. Preference is given to high purity precipitation silica or pyrogenic silica.

Обладающий высокой чистотой диоксид кремния, полученный путем осаждения, представляет собой диоксид кремния, полученный путем осаждения и обладающий следующими содержаниями:High purity precipitation silica is a precipitation silica having the following contents:

- алюминий: менее 1 част./млн,- aluminum: less than 1 ppm,

- бор: менее 0,1 част./млн,- boron: less than 0.1 ppm,

- кальций: менее 0,3 част./млн,- calcium: less than 0.3 ppm,

- железо: менее 0,6 част./млн,- iron: less than 0.6 ppm,

- никель: менее 0,5 част./млн,- nickel: less than 0.5 ppm,

- фосфор: менее 0,1 част./млн,- phosphorus: less than 0.1 ppm,

- титан: менее 1 част./млн,- titanium: less than 1 ppm,

- цинк: менее 0,3 част./млн,- zinc: less than 0.3 ppm,

где суммарное количество указанных выше элементов, а также натрия и калия составляет менее 5 част./млн. Такой обладающий высокой чистотой диоксид кремния можно получить, например, способом, раскрытым в WO 2010/037702.where the total amount of the above elements, as well as sodium and potassium, is less than 5 ppm. Such highly pure silica can be obtained, for example, by the method disclosed in WO 2010/037702.

Источник кремния и источник металла можно объединить с получением одного компонента по разным методикам. В случае использования в качестве источника кремния силикагеля объединение с источником металла (например, пропитку) можно провести с использованием ксеро- или гидрогеля. Примерами таких объединенных компонентов являются смешанные оксиды металлов и кремния, легированный оксидом металла диоксид кремния, пропитанный металлом диоксид кремния, силикат металла, легированный металлом тетраалкилортосиликат и их смеси. Предпочтительно, если объединенные компоненты такого типа являются аморфными. Предпочтительно, если такими объединенными компонентами являются аморфные диоксиды кремния, легированные оксидом металла, аморфные диоксиды кремния, пропитанные металлом, или аморфные смешанные оксиды металлов и кремния.The source of silicon and the source of the metal can be combined to obtain one component by different methods. In the case of using silica gel as the source of silicon, the combination with the metal source (for example, impregnation) can be carried out using a xero- or hydrogel. Examples of such combined components are mixed metal and silicon oxides, metal oxide doped silica, metal impregnated silica, metal silicate, metal doped tetraalkyl orthosilicate, and mixtures thereof. Preferably, the combined components of this type are amorphous. Preferably, such combined components are metal oxide-doped amorphous silicas, metal-impregnated amorphous silicas, or amorphous metal-silica mixed oxides.

"Аморфный смешанный оксид металла и кремния" в дополнение к SiO2 содержит один или большее количество оксидов металлов, предпочтительно выбранных из группы, состоящей из следующих: Al2O3, TiO2 и Fe2O3. Смешанные оксиды металлов и кремния можно получить по любой подходящей методике, например, с помощью пламенного пиролиза, совместного осаждения, золь-гелевой технологии. Смешанные оксиды металлов и кремния раскрыты, например, в ЕР 0814058 и DE 102007049742."Amorphous mixed oxide of metal and silicon" in addition to SiO 2 contains one or more oxides of metals, preferably selected from the group consisting of the following: Al 2 O 3 , TiO 2 and Fe 2 O 3 . Mixed oxides of metals and silicon can be obtained by any suitable technique, for example, using flame pyrolysis, co-precipitation, sol-gel technology. Mixed oxides of metals and silicon are disclosed, for example, in EP 0814058 and DE 102007049742.

"Легированный оксидом металла диоксид кремния" можно получить по нескольким методикам, хорошо известным специалистам в данной области техники, например, по методикам пламенного пиролиза или пропитки с последующим прокаливанием."Metal oxide-doped silica" can be prepared by several techniques well known to those skilled in the art, such as flame pyrolysis or impregnation followed by calcination techniques.

"Пропитанный металлом диоксид кремния" можно получить по нескольким методикам пропитки, хорошо известным специалистам в данной области техники, например, по методикам "пропитки по влагоемкости"."Metal-impregnated silica" can be prepared by several impregnation techniques well known to those skilled in the art, such as "wet capacity impregnation" techniques.

В предпочтительном варианте осуществления способа, предлагаемого в настоящем изобретении, на стадии (а) компонент (А) и компонент (В) объединяют с получением одного компонента и этот компонент выбран из группы, состоящей из следующих: аморфный смешанный оксид металла и кремния, аморфный диоксид кремния, легированный оксидом металла, аморфный диоксид кремния, пропитанный металлом, силикат металла, легированный металлом тетраалкилортосиликат и их смеси. Более предпочтительно, если компонентом (А) является аморфный диоксид кремния, легированный оксидом металла, аморфный диоксид кремния, пропитанный металлом, или аморфный смешанный оксид металла и кремния.In a preferred embodiment of the method of the present invention, in step (a), component (A) and component (B) are combined to form one component, and this component is selected from the group consisting of the following: amorphous mixed oxide of metal and silicon, amorphous dioxide silicon doped with metal oxide, amorphous silicon dioxide impregnated with metal, metal silicate, metal doped tetraalkyl orthosilicate, and mixtures thereof. More preferably, component (A) is a metal oxide doped amorphous silica, a metal impregnated amorphous silica, or an amorphous metal-silica mixed oxide.

В другом предпочтительном варианте осуществления способа, предлагаемого в настоящем изобретении, на стадии (а) компонент (А) находится в твердой форме и компонент (В) находится в жидкой форме. В это случае более предпочтительно, если компонент (А) выбран из группы, состоящей из следующих: пирогенный диоксид кремния, осажденный диоксид кремния, диоксид кремния, полученный по золь-гелевой технологии, и их смеси. В это случае наиболее предпочтительно, если компонентом (А) является обладающий высокой чистотой диоксид кремния, полученный путем осаждения пирогенного диоксида кремния.In another preferred embodiment of the method of the present invention, in step (a), component (A) is in solid form and component (B) is in liquid form. In this case, it is more preferable that component (A) is selected from the group consisting of the following: fumed silica, precipitated silica, sol-gel silica, and mixtures thereof. In this case, it is most preferred that the component (A) is a highly pure silica obtained by precipitating fumed silica.

Водная суспензия продукта реакции 1, содержащая неочищенный пористый кристаллический силикат металла, обладает содержанием твердых веществ, составляющим ≤70 мас.%. Содержание твердых веществ, СТВ (мас.%), можно рассчитать на основании полной массы этой суспензии (Мс) и массы воды, содержащейся в этой суспензии (Мн2о):The aqueous slurry of reaction product 1 containing the crude porous crystalline metal silicate has a solids content of ≦70% by weight. The solids content, PTS (wt.%), can be calculated from the total mass of this suspension (M c ) and the mass of water contained in this suspension (M h2o ):

СТВ=(МсН2о)/Мс×100%STV=(M s -M H2o )/M s ×100%

Предпочтительно, если содержание твердых веществ находится в диапазоне от 10 до 70 мас.%; более предпочтительно в диапазоне от 10 до 60 мас.%; наиболее предпочтительно в диапазоне от 20 до 50 мас.%. Содержание твердых веществ, превышающее 70 мас.%, приводит к техническим затруднениям во время проведения пламенного распылительного пиролиза на стадии (b) способа, предлагаемого в настоящем изобретении, тогда как содержание твердых веществ, составляющее менее 10 мас.%, оказывает неблагоприятное воздействие на рентабельность способа вследствие чрезмерно большого количества воды, которую необходимо выпаривать. Специалисту в данной области техники известны методики регулирования содержания твердых веществ; например, можно использовать реагенты при подходящих концентрациях или суспензию можно разбавить.Preferably, if the solids content is in the range from 10 to 70 wt.%; more preferably in the range from 10 to 60 wt.%; most preferably in the range of 20 to 50% by weight. A solids content in excess of 70 wt.% leads to technical difficulties during flame spray pyrolysis in stage (b) of the method proposed in the present invention, while a solids content of less than 10 wt.% has an adverse effect on profitability method due to an excessively large amount of water that must be evaporated. Those skilled in the art are familiar with solids control techniques; for example, the reagents may be used at suitable concentrations, or the suspension may be diluted.

Пламенный распылительный пиролизFlame spray pyrolysis

Термин "пламенный распылительный пиролиз" хорошо известен специалистам в данной области техники и он означает реакцию термоокислительного превращения жидкого исходного вещества, мелкораспыленного в потоке газа, проводимую путем распыления суспензии в пламя, образующееся при сгорании топлива, в присутствии кислорода. Пламенный распылительный пиролиз является известным способом получения оксидов металлов, описанным, например, в WO 2017/001366 А1 и US 2002/0041963 А1. Так, например, в WO 2017/001366 А1 раскрыт способ такого типа, предназначенный для получения порошкообразных оксидов металлов с помощью пламенного распылительного пиролиза, в котором содержащий силоксан аэрозоль вводят непосредственно в пламя в реакторе, в котором он превращается в диоксид кремния.The term "flame spray pyrolysis" is well known to those skilled in the art and means a thermo-oxidative conversion reaction of a liquid precursor finely atomized in a gas stream by spraying a slurry into a fuel combustion flame in the presence of oxygen. Flame spray pyrolysis is a known process for the production of metal oxides, described for example in WO 2017/001366 A1 and US 2002/0041963 A1. For example, WO 2017/001366 A1 discloses a process of this type for the production of powdered metal oxides by flame spray pyrolysis, in which an aerosol containing siloxane is injected directly into a flame in a reactor in which it is converted to silicon dioxide.

Для проведения способа пламенного распылительного пиролиза, предлагаемого в настоящем изобретении, необходимо использование горючего топлива. Примеры такого топлива включают водород, метан, этан, пропан, бутан, влажный, сухой или синтетический природный газ (ПГ) и их смеси. Предпочтительно, если топливо подают в реактор в газообразном состоянии. Однако если в качестве топлива используют метан, этан, пропан, бутан, влажный, сухой или синтетический природный газ (ПГ), то количество водной суспензии, распыляемой в пламя, необходимо уменьшить по сравнению со случаем использования водорода в качестве топлива. Соответственно, в способах пламенного распылительного пиролиза, предлагаемых в настоящем изобретении, в качестве топлива предпочтительно использовать водород, чтобы обеспечить равномерную температуру пламени и подходящий профиль вязкости.To carry out the method of flame spray pyrolysis proposed in the present invention requires the use of combustible fuel. Examples of such fuels include hydrogen, methane, ethane, propane, butane, wet, dry or synthetic natural gas (NG) and mixtures thereof. Preferably, the fuel is fed into the reactor in a gaseous state. However, if methane, ethane, propane, butane, wet, dry or synthetic natural gas (NG) is used as fuel, then the amount of aqueous slurry sprayed into the flame must be reduced compared to using hydrogen as fuel. Accordingly, in the flame spray pyrolysis processes of the present invention, it is preferable to use hydrogen as a fuel in order to provide a uniform flame temperature and a suitable viscosity profile.

Кислород можно подавать в реактор в виде любого газа, содержащего кислород. В контексте настоящего изобретения предпочтение отдается использованию воздуха.Oxygen can be supplied to the reactor in the form of any gas containing oxygen. In the context of the present invention, preference is given to the use of air.

Средняя продолжительность пребывания материала суспензии, полученной на стадии (а), в реакторе во время проведения стадии (b), может составлять от 1 мс до 100 с. Предпочтительно, если средняя продолжительность пребывания находится в диапазоне от 0,1 до 10 с; более предпочтительно в диапазоне от 0,5 до 5 с. Расчет указанной выше средней продолжительности пребывания в реакторе (<t>, [с]) проводят с использованием значений для полного объема газа, подаваемого в реактор в единицу времени (Vt, [м3/с (СТД (стандартные температура и давление))]) и объема реактора (VR, [м3]). <t> = VR/Vt. На стадии (b) способа, предлагаемого в настоящем изобретении, среднюю продолжительность пребывания выбирают таким образом, чтобы на этой стадии произошло окислительное разрушение органического остатка, но не произошло повреждение пористой структуры полученного продукта.The average residence time of the slurry material obtained in step (a) in the reactor during step (b) may be from 1 ms to 100 s. Preferably, if the average residence time is in the range from 0.1 to 10 s; more preferably in the range of 0.5 to 5 s. The calculation of the above average residence time in the reactor (<t>, [s]) is carried out using the values for the total volume of gas supplied to the reactor per unit time (Vt, [m 3 /s (STD (standard temperature and pressure))] ) and reactor volume (VR, [m 3 ]). <t> = VR/Vt. In step (b) of the process of the present invention, the average residence time is chosen such that oxidative degradation of the organic residue occurs at this step, but the pore structure of the resulting product is not damaged.

Водную суспензию, полученную на стадии (а) способа, предлагаемого в настоящем изобретении, распыляют во время проведения стадии (b), т.е. мелко распыляют в окружающем газе, и, таким образом, получают аэрозоль, трехфазную смесь твердое вещество/жидкость/газ, содержащую газ с мелкораспыленными в нем капельками жидкости, которые, в свою очередь, содержат твердые частицы. Газ, использующийся для распыления водной суспензии, может включать кислород и/или по меньшей мере одно из указанных выше топлив, и/или по меньшей мере один инертный газ, например, азот. Предпочтение отдается использованию N2, Н2 или воздуха, особое предпочтение отдается использованию воздуха.The aqueous suspension obtained in step (a) of the method of the present invention is sprayed during step (b), i.e. is finely atomized in the surrounding gas, and thus an aerosol is obtained, a three-phase solid/liquid/gas mixture containing a gas with liquid droplets finely atomized therein, which in turn contain solid particles. The gas used to spray the aqueous slurry may include oxygen and/or at least one of the above fuels and/or at least one inert gas such as nitrogen. Preference is given to the use of N 2 , H 2 or air, particular preference is given to the use of air.

Аэрозоль, образовавшийся на стадии (b) при распылении водной суспензии, предпочтительно содержит капельки жидкости, обладающие среднечисловым диаметром, равным не более 2 мм, более предпочтительно не более 1 мм, наиболее предпочтительно не более 0,5 мм. Среднечисловой диаметр капелек жидкости, содержащихся в аэрозоле, зависит от размеров использующейся установки, соответствующих скоростей потоков, характеристик жидкости и газа и других параметров, и специалисты в данной области техники могут его рассчитать с помощью численного моделирования с использованием стандартного программного обеспечения для моделирования (например, Ansys Fluent). Альтернативно, среднечисловой диаметр капелек, содержащихся в аэрозоле, образовавшемся на стадии (b), можно определить непосредственно с помощью дифракции лазерного излучения. Полученное распределение капелек по размерам используют для определения медианного размера d50, который отражает такой размер капельки, который не превышает 50% всех капелек, и является среднечисловым диаметром капелек.The aerosol formed in step (b) by spraying the aqueous suspension preferably contains liquid droplets having a number average diameter of at most 2 mm, more preferably at most 1 mm, most preferably at most 0.5 mm. The number average diameter of the liquid droplets contained in the aerosol depends on the size of the plant used, the respective flow rates, liquid and gas characteristics, and other parameters, and can be calculated by those skilled in the art by numerical simulation using standard simulation software (e.g., Ansys Fluent). Alternatively, the number average diameter of the droplets contained in the aerosol formed in step (b) can be determined directly by laser diffraction. The resulting droplet size distribution is used to determine the median size d50, which reflects a droplet size that does not exceed 50% of all droplets and is the number average droplet diameter.

Распыление водной суспензии, которое проводят на стадии (b) способа, предлагаемого в настоящем изобретении, можно осуществить с помощью разных установок и приборов, хорошо известных специалистам в данной области техники. Так, например, можно использовать дисковые распылители, центробежные распылители, ультразвуковые распылители, однофазные, двухфазные или многофазные сопла и разные системы для впрыскивания или сходные системы. Предпочтительно, если на стадии (b) способа, предлагаемого в настоящем изобретении, водную суспензию распыляют в пламя по меньшей мере через одно сопло.The spraying of the aqueous suspension, which is carried out in step (b) of the method of the present invention, can be carried out using various installations and devices well known to those skilled in the art. Thus, for example, disk atomizers, centrifugal atomizers, ultrasonic atomizers, single-phase, two-phase or multi-phase nozzles, and different injection systems or similar systems can be used. Preferably, in step (b) of the method of the present invention, the aqueous suspension is sprayed into the flame through at least one nozzle.

