Способ непрерывного получения металлооксидного катализатора и аппарат для его осуществления

Способ непрерывного получения металлооксидного катализатора и аппарат для его осуществления

Реферат

Сфера применения

Данное изобретение относится к области катализаторов и материаловедения, более конкретно, оно относится к способу и аппарату для получения металлооксидных материалов, включая гидраты оксидов металлов и/или оксиды металлов и катализаторы. Способы и аппарат по данному изобретению особенно подходят для изготовления катализаторов для Синтеза Фишера-Тропша (СФТ) (для получения углеводородов из сингаза) и других металлооксидных материалов. Способ изготовления является экологически безопасным и относится к «зеленой химии».

Предпосылки к созданию изобретению

Оксиды металлов, включая оксиды переходных металлов, в качестве главной активной фазы для большинства каталитических реакций обычно могут предоставлять необходимую специальную поверхность для каталитических реакций, где уровень энергии связывания электронов d и f переходных металлов особенно подходит для химической адсорбции и активации молекул реагентов. К тому же оксиды металлов имеют множество применений в сфере материалов, являясь главным компонентом для многих нанопорошков, покрытий и неорганических пигментов.

Традиционными способами получения оксидов металлов являются: осаждение, гидротермический синтез, разложение неорганических солей металлов (например, наиболее распространенный - разложение нитратов), разложение органических солей металлов и способы с использованием взрыва.

Способ осаждения (соосаждения) благодаря своей реализуемости и контролируемым условиям получения обычно является наиболее важным способом получения оксидов металлов в промышленности и лабораториях. Способ осаждения (соосаждения) позволяет растворимым солям одного или нескольких выбранных оксидов металлов реагировать с водным раствором щелочных веществ при относительно низкой температуре (<100°C), атмосферном давлении и особом pH для получения осадка гидратов оксидов металлов, и после дальнейшей обработки могут быть получены металлооксидные катализаторы и другие металлооксидные материалы. Оксиды металлов с желаемой удельной поверхностью и размером зерна могут быть получены с помощью контролирования условий метода соосаждения. Поэтому этот способ широко используется для получения многих промышленных катализаторов и металлооксидных материалов.

Способ гидротермического синтеза - часто используемый способ получения смеси оксидов металлов, молекулярных сит и нанопорошков при относительно высокой температуре (>100°C), под давлением и при определенном pH. В зависимости от различных продуктов выбирается различное сырье и условия работы. Процесс обычно следует проводить в герметичном контейнере, находящемся под давлением, при строго контролируемых условиях выполнения.

По способу разложения солей металлов нагреваются непосредственно неорганические соли металлов и органические соли металлов в воздухе или кислороде, что приводит к их разложению для получения оксидов металлов.

В настоящее время металлооксидные катализаторы, используемые в химической промышленности, главным образом изготавливаются по традиционным технологиям осаждения (соосаждения), ниже приведены примеры данных металлооксидных катализаторов: железные катализаторы с высоко-, средне- и низкотемпературным смещением, используемые в промышленном процессе синтетического аммиака; различные катализаторы на основе меди, используемые в промышленном процессе производства метанола и диметилового эфира (ДМЭ); катализаторы для синтеза спиртов с низким содержанием углерода и катализаторы синтеза Фишера-Тропша (СФТ) для превращения сингаза в углеводород. Кроме того, технология осаждения (соосаждения) также широко используется в получении металлооксидных пигментов, материалов, сверхтонких частиц и в нанопорошковых процессах.

Настоящее изобретение в основном относится к способу производства и применения, связанному с получением катализаторов для синтеза ФТ (ФТ).

Наиболее распространенными способами изготовления катализаторов для синтеза ФТ, которые используются в промышленных процессах переработки угля в жидкое топливо (CTL) и газа в жидкое топливо (GTL), является вышеуказанный способ осаждения (соосаждения).

