1.3. Катализаторы синтеза меламина

  Запатентован ряд катализаторов процесса синтеза меламина из карба-
мида, не использующихся в промышленности. Так, катализаторами процесса
могут служить: фосфат бора на алюмогеле или силикагеле [30], фосфорная,
борная, мышьяковая и серная кислоты (или их соли) на окиси алюминия [31],
двуокиси титана или циркония [31], цеолиты [32] алюмосиликаты [33], фос-
форная кислота на кварце [34] или активированном угле [35], трехокись
вольфрама [36], двуокись олова [37].
Подавляющее большинство патентных
публикаций по этим катализаторам относится (по дате приоритета) к первой
половине 1960-х годов. Имеющиеся в литературе данные о каталитических
системах позволяют сделать вывод о том, что при синтезе меламина из карба-
мида наиболее эффективны высокопористые промышленные сорбенты на ос-
нове окисей алюминия и кремния.
Анализ отечественных оксидов алюминия, получаемых на химических
предприятиях России и стран СНГ показал, что большинство технологий по-
лучения данного продукта основано на осаждении растворов различных солей
алюминия, таких как, например, нитраты, хлориды алюминия, алюминат на-
трия и др., с целью получения гидроксида алюминия.
Из гидроксида алюминия, используя различные методы формовки и
термообработки, получают оксид алюминия. Причем для каждого из способов
получения оксида алюминия характерны какие-либо особенности в рецептуре
или технологии получения, использование которых позволяет получить оксид
алюминия с определенными характеристиками, необходимыми для использо-
вания его в качестве носителя или катализатора в данном конкретном процес-
се.
Используемые отечественной промышленностью способы получения
гидроксида алюминия, основанные на осаждении его из растворов солей алю-
миния, характеризуются тем, что в результате осаждения образуются частицы
гидроксида алюминия, содержащие побочные продукты взаимодействия ис-
ходных веществ (оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов, оксид
железа, хлорид натрия и др.). Их присутствие негативно влияет на качество
получаемого катализатора, в том числе уменьшает величину удельной по-
верхности гранул катализатора. Применение такого катализатора в процессе
синтеза меламина нерационально из-за невысокой селективности по основно-
му продукту и, как следствие, невысокого выхода меламина.
Оксид алюминия обладает всеми качествами хорошего катализатора.
Следует напомнить некоторые свойства оксида алюминия, благодаря которым
он является хорошим катализатором и носителем. Во-первых, его амфотер-
ность, т.е. в основной среде он проявляет кислотные свойства, а в кислой - ос-
новные. Ценным как для катализатора, так и для носителя качеством является
высокая температура плавления оксида алюминия - немного выше 2000°С. Он
относится к тугоплавким оксидам, т.е. он обладает замечательной способно-
стью стабилизировать мелкодисперсные частицы и предотвращать их слипа-
ние или спекание, являясь как бы термостабилизатором.