Кислород, необходимый для проведения стадии (b) способа, предлагаемого в настоящем изобретении, можно подавать в реактор для пламенного распылительного пиролиза в нескольких положениях. Так, например, суспензию можно распылять в первый поток газа, содержащий воздух, тогда как наиболее значительную часть воздуха (первичный воздух) подают в пламя в виде второго потока газа параллельно направлению потока суспензии, и третий поток газа (вторичный воздух) можно подавать под углом (например, перпендикулярно направлению потока суспензии), например, для предотвращения образования отложений материала. Аналогичным образом, благоприятной может являться подача топлива в реактор в нескольких положениях, например, главный поток (поток первичного топлива) можно подавать вместе с потоком первичного воздуха и второй поток (поток вторичного топлива, наружного топлива) можно подавать, например, для стабилизации пламени.The oxygen required for carrying out step (b) of the method of the present invention can be supplied to the flame spray pyrolysis reactor at several positions. Thus, for example, the suspension can be sprayed into the first gas stream containing air, while the most significant part of the air (primary air) is supplied to the flame in the form of a second gas stream parallel to the direction of the suspension flow, and the third gas stream (secondary air) can be supplied at an angle (for example, perpendicular to the direction of flow of the suspension), for example, to prevent the formation of material deposits. Similarly, it may be advantageous to supply fuel to the reactor at several positions, for example, the main stream (primary fuel stream) can be supplied together with the primary air stream and the second stream (secondary fuel stream, external fuel) can be supplied, for example, to stabilize the flame.

Особенно предпочтительно, если при проведении стадии (b) способа, предлагаемого в настоящем изобретении, количество кислорода является избыточным по отношению к полному количеству всех горючих компонентов реакционной смеси. Реакционная смесь означает суспензию, подвергающуюся превращению на стадии (b), вместе с газообразными компонентами, использующимися на стадии (b). Горючие компоненты этой реакционной смеси включают, например, использующиеся топливо и матрицы. Показатель λ (лямбда) описывает отношение количества кислорода, содержащегося в реакционной смеси, к количеству кислорода, необходимому для завершения сгорания всех горючих компонентов, содержащихся в реакционной смеси, все количества указаны в моль/ч. Предпочтительно, если значение показателя λ установлено так, что оно находится в диапазоне от 1 до 10; более предпочтительно, от 2 до 6.It is particularly preferred if, during step (b) of the process according to the invention, the amount of oxygen is in excess of the total amount of all combustible components of the reaction mixture. The reaction mixture means the suspension undergoing conversion in step (b) together with the gaseous components used in step (b). The combustible components of this reaction mixture include, for example, the fuels and matrices used. The index λ (lambda) describes the ratio of the amount of oxygen contained in the reaction mixture to the amount of oxygen required to complete the combustion of all combustible components contained in the reaction mixture, all quantities are indicated in mol/h. Preferably, if the value of the exponent λ is set so that it is in the range from 1 to 10; more preferably 2 to 6.

Кислород и топливо, использующиеся во время проведения стадии (b) способа, предлагаемого в настоящем изобретении, можно подавать в предварительно нагретом виде. Подходящий диапазон температур составляет от 50 до 400°С. Суспензию, полученную на стадии (а) способа, предлагаемого в настоящем изобретении, также можно подавать в пламя предварительно нагретой до температуры, равной от 50 до 300°С. Более предпочтительно, если для проведения пламенного распылительного пиролиза в соответствии со стадией (b) суспензию, полученную на стадии (а) способа, предлагаемого в настоящем изобретении, можно использовать непосредственно после получения, т.е. без охлаждения.Oxygen and fuel used during step (b) of the method of the present invention may be supplied in preheated form. A suitable temperature range is from 50 to 400°C. The slurry obtained in step (a) of the method of the present invention can also be fed into the flame preheated to a temperature of 50 to 300°C. More preferably, the slurry obtained in step (a) of the method of the present invention can be used directly after production, i. without cooling.

Отношение полного объема газа, использующегося на стадии (b), выраженное в стандартных кубических метрах, к количеству использующейся водной суспензии, выраженному в кг, предпочтительно составляет от 0,1 до 100 м3 (СТД)/кг, более предпочтительно от 0,5 до 50 м3 (СТД)/кг, наиболее предпочтительно от 1 до 10 м3 (СТД)/кг.The ratio of the total volume of gas used in step (b), expressed in standard cubic meters, to the amount of aqueous suspension used, expressed in kg, is preferably from 0.1 to 100 m 3 (STD) / kg, more preferably from 0.5 up to 50 m 3 (STD)/kg, most preferably from 1 to 10 m 3 (STD)/kg.

Порошкообразный пористый кристаллический силикат металла, получаемый способом, предлагаемым в настоящем изобретении, предпочтительно обладает цеолитной структурой. Цеолиты представляют собой кристаллические силикаты, например, алюмосиликаты, в которых трехмерное соединение силикатных тетраэдров (SiO4 -) и других структурных фрагментов (например, тетраэдров AlO4 -) через атомы кислорода обеспечивает получение регулярных структур, содержащих каналы и поры. Существуют разные типы цеолитов, которые называют в соответствии с типом их структуры. Общие сведения, относящиеся к цеолитам, в особенности, к типам кристаллических структур известных цеолитов, приведены в публикации Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, chapter "Zeolites", опубл. в интернете 15.04.2012, DOI: 10.1002/14356007.a28 475.pub2.The powdered porous crystalline metal silicate produced by the method of the present invention preferably has a zeolite structure. Zeolites are crystalline silicates, for example, aluminosilicates, in which the three-dimensional connection of silicate tetrahedra (SiO 4 - ) and other structural fragments (for example, AlO 4 - tetrahedra) through oxygen atoms provides regular structures containing channels and pores. There are different types of zeolites, which are named according to the type of their structure. General information relating to zeolites, in particular, to the types of crystal structures of known zeolites, is given in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, chapter "Zeolites", publ. on the Internet 15.04.2012, DOI: 10.1002/14356007.a28 475.pub2.

Предпочтительно, если порошкообразный пористый кристаллический силикат металла, получаемый способом, предлагаемым в настоящем изобретении, обладает цеолитной структурой и кристаллической структурой типа LTA, MFI, FAU, MOR, MEL или MWW. Наиболее предпочтительно, если порошкообразный пористый кристаллический силикат металла, получаемый способом, предлагаемым в настоящем изобретении, обладает цеолитной структурой типа MFI или MEL. Тип кристаллической структуры можно определить с помощью структурного анализа с использованием рентгенографии (РГГ). Типы структур микро- и мезопористых цеолитных материалов утверждены Международной цеолитной ассоциацией (IZA, www.iza-online.org).Preferably, the powdered porous crystalline metal silicate obtained by the method of the present invention has a zeolite structure and a crystal structure of the LTA, MFI, FAU, MOR, MEL or MWW type. Most preferably, the powdered porous crystalline metal silicate produced by the process of the present invention has a zeolite structure of the MFI or MEL type. The type of crystal structure can be determined by structural analysis using X-ray diffraction (XRG). Structure types of micro- and mesoporous zeolite materials are approved by the International Zeolite Association (IZA, www.iza-online.org).

Предпочтительно, если порошкообразный пористый кристаллический силикат металла, получаемый способом, предлагаемым в настоящем изобретении, содержит микро- и мезопоры. В соответствии с определением IUPAC (Международный союз теоретической и прикладной химии) микропоры обладают диаметром, равным менее, 2 нм, и мезопоры обладают диаметром, равным от 2 до 50 нм.Preferably, the powdered porous crystalline metal silicate produced by the method of the present invention contains micro- and mesopores. According to the IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) definition, micropores have a diameter of less than 2 nm and mesopores have a diameter of 2 to 50 nm.

Обычный состав порошкообразных пористых кристаллических силикатов металлов в большинстве случаев является следующим:The usual composition of powdered porous crystalline metal silicates in most cases is as follows:

(SiO2)1-x(AmOn)x,(SiO 2 ) 1-x (A m O n ) x ,

А обозначает элемент, обладающий валентностью р, выбранный из группы, состоящей из следующих Ti, Al и Fe; m и n обозначают количества атомов, где m×р равно 2n; х обозначает число, равное от 0,0001 до 0,25, предпочтительно от 0,001 до 0,2 и особенно предпочтительно от 0,005 до 0,1. В случае нескольких разных металлов А, х означает полное суммарное количеству всех оксидов металлов соответственно. Предпочтительно, если А выбран из числа следующих титан (Ti), алюминий (Al), железо (Fe), особое предпочтение отдается титану (Ti).And denotes an element having a valence p, selected from the group consisting of the following Ti, Al and Fe; m and n denote the number of atoms, where m×p is equal to 2n; x is a number from 0.0001 to 0.25, preferably from 0.001 to 0.2 and particularly preferably from 0.005 to 0.1. In the case of several different metals A, x means the total amount of all metal oxides, respectively. Preferably, if A is selected from titanium (Ti), aluminum (Al), iron (Fe), particular preference is given to titanium (Ti).

Предпочтительно, если порошкообразным пористым кристаллическим силикатом металла, получаемым способом, предлагаемым в настоящем изобретении, является силикат титана, алюмосиликат или силикат железа. Особое предпочтение отдается силикату титана, в особенности, силикалиту титана-1 (структура типа MFI) и силикалиту титана-2 (структура типа MEL).Preferably, the porous crystalline metal silicate powder obtainable by the method of the present invention is titanium silicate, aluminosilicate or iron silicate. Particular preference is given to titanium silicate, in particular titanium-1 silicalite (MFI type structure) and titanium-2 silicalite (MEL type structure).

Медианный диаметр частиц (d50) силиката металла, содержащегося в водной дисперсии, которая получена на стадии (а) способа, предлагаемого в настоящем изобретении, предпочтительно равен менее 500 нм и более предпочтительно менее 400 нм. Медианный диаметр частиц силиката металла можно определить, например, с помощью динамического лазерного светорассеяния (ДСР).The median particle diameter (d50) of the metal silicate contained in the aqueous dispersion obtained in step (a) of the method of the present invention is preferably less than 500 nm, and more preferably less than 400 nm. The median particle diameter of the metal silicate can be determined, for example, using dynamic laser light scattering (DLS).

Порошкообразные пористые кристаллические силикаты металлов, полученные способом, предлагаемым в настоящем изобретении, могут обладать удельной площадью поверхности, составляющей ≥20 м2/г, предпочтительно от 30 до 800 м2/г, более предпочтительно от 50 до 700 м2/г, наиболее предпочтительно от 70 до 600 м2/г. Удельную площадь поверхности, также называющуюся просто БЭТ-поверхностью, определяют в соответствии со стандартом DIN 9277:2014 по адсорбции азота в соответствии с методикой Брунауэра-Эммета-Теллера. Суммарный объем пор, измеренный по десорбции азота, и объем микропор рассчитывают по методике БДХ (Баррета-Джойнера-Халенды) (BARRETT, JOYNER and HALENDA, Journal of the American Chemical Society, 73:373-380, 1951).Powdered porous crystalline metal silicates obtained by the method of the present invention may have a specific surface area of ≥20 m 2 /g, preferably from 30 to 800 m 2 /g, more preferably from 50 to 700 m 2 /g, most preferably 70 to 600 m 2 /g. The specific surface area, also simply referred to as the BET surface, is determined according to DIN 9277:2014 on nitrogen adsorption according to the Brunauer-Emmett-Teller method. Total pore volume, measured by nitrogen desorption, and micropore volume are calculated by the BDH (Barrett-Joyner-Halenda) method (BARRETT, JOYNER and HALENDA, Journal of the American Chemical Society, 73:373-380, 1951).

Потери при прокаливании (выраженные в мас.%) определены в стандарте DIN 18128:2002-12, как показатель доли органических веществ в образце. В ходе процедуры озоления происходит удаление органического компонента, содержащегося в образце; например, содержащийся углерод окисляется и выделяется в виде диоксида углерода. Потери при прокаливании порошкообразного пористого кристаллического силиката металла, полученного способом, предлагаемым в настоящем изобретении, определенные в соответствии со стандартом DIN 18128:2002-12, предпочтительно составляют менее 5 мас.%, более предпочтительно менее 3 мас.%, наиболее предпочтительно менее 2 мас.%.Loss on ignition (expressed in wt%) is defined in DIN 18128:2002-12 as an indication of the proportion of organic matter in a sample. During the ashing procedure, the organic component contained in the sample is removed; for example, contained carbon is oxidized and released as carbon dioxide. Loss on ignition of the powdered porous crystalline metal silicate obtained by the method of the present invention, determined in accordance with DIN 18128:2002-12, is preferably less than 5 wt.%, more preferably less than 3 wt.%, most preferably less than 2 wt. .%.

В предпочтительном варианте осуществления настоящее изобретение относится к способу, в котором пористый кристаллический силикат металла обладает цеолитной структурой типа MFI.In a preferred embodiment, the present invention relates to a process in which the porous crystalline metal silicate has an MFI type zeolite structure.

В другом предпочтительном варианте осуществления настоящее изобретение относится к способу, в котором вспомогательный компонент (С) выбран из группы, состоящей из следующих: четвертичные гидроксиды аммония, диамины, диолы и их смеси, и в котором источником металла (В) является источник титана (Ti).In another preferred embodiment, the present invention relates to a process in which the auxiliary component (C) is selected from the group consisting of the following: quaternary ammonium hydroxides, diamines, diols and mixtures thereof, and in which the source of metal (B) is a source of titanium (Ti ).

В другом предпочтительном варианте осуществления настоящее изобретение относится к способу, в котором вспомогательный компонент (С) выбран из группы, состоящей из следующих: гидроксид тетраэтиламмония, гидроксид тетрапропиламмония, гидроксид тетрабутиламмония, гидроксид тетрапентиламмония, 1,6-диаминогексан, 1,2-пентандиол и их смеси, и в котором источником металла (В) является источник титана (Ti).In another preferred embodiment, the present invention relates to a process in which the auxiliary component (C) is selected from the group consisting of the following: tetraethylammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide, tetrapentylammonium hydroxide, 1,6-diaminohexane, 1,2-pentanediol and mixtures thereof, and in which the source of the metal (B) is the source of titanium (Ti).

В другом предпочтительном варианте осуществления настоящее изобретение относится к способу, в котором вспомогательным компонентом (С) является гидроксид тетрапропиламмония, и в котором источником металла (В) является источник титана (Ti), и в котором пористый кристаллический силикат титана обладает цеолитной структурой типа MFI.In another preferred embodiment, the present invention relates to a method in which the auxiliary component (C) is tetrapropylammonium hydroxide, and in which the source of metal (B) is a source of titanium (Ti), and in which the porous crystalline titanium silicate has an MFI type zeolite structure.

В другом предпочтительном варианте осуществления настоящее изобретение относится к способу, в которомIn another preferred embodiment, the present invention relates to a method in which

- компонент (А) выбран из группы, состоящей из следующих: пирогенный диоксид кремния, осажденный диоксид кремния, диоксид кремния, полученный по золь-гелевой технологии, и их смеси,- component (A) is selected from the group consisting of the following: fumed silica, precipitated silica, sol-gel silica, and mixtures thereof,

и в которомand in which

- источником металла (В) является источник титана (Ti),- the source of the metal (B) is the source of titanium (Ti),

и в которомand in which

- вспомогательный компонент (С) выбран из группы, состоящей из следующих: органические основания, четвертичные гидроксиды аммония и их смеси, и в котором- the auxiliary component (C) is selected from the group consisting of the following: organic bases, quaternary ammonium hydroxides and mixtures thereof, and in which

- пористый кристаллический силикат металла обладает цеолитной структурой типа MFI или MEL, и в котором- porous crystalline metal silicate has a zeolite structure of the MFI or MEL type, and in which

- топливом, использующимся для пламенного распылительного пиролиза, является водород.- the fuel used for flame spray pyrolysis is hydrogen.

