JPH05508342A - アルミナ含有酸吸着剤及びその製造方法 - Google Patents
アルミナ含有酸吸着剤及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
アルミナ含有酸吸着剤及びその製造方法技術分野
この発明はガス及び液体から酸成分、例えば酸及び酸性物質を除去するために使
用される吸着剤に関する。より詳細には、この発明は、この種の活性アルミナ−
ベースの吸着剤及びこのような吸着剤を製造するための方法に関する。
背景技術
装置の損害、環境汚染、あるいは製造の流れを初期の反応に再循環させる間の問
題を防ぐためにガスあるいは液体かられずかな酸及び酸性物質を除去するのに、
望ましい工業的方法は数多くある。
例えば、少量(例えば数ppm)のI(CIが、低オクタン炭化水素燃料を高い
オクタン製品に触媒によりリホーミングされる時に生成する。この反応はリホー
ミング反応に再循環される水素ガスを発生するが、触媒を再生成するために供給
流れ(feed stream)中に注入される塩化物から発生するわずかなH
CIは、装置の作動及び腐食を妨害するのを防ぐために、最初に除去しなければ
ならない。
以前は、水素ガス流れから少量のMCIを除去するために補集剤として活性アル
ミナを用いていたが、この材料の酸除去効率はかなり限られており、より効果的
で長く一作用する酸吸着剤が必要である。
1987年1月27日にマイケルJ、ピアソン(Michael J、 Pea
rson)に認められた米国特許第4,639,259号では、アルカリ土類金
属−促進アルミナ含有材料からなる、より効果的な酸捕集剤が示されている。好
ましいアルカリ土類金属は、従来の方法、例えば含浸、要すれば続けて団粒ある
いは押し出し及びその後の熱活性化で活性アルミナあるいはボーキサイトに添加
されたカルシウム及びマグネシウムであると言われている。その結果得られる補
集剤は活性アルミナ自身よりも効果的であるかもしれないが、更に、特に酸吸着
剤の有効期限、すなわち取り替えあるいは再活性化が必要になるまでに吸着剤が
吸収することができる酸の量において、改良が必要であると考えられる。
1988年8月9日にフレミング(FleIling)達に認められた米国特許
第4,762.537号では、水とYゼイオライト粒子の存在下にアルミナ粒子
を凝集させることにより形成された酸吸着剤が示されている。ゼオライトは低濃
度のアルミナの弱い吸着を補うといわれている。しかしながら、ゼイオライトは
かなり高価な材料であり、そのため、その結果得られる吸着剤は市場において広
く受け入れられにくい。
この分野における他の特許に、1985年9月3日にクリダー(Crider)
に認められた米国特許第4.539.118号、1988年1月26日にキッド
(Kidd)に認められた米国特許第4. 721.696号がある。
したがって、ガスあるいは液体かられずかな量の酸を除去しなければならない上
記の工程及び他の手順に使用するのに適した、かなり安価で、それにも関わらず
効果的な酸吸着剤が必要である。
発明の開示
本発明の目的はわずかな酸あるいは酸性物質をある液体及びガスから除去するの
に適した酸及び酸性物質吸着剤を提供することである。
本発明の他の目的は所望の型の吸着剤を生成するための方法を提供することであ
る。
本発明は、少なくとも一部は、アモルファスアルカリ金属珪酸塩が活性アルミナ
の酸吸着能力を改善することができ、また金属の吸着能力を改善することもでき
るという発見を基本とするものである。
更に、詳細には、本発明は、内表面により規定される孔を有する活性アルミナを
含み、該内表面が100重量部の活性アルミナに対し0.5から5.0重量部の
Si、0.05から2.0重量部のAI、1から9重量部のアルカリ金属を含む
アルカリ金属珪酸塩で被覆されていることを特徴とする、1−6mmの範囲の大
きさの凝集体形の酸物質吸着剤を提供する。
本発明はまた、上記吸着剤を製造する方法を提供するものである。該方法は、活
性アルミナをアルカリ金属珪酸塩の溶液とアルカリ金属アルミン酸塩の溶液で処
