Корчуганова Олена Миколаївна. Нітратно-карбамідний спосіб одержання активного оксиду алюмінію

Краткое описание

Корчуганова Олена Миколаївна. Нітратно-карбамідний спосіб одержання активного оксиду алюмінію: дис... канд. техн. наук: 05.17.01 / Український держ. хіміко-технологічний ун-т. - Д., 2004

Корчуганова О.М. Нітратно-карбамідний спосіб одержання активного оксиду алюмінію. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.17.01 Технологія неорганічних речовин. Український державний хіміко-технологічний університет, Дніпропетровськ, 2004
Дисертація присвячена розробці ресурсозберігаючої технології отримання високоякісного активного оксиду алюмінію сировини для каталізаторів. В основу способу покладено метод гомогенного осадження гідроксиду алюмінію карбамідом з розчину нітрату алюмінію, що постійно випарюється. Запропоновано продукти осадження прокалювати без попередньої відмивки від водорозчинних залишків маточного розчину, в результаті прожарювання отримують термостабільний активний оксид алюмінію з високою питомою поверхнею до 360м2/г. Визначено склад газової фази прожарювання, запропоновано використовувати ці гази, що складаються в основному з двооксиду азоту для одержання розчину нітрату алюмінію. Досліджено кінетику терморозкладання складових продуктів осадження нітрату алюмінію, нітрату амонію, гідроксиду алюмінію, карбаміду. Виведено математичну модель процесу прожарювання. Досліджено кінетику суміщеного процесу хемосорбції оксидів азоту розчинення технічного гідроксиду алюмінію. Виведено експериментально-статистичну залежність ступеня очищення газу від оксидів азоту від технологічних факторів.
Запропонована технологія дозволяє скоротити прямі матеріальні витрати на отримання активного оксиду алюмінію у порівнянні з діючою технологією на 24%.

Аналіз відомих методів одержання АОА- сировини для каталізаторів показав перспективність розробки ресурсозберігаючої технології одержання активного оксиду алюмінію з високою питомою поверхнею.
У дисертації теоретично обґрунтовано і запропоновано новий спосіб одержання АОА, що базується на осадженні гідроксиду алюмінію карбамідом з розчину нітрату алюмінію, який постійно випарюється. Отримані продукти осадження, які містять гідроксид алюмінію, нітрат алюмінію, нітрат амонію і залишки карбаміду, пропонується прожарювати без попереднього водного відмивання, одержуючи активний оксид алюмінію і гази, що складаються в основному з оксидів азоту, які повертають у технологічний цикл на стадію розчинення технічного гідроксиду алюмінію.
У зв'язку з цим були виконані такі задачі досліджень:
1. Проведено дослідження процесу осадження гідроксиду алюмінію карбамідом з розчину, що постійно концентрується, в результаті яких встановлено:
максимальний ступінь осадження досягався при 30% надлишку карбаміду і складав 80%. Введення затравки технічного гідроксиду алюмінію значно підвищує ступінь осадження, причому навіть в умовах 50% недоліку карбаміду він складає ~90% від теоретично можливого;
визначено склад отриманих продуктів осадження. З'ясовано, що вони включають гідроксид алюмінію кристалічної модифікації беміт, залишки маточного розчину - нітрат амонію і нітрат алюмінію, а також гідроксид алюмінію кристалічної модифікації гідраргіліт у продуктах осадження, отриманих із затравкою ТГА.

Проведено дослідження прожарювання продуктів осадження. В результаті визначені константи швидкості терморозкладання сполук, що складають продукт осадження, а саме - нітрату алюмінію (Ко=49,09хв-2,2; Еа=23,73кДж/моль), нітрату амонію (Ко=88181хв-3,8; Еа=64,73кДж/моль), гідроксиду алюмінію (Ко=2149хв-0,5; Еа=40,13кДж/моль), карбаміду (Ко=714972хв-0,4; Еа=70,57кДж/моль). Створено математичну модель процесу прожарювання продуктів гомогенного осадження, яка відображає процес прокалки з 10% точністю.
Уперше проведені експериментальні дослідження суміщеного процесу хемосорбції оксидів азоту розчинення технічного гідроксиду алюмінію з його водної суспензії. Встановлено константи швидкості процесу і залежність швидкості розчинення гідроксиду алюмінію від температури (Ea=4кДж/моль, Ко=0,003л/(моль*хв)).
На підставі експериментальних даних виведена залежність ступеня очищення нітрозного газу від концентрації розчинів поглинання, тривалості контакту газу із суспензією і концентрації твердої фази у водній суспензії.
Визначено якісні показники одержуваного активного оксиду алюмінію. Установлено, що АОА, одержуваний за нітратно-карбамидною технологією за основними якісними показниками питомою поверхнею та пористістю не уступає промисловим зразкам.
За результатами досліджень розроблена технологічна схема одержання АОА. Визначено оптимальні технологічні параметри: концентрацію нітрату алюмінію в процесі осадження 450 г/л, недолік карбаміду за реакцією (1) 50%, кількість затравки ТГА 0,5 частин/1 частину осадженого гідроксиду алюмінію, температура прокалки 723К (450С). Для хемосорбції розчинення об'ємна швидкість газів прожарювання 500 м3/год, кількість апаратів у каскаді 3.
Запропоноване технологічне рішення на 95% знижує утворення рідких відходів, за рахунок використання технологічного циклу на 37% знижується матеріалоємкість процесу, на 24% прямі матеріальні витрати на виробництво АОА. При потужності виробництва 100т/рік екологічний ефект складе 874 грн.