一種基于氧化鋁氯化制備三氯化鋁的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于無機材料制備領域，特別涉及一種特定熔鹽載體條件下直接氯化制備三氯化鋁的工藝。
【背景技術】
[0002]無水三氯化鋁(簡稱三氯化鋁)是重要的有機反應催化劑，強脫水劑，主要用作有機合成的催化劑、洗滌劑，并用于醫(yī)藥、染料、香料、冶金、塑料、潤滑油等行業(yè)。在染料工業(yè)中用作為合成蒽醌等染料及中間體生產(chǎn)的催化劑，在水處理行業(yè)廣泛用作凈水劑等。
[0003]現(xiàn)有三氯化鋁的多是采用鋁錠法工藝，典型生產(chǎn)流程如下:將鋁錠放入反應爐內(nèi)熔化，至規(guī)定液位。液氯鋼瓶的液氯經(jīng)液氯汽化器氣化后經(jīng)緩沖罐穩(wěn)壓罐后，人工開啟氯氣穩(wěn)壓罐出口閥門，使氯氣流量穩(wěn)定在工藝范圍內(nèi)，氯氣經(jīng)過管路進入反應爐，與液態(tài)的鋁反應，溫度大約在800?900°C。反應生成物三氯化鋁經(jīng)升華管道進入捕集器，在捕集器中冷凝，經(jīng)刮切收集固體三氯化鋁，包裝得成品三氯化鋁。存在規(guī)模小，工人勞動強度高，環(huán)境污染和安全風險大等問題。
[0004]傳統(tǒng)鋁錠法制備三氯化鋁的爐產(chǎn)量在800?1200kg，每一座氯化爐的生產(chǎn)負荷和工藝參數(shù)控制不盡相同，在生產(chǎn)過程中采用單爐包裝的方式，各爐的粒度、雜質(zhì)含量等方面都存在一定的波動；鋁錠法制備三氯化鋁采用鋁錠為原料，大量使用了回收的鋁材或鋁合金為原料，這些原料中的重金屬等雜質(zhì)在氯化過程多會被氯化，進入到產(chǎn)品中使有害元素含量上升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決上述的技術問題，提供了一種以氧化鋁為原料，制備三氯化鋁的工藝，具體制備方法為:
[0006](I)將氯化鈉、氯化鉀和三氯化鋁按0.1:0.9:1.1的質(zhì)量比混合均勻，加入到鼓泡於漿床反應器中，然后加熱將混合熔鹽的溫度提升到700°C后，通氯氣，
[0007]其中，鼓泡於漿床反應器通過變頻風機調(diào)節(jié)控制爐內(nèi)壓力為微負壓(如低于-0.04kPa)，確保反應生成的氣體不外泄；
[0008](2)通氯氣穩(wěn)定后，向步驟(I)的混合熔鹽中連續(xù)加入氧化鋁(三氧化二鋁)和石油焦粉，進行反應(基本的反應式如下)，通過控制通氯量的大小保證反應溫度在700?800°C的范圍內(nèi)(該氯化反應為放熱反應)，并且以通氯的速率為基準，按照氯氣、三氧化二鋁、碳三者摩爾比為6.0:2.05:3.04?3.08的比例控制氧化鋁和石油焦粉的加入量，
[0009]2A1203+3C+6C12— 4A1C13+3C02
[0010]其中，采用的石油焦粉中固定碳含量為86.11%,
[0011 ] 氧化鋁、石油焦粉從鼓泡於漿床反應器上部加入，而氯氣經(jīng)分配器分成四只管道分別經(jīng)計量后從底部通入到漿態(tài)床氯化反應器中，調(diào)整氧化鋁和石油焦粉的加入量，定期分析熔鹽中石油焦粉和氧化鋁的含量，出現(xiàn)偏離控制范圍時按分析結果啟動補料程序；