В патентах США №4617288 и 4686313 компании Mobil (США) описывается беспрерывный способ осаждения получения Fe-Cu-K катализатора для СФТ с низким содержанием азота с использованием нитратов железа, которые подходят для промышленного непрерывного производства. В патенте США №4994428 описывается способ получения соосажденного катализатора Fe-Cu-K и синтеза углеводорода, при этом полученный углеводород содержит более 90% С5+. В патенте США №6844370 компании Sasol Technology Ltd. также описывается способ получения осажденного катализатора для Fe -Cu-K катализатора СФТ без связующих элементов, подходящий для синтеза углеводорода в псевдоожиженном слое высокой температуры. Патенты №US 5504118 и CN 1113905 компании Renrech описывают способ получения катализатора на основе меди для СФТ, используемый в реакторе с суспензионным слоем, при котором нитраты были получены растворением железа и меди в азотной кислоте, за которым следовало осаждение с аммиаком, фильтрация и промывка, затем добавление раствора карбоната калия, получение в виде суспензии и, наконец, гранулирование с помощью сушки распылением. В патенте США №6787577 компании Chevron (США) описывается способ получения катализатора с помощью соосаждения кремнийорганического соединения и соли железа и его применение в СФТ. В патенте США №5100556 компании Exxon (США) описывается способ получения Fe-Zn-Cu-K катализатора с помощью осаждения и его применение в СФТ, где смешанные нитраты Fe/Zn соосаждались с аммиаком. Этот способ улучшил активность и устойчивость катализатора и способствовал производству α-олефинов. В патентах CN № 1600421, CN 1600420, CN 1817451 и CN 1695804 компании Shanghai Yankuang Energy R&D Co. Ltd. также описывается способ получения железного катализатора с помощью соосаждения нитратов железа.

В многих патентах, таких как CN 1463794, CN 1597105, CN 1395993, CN 1583259, CN 1562471, CN 1463793, CN 1562476 и CN 1395992 компании Synfuels China Co. Ltd. описывается ряд способов получения катализаторов, в том числе соосаждение солей железа для получения ряда катализаторов Fe/Cu и ряда катализаторов Fe/Mn и применение их в СФТ. Также Sasol (Южная Африка) в своем китайском патенте CN 1451035 указывал способ получения нитрата железа для изготовления катализатора СФТ.

К недостаткам настоящего способа осаждения относятся: образование большого количества жидких отходов и твердого нитрата аммиака; огромное количество жидких отходов, подлежащих обработке, особо взрывчатые свойства полученного твердого нитрата аммиака имеют некоторую степень опасности, что приводит к серьезным экологическим проблемам. В данном способе затраты на утилизацию жидких отходов и других отходов довольно высоки, это приводит к тому, что проблема защиты окружающей среды становится помехой для развития производства катализаторов.

Катализаторы на основе молекулярного сита и некоторые носители оксидов, используемые в нефтехимической промышленности, изготавливаются по широко распространенному способу гидротермической реакции, и этот способ также более широко используется для металлооксидных порошков, таких как порошки, описанные в US 5913175, CN 1558426 и т.д. Гидротермический способ обычно осуществляется в герметичном контейнере, находящемся под давлением, условия работы строго контролируются, иными словами, продукты с ожидаемыми свойствами получены быть не могут.

К тому же обычно трудно получить металлооксидные материалы с одинаковыми частицами с использованием способа термогидролиза раствора неорганических солей металлов и органических солей металлов; кроме того, трудно распределить добавки равномерно.

В настоящем изобретении раскрывается экологический способ получения гидратов оксидов металлов, металлооксидных материалов и катализаторов, в котором объединены метод осаждения (соосаждения) и метод гидротермической реакции. В данном способе устранены недостатки обычного способа гидротермической реакции, в частности жесткие условия реакции и требования к проведению реакции в герметической контейнере; в данном способе также преодолена проблема значительного поглощения воды из-за введения одного или нескольких химических реагентов и образования большого количества сточных вод и газов при способе соосаждения в атмосфере. В процессе полностью достигается непрерывность производства, закрытая циркуляции и нулевые выбросы. Данный способ по настоящему изобретению может широко использоваться в получении гидратов оксидов металлов, металлооксидных материалов и катализаторов, которые используются во многих процессах химической промышленности, особенно подходящих для получения катализатора СФТ для превращения синтетического газа в углеводороды, что, таким образом, завершает настоящее изобретение.