理し混合物を形成する工程を備え、該溶液は上記混合物が、上記活性アルミナの
重量基準で、0.5から5重量%のSt、及び0.05から2.0重量%のA1
(上記活性アルミナからのA1は除<Ll、−9重量%の上記アルカリ金属を
含むような相対濃度及び量で使用されており、更に、約90℃以下の温度で上記
混合物から1−5m、mの範囲の大きさの凝集体を形成する工程と、20−90
℃の範囲の温度で該凝集体をエージングする工程と、該エージングした凝集体を
200−500℃の範囲の温度で焼成する工程とを備えることを特徴とするもの
である。
本発明の吸着剤、少なくとも好ましい型の吸着剤は、数種の酸成分、例えば塩化
水素及び塩酸などの希薄鉱酸、ギ酸からフミン酸までの範囲の有機酸及び硫化物
を吸着することができる。
図面の簡単な説明
図1は実施例に従って本発明により製造された生成物を評価するために使用され
る試験装置の概略図である。
本発明を実施するための最良の方法
活性アルミナは、その多孔度のほとんどが、ミクロ細孔(20−50X10−’
°m[オングストローム]半径)の形態で、4−10%の強熱減量、>160,
000m”/kg [>160m2/g]の比表面積(SSA)である、よく知
られた吸着剤である。本発明における出発材料として用いられる活性アルミナは
、約200.000−400.000m”/kg[200−400m2/glの
範囲の比表面積を有するフラッシュ活性化または一部焼成されたアルミナのよう
な一般に一部が焼成されたアルミナである。フラッシュ活性化アルミナは、一般
に、0.5から数秒間、炎あるいは熱ガス中に三水和物を通すことによるアルミ
ナ三水和物の急速な脱水により生成される。その結果得られるアルミナは約4−
10重量%の強熱減量、200.000−300゜000m”/kg [200
−300m”/g]のB E T (Brunauer、 Emmett an
d Tel1er)表面積を有する。フラッシュ活性化技術の例は、1965年
12月7日にカイセル(faiser)に認められた米国特許第3,222,1
29号及び1959年12月1日にべ千ニー(Pechiney)に認められた
米国特許第2,915.365号、1984年3月27日に住友アルミニウムに
認められたカナダ特許第1. 164゜432号に見られる。これらの特許の開
示はこの明細書中に引例として組み込まれている。
活性アルミナは10μm、[ミクロンコ以下の大きさを有する粒子の形で使用す
ることが好ましい。この大きさの粒子は活性化段階の前あるいは後で、より大き
な粒子をすりつぶすことにより生成することができる。
本発明の方法においては、活性アルミナを最初にアルカリ金属珪酸塩溶液で処理
し、それからアルカリ金属アルミン酸溶液で処理する。この化合物中の好ましい
アルカリ金属はナトリウムであるが、結果的として発生する追加コストを補うと
いう特別な利点はないが、カリウムあるいはリチウムを使用することもできるで
あろう。
アルカリ金属珪酸塩及びアルミン酸塩溶液は一般に、処理される材料中のSi・
A1重量比(それぞれアルカリ金属珪酸塩及びアルカリ金属アルミン酸塩により
誘導されるSi及びAIの重さにより等価な量として計算されるものであり、活
性アルミナ自身からのA1は含まない)が約0.25−100+1、より好まし
くは2−12 : 1の範囲になるような量で使用される。適した比を達成する
ために、アルカリ金属珪酸塩は活性アルミナの重量規準で0.5から5重量%の
Slが得られるような量で添加されるのが好ましく、アルカリ金属アルミン酸塩
は活性アルミナの重量規準で005から2重量%のA1が得られるような量で使
用されるのが好ましく、アルカリ金属アルミン酸塩及び珪酸塩溶液の量はアルカ
リ金属が活性アルミナの重量規準で1−9重量%の濃度で存在するようにするの
が好ましい。
アルカリ金属珪酸塩及びアルミン酸塩の溶液は水溶液で、一般に、珪酸塩に対し
ては0.1−0.6kg/l [100−600g/]]の範囲、アルミン酸塩
に対しては0.05−0.65kg/l [50−650g/IFの範囲の濃度