Гидроксид алюминия может образовывать объемистый гель, что дает
возможность получать оксид алюминия с высокоразвитой поверхностью, вы-
сокой пористостью и относительно низкой плотностью.
Благодаря способности оксида алюминия легко образовывать гель и
сильному коалесцирующему действию нитрата алюминия при прокаливании
геля для получения оксида, оксид алюминия и его соли очень легко поддаются
экструзии или формованию в гранулы или сферические частицы. Оксид алю-
миния не уникален в этом отношении, но более других оксидов и гидроксидов
пригоден для формования.
Существуют четыре основных процесса получения катализаторов (или
носителей) в соответствии с главными способами получения оксида алюми-
ния: быстрое прокаливание гидрата; подкисление алюмината; нейтрализация
солей алюминия; гидролиз алкоголята.
Можно увидеть, что общая процедура
заключается в получении геля и его последующей сушке и гранулировании.
Подкисление алюмината - самый распространенный способ производст-
ва алюмогеля для катализа. Каждая компания по производству катализаторов
имеет несколько патентов в этой области. Это обстоятельство вполне понятно,
поскольку гель-процесс является экономичным и дает возможность получать
продукт довольно высокой чистоты [38].
При нейтрализации солей алюминия получение алюмогеля протекает по
реакции:
А12(ОН)х+6.х - хОН 2А1(ОН)3,              (5)
где 1<х < 6.
В виду роста интереса в последнее время к золь-гельной технологии,
есть смысл описать существующие процессы этого типа, поскольку они пред-
ставляют собой второе применение золь-гельного подхода, помимо кремне-
земного процесса [39], для получения "гомодисперсных" частиц.
Первым известным примером такого процесса, хотя и имеющего огра-
ниченное применение, является процесс UOP [40]. Исходной является основ-
ная соль алюминия Al2(OH)sCl, полученная действием соляной кислоты на ме-
таллический алюминий. Соль смешивается с гексаметилентетраамином. Этот
раствор через фильтры подается в обогреваемую колонну, в которой происхо-
дит образование шариков и их желатинирование при разложении гексамети-
лентетраамина по уравнению:
(CH2)6N4+ 4Ft+ 6Н20 6СН20 + 4NH/.              (6)
Полупрозрачные шарики извлекают со дна колонны и затем подвергают
кристаллизации. Гомогенное желатинирование и кристаллизация уже сфор-
мованных частиц приводят к узкому распределению кристаллитов по разме-
рам, и как следствие, к однородным порам. Диаметр и объем пор легко регу-
лировать, изменяя условия кристаллизации, что дает возможность получать
высокопрочные частицы с большим объемом пор.
Вторым примером является процесс получения глинозема Баймала,
осуществленный фирмой дю Пон [41]. При гидротермальной обработке ос-
новных солей по уравнению (19) образуется концентрированный золь мета-
гидроксида с твердыми частицами, удельная поверхность которых достигает
600 м /г. Такой же результат может быть получен при автоклавной обработке
аморфного геля [42]. Эти продукты с несфирическими частицами представ-
ляют изумительный пример идеально окристаллизованных полуколлоидов с
размером частиц порядка 2,5 нм.
Каталитические свойства оксидов алюминия были предметом внимания
многочисленных экспериментальных исследований, описаны в ряде обзоров
[43, 44]. Оксид алюминия обладает прекрасными адсорбционными свойства-
ми и способен активировать определенные типы связи, например, водород-
водородные, углерод-водородные, углерод-углеродные. Благодаря этому А120з
проявляет активность в реакциях обмена [45-48], изомеризации двойной связи
или скелетной изомеризации алкенов [49,50], крекинга углеводородов, дегид-
ратации спиртов в эфиры и алкены [43, 51-53], полимеризации, гидролиза и
других.

Итак, можно суммировать позитивные свойства и положительные мо-
менты использования оксида алюминия [54]:
возможность получения высокоразвитой поверхности, как правило, терми-
чески устойчивой в обычно используемых условиях катализа;
широкий диапазон микро- и макропористости;
наличие как кислотных, так и основных поверхностных центров.
Далее в нашей работе будут исследованы различные катализаторы для
получения меламина из карбамида. И в качестве одного из них будет исследо-
ван оксид алюминия (у-А^Оз).
<< | >>
Источник: МОИСЕЕВА ИРИНА ДМИТРИЕВНА. РАЗРАБОТКА КАТАЛИЗАТОРА И ТЕХНОЛОГИИ СИНТЕЗА МЕЛАМИНА. ДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата техническихнаук. Новомосковск - 2002. 2002

Еще по теме 1.3. Катализаторы синтеза меламина:

  1. МОИСЕЕВА ИРИНА ДМИТРИЕВНА. РАЗРАБОТКА КАТАЛИЗАТОРА И ТЕХНОЛОГИИ СИНТЕЗА МЕЛАМИНА. ДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата техническихнаук. Новомосковск - 2002, 2002
  2. ГЛАВА 4. Разработка отечественного катализатора для процессасинтеза меламина из карбамида
  3. 4.2. Оценка внутридиффузионного торможения напроцесс синтеза меламина
  4. 3.2. Равновесие синтеза меламина в газовой фазе
  5. ГЛАВА 5. Исследование процесса синтеза меламина изкарбамида на пилотной установке
  6. 1.1. Объекты исследования и физико-химическиеосновы синтеза меламина
  7. 5.3. Материальный и тепловой балансы узласинтеза меламина на пилотной установке
  8. 4.4. Выбор катализатора
  9. 4.5. Получение износоустойчивого катализаторасинтеза меламина
  10. 4.3. Разработка катализатора
  11. 2.3. Методы очистки меламина-сырца.