Краткое содержание изобретения

Одной целью настоящего изобретения является создание способа получения металлооксидного катализатора, который первоначально включает получение гидратов оксидов металлов или оксидов металлов; использование вышеуказанных гидратов оксидов металлов и оксидов металлов в качестве сырья для получения катализатора, содержащего оксиды металлов, в соответствии с традиционными способами получения катализатора; при этом способ характеризуется тем, что гидраты оксидов металлов и/или оксиды металлов изготавливают по следующему способу:

(1) этап получения раствора соли металла: растворение одного или нескольких видов материалов переходного металла в растворе азотной кислоты для получения раствора нитрата металла, а также для получения NO₂ и водяного пара;

(2) этап гидролиза раствора соли металла: нагревание полученного раствора нитрата металла и введение сжатого перегретого водяного пара для проведения гидролиза до получения кислотного газа и суспензии гидратов оксидов металлов, причем главными компонентами кислотного газа являются NO₂, NO, O₂ и водяной пар;

(3) этап получения продукта: суспензию гидратов оксидов металлов фильтруют с получением гидратов оксидов металлов и фильтрата; гидраты оксидов металлов высушивают до получения соответствующих гидратов оксидов металлов и/или оксидов металлов.

Таким образом, согласно способу по настоящему изобретению могут быть получены гидраты оксидов металлов и/или оксиды металлов и катализаторы. В описании настоящего изобретения из полученной суспензии гидратов оксидов металлов может быть получен твердый продукт с помощью фильтрации и высушивания. В зависимости от способа высушивания и/или температуры сушки полученный в результате продукт является либо все еще гидратами оксидов металлов (например, высушивание при температуре 100°C или ниже) или оксидами металлов в чистом виде (например, высушивание при температуре 100°C или выше). В течение фактического процесса можно получить смеси гидратов оксидов металлов и оксидов металлов в различных массовых соотношениях. Для удобств описания гидраты оксидов металлов и/или оксиды металлов (возможно, гидраты оксидов металлов, оксиды металлов или их смесь), полученные по вышеописанному способу настоящего изобретения, также называются металлооксидными материалами или прекурсорами катализаторов.

Способ по данному изобретению получения гидратов оксидов металлов и/или оксидов металлов относится к следующим двум реакциям:

1. Реакция растворения материала переходного металла и кислого раствора (в качестве примера взяли HNO₃):

2Fe+12HNO₃→2Fe(NO₃)₃+6NO₂↑+6H₂O+тепло

В качестве сырья для вышеуказанной реакции кислый раствор является водным раствором азотной кислоты с концентрацией 10-55% масс., предпочтительно 20-50% масс.;

2. Прекурсоры оксидов металлов получают на этапе гидролиза из раствора соли металла, полученного на этапе получения раствора соли металла, который относится к следующей реакции (в качестве примера взяли железо):

2Fe(NO₃)₃+H₂O→2Fe(OOH)↓+3NO↑+3NO₂↑+3O₂-тепло

Раствором соли металла является раствор соли металла, полученный из вышеуказанной реакции растворения. С целью обеспечения рециклинга (повторного использования) этот раствор соли металла предпочтительно является смесью раствора соли металла, полученного на этапе получения раствора соли металла, и части фильтрата из системы фильтрации суспензии.

Другой важной характерной чертой, отличающей настоящий способ от прототипа, является то, что в способ получения гидратов оксидов металлов и/или оксидов металлов также включен этап получения азотной кислоты и рециклинга, где в этап получения азотной кислоты и рециклинга входит: сбор газа, выработанного на этапе получения соли металла, и кислотного газа из этапа гидролиза раствора соли металла, далее сжатие компонента NO₂ и его абсорбция в абсорбционной колонне для получения раствора азотной кислоты; или сбор газа из этапа получения раствора соли металла и кислотного газа из этапа гидролиза раствора соли металла, далее сжатие и конденсация для получения кислого раствора, а кислый раствор возвращается на этап получения раствора соли металла для рециклинга; NO₂, содержащийся в неконденсированном газе, абсорбируется в абсорбционной башне до получения раствора азотной кислоты, где жидкий абсорбент - кислотосодержащий фильтрат из выделения осадка гидратов оксидов металлов фильтрованием; полученный раствор азотной кислоты возвращают на этап получения раствора соли металла для рециклинга (повторного использования).