[0012](3)經(jīng)步驟(2)中反應得到的氣體產(chǎn)物經(jīng)過凈化、結晶得到三氯化鋁，
[0013]其中，經(jīng)步驟(2)中反應得到的氣體產(chǎn)物為氣態(tài)形式的三氯化鋁、氯化氫、二氧化硫、二氧化碳、一氧化碳等(主要以二氧化碳為主)，經(jīng)循環(huán)液洗滌完成精制后，氣體產(chǎn)物進入連續(xù)結晶器進行結晶，結晶后以顆粒方式沉積到冷凝回收器的底部的轉(zhuǎn)運箱內(nèi)，定期送到產(chǎn)品儲罐待包裝；結晶后殘留的工藝尾氣(成分為氯化氫、二氧化硫、二氧化碳、一氧化碳等)通過尾氣風機抽入尾氣處理系統(tǒng)。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:
[0015]以氧化鋁為鋁源，在特定熔鹽體系中制備氯化鋁的工藝中，需要設定氯氣以及包含碳材料的石油焦粉過量從而促進反應向正方向進行，提高的轉(zhuǎn)化率。但是氯氣對于環(huán)境的危害較大，需要增加對殘留氯氣的專門處理，而本發(fā)明在保證制備反應高轉(zhuǎn)化率的同時，提高了氯氣的轉(zhuǎn)化率，避免了殘留氯氣的排放；
[0016]本發(fā)明中，一方面通過互相混合均勻后形成的熔鹽載體，不僅保證了石油焦粉和氧化鋁在鼓泡於床中的均勻分布，而且有利于氯氣進入鼓泡於漿床后的氣泡化，從而促進反應物、石油焦粉及和氯氣在特定熔鹽中高度分散并相互充分接觸，有利于提高反應的轉(zhuǎn)化率，避免了氯氣、石油焦粉的過量使用，并且本發(fā)明采用合適用量比的氯化鈉、氯化鉀、三氯化鋁作為熔鹽體系，在通入氯氣少量的基礎上，卻在三氯化鋁產(chǎn)量方面起到了意料不到的效果；另一方面，本發(fā)明充分利用了事先于特定熔鹽中加入三氯化鋁的自催化氧化鋁的效果，這也是鼓泡於漿床反應器設計的關鍵參數(shù)之一；
[0017]本發(fā)明的工藝相比于傳統(tǒng)鋁錠法，由于是采用直接氯化制取三氯化鋁，因此減少了鋁錠制取環(huán)節(jié)；制備同等產(chǎn)量的氯化鋁時，物耗成本下降了 34.4%，綜合能耗指標下降了 65.21%，經(jīng)濟效益和節(jié)能減排效果十分顯著，同時規(guī)?；a(chǎn)提高了勞動生產(chǎn)率，降低了勞動強度，為實現(xiàn)自動化控制創(chuàng)造了基本條件。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明中三氯化鋁制備工藝的流程圖，其中，I一鼓泡於漿床反應器、2—余熱精制器、3—連續(xù)結晶器、4 一成品觸、5—尾氣凈化塔。
【具體實施方式】
[0019]實施例1
[0020](I)將氯化鈉、氯化鉀和三氯化鋁按0.1:0.9:1.1的質(zhì)量比混合均勻，作為鼓泡於漿床的混合熔鹽，通過加熱將混合熔鹽的溫度提升到700°C后，通氯氣，
[0021]其中，鼓泡於漿床反應器通過變頻風機調(diào)節(jié)控制爐內(nèi)壓力為微負壓(-0.1kPa)，確保反應生成的氣體不外泄，
[0022](2)通氯氣穩(wěn)定后，向步驟(I)的混合熔鹽中加入氧化鋁和石油焦粉(固定碳含量為86.11%)進行反應，以通氯的速率為基準，按照氯氣、三氧化二鋁、碳三者摩爾比為6.0:2.05:3.08的比例，控制氧化鋁和石油焦粉的加入量，并通過控制通氯量的大小保證反應溫度在740?750 °C，