В другом предпочтительном варианте осуществления настоящее изобретение относится к способу, в которомIn another preferred embodiment, the present invention relates to a method in which

- компонент (А) и компонент (В) объединяют с получением одного компонента и этот компонент выбран из группы, состоящей из следующих: аморфный смешанный оксид металла и кремния, аморфный диоксид кремния, легированный оксидом металла, аморфный диоксид кремния, пропитанный металлом, силикат металла, легированный металлом тетраалкилортосиликат и их смеси,- component (A) and component (B) are combined to form one component, and this component is selected from the group consisting of the following: amorphous mixed oxide of metal and silicon, amorphous silicon dioxide doped with metal oxide, amorphous silicon dioxide impregnated with metal, metal silicate , metal-doped tetraalkyl orthosilicate and mixtures thereof,

и в которомand in which

- источником металла (В) является источник титана (Ti),- the source of the metal (B) is the source of titanium (Ti),

и в которомand in which

- вспомогательный компонент (С) выбран из группы, состоящей из следующих: органические основания, четвертичные гидроксиды аммония и их смеси,- the auxiliary component (C) is selected from the group consisting of the following: organic bases, quaternary ammonium hydroxides and mixtures thereof,

и в которомand in which

- пористый кристаллический силикат металла обладает цеолитной структурой типа MFI или MEL,- porous crystalline metal silicate has a zeolite structure of the MFI or MEL type,

и в которомand in which

- топливом, использующимся для пламенного распылительного пиролиза, является водород.- the fuel used for flame spray pyrolysis is hydrogen.

Максимальная эффективная температура, Тэфф. Maximum effective temperature, T eff.

Максимальная эффективная температура, Тэфф, является максимальной температурой, до которой во время пламенного пиролиза нагревается пористый кристаллический силикат металла в каждой из капелек, полученных на стадии (b). Максимальная эффективная температура, Тэфф, зависит от ряда переменных, таких как размеры использующейся установки, скорости потоков, характеристики жидкости и газа и т.п. Ее рассчитывают с помощью стандартного молекулярно-динамического моделирования (например, с помощью программного обеспечения Ansys Fluent), как это описано ниже.The maximum effective temperature, T eff , is the maximum temperature to which the porous crystalline metal silicate in each of the droplets obtained in step (b) is heated during flame pyrolysis. The maximum effective temperature, T eff , depends on a number of variables such as the size of the plant used, flow rates, liquid and gas characteristics, and the like. It is calculated using standard molecular dynamics modeling (eg Ansys Fluent software) as described below.

В соответствии с настоящим изобретением максимальную эффективную температуру, Тэфф, до которой во время пламенного пиролиза нагревается не менее 90 мас.% пористого кристаллического силиката металла, регулируют таким образом, что окислительное разрушение органического вещества, содержащегося в продукте реакции 1, протекает в основном полностью (т.е. удалено >70%, предпочтительно >90% органического вещества, содержащегося в продукте реакции 1), но не происходит повреждение пористой структуры продукта.In accordance with the present invention, the maximum effective temperature, T eff , to which at least 90 wt.% of the porous crystalline metal silicate is heated during flame pyrolysis, is regulated in such a way that the oxidative destruction of the organic matter contained in the reaction product 1 proceeds essentially completely (ie removed >70%, preferably >90% of the organic matter contained in the reaction product 1), but there is no damage to the porous structure of the product.

Для обеспечения этого условия максимальную эффективную температуру, Тэфф, необходимо регулировать следующим образом: Тмин.эфф.<Тмакс, где Тмин.=750°С и Тмакс=1250°С,To ensure this condition, the maximum effective temperature, T eff , must be adjusted as follows: T min. <T eff .<T max , where T min. =750°C and T max =1250°C,

в предпочтительных вариантах осуществления Тмин. и Тмакс. выбраны таким образом, что Тмин=800°С и Тмакс=1200°С,in preferred embodiments, T min . and T max. selected so that T min =800°C and T max =1200°C,

в других предпочтительных вариантах осуществления Тмин. и Тмакс. выбраны таким образом, что Тмин=850°С и Тмакс=1100°С.in other preferred embodiments, T min. and T max. selected so that T min =850°C and T max =1100°C.

Расчет Тэфф с помощью стандартного молекулярно-динамического моделирования (например, с помощью программного обеспечения Ansys Fluent).Calculation of T eff using standard molecular dynamics simulation (eg Ansys Fluent software).

Описанное ниже моделирование можно провести с помощью стандартного программного обеспечения для моделирования (например, Ansys Fluent), таким образом, можно облегчить расчет эффективной температуры, до которой нагревается пористый кристаллический силикат металла, содержащийся в каждой из множества капелек, проходящих через зону пламенного пиролиза. Максимальная температура, полученная для каждой капельки, является максимальной эффективной температурой, Тэфф., до которой нагревается пористый кристаллический силикат металла, содержащийся в этой капельке. В соответствии с настоящим изобретением максимальную эффективную температуру, Тэфф., до которой во время пламенного пиролиза нагревается не менее 90 мас.% пористого кристаллического силиката металла, необходимо регулировать следующим образом: Тмин.эфф.<Тмакс. При проведении моделирования необходимо учитывать наличие в капельках воды, силиката и остаточных органических компонентов.The simulation described below can be performed using standard simulation software (eg Ansys Fluent), thus, it is possible to facilitate the calculation of the effective temperature to which the porous crystalline metal silicate contained in each of the many droplets passing through the flame pyrolysis zone is heated. The maximum temperature obtained for each droplet is the maximum effective temperature, T eff ., to which the porous crystalline metal silicate contained in that droplet is heated. In accordance with the present invention, the maximum effective temperature, T eff ., to which at least 90 wt.% of the porous crystalline metal silicate is heated during flame pyrolysis, must be controlled as follows: T min. <T eff .<T max. When modeling, it is necessary to take into account the presence of water, silicate, and residual organic components in droplets.

Непрерывная фаза (газовая):Continuous phase (gas):

При проведении моделирования газовую фазу рассматривают, как идеальные газы. Теплопроводность, вязкость и теплоемкость, ср, смесей газов рассчитывают с использованием закона смешения при известном массовом составе. Используют характеристики чистых компонентов (например, Н2, Н2О (пар), СО2, О2, N2), приведенные в базах данных для материалов (например, в базе данных Ansys Fluent). Коэффициент диффузии массы для каждого компонента, содержащегося в газовой фазе, рассчитывают на основании кинетической теории газов, все необходимые параметры приведены в общедоступных базах данных для материалов (например, в базе данных Ansys Fluent). В качестве исходных переменных используют массовую скорость потока топлива и массовую скорость потока воздуха. Для учета турбулентности используют стандартную модель k-s. Для моделирования излучения в газовой фазе используют модель дискретных ординат с угловой дискретностью, например, разделения тета: 4; разделения фи: 4; тета-пиксели: 1; фи-пиксели: 1; стенка: непрозрачная, внутренняя излучающая способность: 1; коэффициент теплообмена с окружающей средой: например, 5 Вт/м2/K; температура окружающей среды: например, 300 K. Модель сгорания: конечная скорость (одна стадия)/турбулентное рассеивание. Так, например, при использовании Н2 в качестве компонента топлива: Н2 + 0,5 О2 → Н2О; кинетика протекания реакции: константа скорости Аррениуса: предэкспоненциальный множитель = 9,87×108, энергия активации = 3,1×107 Дж/кмоль, показатель степени для Н2 и О2 составляет 1, для Н2О он составляет 0. Состав при смешивании: А=4, В=0,5. Дисперсная фаза (частица):When performing simulations, the gas phase is considered as ideal gases. The thermal conductivity, viscosity and heat capacity, c p , of gas mixtures are calculated using the mixing law with a known mass composition. Use the characteristics of the pure components (eg H 2 , H 2 O (steam), CO 2 , O 2 , N 2 ) given in the material databases (eg Ansys Fluent database). The mass diffusion coefficient for each component contained in the gas phase is calculated based on the kinetic theory of gases, all necessary parameters are given in public databases for materials (for example, in the Ansys Fluent database). The mass flow rate of the fuel and the mass flow rate of the air are used as initial variables. To account for turbulence, the standard model ks is used. To model radiation in the gas phase, a model of discrete ordinates with angular discreteness is used, for example, theta division: 4; divisions phi: 4; theta pixels: 1; fi-pixels: 1; wall: opaque, internal emissivity: 1; coefficient of heat exchange with the environment: for example, 5 W/m 2 /K; ambient temperature: eg 300 K. Combustion model: final velocity (one stage)/turbulent dispersion. So, for example, when using H 2 as a fuel component: H 2 + 0.5 O 2 → H 2 O; reaction kinetics: Arrhenius rate constant: pre-exponential factor = 9.87×10 8 , activation energy = 3.1×10 7 J/kmol, exponent for H 2 and O 2 is 1, for H 2 O it is 0. Mixing composition: A=4, B=0.5. Dispersed phase (particle):

Частицы/характеристики: Плотность частиц, ρр, и ср частиц рассчитывают с использованием закона смешения для всех компонентов. Энергии активации, если они не приведены в базе данных, можно получить путем аппроксимации данных, полученных в экспериментах, проводимых с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Теплоту реакции Нреакц. можно рассчитать с использованием значении энтальпии в стандартном состоянии и ср.Particles/characteristics: Particle density, ρ p , and c p particles are calculated using the law of mixing for all components. Activation energies, if they are not listed in the database, can be obtained by fitting data obtained in experiments conducted using differential scanning calorimetry (DSC). Heat of reaction N reaction . can be calculated using the enthalpy value in the standard state and with p .

Движение частицы:Particle motion:

Траектории частицы рассчитывают с использованием подхода Эйлера-Лагранжа, так называемой модели дискретной фазы (МДФ) (например, с помощью программного обеспечения Ansys Fluent), которую используют в качестве решающей программы для моделирования. Жидкую фазу рассматривают, как непрерывную, и решают уравнения Навье-Стокса, тогда как дисперсную фазу моделируют путем отслеживания большого количества частиц на рассчитанном поле потока. Между дисперсной фазой и жидкой фазой происходит обмен импульсом, массой и энергией. Поскольку дисперсная фаза в этом случае представляет собой обладающую меньшим объемом фракцию, взаимодействием между частицами можно пренебречь.Particle trajectories are calculated using an Euler-Lagrange approach, the so-called discrete phase model (DPM) (eg, using Ansys Fluent software), which is used as a solver for the simulation. The liquid phase is treated as continuous and the Navier-Stokes equations are solved, while the dispersed phase is modeled by tracking a large number of particles in the calculated flow field. Between the dispersed phase and the liquid phase there is an exchange of momentum, mass and energy. Since the dispersed phase in this case is a fraction with a smaller volume, the interaction between the particles can be neglected.

Траекторию находящейся в дискретной фазе частицы предварительно рассчитывают путем интегрирования уравнения для равновесия сил, действующих на частицу, которое записано в системе координат Лагранжа. В этом уравнении для равновесия сил уравнивают инерцию частицы и силы, действующие на частицу, и его можно записать следующим образом:The trajectory of a particle in a discrete phase is preliminarily calculated by integrating the equation for the balance of forces acting on the particle, which is written in the Lagrange coordinate system. In this equation for the balance of forces, the inertia of the particle and the forces acting on the particle are equalized, and it can be written as follows:

где обозначает дополнительное ускорение (сила/единица массы частицы), обозначает силу сопротивления в пересчете на единицу массы частицы и:Where denotes additional acceleration (force/unit mass of the particle), denotes the drag force per unit mass of the particle and:

τr обозначает время релаксации частицы, обозначает скорость жидкой фазы, обозначает скорость частицы, μ обозначает вязкость жидкости и dp обозначает диаметр частицы, при этом число Рейнольдса рассчитывают следующим образом:τ r denotes the particle relaxation time, denotes the velocity of the liquid phase, denotes the velocity of the particle, μ denotes the viscosity of the fluid, and d p denotes the diameter of the particle, the Reynolds number being calculated as follows:

Нагревание или охлаждение частиц с использованием инертного газа: Нагревание или охлаждение с использованием инертного газа проводят в том случае, когда температура капельки ниже температуры испарения, Тисп., или растворитель и органический остаток, содержащиеся в капельке, израсходованы, т.е. капельки становятся сухими частицами. В этом случае температуру частицы рассчитывают с использованием следующего уравнения:Heating or cooling of particles using an inert gas: Heating or cooling using an inert gas is carried out when the temperature of the droplet is below the evaporation temperature, T app. , or the solvent and organic residue contained in the droplet are used up, i.e. droplets become dry particles. In this case, the particle temperature is calculated using the following equation:

mp = масса частицы (кг),m p = particle mass (kg),

ср = теплоемкость частицы (Дж/(кг⋅К)),c p = heat capacity of the particle (J/(kg⋅K)),

Ар = площадь поверхности частицы (м3),A p = particle surface area (m 3 ),

T = локальная температура в непрерывной фазе (К),T = local temperature in the continuous phase (K),

h = коэффициент конвективной теплопередачи (Вт/(м2⋅К)),h = convective heat transfer coefficient (W / (m 2 ⋅K)),

εр = излучательная способность частиц (безразмерная величина),ε p = particle emissivity (dimensionless),

σ = постоянная Стефана-Больцмана (5,67×10-8 Вт/(м2⋅К4)),σ \u003d Stefan-Boltzmann constant (5.67 × 10 -8 W / (m 2 ⋅K 4 )),

θR = температура излучения, .θ R = radiation temperature, .

При моделировании излучение частицы не учитывают вследствие небольшого объема фракции:When modeling, the radiation of the particle is not taken into account due to the small volume of the fraction:

Коэффициент теплопередачи h рассчитывают с использованием формулы Ранца и Маршалла:The heat transfer coefficient h is calculated using the Ranz and Marshall formula:

dp = диаметр частицы, dp = particle diameter,

k = удельная теплопроводность непрерывной фазы,k = thermal conductivity of the continuous phase,

Pr = число Прандтля для непрерывной фазы, cpμ/k.Pr = Prandtl number for the continuous phase, c p μ/k .

Перенос тепла и массы во время испарения:Heat and mass transfer during evaporation:

После того, как в капельке обеспечена температура испарения, Тисп., начинается испарение капельки и оно продолжается до обеспечения в капельке температуры кипения или до израсходования содержащегося в капельке растворителя.After the evaporation temperature is provided in the droplet, T isp. , the evaporation of the droplet begins and continues until the boiling point is reached in the droplet or until the solvent contained in the droplet is used up.

Температура капельки меняется в соответствии с тепловым равновесием и устанавливается взаимосвязь между изменением физической теплоты в капельке и переносом конвективной и скрытой теплоты между капелькой и непрерывной фазой:The droplet temperature changes in accordance with the thermal equilibrium and a relationship is established between the change in physical heat in the droplet and the transfer of convective and latent heat between the droplet and the continuous phase:

= скорость испарения (кг/с), = evaporation rate (kg/s),

hƒg = скрытая теплота воды (Дж/кг).h ƒg = latent heat of water (J/kg).

Предполагают, что скорость испарения регулируется градиентом диффузии, причем поток пара капельки в газовую фазу связан с разностью концентраций пара на поверхности капельки и в объеме газа:It is assumed that the evaporation rate is controlled by the diffusion gradient, and the droplet vapor flow into the gas phase is related to the difference in vapor concentrations on the droplet surface and in the gas volume:

Ni = мольный поток пара (кмоль/(м2⋅К)),N i \u003d molar steam flow (kmol / (m 2 ⋅K)),

kc = коэффициент переноса массы (м/с),k c = mass transfer coefficient (m/s),

Ci, s = концентрация пара на поверхности (кмоль/м3),C i, s = surface vapor concentration (kmol/m 3 ),

Ci, ∞ = концентрация пара в объема газа (кмоль/м3).C i, ∞ = vapor concentration in gas volume (kmol/m 3 ).

Концентрацию пара на поверхности капельки рассчитывают, предполагая, что парциальное давление пара на границе раздела равно давлению насыщенного пара, Рнас., при температуре капельки, Тр.The vapor concentration on the droplet surface is calculated assuming that the partial vapor pressure at the interface is equal to the saturated vapor pressure, P sat ., at the droplet temperature, T p .

R обозначает универсальную газовую постоянную.R stands for the universal gas constant.

Концентрацию пара в объеме газа определяют путем решения следующего уравнения переноса для частиц i:The vapor concentration in the gas volume is determined by solving the following transport equation for particles i:

Xi = мольная доля частиц i в объеме,X i = mole fraction of particles i in volume,

р = локальное абсолютное давление (Па),p = local absolute pressure (Pa),

T = локальная объемная температура в газе (К).T = local bulk temperature in the gas (K).