を有するのが好ましい。溶液の濃度は、適した吸着剤のベレット(pellet
)を生成するために活性アルミナと接触する水の量をアルミナ40−60重量%
の範囲に限るのが好ましいため、ある程度重要である。そのため、珪酸塩及びア
ルミン酸塩の飽和溶液が一般に好ましい。アルミン酸塩の場合、要すれば、19
81年2月24日にハンディ−ケミカル(13andy Chemicals
Ltd、 )社に認められた米国特許第4.252.735号により製造された
安定アルミン酸水溶液を採用することができる。この特許の開示はこの明細書に
参考として組み込まれている。
珪酸塩及びアルミン酸塩溶液は、撹拌しながらあるいは撹拌せずに活性アルミナ
に添加することができるが、この添加は処理した材料粒子を凝集させる手順と同
時に行われるのが最も好ましい。例えば、凝集はペレタイザーあるいは他のアグ
ロメレータ(agglomerator)中で活性アルミナ粒子と珪酸塩溶液を
混合し、その後、過剰の熱の発生を防ぐために約30分までの時間をあけて、敷
部のアルミン酸溶液を添加することにより行うことができる。適したペレタイザ
ーの例は、パンの回転速度が約30rpmで、ミキサーロータの回転速度が約4
50から903rpmで作動されるエイリッチモデルR9バッチミキサーペレタ
イザー(Eirich 1lodel R9Batch Mixer Pe1l
etizer)である。全てのアルミン酸塩を添加した後にシーディング(すな
わち、小さな凝集体の発現)が始まると、必要があれば、混合物の湿り度及び所
望の凝集体の大きさに依り、水を添加することができる。しかしながら、上記の
ように、凝集体が分解し始めないように、水の量は一般にアルミナの重さの40
−60%の範囲内に維持すべきである。
本発明の方法においては、確実に、珪酸塩及びアルミン酸塩を添加する間、及び
凝集段階中の混合物の温度は90℃を越えないこと、好ましくは約70−80度
の範囲内に維持されることが重要である。さもなければ、おそらく活性アルミナ
の擬ベーマイトへの再水和が多くなりすぎるため、生成物の吸着能力は減少して
しまう。これらの段階中の混合物の再水和により熱が発生し、冷却を行わなけれ
ば直ちに温度が90℃を越えてしまう。これを避けるために、珪酸塩及びアルミ
ン酸塩溶液を使用する前に冷却することができ、アルミン酸塩を上記のように一
定少量部で添加することができ、及び/または容器を混合と凝集段階中あるいは
前に冷却することができる。珪酸塩及びアルミン酸塩溶液の冷却は溶液を準備し
ている時に氷を添加することにより、あるいは水冷却器を使用することにより行
うことができる。約5℃まで溶液を冷却すれば、通常、混合及び凝集段階におけ
る過剰な温度の上昇を避けるのに十分である。
凝集段階では、通常、一般に1−6xlO−”m [1−6mm]の範囲の大き
さの、好ましくは2.3−4.7xlO−3m [1−2,3mm]のあるいは
1−2゜3xlO−”m D−2,3mm1の、球状のあるいは粒状の粒子ある
いはベレットとなる。しかしながら、他の大きさの範囲も、所望であれば生成す
ることができる。凝集は混合段階により生成したゲルコートアルミナ粒子の集合
の結果生じると考えられる。ゲルが結局、粒子間の強いブリッジを形成すると考
えられる。
形成後、凝集体は、活性アルミナが再水和して、他の層と共に、主に擬ベークラ
イトととなる比較的遅い工程により粒子を強(するために、乾燥せずに、エージ
ング処理が施される。エージングは(早すぎる乾燥を防ぐため)密閉した容器内
で、数時間、例えば24時間まで、好ましくは2−8時間、実行する。・エージ
ング段階中の凝集体の温度は、粒子の再水和により発生する熱により、通常、2
0−90℃の範囲であり、より好ましくは20−60℃である。
エージング工程に続いて、活性酸吸着剤を生成するために、凝集体を好ましくは
200−500℃の範囲の温度で、より好ましくは30−400℃で焼成する。
この焼成により、物理的に結合した水及びいくらかの化学的に結合した水が除去