[0023]其中，氧化鋁、石油焦粉從鼓泡於漿床反應器上部加入，而氯氣經(jīng)分配器分成四只管道分別經(jīng)計量后從底部通入到鼓泡於漿床反應器中；
[0024](3)經(jīng)步驟(2)中反應得到的氣體產(chǎn)物經(jīng)循環(huán)液洗滌完成精制后，進入連續(xù)結晶器進行結晶(結晶粒度可控制在300 μπι至8_)，結晶后以顆粒方式沉積到冷凝回收器的底部的轉(zhuǎn)運箱內(nèi)，定期送到產(chǎn)品儲罐待包裝，得到三氯化鋁，結晶后殘留的工藝尾氣經(jīng)檢測不含有氯氣，尾氣通過風機抽入尾氣處理系統(tǒng)。
[0025]產(chǎn)品收率達到99.68% (以原料中三氧化二鋁的轉(zhuǎn)化率計算，并且在計算轉(zhuǎn)化率時排除熔鹽中本來的三氯化鋁)。
[0026]比較例I
[0027]將步驟(I)中“氯化鈉、氯化鉀和三氯化鋁”的質(zhì)量比修改為“0.15:0.85:1.1”，
其余實驗操作均與實施例1相同。
[0028]步驟(2)中反應得到的氣體產(chǎn)物經(jīng)循環(huán)液洗滌完成精制后，進入連續(xù)結晶器進行結晶得到三氯化鋁，結晶后殘留的工藝尾氣經(jīng)檢測含有氯氣，
[0029]產(chǎn)品收率達到94.63% (以原料中三氧化二鋁的轉(zhuǎn)化率計算，并且在計算轉(zhuǎn)化率時排除熔鹽中本來的三氯化鋁)。
[0030]比較例2
[0031]將步驟(I)中“氯化鈉、氯化鉀和三氯化鋁”的質(zhì)量比修改為“0.05:0.95:1.1”，
其余實驗操作均與實施例1相同。
[0032]步驟(2)中反應得到的氣體產(chǎn)物經(jīng)循環(huán)液洗滌完成精制后，進入連續(xù)結晶器進行結晶得到三氯化鋁，結晶后殘留的工藝尾氣經(jīng)檢測含有氯氣，
[0033]產(chǎn)品收率達到92.85% (以原料中三氧化二鋁的轉(zhuǎn)化率計算，并且在計算轉(zhuǎn)化率時排除熔鹽中本來的三氯化鋁)。
[0034]比較例3
[0035]將步驟⑴中“氯化鈉、氯化鉀和三氯化鋁”的質(zhì)量比修改為“0.1:0.9:1.25”，其余實驗操作均與實施例1相同。
[0036]步驟(2)中反應得到的氣體產(chǎn)物經(jīng)循環(huán)液洗滌完成精制后，進入連續(xù)結晶器進行結晶得到三氯化鋁，結晶后殘留的工藝尾氣經(jīng)檢測含有氯氣，
[0037]產(chǎn)品收率達到95.16% (以原料中三氧化二鋁的轉(zhuǎn)化率計算，并且在計算轉(zhuǎn)化率時排除熔鹽中本來的三氯化鋁)。
[0038]比較例4
[0039]將步驟⑵中“通過控制通氯量的大小而保證的反應溫度”修改為“755?765V ”，其余實驗操作均與實施例1相同。
[0040]步驟(2)中反應得到的氣體產(chǎn)物經(jīng)循環(huán)液洗滌完成精制后，進入連續(xù)結晶器進行結晶得到三氯化鋁，結晶后殘留的工藝尾氣經(jīng)檢測含有氯氣，
[0041]產(chǎn)品收率達到91.24% (以原料中三氧化二鋁的轉(zhuǎn)化率計算，并且在計算轉(zhuǎn)化率時排除熔鹽中本來的三氯化鋁)。
[0042]比較例5