Коэффициент переноса массы, kc, рассчитывают с использованием формулы для числа Шервуда:The mass transfer coefficient, k c , is calculated using the Sherwood number formula:

Di, m = коэффициент диффузии пара в объеме (м2/с),D i, m = diffusion coefficient of vapor in the volume (m 2 / s),

Sc = число Шмидта, Sc = Schmidt number,

Скорость испарения рассчитывают следующим образом:Evaporation rate calculated as follows:

Mw, i = молекулярная масса пара (кг/кмоль),M w, i = vapor molecular weight (kg/kmol),

Ар = площадь поверхности капельки (м3).A p = droplet surface area (m 3 ).

Перенос тепла и массы во время кипения:Heat and mass transfer during boiling:

После того, как в капельке обеспечена температура кипения, Ткип., используют уравнение для скорости кипения, принимая во внимание тот факт, что температура капельки во время кипения остается постоянной, и при рассмотрении фазового превращения из жидкой фазы в газовую фазу:After the boiling point is provided in the droplet, T kip. , use the equation for the boiling rate, taking into account the fact that the temperature of the droplet remains constant during boiling, and when considering the phase transformation from the liquid phase to the gas phase:

k = теплопроводность газа, Вт/(м⋅К),k = thermal conductivity of the gas, W/(m⋅K),

ср = теплоемкость газа, Дж/(кг⋅К),c p = heat capacity of the gas, J / (kg⋅K),

hƒg = скрытая теплота, Дж/кг,h ƒg = latent heat, J/kg,

если значение является малым.if value is small.

Перенос тепла и массы во время реакции/горения:Heat and mass transfer during reaction/combustion:

После выпаривания всего количества воды инициируется реакция горения и она протекает до израсходования всех органических остатков или до вылета частиц из использующейся для расчета области через выходное отверстие.After evaporation of the entire amount of water, the combustion reaction is initiated and it proceeds until all organic residues are used up or until particles escape from the area used for calculation through the outlet.

При реакции на поверхности расходуются окислительные частицы, находящиеся в газовой фазе; т.е. это обеспечивает появление (отрицательного) члена при решении уравнения переноса для этих частиц. Аналогичным образом, реакция на поверхности является источником появления частиц в газовой фазе: продукт гетерогенной реакции на поверхности появляется в газовой фазе в виде определенных химических частиц. При реакции на поверхности также расходуется или вырабатывается энергия в количестве, обусловленном определенной теплотой реакции.During the reaction on the surface, oxidizing particles in the gas phase are consumed; those. this ensures that the (negative) term appears when solving the transport equation for these particles. Similarly, the reaction at the surface is the source of the appearance of particles in the gas phase: the product of a heterogeneous reaction on the surface appears in the gas phase in the form of certain chemical particles. During the reaction on the surface, energy is also consumed or generated in an amount due to a certain heat of reaction.

Тепловое равновесие в частице во время реакции на поверхности описывается следующим образом:The thermal equilibrium in the particle during the reaction on the surface is described as follows:

Нреакц. = тепло, выделяющееся при реакции на поверхности (Дж/кг),H reaction = heat released by the reaction on the surface (J/kg),

h является таким, как определено для случая нагревания с использованием инертного газа,h is as defined for the case of heating using an inert gas,

ƒh = коэффициент.ƒ h = factor.

Только часть (l-ƒh) энергии, полученной при реакции на поверхности, является источником тепла в уравнении сохранения энергии в газовой фазе, часть этого тепла, ƒh, непосредственно поглощает частица. В случае сжигания угля рекомендуют устанавливать ƒh, равным 0,3, если продуктом сгорания угля является СО2, такое же значение можно использовать в моделировании, предлагаемом в настоящем изобретении.Only a part (l-ƒ h ) of the energy obtained from the reaction on the surface is a heat source in the energy conservation equation in the gas phase, part of this heat, ƒ h , is directly absorbed by the particle. In the case of coal combustion, it is recommended to set ƒ h equal to 0.3, if the combustion product of coal is CO 2 , the same value can be used in the simulation proposed in the present invention.

Формование продуктаProduct molding

Способ, предлагаемый в настоящем изобретении, обеспечивает получение пористых кристаллических силикатов металлов в форме порошка. Для использования в качестве катализаторов этому порошку можно придать подходящую форму, например, получить микрогранулы, сферы, таблетки, сплошные цилиндры, полые цилиндры или сотовидные структуры, по известным методикам формования порошкообразных катализаторов, например, путем прессования, гранулирования, распылительной сушки, распылительного гранулирования или экструзии.The method proposed in the present invention provides for the production of porous crystalline metal silicates in the form of a powder. For use as catalysts, this powder can be formed into suitable shapes, such as microgranules, spheres, tablets, solid cylinders, hollow cylinders, or honeycomb structures, by known methods for shaping catalyst powders, for example, by pressing, granulating, spray drying, spray granulating, or extrusion.

Таким образом, другим объектом настоящего изобретения является способ, предлагаемый в настоящем изобретении, в котором после стадии (b) проводят стадию формования (с), включающую следующие подстадии:Thus, another object of the present invention is the process according to the present invention, in which, after step (b), a molding step (c) is carried out, comprising the following sub-steps:

(1) добавление воды для получения водной суспензии порошкообразного пористого кристаллического силиката металла,(1) adding water to obtain an aqueous suspension of porous crystalline metal silicate powder,

(2) смешивание суспензии, полученной на подстадии (1), с гранулирующими средствами,(2) mixing the suspension obtained in sub-step (1) with granulating agents,

(3) прессование, гранулирование, распылительная сушка, распылительное гранулирование и/или экструзия продукта, полученного на подстадии (2), для получения пористого кристаллического силиката металла в форме микрогранул, сфер, таблеток, сплошных цилиндров, полых цилиндров или сотовидных структур.(3) pressing, granulating, spray drying, spray granulating and/or extruding the product obtained in sub-step (2) to obtain a porous crystalline metal silicate in the form of microgranules, spheres, tablets, solid cylinders, hollow cylinders or honeycomb structures.

Предпочтительно, если размер таких сформованных изделий находится в диапазоне от 0,1 до 10 см.Preferably, the size of such molded articles is in the range of 0.1 to 10 cm.

Для проведения смешивания и формования можно использовать все известные устройства и методики для смешивания и формования и можно использовать все стандартные гранулирующие средства. Известные устройства для формования такого типа описаны, например, в публикации Ullmann's der Technischen Chemie [Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry], 4th edition, volume 2, page 295 ff., 1972. Предпочтение отдается использованию одно- и двухшнековых экструдеров или экструзионного пресса. Можно изготовить многочисленные известные геометрические тела, например, сплошные цилиндры, полые цилиндры, звездообразные тела и т.п. Однако также можно изготовить сотовидные структуры.All known mixing and shaping devices and techniques can be used for mixing and shaping, and all standard granulating agents can be used. Known molding devices of this type are described, for example, in Ullmann's publication der Technischen Chemie [Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry], 4th edition, volume 2, page 295 ff., 1972. The use of single and twin screw extruders or an extrusion press is preferred. Numerous well-known geometric bodies can be made, such as solid cylinders, hollow cylinders, star bodies, and the like. However, it is also possible to produce honeycomb structures.

В предпочтительном варианте осуществления способ, предлагаемый в настоящем изобретении, применяют для получения содержащих титан цеолитов типа силикалита титана-1 и силикалита титана-2, которые можно использовать например, в качестве катализаторов в реакциях окисления с использованием пероксида водорода. Точнее, такие содержащие титан цеолиты можно использовать в качестве катализаторов для эпоксидирования олефинов с использованием водного раствора пероксида водорода.In a preferred embodiment, the method of the present invention is used to prepare titanium-containing zeolites of the titanium-1 silicalite and titanium-2 silicalite types, which can be used, for example, as catalysts in oxidation reactions using hydrogen peroxide. More specifically, such titanium-containing zeolites can be used as catalysts for the epoxidation of olefins using an aqueous solution of hydrogen peroxide.

ПРИМЕРЫEXAMPLES

Пример 1: Получение неочищенной суспензии с помощью гидротермального синтезаExample 1 Preparation of crude slurry by hydrothermal synthesis

Синтез цеолита - силикалита титана-1 (СТ-1; структура типа MFI) проводили в реакторе высокого давления объемом 3 м3 по соответствующей методике, описанной в примере 1, приведенном в ЕР 0814058 В1. Использующимся источником кремния являлся аморфный обладающий высокой чистотой диоксид кремния (изготовитель: Evonik Resource Efficiency GmbH) и использующимся источником титана являлся водный раствор титан-гидроксид тетрапропиламмония (раствор Ti-ТПА), обладающий содержанием ТЮ2, составляющим 19,0 мас.%. Раствор Ti-ТПА получали следующим образом:Synthesis of zeolite - silicalite titanium-1 (ST-1; structure type MFI) was carried out in a high pressure reactor with a volume of 3 m 3 according to the appropriate method described in example 1, given in EP 0814058 B1. The silicon source used was high-purity amorphous silica (manufactured by: Evonik Resource Efficiency GmbH) and the titanium source used was an aqueous solution of titanium-tetrapropylammonium hydroxide (Ti-TPA solution) having a TiO2 content of 19.0 wt%. The Ti-TPA solution was prepared as follows:

90,1 кг Деионизированной воды, 167,3 кг 40% водного раствора гидроксида тетрапропиламмония (изготовитель: Sachem) и 141,6 кг тетраэтилортотитаната (изготовитель: Connect Chemicals GmbH) перемешивали в закрытом сосуде при 40°С в течение 1 ч. Экзотермичность реакции приводила к повышению температуры примерно на 25°С. Затем путем отгонки проводили удаление этанола, образовавшегося при 80°С, при скорости отгонки, равной 30 л/ч. Целевой объем полученного раствора Ti-ТПА являлся таким, что содержание TiO2 составляло 19,0 мас.%. После охлаждения раствор Ti-ТПА использовали для синтеза СТ-1.90.1 kg of deionized water, 167.3 kg of 40% tetrapropylammonium hydroxide aqueous solution (manufacturer: Sachem) and 141.6 kg of tetraethyl orthotitanate (manufacturer: Connect Chemicals GmbH) were stirred in a closed vessel at 40° C. for 1 hour. led to an increase in temperature by about 25°C. The ethanol formed at 80° C. was then removed by distillation at a distillation rate of 30 l/h. The target volume of the resulting Ti-TPA solution was such that the content of TiO 2 was 19.0 wt.%. After cooling, the Ti-TPA solution was used for the synthesis of ST-1.

В реактор высокого давления сначала помещали: 500 кг обладающего высокой чистотой диоксида кремния (Evonik Industries), 382 кг 40% водного раствора гидроксида тетрапропиламмония (изготовитель: Sachem), 193 кг раствора Ti-ТПА, 10 кг затравочных кристаллов силикалита-1 и 1800 кг деионизированной воды. Смесь перемешивали в закрытом реакторе высокого давления при скорости перемешивающего устройства, равной 50 об/мин, при 170°С в течение 3 ч. Продолжительность нагревания до 170°С составляла 180 мин; после охлаждения в течение 150 мин синтез прекращали. Перемешивание при скорости, равной 50 об/мин, продолжали от начала до завершения синтеза.Into the high pressure reactor were first placed: 500 kg of high purity silica (Evonik Industries), 382 kg of 40% tetrapropylammonium hydroxide aqueous solution (manufactured by: Sachem), 193 kg of Ti-TPA solution, 10 kg of silicalite-1 seed crystals, and 1800 kg deionized water. The mixture was stirred in a closed high pressure reactor at a stirrer speed of 50 rpm at 170° C. for 3 hours. The heating time to 170° C. was 180 minutes; after cooling for 150 min, the synthesis was stopped. Stirring at a speed of 50 rpm was continued from the beginning to the end of the synthesis.

Затравочные кристаллы силикалита-1 получали путем проводимого в реакторе высокого давления гидротермального синтеза с использованием 500 кг обладающего высокой чистотой диоксида кремния (Evonik Resource Efficiency GmbH), 400 кг 40% водного раствора гидроксида тетрапропиламмония (изготовитель: Sachem) и 1800 кг деионизированной воды. Смесь перемешивали в закрытом реакторе высокого давления при скорости, равной 50 об/мин, при 160°С в течение 3 ч. Продолжительность нагревания до 160°С составляла 180 мин; после охлаждения в течение 150 мин синтез прекращали. Перемешивание при скорости, равной 50 об/мин, продолжали от начала до завершения синтеза.Silicalite-1 seed crystals were prepared by high pressure hydrothermal synthesis using 500 kg of high purity silica (Evonik Resource Efficiency GmbH), 400 kg of 40% tetrapropylammonium hydroxide aqueous solution (manufactured by: Sachem) and 1800 kg of deionized water. The mixture was stirred in a closed high pressure reactor at 50 rpm at 160° C. for 3 hours. The heating time to 160° C. was 180 minutes; after cooling for 150 min, the synthesis was stopped. Stirring at a speed of 50 rpm was continued from the beginning to the end of the synthesis.

Пример 2: Обычная обработка, проводимая после гидротермального синтезаExample 2 Conventional Post Hydrothermal Synthesis Treatment

К неочищенной суспензии, описанной в примере 1, добавляли уксусную кислоту (60 мас.%) до обеспечения рН=7 и полученный осадок отфильтровывали с помощью фильтр-пресса и промывали дистиллированной водой. Полученные твердые вещества сушили путем распылительной сушки при температуре на входе, равной 420°С, и при скорости распылителя, равной 1700 мин-1 (температура на выходе равна 110°С). Затем частично высушенный порошок прокаливали во вращающейся трубчатой печи при температуре, не превышающей 650°С, в течение 2 ч. Полученный таким образом продукт обладал БЭТ-поверхностью, равной 470 м2/г, и потерями при прокаливании (определяли при 550°С), составляющими 0,65%. Анализ с помощью РГГ (фиг. 1) показал, что полученный продукт обладал кристаллической структурой, соответствующей структуре силикалита титана-1 (СТ-1) (идентификационный номер ICDD (Международный центр дифракционных данных): 01-089-8099). С помощью анализа объема пор, проводимого с использованием азота по методике БДХ, получали объем пор, равный 0,23 мл/г.To the crude suspension described in example 1, was added acetic acid (60 wt.%) to ensure pH=7 and the resulting precipitate was filtered off using a filter press and washed with distilled water. The resulting solids were dried by spray drying at an inlet temperature of 420° C. and a sprayer speed of 1700 min -1 (outlet temperature of 110° C.). Then, the partially dried powder was calcined in a rotary tube furnace at a temperature not exceeding 650°C for 2 hours . , constituting 0.65%. Analysis by WGG (FIG. 1) showed that the resulting product had a crystal structure consistent with that of titanium silicalite-1 (CT-1) (ID number ICDD (International Center for Diffraction Data): 01-089-8099). Pore volume analysis using nitrogen using the HBD method gave a pore volume of 0.23 ml/g.

Пример 3 (отрицательный пример): Распылительное прокаливание, проводимое после гидротермального синтеза (Тэфф.=650°С)Example 3 (negative example): Spray calcination carried out after hydrothermal synthesis (T eff .=650°C)

Неочищенную суспензию (15 кг/ч), полученную в примере 1, распыляли с помощью экспериментальной установки с использованием 18 м3/ч азота для распыления через двухфазное сопло, обладающее внутренним диаметром, равным 2 мм, и щелью размером 1 мм. Пламя водород/воздух содержало 8 м3/ч водорода и 45 м3/ч первичного воздуха. Количество азота составляло 18 м3/ч и количество вторичного воздуха составляло 25 м3 1 ч. Температуру, определенную в положении, находящемся на 1,5 м ниже положения горения, устанавливали равной 400°С путем незначительного изменения потока водорода.The crude slurry (15 kg/h) obtained in Example 1 was sprayed with a pilot plant using 18 m 3 /h of nitrogen to spray through a two-phase nozzle having an inner diameter of 2 mm and a slot of 1 mm. The hydrogen/air flame contained 8 m 3 /h of hydrogen and 45 m 3 /h of primary air. The amount of nitrogen was 18 m 3 /h and the amount of secondary air was 25 m 3 1 h. The temperature determined at a position 1.5 m below the combustion position was set to 400° C. by slightly changing the hydrogen flow.