В вышеуказанном способе по настоящему изобретению используемым металлическим сырьем являются материалы переходных металлов. Термин «переходный металл», используемый в настоящем изобретении, относится к относительно широкой концепции «переходных элементов» из области химии, а именно к тем элементам, у которых их валентные электроны последовательно заполняют практически наиболее удаленный слой, а именно d-орбиту. К данным элементам относятся химические элемент с группы IIIB до группы VIII, лантаноиды, актиноиды, элементы группы IB и элементы IIB в Периодической таблице. Предпочтительно материалы металлов, использованные в настоящем изобретении, являются одним или несколькими элементами, выбранных из группы, в которую входят V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Y, Zr, Nb, Mo, Ag, La и Ce; более предпочтительно материалами металлов являются один или несколько элементов, выбранных из группы, в которую входят Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb и Mo. Наиболее предпочтительно использованными материалами металлов являются материалы в форме листов, прутков и порошков.

В настоящем изобретении, когда упоминаются элементы металлов, понятия «переходный металл» или «металл» имеют одинаковое значение.

Конкретно, этап получения раствора соли металла на этапе (1) выполняется при атмосферном давлении и при температурах начиная от комнатной температуры до 95°C для получения раствора нитрата металла вместе с и водяным паром; причем концентрация добавляемого раствора азотной кислоты составляет 10-55% масс., а концентрация вырабатываемого раствора нитратов составляет 10-50% масс; и/или

Во время этапа гидролиза соли металла на этапе (2) вводится сжатый перегретый водяной пар в реактор гидролиза раствора нитрата металла, полученного на этапе (1) при температуре реакции 80-250°C под давлением 2-50 бар; содержащие суспензию гидраты оксидов металлов выпадают в осадок и вырабатывается кислотный газ, основными компонентами кислотного газа являются NO₂, NO, O₂ и водяной пар; при этом температура введенного сжатого перегретого пара составляет 120-260°C, а его давление - 3-50 бар; и/или

На этапе получения продукта этапа (3) суспензию, полученную на этапе (2), подвергают некоторой обычной обработке, включая сжатие, охлаждение и удаление кислотного газа, затем суспензию разделяют с помощью фильтрации с получением осадка из гидратов оксидов металлов и фильтрата; твердое содержимое осадочного продукта из гидратов оксидов металлов (фильтрационный кек) составляет 10-50% масс.; требуемые гидраты оксидов металлов и/или оксидов металлов получают после высушивания осадка.

Способ получения гидратов оксидов металлов и/или оксидов металлов в соответствии с настоящим изобретением состоит из следующих этапов:

(1) Растворение одного или нескольких видов материалов металлов в растворе азотной кислоты в реакторе, осуществляемое при атмосферном давлении, температуре реакции в диапазоне от комнатной температуры до 95°C, предпочтительно от комнатной температуры до 80°C, для получения раствора нитрата металла вместе с NO₂ и водяным паром; при этом концентрация использованного раствора азотной кислоты составляет 10-55% масс., предпочтительно 20-50% масс., а концентрация полученного раствора нитрата металла составляет 10-50% масс., предпочтительно 15-45% масс.;

(2) Введение сжатого перегретого водяного пара в реактор гидролиза раствора соли металла, в котором происходит реакция гидролиза раствора нитрата металла, полученного на этапе (1); причем температура реакции - 80-250°C, давление - 2-50 бар, предпочтительно температура реакции - 100-200°С, а давление - 3-25 бар; при этом вырабатывается суспензия, содержащая осадок гидратов оксидов металлов, а также кислотный газ, и основными компонентами кислотного газа являются NO₂, NO, O₂ и водяной пар;

При этом температура введенного сжатого перегретого водяного пара составляет 120-260°C при давлении 3-50 бар; предпочтительно температура введенного сжатого перегретого водяного пара составляет 130-250°C при давлении 4-40 бар.