され、材料が再活性化される。焼成段階は通常空気中で行うが、代わりに不活性
ガスの下で行うこともでき、通常1/4から4時間の範囲の時間、好ましくは1
から2時間、必要である。
この結果得られる凝集及び焼成した生成物は、濃度が低いためXRDパターンで
はほとんど認識することができない少量の微結晶ベーマイトを除き、X線回折(
XRD)技術により検出することができるような相当量の結晶相は含んでいない
。そのため、アルカリ金属、ケイ素、アルミニウムを含むアモルファス材料が存
在すると、活性アルミナ固有の酸吸着能力は、かなり向上することは明かである
。アルカリ金属、ケイ素、アルミニウムを含む高アルカリ材料は酸性成分を中和
することができ、その成分を活性アルミナ粒子上の珪酸ナトリウムアルミニウム
コーティング上あるいは内に固定することができる。塩化水素を吸着した後の使
い尽(した凝集体のX線回折試験では、アルカリ金属塩化物の存在が示されてお
り、これによりアモルファス珪酸ナトリウムアルミニウム内のアルカリ金属と塩
化水素間の反応が起きていることが示唆される。
本発明の生成物においては、良好な酸吸着能力が達成されるように、アモルファ
ス化合物が内部の孔表面を被覆していることがわかっている。これは、珪酸塩及
びアルミン酸塩溶液が容易に活性アルミナの内部孔構造を浸透することができる
ためかもしれない。
本発明の生成物は高い塩化物除去能力を有し、安価な材料で構成されている。
更に、この材料の密度は高く、そのため、一定のベッド体積に対する吸着能力は
かなり高く、その結果長いベッド寿命が得られる。
本発明の生成物は、この開示の最初に略述したようなリフオーマ−水素ガスから
塩化物を除去するために使用することができる。しかしながら、不必要な酸を除
去するために、ガスあるいは液体を含む他の工程、例えば、除去しなければポン
プに損害を与えるであろう、工程により生成した酸性成分を除去するための真空
ポンプろ過システムにおいて、使用することもできる。
本発明の吸着剤は上記のような方法で製造されるのが最も好ましいが、アルカリ
金属アルミニウム珪酸塩は、他の適した技術により活性表面上に沈積されると、
酸成分の除去に対する活性アルミナの効果を向上させる。
以下の実施例により本発明を更に詳細に説明する。実施例に従って製造した生成
物に対し、図1に示した装置を用いた試験手順によりその吸着能力を評価した。
この試験は、リアクター(reactor) 10に5xlO−”kg [5g
コのサンプル吸着剤ベレットを積め込む工程と、そのリアクターにl00XIO
−31/分(10Oml/分)の流速で1%のHCI及び0225%の水を含む
ガスを入力管11から供給する工程とを含む。そのガスのガス組成は2つのガス
、すなわちソース(source) 12からのHCI含有窒素とソース13か
らの水蒸気を含む窒素、を混合することにより達成した。それぞれのガスの流れ
はレギュレータ14.15及び流量計(例えばロータメータ)16.17により
制御した。
リアクター10を通過した後、ガスは洗浄システム18に入り、未反応HCIを
全て吸着する。吸着システムはイオンアナライザー及びディスプレイ20に接続
されたC1イオン電極19を含む。
時間と共に、CIイオン濃度を測定することにより、漏洩曲線を生成した。リア
クター10中の吸着剤ベッドがHCIで飽和した後、CIイオン濃度は直ちに増
加する。サンプルの吸着能力は漏洩曲線から計算した。
実施例1
平均粒子の大きさ11μm(ミクロン)、比表面積(SSA、)270X10−
”rn2/kg [270m”/glの粒状にした閃光活性アルミナ(2kg、
Alcan AAlol)を、エイリッチ研究所パッチミキサペレタイザーを用
い、750X10”+ [750m1lの水中に0.431に、g [431g
]の珪酸ナトリウム溶液を含む溶液を添加し、領 431kg [431g1の
珪酸ナトリウム(Na2S 1O315H20)を含む700X10−31 [
700mJコの水溶液を添加し、68X10−”! [68m1]のハシフロッ
ク45安定アルミン酸ナトリウム溶液(17%Na、01NazO:Al□0s