Адиабатическая температура сгорания в реакторе равнялась примерно 544°С. Средняя продолжительность пребывания частицы в реакторе составляла 1,35 с. Отходящие газы, содержащие прокаленный, направляли в зону охлаждения (температура охлаждающей среды: 25°С), обладающую диаметром, равным 100 мм, и длиной, равной 6 м, и затем собирали с помощью фильтрационных свечей при максимальной температуре, равной 250°С. Путем последующей очистки фильтрационных свечей можно было собрать готовый прокаленный продукт (4,4 кг/ч). Полученный таким образом продукт обладал потерями при прокаливании (определяли при 550°С), составляющими 8,6%, это явно показывало, что он являлся неподходящим для последующей обработки (формования), поскольку слишком большое количество органического остатка оставалось на поверхности продукта (потери при прокаливании явно превышали предельное значение, равное 5%). Анализ с помощью РГГ (фиг. 2) показал, что продукт обладал кристаллической структурой, соответствующей структуре СТ-1 (идентификационный номер ICDD: 01-089-8099).The adiabatic combustion temperature in the reactor was about 544°C. The average residence time of a particle in the reactor was 1.35 s. The exhaust gases containing the calcined were sent to a cooling zone (cooling medium temperature: 25°C) having a diameter of 100 mm and a length of 6 m, and then collected by filter candles at a maximum temperature of 250°C. By subsequent cleaning of the filter candles, it was possible to collect the finished calcined product (4.4 kg/h). The product thus obtained had a loss on ignition (determined at 550°C) of 8.6%, which clearly showed that it was unsuitable for further processing (shaping), since too much organic residue remained on the surface of the product (loss on calcination clearly exceeded the limit value of 5%). Analysis by RGG (FIG. 2) showed that the product had a crystal structure consistent with that of CT-1 (ICDD identification number: 01-089-8099).

Подробное описание моделирования:Detailed description of the simulation:

Исходные параметры для газовой фазы:Initial parameters for the gas phase:

Распыляющий воздух: 18 нм3/ч,Atomizing air: 18 Nm 3 /h,

Первичный воздух: 45 нм3/ч,Primary air: 45 nm 3 /h,

Вторичный воздух: 25 нм3/ч,Secondary air: 25 Nm3 /h,

Н2: 8 нм3/ч,H 2 : 8 nm 3 / h,

Модель турбулентности: стандартная модель k-ε.Turbulence model: standard k-ε model.

Модель излучения в газовой фазе: модель дискретных ординат с угловой дискретностью: разделения тета: 4; разделения фи: 4; тета-пиксели: 1; фи-пиксели: 1;Model of radiation in the gas phase: model of discrete ordinates with angular resolution: separations theta: 4; divisions phi: 4; theta pixels: 1; fi-pixels: 1;

Граничные условия для стенок: непрозрачные, внутренняя излучающая способность: 1;Boundary conditions for walls: opaque, internal emissivity: 1;

Коэффициент теплообмена с окружающей средой (только для наружной стенки): 5 Вт/м2/K;Heat exchange coefficient with the environment (only for the outer wall): 5 W/m 2 /K;

Температура окружающей среды: 300 K.Ambient temperature: 300 K.

Модель сгорания: конечная скорость/турбулентное рассеивание.Combustion Model: Final Velocity/Turbulent Dissipation.

Н2 + 0,5 O2 → H2OH 2 + 0.5 O 2 → H 2 O

Кинетика протекания реакции:Reaction kinetics:

Константа скорости Аррениуса: предэкспоненциальный множитель = 9,87×108, энергия активации = 3,1×107 Дж/кмоль, показатель степени для Н2 и O2 составляет 1, для H2O он составляет 0.Arrhenius rate constant: pre-exponential factor = 9.87×10 8 , activation energy = 3.1×10 7 J/kmol, exponent for H 2 and O 2 is 1, for H 2 O it is 0.

Состав при смешивании: А=4, В=0,5.Mixing composition: A=4, B=0.5.

Характеристики/модель характеристик:Specifications/Model Specifications:

Газ считали идеальным газом. Теплопроводность, вязкость и теплоемкость, ср, смеси газов рассчитывали с использованием закона смешения при известном массовом составе. Использовали характеристики чистых компонентов, Н2, H2O (пар), CO2, O2, N2, приведенные в базах данных для материалов Ansys Fluent. Коэффициент диффузии массы для каждого компонента, содержащегося в газовой фазе, рассчитывали на основании кинетической теории газов, все необходимые параметры приведены в базе данных Ansys Fluent.The gas was considered an ideal gas. The thermal conductivity, viscosity, and heat capacity, c p , of gas mixtures were calculated using the mixing law with a known mass composition. Used the characteristics of the pure components, N 2 , H 2 O (steam), CO 2 , O 2 , N 2 given in the databases for materials Ansys Fluent. The mass diffusion coefficient for each component contained in the gas phase was calculated based on the kinetic theory of gases, all necessary parameters are given in the Ansys Fluent database.

Исходные параметры для фазы частицы:Initial parameters for the particle phase:

Частицы/характеристики: Плотность частиц, рр, и ср частиц рассчитывали с использованием закона смешения для всех компонентов.Particles/characteristics: Particle density, p p , and p p particles were calculated using the law of mixing for all components.

Частицы 1: H2O, исходная массовая доля: 60,3% ρ=998 кг/м2, ср=4182 Дж/(кг⋅К), скрытая теплота воды = 2263037 Дж/кг, температура испарения, Тисп=284 K, температура кипения: Ткип=373 K, давление насыщенного пара Рнас.(Тр): кусочно-линейное приближение с использованием 32 точек в диапазоне Т=274-647 K.Particles 1: H 2 O, initial mass fraction: 60.3% ρ=998 kg/m 2 , with p =4182 J/(kg⋅K), latent heat of water = 2263037 J/kg, evaporation temperature, T test = 284 K, boiling point: T bp =373 K, saturation vapor pressure P sat . (T p ): piecewise linear approximation using 32 points in the range T=274-647 K.

Частицы 2: ТПА-ОН, исходная массовая доля: 9,7%,Particles 2: TPA-OH, initial mass fraction: 9.7%,

ρ=1000 кг/м2, ср=3600 Дж/(кг⋅К),ρ \u003d 1000 kg / m 2 , with p \u003d 3600 J / (kg⋅K),

Энтальпия в стандартном состоянии, Н0=-2,12×108 Дж/кмоль (для расчета теплоты реакции, Нреакц).Enthalpy in the standard state, H 0 \u003d -2.12 × 10 8 J / kmol (for calculating the heat of reaction, H reaction ).

Частицы 3: Силикат, исходная массовая доля: 30%,Particle 3: Silicate, initial mass fraction: 30%,

ρ=2660 кг/м2, ср=1052 Дж/(кг⋅К), считали инертным,ρ=2660 kg/m 2 , with p =1052 J/(kg⋅K), considered inert,

Массовый поток суспензии исходный: 15 кг/ч,Mass flow slurry initial: 15 kg/h,

Диаметр (dp): исходный диаметр частицы: 22 мкм,Diameter (d p ): original particle diameter: 22 µm,

Группы частиц: 100 (массовый поток каждой группы, равен существенная разница при использовании 100 и 1000 групп отсутствовала, поэтому использовали 100 групп),Particle groups: 100 (mass flow of each group, equals there was no significant difference when using 100 and 1000 groups, so 100 groups were used),

Количество экспериментов: 10 (случайное отслеживание с использованием дискретной модели случайного блуждания вследствие влияния турбулентности, отслеживание 10 частиц в каждой группе, моделировали траектории всего 1000 частиц с массовым потоком Константа шкалы времени: 0,15 (использовали для случайного отслеживания).Number of experiments: 10 (random tracking using a discrete random walk model due to the influence of turbulence, tracking 10 particles in each group, simulated the trajectories of a total of 1000 particles with mass flow Timescale constant: 0.15 (used for random tracking).

Кинетика протекания реакции:Reaction kinetics:

ТПА-ОН + 18,75 O2 14,5 H2O + CO2 + N2 TPA-OH + 18.75 O 2 14.5 H 2 O + CO 2 + N 2

Константа скорости Аррениуса: предэкспоненциальный множитель = 0,2,Arrhenius rate constant: pre-exponential factor = 0.2,

Энергия активации: 8×107 Дж/кмольActivation energy: 8×10 7 J/kmol

Показатель степени для O2: 1.The exponent for O 2 : 1.

Движение частицы рассчитывали с использованием уравнений 1-3.Particle motion was calculated using Equations 1-3.

Температуры частиц, которые нагревали с использованием инертного газа, которые испарялись и горели, рассчитывали с использованием уравнений 4-15.The temperatures of the particles that were heated using an inert gas that evaporated and burned were calculated using Equations 4-15.

На фиг. 5 представлена зависимость температуры частицы от продолжительности пребывания для 3 из 1000 типичных рассчитанных траекторий частиц (100 групп×10 экспериментов в каждой группе), полученных в примере 3.In FIG. 5 shows particle temperature versus residence time for 3 out of 1000 typical calculated particle trajectories (100 groups x 10 experiments per group) obtained in Example 3.

Пример 4: Распылительное прокаливание, проводимое после гидротермального синтеза (Тэфф.=1000°С)Example 4: Spray calcination carried out after hydrothermal synthesis (T eff .=1000°C)

Неочищенную суспензию (25 кг/ч), полученную в примере 1, распыляли с помощью экспериментальной установки с использованием 18 м3/ч воздуха для распыления через двухфазное сопло, обладающее внутренним диаметром, равным 2 мм, и щелью размером 1 мм. Пламя водород/воздух содержало 8,5 м3/ч водорода и 27 м3/ч первичного воздуха. Количество азота составляло 18 м3/ч и количество вторичного воздуха составляло 25 м3/ч. Температуру, определенную в положении, находящемся на 1,5 м ниже положения горения, устанавливали равной 700°С путем незначительного изменения потока водорода. Адиабатическая температура сгорания в реакторе равнялась примерно 750°С.The crude slurry (25 kg/h) obtained in Example 1 was atomized using a pilot plant using 18 m 3 /h of atomization air through a two-phase nozzle having an inner diameter of 2 mm and a slot of 1 mm. The hydrogen/air flame contained 8.5 m 3 /h of hydrogen and 27 m 3 /h of primary air. The amount of nitrogen was 18 m 3 /h and the amount of secondary air was 25 m 3 /h. The temperature determined at a position 1.5 m below the combustion position was set to 700° C. by slightly changing the hydrogen flow. The adiabatic combustion temperature in the reactor was about 750°C.

Средняя продолжительность пребывания частицы в реакторе составляла примерно 1,1 с. Отходящие газы, содержащие прокаленный, направляли в зону охлаждения (температура охлаждающей среды: 25°С), обладающую диаметром, равным 100 мм, и длиной, равной 6 м, и затем собирали с помощью фильтрационных свечей при максимальной температуре, равной 250°С. Путем последующей очистки фильтрационных свечей можно было собрать готовый прокаленный продукт (7,3 кг/ч). Полученный таким образом продукт обладал БЭТ-поверхностью, составляющей 489 м2/г, и потерями при прокаливании (определяли при 550°С), составляющими 0,3%. Анализ с помощью РГГ (фиг. 3) показал, что продукт обладал кристаллической структурой, соответствующей структуре СТ-1 (идентификационный номер ICDD: 01-089-8099).The average residence time of a particle in the reactor was about 1.1 s. The exhaust gases containing the calcined were sent to a cooling zone (cooling medium temperature: 25°C) having a diameter of 100 mm and a length of 6 m, and then collected by filter candles at a maximum temperature of 250°C. By subsequent cleaning of the filter candles, it was possible to collect the finished calcined product (7.3 kg/h). The product thus obtained had a BET surface of 489 m 2 /g and a loss on ignition (determined at 550° C.) of 0.3%. Analysis by RGG (FIG. 3) showed that the product had a crystalline structure consistent with that of CT-1 (ICDD identification number: 01-089-8099).

Моделирование эффективной температуры частицы проводили так же, как в примере 3.The simulation of the effective particle temperature was carried out in the same way as in example 3.

На фиг. 6 представлена зависимость температуры частицы от продолжительности пребывания для 3 из 1000 типичных рассчитанных траекторий частиц (100 групп×10 экспериментов в каждой группе), полученных в примере 4.In FIG. 6 shows particle temperature versus residence time for 3 out of 1000 typical calculated particle trajectories (100 groups x 10 experiments per group) obtained in Example 4.

Пример 5: (отрицательный пример): Распылительное прокаливание, проводимое после гидротермального синтеза (Тэфф.=1300°С)Example 5: (negative example): Spray calcination carried out after hydrothermal synthesis (T eff .=1300°C)

Неочищенную суспензию (15 кг/ч), описанную в примере 1, распыляли с помощью экспериментальной установки с использованием 18 м3/ч воздуха для распыления через двухфазное сопло, обладающее внутренним диаметром, равным 2 мм, и щелью размером 1 мм. Пламя водород/воздух содержало 17,4 м3/ч водорода и 40 м3/ч первичного воздуха. Количество азота составляло 18 м3/ч и количество вторичного воздуха составляло 25 м3/ч. Температуру, определенную в положении, находящемся на 1,5 м ниже положения горения, устанавливали равной 950°С путем незначительного изменения потока водорода.The crude slurry (15 kg/h) described in Example 1 was atomized using a pilot plant using 18 m 3 /h of atomization air through a two-phase nozzle having an inner diameter of 2 mm and a slit of 1 mm. The hydrogen/air flame contained 17.4 m 3 /h of hydrogen and 40 m 3 /h of primary air. The amount of nitrogen was 18 m 3 /h and the amount of secondary air was 25 m 3 /h. The temperature determined at a position 1.5 m below the combustion position was set to 950° C. by slightly changing the hydrogen flow.

Адиабатическая температура сгорания в реакторе равнялась примерно 980°С.The adiabatic combustion temperature in the reactor was about 980°C.

Средняя продолжительность пребывания частицы в реакторе составляла примерно 0,9 с. Отходящие газы, содержащие прокаленный, направляли в зону охлаждения (температура охлаждающей среды: 25°С), обладающую диаметром, равным 100 мм, и длиной, равной 6 м, и затем собирали с помощью фильтрационных свечей при максимальной температуре, равной 250°С. Путем последующей очистки фильтрационных свечей можно было собрать готовый прокаленный продукт (4,4 кг/ч). Полученный таким образом продукт обладал БЭТ-поверхностью, составляющей 429 м2/г, и потерями при прокаливании (определяли при 550°С), составляющими 0,6%. Анализ с помощью РГГ (фиг. 4) показал некоторые незначительные признаки повреждения структуры СТ-1 (идентификационный номер ICDD: 01-089-8099). Значение БЭТ-поверхности и результаты, полученные с помощью РГГ, показали, что структура повреждена и в результате этого площадь поверхности уменьшена примерно на 15% (по сравнению с образцом примера 4) и поэтому полученный продукт являлся неподходящим для последующей обработки, т.е. формования, и использования в контрольных реакциях ПВ-ПО (проводимое с использованием пероксида водорода превращение в пропиленоксид).The average residence time of a particle in the reactor was about 0.9 s. The exhaust gases containing the calcined were sent to a cooling zone (cooling medium temperature: 25°C) having a diameter of 100 mm and a length of 6 m, and then collected by filter candles at a maximum temperature of 250°C. By subsequent cleaning of the filter candles, it was possible to collect the finished calcined product (4.4 kg/h). The product thus obtained had a BET surface of 429 m 2 /g and a loss on ignition (determined at 550° C.) of 0.6%. Analysis by RGG (FIG. 4) showed some slight evidence of damage to the structure of CT-1 (ICDD ID: 01-089-8099). The value of the BET surface area and the results obtained with the RGR showed that the structure was damaged and as a result the surface area was reduced by about 15% (compared to the sample of example 4) and therefore the resulting product was unsuitable for further processing, i.e. shaping, and use in control reactions PV-PO (carried out using hydrogen peroxide conversion to propylene oxide).

Моделирование эффективной температуры частицы проводили так же, как в примере 3.The simulation of the effective particle temperature was carried out in the same way as in example 3.

На фиг. 7 представлена зависимость температуры частицы от продолжительности пребывания для 3 из 1000 типичных рассчитанных траекторий частиц (100 групп×10 экспериментов в каждой группе), полученных в примере 5.In FIG. 7 shows particle temperature versus residence time for 3 out of 1000 typical calculated particle trajectories (100 groups x 10 experiments per group) obtained in Example 5.