(3) Обычная обработка суспензии, полученной на этапе (2), включающая сжатие, охлаждение и удаление кислотного газа, после чего суспензию разделяют с помощью фильтрации для получения фильтрата и фильтрационного кека, содержащего осадок гидратов оксидов металлов, причем уровень содержания твердых веществ в осадке гидратов из оксидов металлов составляет 10-50% масс., предпочтительно 15-45% масс.; желаемые гидраты оксидов металлов и/или оксиды металлов получают после высушивания кека.

Более конкретно, концентрация раствора нитрата металла, полученного на этапе (1), составляет 10-50% масс., предпочтительно 15-45% масс.; температура реакции получения раствора нитрата находится в диапазоне от комнатной температуры до 95°C, предпочтительно от комнатной температуры до 80°C, концентрация использованного раствора азотной кислоты - 10-55% масс., предпочтительно 20-50% масс.

Содержание твердых веществ в осадке продукта гидратов оксидов металлов (т.е. фильтрационном кеке), полученном после фильтрации суспензии на этапе (3), составляет 10-50% масс., предпочтительно - 15-45% масс.

С помощью фильтрации суспензии гидратов оксидов металлов получают фильтрат и осадок гидратов оксидов металлов и часть полученного фильтрата повторно используют в качестве сырья для системы гидролиза раствора соли металла; другую часть полученного фильтрата используют в качестве жидкого абсорбента для абсорбции NO₂ с целью получения азотной кислоты.

В настоящем изобретении при фильтрации суспензии гидратов оксидов металлов получают фильтрат и осадок гидратов оксидов металлов. Полученный осадок далее высушивают до получения твердого материала оксидов металлов в форме сухого фильтрационного кека. В соответствии с традиционными технологиями в данной сфере материал оксидов металлов может быть переработан в нанопорошок оксидов металлов или другие формы, подходящие для применения.

Способ по настоящему изобретению также включает в себя этап получения и рециклинга азотной кислоты, где в этап получения и рециклинга азотной кислоты входит: сбор газа, выработанного на этапе получения раствора соли металла и кислотного газа, выработанного на этапе гидролиза раствора соли металла, далее сжатие компонента NO₂ и его абсорбция в абсорбционной колонне для получения раствора азотной кислоты, причем жидкий абсорбент является содержащим кислоту фильтратом, полученным при фильтрационном разделении осадка гидратов оксидов металлов, а полученная азотная кислота может быть возвращена на этап получения раствора соли металла для рециклинга. Согласно другому варианту этап получения азотной кислоты и рециклинга включает: сбор газа, полученного на этапе получения раствора соли металла, и кислотного газа, полученного на этапе гидролиза раствора соли металла, с дальнейшим сжатием и конденсацией до получения кислого раствора, а кислый раствор возвращается на этап получения раствора соли металла для рециклинга; NO₂, содержащийся в неконденсированном газе, абсорбируется в абсорбционной колонне для получения раствора азотной кислоты, а полученный раствор азотной кислоты повторно используется в качестве сырья на этапе получения раствора соли металла. Температура реакции абсорбции кислотного газа внутри абсорбционной колонны для получения раствора азотной кислоты 3-50°C, предпочтительно 10-40°C; давление реакции 2-20 бар, предпочтительно 3-15 бар.

Более предпочтительно способ получения гидратов оксидов металлов и/или оксидов металлов по настоящему изобретению включает этапы (1) и (3) и дополнительный этап (4):

(1) Этап получения раствора соли металла: растворение одного или нескольких видов металлических материалов в растворе азотной кислоты в реакторе при атмосферном давлении и температуре реакции начиная от комнатной температуры до 80°C до получения раствора нитрата металла вместе с NO₂ и водяным паром; где концентрация использованного раствора азотной кислоты составляет 20-50% масс., а концентрация полученного раствора нитрата металла 15-45% масс.;

(2) Этап гидролиза раствора соли металла: введение сжатого перегретого водяного пара при температуре 130-250°C и давлении 4-40 бар в реактор гидролиза раствора соли металла, в котором проходит реакция гидролиза раствора нитрата металла, полученного на этапе (1); температура реакции 100-200°C, а давление 3-25 бар; при этом вырабатывается суспензия, содержащая осадок гидратов оксидов металлов вместе с кислотным газом, причем основными компонентами кислотного газа являются NO₂, NO, O₂ и водяной пар;