=1.15:1.0)を含む600xlO−”1 [600m1]の水溶液を添
加し、その後150X10−月 [15Qml]の水を添加することによりベレ
ットにした。20分間回転した後、このベレットをペレタイザーから除去した。
密閉容器内で5時間、90℃でエージングした後、ベレットを375℃で1時間
焼成した。
HCI吸着能力は、未処理活性アルミナが4%、ゼオライト/活性アルミナ混合
物から生成した競争相手の材料が7%であるのに対し、9.5%であることがわ
かった。
実施例2
平均粒子の大きさ10μm(ミクロン)の粒状にしたフラツシュ活性化アルミナ
(80k g)を、エイクツ工場バッチペレタイザー中で、17.2kgの珪酸
ナトリウムを含む、水冷却溶液401を添加し、2.71の安定アルミン酸ナト
リウム溶液(ハンディケミカル社がHANFLOC45という商品名で市販しテ
ィる製品で、17%のNa2Oを含み、Na2O/A1203=115 + 1
の比である)を含む、水冷却溶液141の溶液を添加し、それから水を添加する
ことによりベレットにした。正確な手順は、アルミナを珪酸ナトリウム溶液と共
1こペレタイザー中に置く工程と、ペレタイザーを開始させる工程と、1公債6
1のアルミン酸ナトリウム溶液を添加する工程と、6分後にそのアルミン酸塩溶
液を41添加する工程と、8分後にそのアルミン酸溶液を21を添加する工程と
、10分後にそのアルミン酸溶液の残り21を添加する工程とを含んだ。シーデ
ィング(すなわち、小さな凝集体の出現)はその時までに開始していた。13分
後、水2Iを添加し、16分後に更に水を21添加した。ペレツトの湿り度は、
更に21までの水を添加するかあるいはひとすくいの活性アルミナにより所望通
り1こ制御した。27分の回転の後、ベレットを除去し、2つの″半95ガロン
′ ドラムに移し、この密閉した容器内で5時間約60℃でエージングし、移動
メ・ツシュベルトーガス燃焼−か焼器上で1時間350℃で焼成した。
この結果得られる生成物のHCI吸着能力は9.3%であることがわかった。
生成物のXRDパターンでは、どのゼオライト型の材料の存在も見られな力1つ
だ。生成物はいくらかの微結晶ベーマイトの存在を除き、本質的にはアモルファ
スであった。
上記実施例2においては、使用した珪酸ナトリウムは水冷却水中に溶解した五水
和物(Nazs i03・5H!0)であった。しかしながら、代わりに、珪酸
ナトリウム溶液9.11(41ボ一メ度、3.22 + l5ion:Nano
)を50重量%の水酸化ナトリウム4,61と混合し、水と氷を添加し容積を4
01、温度を2−5℃にすることにより生成した溶液を使用することも可能であ
ったであろう。
液2.71に氷冷却水を容積14]まで添加すること1二より準備した溶液14
1を用いることも可能であったであろう。
Siの量は使用したアルミナの約2.8重量%番二対応する。アルミン酸ナト1
ノウムにより添加したAIの量はアルミナの約0.66重量%1こ対応する。
Naの約5重量%は珪酸塩及びアルミン酸塩溶液1;より添加した。
例えば低オクタン炭化水素燃料から高オクタン生成物への触媒IJホーミング中
のわずかなHCIを吸着するために使用すること力(できる。
要約書
この発明はアルミナ−含有酸吸着剤及びその吸着剤を生成するための方法に関す
る。活性アルミナが酸吸着剤として使用されているが、これは寿命がそんなに長
くない。本発明の吸着剤は内孔を有する活性アルミナ及び孔の内表面を被覆して
いるアモルファスアルカリ(好ましくはナトリウム)アルミニウム珪酸塩を含む
。アモルファスアルカリ材料中のSi:A1重量比は0.25−100:1であ
ることが好ましい。このような吸着剤を生成する方法は、活性アルミナをアルカ
リ金属珪酸塩、それからアルカリ金属アルミン酸塩の溶液で処理する工程と、約
90℃以下で処理アルミナの凝集体を形成する工程と、20−90℃の範囲の温
度で凝集体をエージングする工程と、200−500℃の範囲の温度でエージン
グした凝集体を焼成する工程とを含む。吸着剤は工業過程中のガス及び液体から