Пример 6: Формование порошкообразного цеолита, полученного в примере 2 (обычная обработка)Example 6: Formation of powdered zeolite obtained in example 2 (conventional processing)

В смесителе Eirich порошок, полученный в примере 2 (1200 г), смешивали с 75 г метилгидроксиэтилцеллюлозы (Tylose МН1000), 75 г Licowax С, 1000 г раствора золя диоксида кремния (Koestrosol 0830 AS) 350 г деионизированной воды. Полученную массу экструдировали с помощью экструдера (НВ-Feinmechanik LTW 63) через пластину с отверстиями диаметром 3,2 мм. Затем экструдаты сушили в сушильном шкафу при 80°С в течение 1 ч и прокаливали в муфельной печи при 570°С в течение 12 ч.In an Eirich mixer, the powder prepared in Example 2 (1200 g) was mixed with 75 g methylhydroxyethyl cellulose (Tylose MH1000), 75 g Licowax C, 1000 g silica sol solution (Koestrosol 0830 AS) 350 g deionized water. The resulting mass was extruded using an extruder (HB-Feinmechanik LTW 63) through a plate with holes with a diameter of 3.2 mm. Then the extrudates were dried in an oven at 80°С for 1 h and calcined in a muffle furnace at 570°С for 12 h.

Пример 7: Формование порошкообразного цеолита, полученного в примере 4 (обработка с помощью пламенного распылительного пиролиза)Example 7: Formation of Powdered Zeolite Obtained in Example 4 (Flame Spray Pyrolysis Treatment)

В смесителе Eirich порошок, полученный в примере 4 (1200 г) смешивали с 75 г метилгидроксиэтилцеллюлозы (Tylose МН1000), 75 г Licowax С, 1000 г раствора золя диоксида кремния (Koestrosol 0830 AS) и 350 г деионизированной воды. Полученную массу экструдировали с помощью экструдера (НВ-Feinmechanik LTW 63) через пластину с отверстиями диаметром 3,2 мм. Затем экструдаты сушили в сушильном шкафу при 80°С в течение 1 ч и прокаливали в муфельной печи при 570°С в течение 12 ч.In an Eirich mixer, the powder prepared in Example 4 (1200 g) was mixed with 75 g of methylhydroxyethyl cellulose (Tylose MH1000), 75 g of Licowax C, 1000 g of a silica sol solution (Koestrosol 0830 AS) and 350 g of deionized water. The resulting mass was extruded using an extruder (HB-Feinmechanik LTW 63) through a plate with holes with a diameter of 3.2 mm. Then the extrudates were dried in an oven at 80°С for 1 h and calcined in a muffle furnace at 570°С for 12 h.

Пример 8: Исследование каталитической способности катализатора, полученного в сравнительном примере 6 (обычная обработка)Example 8 Investigation of the Catalytic Ability of the Catalyst Obtained in Comparative Example 6 (Conventional Treatment)

Эпоксидирование пропена проводили с использованием двух реакторов с неподвижным слоем, каждый содержал 9 г катализатора, полученного в примере 6, находящегося в форме экструдатов. Реакторы были расположены последовательно (реактор 1 → реактор 2) и работали в режиме восходящего потока. Первый поток сырья, содержащий метанол, пероксид водорода (60 мас.%) и воду, при полной скорости потока, равной 20 г/ч, и второй поток сырья, содержащий пропилен при скорости потока, равной 20 г/ч, подавали в первый реактор. Давление при проведении реакции поддерживали равным 25 бар с помощью обратного клапана давления, расположенного после второго реактора. Давление в реакционной смеси, выходящей из второго реактора с неподвижным слоем, сбрасывали до давления окружающей среды. Полученную газовую фазу анализировали для определения количеств пропилена, пропиленоксида и кислорода и полученную жидкую фазу анализировали для определения количеств пропиленоксида и пероксида водорода. Начальная селективность образования пропиленоксида после проведения реакции в течение 23 ч составляла 91,1%. Через 480 ч селективность образования пропиленоксида составляла 97,7%.Epoxidation of propene was carried out using two fixed bed reactors, each containing 9 g of the catalyst prepared in Example 6, in the form of extrudates. The reactors were arranged in series (reactor 1 → reactor 2) and operated in upflow mode. A first feed stream containing methanol, hydrogen peroxide (60 wt%) and water at a total flow rate of 20 g/h and a second feed stream containing propylene at a flow rate of 20 g/h were fed into the first reactor . The reaction pressure was maintained at 25 bar using a pressure check valve downstream of the second reactor. The reaction mixture leaving the second fixed bed reactor was depressurized to ambient pressure. The resulting gas phase was analyzed to determine the amounts of propylene, propylene oxide and oxygen, and the resulting liquid phase was analyzed to determine the amounts of propylene oxide and hydrogen peroxide. The initial selectivity for the formation of propylene oxide after carrying out the reaction for 23 hours was 91.1%. After 480 hours, the propylene oxide selectivity was 97.7%.

Пример 9: Исследование каталитической способности катализатора, полученного в примере 7 (обработка с помощью пламенного распылительного пиролиза)Example 9 Investigation of the Catalytic Ability of the Catalyst Obtained in Example 7 (Flame Spray Pyrolysis Treatment)

Эпоксидирование пропена проводили таким же образом, как в примере 8, но использовали катализатор, полученный в примере 7.Epoxidation of propene was carried out in the same manner as in example 8, but using the catalyst obtained in example 7.

Начальная селективность образования пропиленоксида после проведения реакции в течение 25 ч составляла 93,5%. Через 480 ч селективность образования пропиленоксида составляла 98,6%.The initial selectivity for the formation of propylene oxide after carrying out the reaction for 25 hours was 93.5%. After 480 hours, the propylene oxide selectivity was 98.6%.

С помощью примеров 3-5 и при их сопоставлении с примером 2, показано, что способ, предлагаемый в настоящем изобретении включает намного меньшее количество стадий способа, чем обычный способ. Кроме того, в способе, раскрытом в настоящем изобретении, устранены затруднения, связанные с удалением сточных вод, обычно образующихся во время фильтрования и очистки продукта после проведения гидротермального синтеза. Неожиданно оказалось, что после проведения пламенного распылительного пиролиза полученные силикалиты титана обладают пористостью, сравнимой с пористостью силикалита титана, полученного по обычной методике.Using examples 3-5 and comparing them with example 2, it is shown that the method proposed in the present invention includes a much smaller number of process steps than the conventional method. In addition, the method disclosed in the present invention eliminates the difficulties associated with the disposal of wastewater, usually formed during filtering and purification of the product after hydrothermal synthesis. Surprisingly, after flame spray pyrolysis, the resulting titanium silicalites have a porosity comparable to that of titanium silicalite obtained by the conventional method.

Как видно из примеров 8 и 9 (результаты приведены в таблице 1), катализатор, полученный по обычной методике (пример 6), а также катализатор, полученный в соответствии с настоящим изобретением (пример 7), оба обладают высокой активностью и обеспечивают высокую селективность при проведении реакции эпоксидирования пропилена с получением пропиленоксида (ПО) после проведения реакции в течение 480 ч. Однако катализатор, полученный в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивает селективность образования пропиленоксида, которая даже на 0,9% выше, чем обеспечиваемая обычным катализатором, и в то же самое время обеспечивает сравнимые выходы продукта за один проход в единицу времени. Таким образом, использование катализаторов - силикалитов титана-1, полученных в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивает возможность существенного увеличения выхода продукта - пропиленоксида в единицу времени и в пересчете на объем реактора.As can be seen from examples 8 and 9 (the results are shown in table 1), the catalyst obtained by the usual method (example 6), as well as the catalyst obtained in accordance with the present invention (example 7), both have high activity and provide high selectivity at propylene epoxidation reaction to produce propylene oxide (PO) after 480 hours of reaction. the same time provides comparable yields of product per pass per unit of time. Thus, the use of titanium-1 silicalite catalysts obtained in accordance with the present invention makes it possible to significantly increase the yield of the propylene oxide product per unit time and in terms of reactor volume.

Пример 10Example 10

Описанные ниже измененные по сравнению с описанной в примере 1 методики синтеза проводили в лабораторном автоклаве объемом 1 л и затем проводили обработку в соответствии с методикой, описанной в примере 4, при Тэфф.=1000°С для подтверждения того, что проводимый при подходящих условиях распылительный пиролиз можно использовать для разных продуктов синтеза без разрушения кристаллической структуры.The synthesis procedures described below, modified from those described in Example 1, were carried out in a 1 L laboratory autoclave, and then treated according to the procedure described in Example 4 at T eff .=1000° C. to confirm that it was carried out under suitable conditions. spray pyrolysis can be used for various synthesis products without destroying the crystal structure.

Общее описание:General description:

Цеолит получали по следующей методике: В типичном эксперименте источник металла, источник кремния, вспомогательный компонент, воду и необязательно затравочные кристаллы-золь, помещали в изготовленный из нержавеющей стали автоклав (Btichi, V (объем) = 1,1 см3, D (диаметр) = 8,4 см, Н (высота) = 20,3 см, электрическое нагревание) и осторожно перемешивали.The zeolite was prepared according to the following procedure: In a typical experiment, a metal source, a silicon source, an auxiliary component, water and optional sol seed crystals, were placed in a stainless steel autoclave (Btichi, V (volume) = 1.1 cm 3 , D (diameter ) = 8.4 cm, H (height) = 20.3 cm, electrical heating) and gently stirred.

Альтернативно, источник кремния объединяли с источником металла (пропитывали) до проведения синтеза путем обработки ксеро- или гидрогеля диоксида кремния жидким содержащим титан раствором, таким как раствор титанилсульфата, оксалата титана, лактата титана (или другими содержащими титан растворами) и получали пропитанный металлом диоксид кремния, также называющийся ксерогелем диоксида кремния-диоксида титана или гидрогелем диоксида кремния-диоксида титана. В приведенных в настоящем изобретении примерах для пропитки гидрогеля диоксида кремния использовали титанилсульфат (необязательно с проведением последующей стадии сушки для уменьшения содержания воды). После объединения гидрогель необязательно можно высушить с получением ксерогеля для изменения содержания воды в материале. Ксеро- или гидрогель диоксида кремния-диоксида титана добавляли в автоклав вместе с другими компонентами.Alternatively, the silicon source was combined with the metal source (impregnated) prior to synthesis by treating the xero- or hydrogel silica with a titanium-containing liquid solution, such as a solution of titanyl sulfate, titanium oxalate, titanium lactate (or other titanium-containing solutions) and metal-impregnated silica was obtained. , also called silica-titanium dioxide xerogel or silica-titanium dioxide hydrogel. In the examples of the present invention, titanyl sulfate was used to impregnate the silica hydrogel (optionally with a subsequent drying step to reduce the water content). After combining, the hydrogel can optionally be dried to form a xerogel to change the water content of the material. Xero- or hydrogel silica-titanium dioxide was added to the autoclave along with other components.

Для синтеза силикалита титана-1 (структура типа MFI) необязательно можно использовать затравочные кристаллы силикалита-1 или силикалита титана-1 (или их смесь). Для синтеза силикалита титана-2 (структура типа MEL) необязательно можно использовать затравочные кристаллы силикалита-2 или силикалита титана-2 (или их смесь).Silicalite-1 or titanium-1 silicalite seed crystals (or a mixture thereof) can optionally be used for the synthesis of titanium-1 silicalite (MFI type structure). Silicalite-2 or titanium-2 silicalite seed crystals (or a mixture thereof) can optionally be used for the synthesis of titanium-2 silicalite (MEL type structure).

Автоклав герметизировали, затем смесь подвергали гидротермальной обработке (скорость нагревания: 1 К/мин) и перемешивали при 250-450 об/мин.The autoclave was sealed, then the mixture was subjected to hydrothermal treatment (heating rate: 1 K/min) and stirred at 250-450 rpm.

Затем автоклав охлаждали до комнатной температуры при скорости охлаждения, равной примерно 1 К/мин, и получали содержащую цеолит водную суспензию.The autoclave was then cooled to room temperature at a cooling rate of about 1 K/min to give a zeolite-containing aqueous slurry.

Неочищенную суспензию, полученную после гидротермального синтеза, обрабатывали и анализировали в соответствии с методикой, описанной в примере 4, при Тэфф.=1000°С.The crude suspension obtained after hydrothermal synthesis was processed and analyzed in accordance with the procedure described in example 4, at T eff .=1000°C.

a) Для получения силикалита титана-1 (структура типа MFI) синтез проводили путем добавления в автоклав 120 г тонкодисперсного порошкообразного диоксида кремния, 50 г оксалата титана, 20 г затравочных кристаллов силикалита-1 в водном растворе, 100 г гидроксида тетрапропиламмония (40% водный раствор) и 200 г воды. В соответствии с приведенным выше общим описанием автоклав нагревали до 160°С и смесь перемешивали в течение 180 мин, затем охлаждали. Содержание воды в источнике кремния составляло <5 мас.%. На рентгенограмме видны пики, находящиеся в положениях, соответствующих положениям пиков силикалита титана-1.a) To obtain titanium-1 silicalite (MFI type structure), the synthesis was carried out by adding to the autoclave 120 g of fine silica powder, 50 g of titanium oxalate, 20 g of silicalite-1 seed crystals in aqueous solution, 100 g of tetrapropylammonium hydroxide (40% aqueous solution) and 200 g of water. In accordance with the above general description, the autoclave was heated to 160°C and the mixture was stirred for 180 min, then cooled. The water content of the silicon source was <5 wt%. The X-ray pattern shows peaks located in positions corresponding to the positions of the peaks of titanium-1 silicalite.

b) Для получения силикалита титана-1 (структура типа MFI) синтез проводили путем добавления в автоклав 300 г тетраэтилортосиликата, >99%, 8 г тетраэтилортотитаната (35%TiO2), 130 г гидроксида тетрапропиламмония (40% водный раствор) и 250 г воды. В соответствии с приведенным выше общим описанием автоклав нагревали до 160°С и смесь перемешивали в течение 180 мин, затем охлаждали. На рентгенограмме видны пики, находящиеся в положениях, соответствующих положениям пиков силикалита титана-1.b) To obtain titanium-1 silicalite (MFI type structure), the synthesis was carried out by adding to the autoclave 300 g of tetraethyl orthosilicate, >99%, 8 g of tetraethyl orthotitanate (35%TiO 2 ), 130 g of tetrapropylammonium hydroxide (40% aqueous solution) and 250 g water. In accordance with the above general description, the autoclave was heated to 160°C and the mixture was stirred for 180 min, then cooled. The X-ray pattern shows peaks located in positions corresponding to the positions of the peaks of titanium-1 silicalite.

c) Для получения силикалита титана-1 (структура типа MFI) синтез проводили путем добавления в автоклав 250 г гидрогеля диоксида кремния-диоксида титана (2,5 мас.%TiO2, содержание воды: 60-80 мас.%), 115 г гидроксида тетрапропиламмония (40% водный раствор), 20 г затравочных кристаллов силикалита титана-1 и 250 г воды. Как описано выше, до проведения синтеза источник кремния (гидрогель диоксида кремния) необходимо объединить с титанилсульфатом (50% в водном растворе) с получением гидрогеля диоксида кремния-диоксида титана, обладающего содержанием воды, составляющим 60-80%. В соответствии с общим описанием автоклав нагревали до 160°С и смесь перемешивали в течение 180 мин, затем охлаждали. На рентгенограмме видны пики, находящиеся в положениях, соответствующих положениям пиков силикалита титана-1.c) To obtain titanium-1 silicalite (MFI type structure), synthesis was carried out by adding 250 g of silica-titanium dioxide hydrogel (2.5 wt.%TiO 2 , water content: 60-80 wt.%), 115 g tetrapropylammonium hydroxide (40% aqueous solution), 20 g of titanium-1 silicalite seed crystals and 250 g of water. As described above, before carrying out the synthesis, a source of silicon (silica hydrogel) must be combined with titanyl sulfate (50% in aqueous solution) to obtain a silica-titanium dioxide hydrogel having a water content of 60-80%. In accordance with the General description, the autoclave was heated to 160°C and the mixture was stirred for 180 min, then cooled. The X-ray pattern shows peaks located in positions corresponding to the positions of the peaks of titanium-1 silicalite.

d) Синтез проводили так же, как в примере с), но с использованием гидрогеля диоксида кремния-диоксида титана, обладающего содержанием воды, составляющим 50-70 мас.%, и 300 г воды. На рентгенограмме видны пики, находящиеся в положениях, соответствующих положениям пиков силикалита титана-1.d) The synthesis was carried out in the same way as in example c), but using a silica-titanium dioxide hydrogel having a water content of 50-70% by weight and 300 g of water. The X-ray pattern shows peaks located in positions corresponding to the positions of the peaks of titanium-1 silicalite.