(3) Этап получения продукта: суспензию, полученную на этапе (2), подвергают обычной обработке, в том числе сжатию, охлаждению и выделению кислотного газа, далее суспензию разделяют с помощью фильтрации для получения фильтрата и фильтрационного осадка, содержащего осадок гидратов оксидов металлов, содержание твердых веществ в осадке гидратов оксидов металлов составляет 35-45% масс.; желаемые гидраты оксидов металлов и/или оксиды металлов получают с помощью высушивания осадка;

(4) Этап получения азотной кислоты и рециклинга: сбор газа, полученного на этапе получения раствора соли металла, и кислотного газа, полученного на этапе гидролиза раствора соли металла, с дальнейшим сжатием и конденсацией для получения кислого раствора, кислый раствор возвращают на этап получения раствора соли металла для рециклинга; NO₂, содержащийся в неконденсированном газе, абсорбируется в абсорбционной колонне для получения раствора азотной кислоты, а жидкий абсорбент является фильтратом, полученным при фильтрационном отделении осадка гидратов оксидов металла, а раствор полученной азотной кислоты может быть возвращен на этап получения раствора соли металла для рециклинга.

В настоящее изобретение входит особая процедура получения и рециклинга азотной кислоты, где растворитель в виде раствора азотной кислоты, использованного на этапе (1) способа получения гидратов оксидов металлов и/или оксидов металлов, главным образом является раствором азотной кислоты, полученным во время получения азотной кислоты и из системы рециркуляции, предпочтительно небольшое количество кислого раствора добавляют через интервалы в систему кислой реакции для поддержания концентрации кислого раствора на этапе получения раствора соли металла. Поэтому к источникам раствора азотной кислоты на этапе (1) относятся:

(1) Кислый раствор, полученный конденсацией;

(2) Азотная кислота, полученная из NO₂, содержащегося в неконденсированном газе, абсорбируемом в абсорбционной колонне;

(3) Свежая азотная кислота, которую добавляют для поддержания концентрации раствора азотной кислоты.

А именно, источниками азотной кислоты на этапе (1) являются:

(1) Кислый раствор, полученный с помощью сжатия и конденсации газа, полученного на этапе получения раствора соли металла, и кислого газа, полученного на этапе гидролиза раствора соли металла;

(2) Азотная кислота, полученная с помощью абсорбции NO₂ в абсорбционной колонне с жидким абсорбентом, при этом NO₂ содержится в неконденсированном газе после сжатия и конденсации газа, полученного на этапе получения раствора соли металла, и кислого газа, полученного на этапе гидролиза раствора соли металла;

(3) Свежая азотная кислота, добавляемая для компенсации недостатка азотной кислоты.

Гидраты оксидов металлов и/или оксиды металлов, полученные по способу согласно данному изобретению, могут использоваться в качестве материалов для ряда видов производства металлооксидных катализаторов сами по себе или в качестве сырья для химической промышленности в химической и другой областях. Предпочтительно гидраты оксидов металлов и/или оксиды металлов, полученные по способу согласно настоящему изобретению, в особенности подходят для получения катализаторов для СФТ, при этом состав катализаторов для СФТ и способы обработки в отношении придания формы, высушивания и обжига могут соответствовать традиционным процессам получения катализаторов для СФТ.

Если металлооксидный материал получают в качестве фильтрационного кека по настоящему изобретению, способ получения катализатора по данному изобретению состоит из следующих этапов: непосредственное высушивание и формирование фильтрационного кека в катализатор; или перевод фильтрационного кека заново в суспензию и примешивание других добавок для получения катализатора с помощью высушивания и придания формы; или примешивание каталитической добавки к раствору нитрата металла, полученного на этапе (1), за которым следует этап гидролиза раствора соли металла и последующие этапы, на которых получают необходимый катализатор в качестве конечного продукта.

При использовании гидратов оксидов металлов и металлооксидных продуктов по данному изобретению для получения катализатора для СФТ в качестве добавок применяются алюмозоли, силикатные золи, кремнийорганические соединения, молекулярные сита, органические кислоты или неорганические соли, где к неорганическим солям относятся нитраты или карбонаты металлов группы IA и IIA.