[0043]將步驟(2)中“通過控制通氯量的大小而保證的反應溫度”修改為“734?739°C”，其余實驗操作均與實施例1相同。
[0044]步驟(2)中反應得到的氣體產(chǎn)物經(jīng)循環(huán)液洗滌完成精制后，進入連續(xù)結晶器進行結晶得到三氯化鋁，結晶后殘留的工藝尾氣經(jīng)檢測含有氯氣，
[0045]產(chǎn)品收率達到93.07% (以原料中三氧化二鋁的轉(zhuǎn)化率計算，并且在計算轉(zhuǎn)化率時排除熔鹽中本來的三氯化鋁)。
【主權項】
1.一種基于熔鹽條件下利用直接氯化制備三氯化鋁的方法，其特征在于:所述的制備方法為， (1)將氯化鈉、氯化鉀和三氯化鋁按0.1:0.9:1.1的質(zhì)量比混合均勻，加入到鼓泡於漿床反應器中，然后加熱將混合熔鹽的溫度提升到700°C后，通氯氣； (2)通氯氣穩(wěn)定后，向步驟(I)的混合熔鹽中連續(xù)加入氧化鋁和石油焦粉，進行反應，通過控制通氯量的大小保證反應溫度在700?800°C的范圍內(nèi)； (3)經(jīng)步驟(2)中反應得到的氣體產(chǎn)物經(jīng)過凈化、結晶得到三氯化鋁。2.如權利要求1所述的制備三氯化鋁的方法，其特征在于:步驟(I)中所述的鼓泡於漿床反應器通過變頻風機調(diào)節(jié)控制爐內(nèi)壓力為微負壓。3.如權利要求1所述的制備三氯化鋁的方法，其特征在于:步驟(2)中所述的石油焦粉中固定碳含量為86.11%。4.如權利要求1所述的制備三氯化鋁的方法，其特征在于:步驟⑵中，以通氯的速率為基準，按照氯氣、三氧化二鋁、碳三者摩爾比為6.0:2.05:3.04?3.08的比例控制氧化招和石油焦粉的加入量。5.如權利要求1所述的制備三氯化鋁的方法，其特征在于:步驟⑴中，氯氣經(jīng)分配器分成四只管道分別經(jīng)計量后從底部通入到所述的鼓泡於漿床反應器中。6.如權利要求1所述的制備三氯化鋁的方法，其特征在于:步驟(2)中，氧化鋁、石油焦粉從鼓泡於漿床反應器上部加入。7.如權利要求1所述的制備三氯化鋁的方法，其特征在于:步驟(3)中，反應得到的氣體產(chǎn)物經(jīng)循環(huán)液洗滌完成精制后，進入連續(xù)結晶器進行結晶，結晶后以顆粒方式沉積得到三氯化鋁。
【專利摘要】本發(fā)明屬無機材料制備領域，特別涉及一種以氧化鋁、石油焦粉和氯氣為原料，在特定堿金屬熔鹽配比下，采用鼓泡於漿床反應器一步制備三氯化鋁的工藝。將氯化鈉、氯化鉀和三氯化鋁等無機氯化物按比例配制成特定熔鹽作為鼓泡於漿床反應器載體，在特定溫度條件下，連續(xù)加入、石油焦粉和氯氣，反應得到的三氯化鋁經(jīng)凈化結晶得到不同粒度的三氯化鋁晶體。該發(fā)明有效提高了氯氣的利用率，利用反應后氣體溫度實現(xiàn)了三氯化鋁的連續(xù)精制，提高了產(chǎn)品的純度，改進了三氯化鋁產(chǎn)品的粒度，能適應不同產(chǎn)品生產(chǎn)對三氯化鋁產(chǎn)品的成分和粒度要求。
【IPC分類】C01F7/56
【公開號】CN105174297
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】屠劍鋒, 王明亮
【申請人】江蘇多倫化工有限公司
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年9月23日