e) Синтез проводили так же, как в примере с), но с использованием гидрогеля диоксида кремния-диоксида титана, обладающего содержанием воды, составляющим 50-60 мас.%, и 300 г воды. На рентгенограмме видны пики, находящиеся в положениях, соответствующих положениям пиков силикалита титана-1.e) The synthesis was carried out in the same way as in example c), but using a silica-titanium dioxide hydrogel having a water content of 50-60% by weight and 300 g of water. The X-ray pattern shows peaks located in positions corresponding to the positions of the peaks of titanium-1 silicalite.

f) Синтез проводили так же, как в примере с), но с использованием гидрогеля диоксида кремния-диоксида титана, обладающего содержанием воды, составляющим 30-50 мас.%, и 300 г воды. На рентгенограмме видны пики, находящиеся в положениях, соответствующих положениям пиков силикалита титана-1.f) The synthesis was carried out in the same way as in example c), but using a silica-titanium dioxide hydrogel having a water content of 30-50% by weight and 300 g of water. The X-ray pattern shows peaks located in positions corresponding to the positions of the peaks of titanium-1 silicalite.

g) Синтез проводили так же, как в примере с), но с использованием ксерогеля диоксида кремния-диоксида титана, обладающего содержанием воды, составляющим 10-30 мас.%, и 350 г воды. На рентгенограмме видны пики, находящиеся в положениях, соответствующих положениям пиков силикалита титана-1.g) The synthesis was carried out in the same way as in example c), but using a silica-titanium dioxide xerogel having a water content of 10-30% by weight and 350 g of water. The X-ray pattern shows peaks located in positions corresponding to the positions of the peaks of titanium-1 silicalite.

h) Синтез проводили так же, как в примере с), но с использованием ксерогеля диоксида кремния-диоксида титана, обладающего содержанием воды, составляющим <10 мас.%, и 450 г воды. На рентгенограмме видны пики, находящиеся в положениях, соответствующих положениям пиков силикалита титана-1.h) The synthesis was carried out in the same way as in example c), but using a silica-titanium dioxide xerogel having a water content of <10 wt.%, and 450 g of water. The X-ray pattern shows peaks located in positions corresponding to the positions of the peaks of titanium-1 silicalite.

i) Синтез проводили так же, как в примере d), но автоклав нагревали до 180°С и перемешивание продолжали в течение 60 мин. На рентгенограмме видны пики, находящиеся в положениях, соответствующих положениям пиков силикалита титана-1.i) The synthesis was carried out in the same way as in example d), but the autoclave was heated to 180° C. and stirring was continued for 60 minutes. The X-ray pattern shows peaks located in positions corresponding to the positions of the peaks of titanium-1 silicalite.

j) Синтез проводили так же, как в примере е), но автоклав нагревали до 180°С и перемешивание продолжали в течение 60 мин. На рентгенограмме видны пики, находящиеся в положениях, соответствующих положениям пиков силикалита титана-1.j) The synthesis was carried out in the same way as in example e), but the autoclave was heated to 180° C. and stirring was continued for 60 minutes. The X-ray pattern shows peaks located in positions corresponding to the positions of the peaks of titanium-1 silicalite.

k) Синтез проводили так же, как в примере е), но с использованием 100 г гидроксида тетрапропиламмония (35% водный раствор). На рентгенограмме видны пики, находящиеся в положениях, соответствующих положениям пиков силикалита титана-1.k) The synthesis was carried out in the same way as in example e), but using 100 g of tetrapropylammonium hydroxide (35% aqueous solution). The X-ray pattern shows peaks located in positions corresponding to the positions of the peaks of titanium-1 silicalite.

l) Синтез проводили так же, как в примере е), но с использованием 150 г гидроксида тетрапропиламмония (20% водный раствор). На рентгенограмме видны пики, находящиеся в положениях, соответствующих положениям пиков силикалита титана-1.l) The synthesis was carried out in the same way as in example e), but using 150 g of tetrapropylammonium hydroxide (20% aqueous solution). The X-ray pattern shows peaks located in positions corresponding to the positions of the peaks of titanium-1 silicalite.

m) Синтез проводили так же, как в примере е), но с использованием 200 г 1,6-диаминогексана и без использования гидроксида тетрапропиламмония (40% водный раствор). На рентгенограмме видны пики, находящиеся в положениях, соответствующих положениям пиков силикалита титана-1.m) The synthesis was carried out in the same way as in example e), but using 200 g of 1,6-diaminohexane and without using tetrapropylammonium hydroxide (40% aqueous solution). The X-ray pattern shows peaks located in positions corresponding to the positions of the peaks of titanium-1 silicalite.

n) Синтез проводили так же, как в примере m), но с использованием 100 г 1,6-диаминогексана и 50 г гидроксида тетрапропиламмония (40% водный раствор). На рентгенограмме видны пики, находящиеся в положениях, соответствующих положениям пиков силикалита титана-1.n) The synthesis was carried out in the same way as in example m), but using 100 g of 1,6-diaminohexane and 50 g of tetrapropylammonium hydroxide (40% aqueous solution). The X-ray pattern shows peaks located in positions corresponding to the positions of the peaks of titanium-1 silicalite.

о) Синтез проводили так же, как в примере m), но с использованием 200 г 1,2-пентадиола вместо 1,6-диаминогексана. На рентгенограмме видны пики, находящиеся в положениях, соответствующих положениям пиков силикалита титана-1.o) The synthesis was carried out in the same way as in example m), but using 200 g of 1,2-pentadiol instead of 1,6-diaminohexane. The X-ray pattern shows peaks located in positions corresponding to the positions of the peaks of titanium-1 silicalite.

р) Синтез проводили так же, как в примере n), но с использованием 100 г 1,2-пентадиола вместо 1,6-диаминогексана. На рентгенограмме видны пики, находящиеся в положениях, соответствующих положениям пиков силикалита титана-1.p) The synthesis was carried out in the same way as in example n), but using 100 g of 1,2-pentadiol instead of 1,6-diaminohexane. The X-ray pattern shows peaks located in positions corresponding to the positions of the peaks of titanium-1 silicalite.

q) Синтез проводили так же, как в примере n), но с использованием 50 г 1,2-пентадиола, 50 г 1,6-диаминогексана и 50 г гидроксида тетрапропиламмония (40% водный раствор). На рентгенограмме видны пики, находящиеся в положениях, соответствующих положениям пиков силикалита титана-1.q) The synthesis was carried out in the same way as in example n), but using 50 g of 1,2-pentadiol, 50 g of 1,6-diaminohexane and 50 g of tetrapropylammonium hydroxide (40% aqueous solution). The X-ray pattern shows peaks located in positions corresponding to the positions of the peaks of titanium-1 silicalite.

r) Синтез проводили так же, как в примере а), но с использованием 200 г 1,6-диаминогексана и без использования гидроксида тетрапропиламмония (40% водный раствор). На рентгенограмме видны пики, находящиеся в положениях, соответствующих положениям пиков силикалита титана-1.r) The synthesis was carried out in the same way as in example a), but using 200 g of 1,6-diaminohexane and without using tetrapropylammonium hydroxide (40% aqueous solution). The X-ray pattern shows peaks located in positions corresponding to the positions of the peaks of titanium-1 silicalite.

s) Синтез проводили так же, как в примере а), но с использованием 200 г 1,2-пентадиола и без использования гидроксида тетрапропиламмония (40% водный раствор). На рентгенограмме видны пики, находящиеся в положениях, соответствующих положениям пиков силикалита титана-1.s) The synthesis was carried out in the same way as in example a), but using 200 g of 1,2-pentadiol and without using tetrapropylammonium hydroxide (40% aqueous solution). The X-ray pattern shows peaks located in positions corresponding to the positions of the peaks of titanium-1 silicalite.

t) Синтез проводили так же, как в примере е), но с использованием гидрогеля диоксида кремния-диоксида титана, обладающего содержанием TiO2, составляющим 3,7 мас.%. На рентгенограмме видны пики, находящиеся в положениях, соответствующих положениям пиков силикалита титана-1.t) The synthesis was carried out in the same way as in example e), but using a silica-titanium dioxide hydrogel having a TiO 2 content of 3.7% by weight. The X-ray pattern shows peaks located in positions corresponding to the positions of the peaks of titanium-1 silicalite.

u) Синтез проводили так же, как в примере е), но с использованием гидрогеля диоксида кремния-диоксида титана, обладающего содержанием TiO2, составляющим 3,5 мас.% TiO2. На рентгенограмме видны пики, находящиеся в положениях, соответствующих положениям пиков силикалита титана-1.u) The synthesis was carried out in the same way as in example e), but using a silica-titanium dioxide hydrogel having a TiO 2 content of 3.5 wt.% TiO 2 . The X-ray pattern shows peaks located in positions corresponding to the positions of the peaks of titanium-1 silicalite.

v) Синтез проводили так же, как в примере е), но с использованием гидрогеля диоксида кремния-диоксида титана, обладающего содержанием TiO2, составляющим 3,1 мас.%. На рентгенограмме видны пики, находящиеся в положениях, соответствующих положениям пиков силикалита титана-1.v) The synthesis was carried out in the same way as in example e), but using a silica-titanium dioxide hydrogel having a TiO 2 content of 3.1 wt%. The X-ray pattern shows peaks located in positions corresponding to the positions of the peaks of titanium-1 silicalite.

w) Синтез проводили так же, как в примере е), но с использованием гидрогеля диоксида кремния-диоксида титана, обладающего содержанием TiO2, составляющим 2,8 мас.%. На рентгенограмме видны пики, находящиеся в положениях, соответствующих положениям пиков силикалита титана-1.w) The synthesis was carried out in the same way as in example e), but using a silica-titanium dioxide hydrogel having a TiO 2 content of 2.8 wt.%. The X-ray pattern shows peaks located in positions corresponding to the positions of the peaks of titanium-1 silicalite.

х) Синтез проводили так же, как в примере е), но с использованием гидрогеля диоксида кремния-диоксида титана, обладающего содержанием TiO2, составляющим 2,3 мас.%. На рентгенограмме видны пики, находящиеся в положениях, соответствующих положениям пиков силикалита титана-1.x) The synthesis was carried out in the same way as in example e), but using a silica-titanium dioxide hydrogel having a TiO 2 content of 2.3 wt.%. The X-ray pattern shows peaks located in positions corresponding to the positions of the peaks of titanium-1 silicalite.

у) Синтез проводили так же, как в примере е), но с использованием гидрогеля диоксида кремния-диоксида титана, обладающего содержанием TiO2, составляющим 1,8 мас.%. На рентгенограмме видны пики, находящиеся в положениях, соответствующих положениям пиков силикалита титана-1.y) The synthesis was carried out in the same way as in example e), but using a silica-titanium dioxide hydrogel having a TiO 2 content of 1.8 wt.%. The X-ray pattern shows peaks located in positions corresponding to the positions of the peaks of titanium-1 silicalite.

z) Синтез проводили так же, как в примере е), но с использованием гидрогеля диоксида кремния-диоксида титана, обладающего содержанием TiO2, составляющим 1,5 мас.%. На рентгенограмме видны пики, находящиеся в положениях, соответствующих положениям пиков силикалита титана-1.z) The synthesis was carried out in the same way as in example e), but using a silica-titanium dioxide hydrogel having a TiO 2 content of 1.5 wt.%. The X-ray pattern shows peaks located in positions corresponding to the positions of the peaks of titanium-1 silicalite.

аа) Синтез проводили так же, как в примере е), но с использованием гидрогеля диоксида кремния-диоксида титана, обладающего содержанием TiO2, составляющим 1,0 мас.%. На рентгенограмме видны пики, находящиеся в положениях, соответствующих положениям пиков силикалита титана-1.aa) The synthesis was carried out in the same way as in example e), but using a silica-titanium dioxide hydrogel having a TiO 2 content of 1.0 wt.%. The X-ray pattern shows peaks located in positions corresponding to the positions of the peaks of titanium-1 silicalite.

bb) Синтез проводили так же, как в примере е), но с использованием гидрогеля диоксида кремния-диоксида титана, обладающего содержанием TiO2, составляющим 0,5 мас.%. На рентгенограмме видны пики, находящиеся в положениях, соответствующих положениям пиков силикалита титана-1.bb) The synthesis was carried out in the same way as in example e), but using a silica-titanium dioxide hydrogel having a TiO 2 content of 0.5 wt.%. The X-ray pattern shows peaks located in positions corresponding to the positions of the peaks of titanium-1 silicalite.

сс) Для получения силикалита титана-2 (структура типа MEL) синтез проводили путем добавления в автоклав 250 г гидрогеля диоксида кремния-диоксида титана (2,5 мас.% TiO2), 115 г гидроксида тетрапропиламмония (40% водный раствор), 20 г затравочных кристаллов силикалита-2 и 300 г воды. В соответствии с приведенным выше общим описанием автоклав нагревали до 160°С и смесь перемешивали в течение 180 мин, затем охлаждали. Содержание воды в предшественнике диоксида кремния-диоксида титана составляло 50-60 мас.%. На рентгенограмме видны пики, находящиеся в положениях, соответствующих положениям пиков силикалита титана-2 (как указано в базе данных ICDD).cc) To obtain titanium-2 silicalite (MEL type structure), the synthesis was carried out by adding to the autoclave 250 g of silica-titanium dioxide hydrogel (2.5 wt.% TiO 2 ), 115 g of tetrapropylammonium hydroxide (40% aqueous solution), 20 g seed crystals of silicalite-2 and 300 g of water. In accordance with the above general description, the autoclave was heated to 160°C and the mixture was stirred for 180 min, then cooled. The water content of the silica-titania precursor was 50-60% by weight. The radiograph shows peaks at positions corresponding to those of titanium-2 silicalite peaks (as reported in the ICDD database).

dd) Для получения силикалита железа-1 (структура типа MFI) синтез проводили путем добавления в автоклав 250 г ксерогеля диоксида кремния, 115 г гидроксида тетрапропиламмония (40% водный раствор), 20 г затравочных кристаллов силикалита-1, 30 г цитрата железа-аммония и 350 г воды. В соответствии с приведенным выше общим описанием автоклав нагревали до 160°С и смесь перемешивали в течение 180 мин, затем охлаждали. Содержание воды в предшественнике диоксида кремния составляло 20-30 мас.%. На рентгенограмме видны пики, находящиеся в положениях, соответствующих положениям пиков силикалита железа-1 (как указано в базе данных ICDD).dd) To obtain iron-1 silicalite (MFI type structure), the synthesis was carried out by adding to the autoclave 250 g of silicon dioxide xerogel, 115 g of tetrapropylammonium hydroxide (40% aqueous solution), 20 g of silicalite-1 seed crystals, 30 g of iron-ammonium citrate and 350 g of water. In accordance with the above general description, the autoclave was heated to 160°C and the mixture was stirred for 180 min, then cooled. The water content of the silica precursor was 20-30% by weight. The radiograph shows peaks at positions corresponding to those of the iron-1 silicalite peaks (as reported in the ICDD database).

ее) Для получения силикалита алюминия-железа-1, также называющегося железо-ZSM-S, (структура типа MFI) синтез проводили путем добавления в автоклав 250 г ксерогеля диоксида кремния, 115 г гидроксида тетрапропиламмония (40% водный раствор), 20 г затравочных кристаллов силикалита-1, 30 г цитрата железа-аммония, 50 г нитрата алюминия и 350 г воды. В соответствии с приведенным выше общим описанием автоклав нагревали до 160°С и смесь перемешивали в течение 180 мин, затем охлаждали. Содержание воды в предшественнике диоксида кремния составляло 20-30 мас.%. На рентгенограмме видны пики, находящиеся в положениях, соответствующих положениям пиков железо-ZSM-S (как указано в базе данных ICDD).ee) To obtain aluminum-iron-1 silicalite, also called iron-ZSM-S, (MFI type structure), the synthesis was carried out by adding to the autoclave 250 g of silicon dioxide xerogel, 115 g of tetrapropylammonium hydroxide (40% aqueous solution), 20 g of seed silicalite-1 crystals, 30 g of iron-ammonium citrate, 50 g of aluminum nitrate and 350 g of water. In accordance with the above general description, the autoclave was heated to 160°C and the mixture was stirred for 180 min, then cooled. The water content of the silica precursor was 20-30% by weight. The radiograph shows peaks at positions corresponding to those of the iron-ZSM-S peaks (as reported in the ICDD database).