Преимуществом настоящего изобретения для получения катализатора является то, что нет необходимости примешивать какие-либо дополнительные химические реагенты. Под действием перегретого водяного пара соли переходных металлов полностью распадаются да прекурсоры оксидов переходных металлов, и можно приготовить множество катализаторов и функциональных материалов, основанных на оксидах переходных металлов. Поскольку химические реактивы, такие как осадители, в данном способе не нужны, могут быть снижены затраты на соответствующее промышленное сырье и большое количество промывочных аппаратов, а также дистиллированную воду для промывки; в то же время в данном способе не используется примешивание вспомогательных химических добавок, таких как осадители, в конечный продукт, что может повлиять на свойства материалов, таких как катализатор. Таким образом, данный способ характеризуется еще и тем, что он является «чистым» и экологически безопасным. С ним достигается цель нулевых выбросов. При данном способе достигается непрерывное протекание всего процесса и закрытая циркуляция воды и кислотного газа (NO_x и водяного пара).

Другой целью настоящего изобретения является создание аппарата для получения вышеуказанных гидратов оксидов металлов и/или оксидов металлов, при этом аппарат состоит из:

(1) Системы получения раствора соли металла для растворения материалов металлов в азотной кислоте с целью получения раствора нитрата металла;

(2) Системы гидролиза раствора соли металла для термогидролиза раствора нитрата металла под действием сжатого перегретого водяного пара с целью получения суспензии гидратов оксидов металлов;

(3) Системы получения продукта для получения гидратов оксидов металлов и/или оксидов металлов.

Кроме того, в аппарат по настоящему изобретению также входит система получения и рециклинга азотной кислоты, используемая для превращения газообразного продукта в раствор азотной кислоты, причем газообразный продукт получают на этапе получения раствора соли металла и этапе гидролиза раствора соли металла, а раствор азотной кислоты возвращают в систему получения соли металла для рециклинга.

Предпочтительно аппарат для получения гидратов оксидов металлов и/или оксидов металлов включает в себя систему получения и рециклинга азотной кислоты.

В частности, в аппарате по настоящему изобретению в систему получения раствора соли металла входит реактор для получения раствора соли металла и его вспомогательное оборудование; к вспомогательному оборудованию относятся системы впуска и выпуска и охлаждающая система; при этом системы впуска и выпуска включают в себя систему рециркуляции раствора азотной кислоты, которая является одним из компонентов сырья; а система получения раствора соли металла может эффективно контролировать ход реакции растворения металла, балансирует подачу кислоты в реакцию и обеспечивает непрерывный процесс реакции. К вспомогательному оборудованию также относится система охлаждения, в которой используется холодный кислотный газ из нисходящих этапов в качестве теплообменной среды, и может эффективно контролировать температуру реакции растворения без дополнительного источника охлаждения.

В аппарате по настоящему изобретению система гидролиза раствора соли металла состоит из реактора гидролиза раствора соли металла и его вспомогательной системы, во вспомогательную систему входит система нагревания для рециркуляции горячей суспензии, которая может принимать участие в контроле температуры реакции разложения, она также может контролировать содержание твердых веществ в вытекающей суспензии и в то же самое время обеспечивать непрерывное осуществление процесса.

В реакторе гидролиза раствора соли металла температуру реакции можно контролировать с помощью следующих методов:

(1) Введение сжатого перегретого водяного пара в реактор и нагрев предпочтительно при температуре сжатого перегретого пара 120-260°C, при давлении 3-50 бар, более предпочтительно при температуре 130-250°C и давлении - 4-40 бар.

(2) Установка распылителя в верхней части реактора и охлаждение распылением;

(3) Контролирование температуры реактора с помощью системы нагревания для рециркуляции горячей суспензии, а также контролирование содержания твердых веществ в вытекающей суспензии.

В аппарате по настоящему изобретению система получения продукта состоит из системы рециркуляции холодной суспензии, системы фильтрации суспензии, резервуара для хранения фильтрата и системы высушивания и придания формы, где система рециркуляции холодной суспензии используется для охлаждения горячей суспензии.