酸性物質を除去するために使用することができ、これらは活性アルミナ自身より
もずっと有効な寿命を宵する。
国際調査報告
Claims (19)
- 1.1−6mmの範囲の大きさを有する凝集体形を取る酸物質に対する吸着剤で あって、 内表面で規定される孔を有する活性アルミナを含み、上記内表面は活性アルミナ 100重量部に対しSi0.5〜5.0重量部、Al0.05〜2.0重量部、 アルカリ金属1〜9重量部を含むアルカリ金属アルミニウム珪酸塩で被覆されて いることを特徴とする吸着剤。
- 2.上記アルカリ金属アルミニウム珪酸塩は珪酸ナトリウムアルミニウムである ことを特徴とする請求項1記載の吸着剤。
- 3.上記アルカリ金属アルミニウム珪酸塩はアモルファスであることを特徴とす る請求項1記載の吸着剤。
- 4.請求項1における吸着剤を生成する方法であって、該方法は活性アルミナを アルカリ金属珪酸塩溶液及びアルカリ金属アルミン酸塩で処理し、混合物を形成 する工程を含み、該溶液は上記活性アルミナの重量規準で該混合部がSi0.5 〜5重量%、Al(上記活性アルミナからのAlは除く)0.05から2重量% 、アルカリ金属1−9重量%を含むような相対濃度及び量で使用し、 更に約90℃以下の温度で上記混合物から1−6mmの大きさの範囲の凝集体を 形成する工程と、 該凝集体を20−90℃の範囲の温度でエージングする工程と、議エージングさ れた凝集体を200−500℃の範囲の温度で焼成する工程とを含むことを特徴 とする吸着剤を生成する方法。
- 5.上記活性アルミナは約160m2/g以上の比表面積を有することを特徴と する請求項4記載の方法。
- 6.上記活性アルミナは約10ミクロン以下の大きさを有する粒子の形であるこ とを特徴とする請求項4記載の方法。
- 7.上記アルカリ金属珪酸塩は珪酸ナトリウムであることを特徴とする請求項4 記載の方法。
- 8.上記アルカリ金属アルミン酸塩はアルミン酸ナトリウムであることを特徴と する請求項4記載の方法。
- 9.上記アルカリ金属珪酸塩及びアルカリ金属アルミン酸塩の溶液は上記吸着剤 中のSi:Al重量比が、上記アルミナからのAlを除き、0.25−1001 の範囲にあることを特徴とする請求項4記載の方法。
- 10.上記アルカリ金属珪酸塩及びアルカリ金属アルミン酸塩の溶液は上記吸着 剤中のSi:Al重量比が、上記アルミナからのAlを除き、2−12:1の範 囲にあることを特徴とする請求項4記載の方法。
- 11.上記アルカリ金属珪酸塩溶液は約100−600g/1の珪酸塩を含む水 溶液であることを特徴とする請求項4記載の方法。
- 12.上記アルカリ金属アルミン酸塩溶液は約50−650g/1のアルミン酸 塩を含む水溶液であることを特徴とする請求項4記載の方法。
- 13.上記溶液は水溶液であり、上記活性アルミナの処理中に、上記活性アルミ ナの約40−60重量%の範囲の量の水を注入することを特徴とする請求項4記 載の方法。
- 14.上記活性アルミナの処理と上記凝集体の形成は同時に行われることを特徴 とする請求項4記載の方法。
- 15.上記凝集体は、上記活性アルミナをペレタイザー内で珪酸塩及びアルミン 酸塩溶液で処理することにより形成されることを特徴とする請求項4記載方法。
- 16.上記処理及び凝集段階中の温度は、該処理の前に上記珪酸塩及びアルミン 酸塩溶液を冷却すること、上記処理中に上記活性アルミナ、上記珪酸塩及びアル ミン酸塩溶液を冷却すること、上記凝集中に上記珪酸塩及びアルミン酸塩溶液、 及び上記活性アルミナを冷却すること、及びそれらの連続を含むグループから選 択された手順により、90℃以下に維持されることを特徴とする請求項4記載の 方法。
- 17.上記エージングを2−8時間の間で行うことを特徴とする請求項4記載の 方法。
- 18.上記焼成を1/4〜4時間の間行う請求項4記載の方法。
- 19.上記吸着剤が請求項4記載の方法により生成されることを特徴とする請求 項1記載の吸着剤。
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