Кристаллографические данные для силикалита титана-1 (источник: база данных ICDD):Crystallographic data for titanium-1 silicalite (source: ICDD database):

Идентификационный номер: 01-089-8099,ID number: 01-089-8099,

Название соединения: диоксид кремния-титана,Compound name: silica-titanium dioxide,

Код ICSD (база данных "Структуры неорганических кристаллов"): 88413,ICSD code (database "Structures of inorganic crystals"): 88413,

Публикация: Lamberti, С., Bordiga, S., Zecchina, A., Carati, A., Fitch, A.N., Artioli, G., Petrini, G., Salvalaggio, M., Marra, G.L., J. Catal, 183, 222, (1999).Publication: Lamberti, C., Bordiga, S., Zecchina, A., Carati, A., Fitch, A.N., Artioli, G., Petrini, G., Salvalaggio, M., Marra, G.L., J. Catal, 183 , 222 (1999).

Перечень отражений:List of reflections:

Claims (35)

1. Способ получения порошкообразного пористого кристаллического силиката металла, включающий следующие стадии:1. A method for producing powdered porous crystalline metal silicate, comprising the following steps: (a) гидротермальный синтез с использованием водной смеси, содержащей:(a) hydrothermal synthesis using an aqueous mixture containing: (A) источник кремния, который выбирают из группы, состоящей из следующих: пирогенный диоксид кремния, осажденный диоксид кремния, диоксид кремния, полученный по золь-гелевой технологии, и их смеси,(A) a source of silicon selected from the group consisting of the following: fumed silica, precipitated silica, sol-gel silica, and mixtures thereof, (B) источник металла, и(B) the metal source, and (C) вспомогательный компонент,(C) auxiliary component, с получением водной суспензии продукта реакции 1, содержащей неочищенный пористый кристаллический силикат металла, причем гидротермальный синтез проводят при температуре, равной от 100 до 250°С, при автогенном давлении, созданном в выдерживающем давление реакторе, и при значении рН, превышающем 7, в течение менее 12 ч; иto obtain an aqueous suspension of the product of reaction 1 containing a crude porous crystalline metal silicate, and hydrothermal synthesis is carried out at a temperature equal to from 100 to 250°C, under autogenous pressure created in a pressure-keeping reactor, and at a pH value greater than 7, for less than 12 hours; And (b) пламенный распылительный пиролиз продукта реакции 1, где водную суспензию, полученную на стадии (а), распыляют в пламя, образующееся при сгорании топлива, в присутствии кислорода с получением порошкообразного пористого кристаллического силиката металла; при этом топливом, использующимся для пламенного распылительного пиролиза, является водород; причем водная суспензия, содержащая продукт реакции 1, полученная на стадии (а), обладает содержанием твердых веществ, составляющим ≤70 мас.%; и причем максимальная эффективная температура Тэфф, до которой во время пламенного пиролиза нагревается не менее 90 мас.% пористого кристаллического силиката металла, находится в диапазоне Тминэффмакс, и(b) flame spray pyrolysis of reaction product 1, wherein the aqueous slurry obtained in step (a) is sprayed into a fuel combustion flame in the presence of oxygen to obtain porous crystalline metal silicate powder; while the fuel used for flame spray pyrolysis is hydrogen; moreover, the aqueous suspension containing the reaction product 1 obtained in stage (a) has a solids content of ≤70 wt.%; and moreover, the maximum effective temperature T eff , to which at least 90 wt.% of the porous crystalline metal silicate is heated during flame pyrolysis, is in the range T min <T eff <T max , and где Тмин равна 750°С, иwhere T min is 750°C, and где Тмакс равна 1250°С, иwhere T max is equal to 1250°C, and при этом источником металла (В) является источник титана (Ti), железа (Fe) или алюминия (Al), иwherein the source of the metal (B) is a source of titanium (Ti), iron (Fe), or aluminum (Al), and при этом вспомогательный компонент (С) выбирают из группы, состоящей из гидроксида тетрапропиламмония, 1,6-диаминогексана и 1,2-пентандиола для получения силикалита титана-1, и гидроксида тетрапропиламмония для получения силикалита титана-2, силикалита железа-1 и силикалита алюминия-железа-1.wherein the auxiliary component (C) is selected from the group consisting of tetrapropylammonium hydroxide, 1,6-diaminohexane and 1,2-pentanediol to obtain titanium-1 silicalite, and tetrapropylammonium hydroxide to obtain titanium-2 silicalite, iron-1 silicalite and silicalite aluminum-iron-1. 2. Способ по п. 1, в котором на стадии (а) компонент (А) и компонент (В) объединяют с получением одного компонента и этот компонент выбран из группы, состоящей из следующих: аморфный смешанный оксид металла и кремния, аморфный диоксид кремния, легированный оксидом металла, аморфный диоксид кремния, пропитанный металлом, силикат металла, легированный металлом тетраалкилортосиликат и их смеси.2. The method according to claim 1, wherein in step (a), component (A) and component (B) are combined to form one component, and the component is selected from the group consisting of the following: amorphous mixed metal-silica oxide, amorphous silica , metal oxide doped, metal impregnated amorphous silica, metal silicate, metal doped tetraalkyl orthosilicate, and mixtures thereof. 3. Способ по любому из пп. 1, 2, в котором источником металла (В) является источник титана (Ti).3. The method according to any one of paragraphs. 1, 2, in which the source of metal (B) is a source of titanium (Ti). 4. Способ по п. 1, в котором4. The method according to claim 1, in which компонент (А) выбирают из группы, состоящей из следующих: пирогенный диоксид кремния, осажденный диоксид кремния, диоксид кремния, полученный по золь-гелевой технологии, и их смеси, и при этом источником металла (В) является источник титана (Ti), и при этом вспомогательный компонент (С) выбирают из группы, состоящей из гидроксида тетрапропиламмония, 1,6-диаминогексана и 1,2-пентандиола для получения силикалита титана-1, и гидроксида тетрапропиламмония для получения силикалита титана-2, и при этомcomponent (A) is selected from the group consisting of the following: fumed silica, precipitated silica, sol-gel silica, and mixtures thereof, wherein the source of metal (B) is a titanium (Ti) source, and wherein the auxiliary component (C) is selected from the group consisting of tetrapropylammonium hydroxide, 1,6-diaminohexane and 1,2-pentanediol to obtain titanium-1 silicalite, and tetrapropylammonium hydroxide to obtain titanium-2 silicalite, and at the same time пористый кристаллический силикат металла обладает структурой цеолита типа MFI или MEL, и при этомporous crystalline metal silicate has the structure of an MFI or MEL type zeolite, and at the same time топливом, использующимся для пламенного распылительного пиролиза, является водород.the fuel used for flame spray pyrolysis is hydrogen. 5. Способ по п. 1, в котором5. The method according to claim 1, in which компонент (А) и компонент (В) объединяют с получением одного компонента, и этот компонент выбран из группы, состоящей из следующих: аморфный смешанный оксид металла и кремния, аморфный диоксид кремния, легированный оксидом металла, аморфный диоксид кремния, пропитанный металлом, силикат металла, легированный металлом тетраалкилортосиликат и их смеси, и при этом источником металла (В) является источник титана (Ti), и при этом вспомогательный компонент (С) выбирают из группы, состоящей из гидроксида тетрапропиламмония, 1,6-диаминогексана и 1,2-пентандиола для получения силикалита титана-1, и гидроксида тетрапропиламмония для получения силикалита титана-2, и при этомcomponent (A) and component (B) are combined to form one component, and this component is selected from the group consisting of the following: amorphous mixed oxide of metal and silicon, amorphous silicon dioxide doped with metal oxide, amorphous silicon dioxide impregnated with metal, metal silicate , metal-doped tetraalkylorthosilicate and mixtures thereof, wherein the metal source (B) is a titanium (Ti) source, and the auxiliary component (C) is selected from the group consisting of tetrapropylammonium hydroxide, 1,6-diaminohexane and 1,2- pentanediol to produce titanium-1 silicalite, and tetrapropylammonium hydroxide to produce titanium-2 silicalite, and пористый кристаллический силикат металла обладает цеолитной структурой типа MFI или MEL, и при этомporous crystalline metal silicate has a zeolite structure of the MFI or MEL type, and at the same time топливом, использующимся для пламенного распылительного пиролиза, является водород.the fuel used for flame spray pyrolysis is hydrogen. 6. Способ по любому из пп. 1-5, в котором вспомогательным компонентом является гидроксид тетрапропиламмония.6. The method according to any one of paragraphs. 1-5, in which the auxiliary component is tetrapropylammonium hydroxide. 7. Способ по любому из пп. 1-6, в котором Тмин равна 800°С, и в котором Тмакс равна 1200°С.7. The method according to any one of paragraphs. 1-6, in which T min is equal to 800°C, and in which T max is equal to 1200°C. 8. Способ по любому из пп. 1-6, в котором Тмин. равна 850°С, и в котором Тмакс равна 1100°С.8. The method according to any one of paragraphs. 1-6, in which T min . equal to 850°C, and in which T max is equal to 1100°C. 9. Способ по любому из пп. 1-8, в котором использующаяся на стадии (а) водная смесь дополнительно содержит затравочные кристаллы.9. The method according to any one of paragraphs. 1-8, in which the aqueous mixture used in step (a) further comprises seed crystals. 10. Способ по любому из пп. 1-3 и 6-9, в котором пористый кристаллический силикат металла обладает цеолитной структурой типа MFI или MEL.10. The method according to any one of paragraphs. 1-3 and 6-9, wherein the porous crystalline metal silicate has an MFI or MEL type zeolite structure. 11. Способ по любому из пп. 1-3 и 6-10, в котором пористый кристаллический силикат металла обладает цеолитной структурой типа MFI.11. The method according to any one of paragraphs. 1-3 and 6-10, wherein the porous crystalline metal silicate has an MFI-type zeolite structure. 12. Способ по любому из пп. 1-3 и 6-11, в котором вспомогательный компонент (С) выбирают из группы, состоящей из гидроксида тетрапропиламмония, 1,6-диаминогексана и 1,2-пентандиола для получения силикалита титана-1, и гидроксида тетрапропиламмония для получения силикалита титана-2, и при этом источником металла (В) является источник титана (Ti).12. The method according to any one of paragraphs. 1-3 and 6-11, in which the auxiliary component (C) is selected from the group consisting of tetrapropylammonium hydroxide, 1,6-diaminohexane and 1,2-pentanediol to obtain titanium-1 silicalite, and tetrapropylammonium hydroxide to obtain titanium silicalite- 2, and wherein the source of the metal (B) is a source of titanium (Ti). 13. Способ по любому из пп. 1-3 и 6-12, в котором вспомогательным компонентом (С) является гидроксид тетрапропиламмония, и при этом источником металла (В) является источник титана (Ti), и при этом пористый кристаллический силикат титана обладает цеолитной структурой типа MFI.13. The method according to any one of paragraphs. 1-3 and 6-12, in which the auxiliary component (C) is tetrapropylammonium hydroxide, while the metal source (B) is a titanium (Ti) source, and the porous crystalline titanium silicate has an MFI-type zeolite structure. 14. Способ по любому из пп. 6-13, в котором топливом, использующимся для пламенного распылительного пиролиза, является водород.14. The method according to any one of paragraphs. 6-13, wherein the fuel used for flame spray pyrolysis is hydrogen. 15. Способ по любому из пп. 1-14, в котором полученный таким образом пористый кристаллический силикат металла обладает потерями при прокаливании, составляющими менее 5 мас.%.15. The method according to any one of paragraphs. 1-14, in which the thus obtained porous crystalline metal silicate has a loss on ignition of less than 5 wt.%. 16. Способ по любому из пп. 1-15, в котором после стадии (b) проводят стадию формования (с), включающую следующие подстадии:16. The method according to any one of paragraphs. 1-15, in which, after step (b), a molding step (c) is carried out, comprising the following sub-steps: (1) добавление воды для получения водной суспензии порошкообразного пористого кристаллического силиката металла,(1) adding water to obtain an aqueous suspension of porous crystalline metal silicate powder, (2) смешивание суспензии, полученной на подстадии (1), с гранулирующими средствами,(2) mixing the suspension obtained in sub-step (1) with granulating agents, (3) прессование, гранулирование, распылительная сушка, распылительное гранулирование и/или экструзия продукта, полученного на подстадии (2), для получения пористого кристаллического силиката металла в форме микрогранул, сфер, таблеток, сплошных цилиндров, полых цилиндров или сотовидных структур.(3) pressing, granulating, spray drying, spray granulating and/or extruding the product obtained in sub-step (2) to obtain a porous crystalline metal silicate in the form of microgranules, spheres, tablets, solid cylinders, hollow cylinders or honeycomb structures.
RU2021110775A 2018-09-25 2019-09-16 Method for producing powder-like porous crystalline metal silicates using flame spray pyrolysis RU2800856C2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18196479.2 2018-09-25

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2021110775A RU2021110775A (en) 2022-10-26
RU2800856C2 true RU2800856C2 (en) 2023-07-31

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1721013A1 (en) * 1989-03-28 1992-03-23 Научно-Производственное Объединение Космических Исследований Process for producing high-silica zeolite
US5919430A (en) * 1996-06-19 1999-07-06 Degussa Aktiengesellschaft Preparation of crystalline microporous and mesoporous metal silicates, products produced thereby and use thereof
US6106803A (en) * 1997-07-23 2000-08-22 Degussa-Huls Ag Granulates which contain titanium silicalite-1
RU2248934C2 (en) * 1999-09-07 2005-03-27 Технише Университет Дельфт Inorganic oxides with mesoporosity or mixed meso- and microporosity, and a method for preparation thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1721013A1 (en) * 1989-03-28 1992-03-23 Научно-Производственное Объединение Космических Исследований Process for producing high-silica zeolite
US5919430A (en) * 1996-06-19 1999-07-06 Degussa Aktiengesellschaft Preparation of crystalline microporous and mesoporous metal silicates, products produced thereby and use thereof
US6106803A (en) * 1997-07-23 2000-08-22 Degussa-Huls Ag Granulates which contain titanium silicalite-1
RU2248934C2 (en) * 1999-09-07 2005-03-27 Технише Университет Дельфт Inorganic oxides with mesoporosity or mixed meso- and microporosity, and a method for preparation thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7354108B2 (en) Production of porous crystalline metal silicates in powder form by flame spray pyrolysis
US6106803A (en) Granulates which contain titanium silicalite-1
JP6570596B2 (en) Fine powder and molded article containing zeolite material containing Ti and Zn
EP3326973B1 (en) A deboronated mww zeolitic material
JP6545157B2 (en) Method for producing butadiene
JP6385428B2 (en) Method for oxidizing sulfoxide
JPH1095610A (en) Production of micro-and mesoporous metallic silicate, formed product without containing binder and oxidation catalyst comprising the same compound
JPH101309A (en) Spherical silica-zeolite composite material and its production
RU2636724C2 (en) Post-treatment of deborated zeolite beta
CN109718828B (en) Microsphere Silicate-1 molecular sieve catalyst, preparation method thereof and method for preparing caprolactam
CN112752731B (en) Method for producing powdery porous crystalline metallosilicate by flame spray pyrolysis
Shang et al. Combination of spray drying encapsulation and steaming transformation toward robust hierarchical zeolite microspheres: Synthesis, formation mechanism and acid catalysis
KR20010031956A (en) Process for producing spherical catalyst particles, catalyst particles and their use in a chemical synthesis
CN109718826B (en) Microsphere Silicate-1 molecular sieve catalyst, preparation method thereof and method for preparing caprolactam
RU2800856C2 (en) Method for producing powder-like porous crystalline metal silicates using flame spray pyrolysis
RU2804511C2 (en) Production of powder-like porous crystalline silicates of metals using flame spray pyrolysis
CN100450618C (en) Catalyst for epoxidation reactions
EP2007677A1 (en) Silicon-titanium mixed oxide-containing dispersion for the production of titanium-containing zeolites
ITMI961836A1 (en) SILICA / ZEOLITE COMPOSITE MATERIALS IN SPHERICAL FORM AND PROCEDURE FOR THEIR PREPARATION