Поскольку настоящее изобретение включает в себя систему нагрева для рециркуляции горячей суспензии и систему рециркуляции охлажденной суспензии, процесс выдерживания, контролирующий осадок в суспензии, может совершаться с помощью рециркуляции и смешивания холодной суспензии и горячей суспензии с одновременным обеспечением непрерывного хранения, транспортировки суспензии.

В аппарате по настоящему изобретению система фильтрации суспензии включает в себя рамный пресс-фильтр и его вспомогательное оборудование, фильтрование суспензии гидратов оксидов металлов, охлажденных системой рециркуляции холодной суспензии, с помощью рамного пресс-фильтра до получения соответствующего осадка гидратов оксидов металлов. Часть фильтрата заново используется в качестве сырья для системы гидролиза раствора соли металла; другая часть фильтрата используется в качестве жидкого абсорбента в системе выделения кислотного газа для абсорбции неконденсированного кислотного газа.

Процентное содержание твердых веществ (или содержание твердого) в осажденном продукте, выделенном в системе фильтрации суспензии, составляет 10-50% масс., предпочтительно 15-45% масс.

В аппарате по настоящему изобретению система получения и рециклинга азотной кислоты состоит из системы конденсации и сжатия газа и системы выделения кислотного газа, при этом система выделения кислотного газа включает в себя абсорбционную колонну и ее вспомогательное оборудование.

С целью повысить уровень выделения кислотного газа и обеспечить соответствие содержания NО_x в высвобожденном газе национальным стандартам по выделению газа система выделения газа может быть последовательно оборудована двумя или более абсорбционными колоннами.

Предпочтительно аппарат для получения гидратов оксидов металлов и/или оксидов металлов, содержит:

(1) Систему получения раствора соли металла, которая включает в себя реактор получения раствора соли металла, а также системы впуска и выпуска системы охлаждения в качестве ее вспомогательного оборудования;

(2) Систему гидролиза раствора соли металла, в которую входит реактор для гидролиза раствора соли металла и система нагревания для рециркуляции горячей суспензии;

(3) Систему получения продукта, в которую входит система рециркуляции холодной суспензии, система фильтрации суспензии, резервуар для хранения фильтрата и система высушивания и придания формы;

(4) Система получения и рециклинга азотной кислоты, в которую входит система конденсации и сжатия кислотного газа и система выделения кислотного газа.

По сравнению с предыдущими поколениями данный способ и аппарат по настоящему изобретению имеет следующие преимущества:

(1) Характерным признаком способа получения оксидов металлов по настоящему изобретению является то, что в нем сочетаются преимущества способа атмосферного осаждения (соосаждения) и способа гидротермической реакции, при котором не выбирается подходящее разлагаемое сырье в качестве источника металла, как в традиционном способе гидротермической реакции, устраняются недостатки, связанные с неоднородностью диспергирования различных видов осадка гидратов оксидов металлов из-за ненадлежащего контроля за кислотностью раствора в традиционном способе соосаждения; высокая степень диспергирования осадка оксидов металлов достигается с помощью корректировки температуры реакции, ее давления и количества сжатого перегретого водяного пара; данный способ также позволяет достичь соосаждения нескольких видов гидратов оксидов металлов;

(2) Другим характерным признаком способа осаждения оксидов металлов по настоящему изобретения является контроль за скоростью кристаллизации осадка с помощью циркуляции части суспензии для эффективного удерживания уровня гидролиза.

(3) Еще одним характерным признаком способа получения оксидов металлов по настоящему изобретению является его широкая применимость, данный способ может использоваться практически во всех получениях оксидов металлов или катализаторов с помощью метода осаждения (соосаждения), в котором в качестве сырья применяются нитраты, он также может быть использован в некоторых получениях оксидов металлов и катализаторов с помощью способа гидротермической реакции.

(4) Еще одним характерным признаком способов получения оксидов металлов по настоящему изобретению является их экономичность. С одной стороны, он экономит большое количество сырья, такого как осадители, и в то же время не создает негативного влияния на действие и срок годности катализатора благодаря введению примесей через осадители в способ соосаждения; с другой стороны, в нем не используется большое количество устройств для промывки и дистиллированная вода (или деионизированная вода) для промывки, что значительно снижает инвестиции в строительство и эксплуатационные затраты завода по производству ка