氢氧化铝的生产装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种氢氧化铝的生产装置及方法，尤其是一种碳化法生产氢氧化铝的 装置及方法。
【背景技术】
[0002] 氧化铝粉末在化工领域经常用来作为干燥剂、吸附剂、催化剂和催化剂载体。但 是，天然或人工生产的一水氧化铝和三水氧化铝的比表面积低、孔容小、活性低，因而不能 用来做干燥剂、吸附剂、催化剂和催化剂载体。拟薄水铝石具有高比表面积、大孔容、大孔 径、高活性等特点，适合于作干燥剂、吸附剂及石油化工、化肥及尾气等领域的催化剂和催 化剂载体等。因此，需要将一水氧化铝或三水氧化铝转化为拟薄水铝石。拟薄水铝石结晶 度低，含水量高于薄水铝石，常以胶态存在。目前，拟薄水铝石的生产方法主要包括醇铝水 解法、酸法和喊法（碳化法）。
[0003] 醇铝水解法生产拟薄水铝石的主要步骤是将金属铝在催化剂存在下与高级醇反 应生成醇铝。醇铝水解法的产品纯度高，但是生产过程中会形成大量废水，有机醇回收费用 大，造成拟薄水铝石价格过高。酸法是以硫酸铝、硝酸铝、氯化铝等铝盐为原料，与氢氧化 钠、碳酸钠、氨水等可溶性碱进行中和反应制备拟薄水铝石，制备步骤包括成胶、老化、洗涤 干燥等。酸法的主要缺点是生产拟薄水铝石的成本较高。我国主要采用碳化法生产拟薄水 铝石。同济大学化学系、上海石油化工研究院、温州精晶氧化铝有限公司等单位对碱法制拟 薄水铝石进行了深度开发。碱法的基本工艺步骤包括胶化、老化、分离和洗涤、干燥等。在 碳化法成胶过程中，存在NaOH和C(V决速中和反应，NaAlO2与C0 2中和反应、NaAlO2自发水 解反应、C02与生成的氢氧化铝（水合氧化铝）及Na20)3复合反应，具体反应方程式如下：
[0004] 2Na0H+C02=Na2C03+H20 (1)
[0005] 2NaA102+C02+3H20 = 2A1 (OH) 3+Na2C03 (2)
[0006] NaA102+2H20 =A1 (0H)3+Na0H (3)
[0007] Na2C03+C02+2Al(OH) 3 = 2NaAl(CO3) (OH) 2+H20 (4)
[0008] 反应（2)生成的氢氧化铝在适宜条件下转化为拟薄水铝石，而反应（3)生成的氢 氧化铝则转化为三水铝石，且反应（2)和反应（3)为平行反应。因此，碳化法的产物中拟薄 水铝石或三水铝石含量取决于反应（2)和反应（3)的速率和反应程度。
[0009] 中国专利文献CN2264173A公开了用于制备氢氧化铝的新型反应器，该反应器以 气体鼓泡取代机械搅拌，在反应器的塔体和塔底连接处装有气体分布板，气体分布板的开 孔区直径等于塔体的直径。中国专利文献CN2616525A公开了用于制备氢氧化铝的新型反 应器，对上述反应器进行了改进，增加了气体二次分布的气体分布板，提高了气体利用率和 反应器的搅拌效率。中国专利文献CN104667850A公开了一种拟薄水铝石的反应器，包括反 应器筒体，其中反应器筒体内设有隔板将反应器内腔沿轴向分成两个区域，隔板设在中心 轴上，隔板随中心轴转动而旋转；在每个区域中，在相应反应器筒体下部设有进料口，在相 应反应器筒体外侧设有至少一条物料循环管线，循环物料出口在上部，循环物料入口在底 部，在相应反应器筒体上部设有溢流口，其位置高于循环物料出口。上述这些反应器仍然很 难实现氢氧化铝的产品质量稳定、并可以连续化生产。
[0010] 因此，迫切需要一种氢氧化铝的生产装置及方法，其可以形成拟薄水铝石，并且拟 薄水铝石产品质量稳定，可以实现连续化生产。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的在于提供一种氢氧化铝的生产装置及方法，其得到的氢氧化铝可以 生产出质量稳定的拟薄水铝石。本发明进一步的目的在于提供一种氢氧化铝的生产装置及 方法，其可以实现连续化生产。
[0012] 本发明提供一种氢氧化铝的生产装置，包括无机膜反应器、偏铝酸盐供给单元、二 氧化碳供给单元和反应产物储存单元；
[0013] 所述的无机膜反应器包括壳体和无机膜组件，所述的无机膜组件设置在所述的壳 体的内部，并与所述的壳体密封连接；所述的壳体和无机膜组件之间形成腔体；所述的壳 体上设置有液相入口和反应产物出口；所述的无机膜组件上设置有气相入口；
[0014] 所述的偏铝酸盐供给单元与所述的壳体的液相入口连接，用于向所述的无机膜反 应器的腔体供给偏铝酸盐溶液；
[0015] 所述的二氧化碳供给单元与所述的无机膜组件的气相入口连接，用于向所述的无 机膜反应器的无机膜组件供给二氧化碳气体；
[0016] 所述的无机膜组件用于容纳二氧化碳气体，并将所述的二氧化碳气体扩散至所述 的腔体的偏铝酸盐溶液中；
[0017] 所述的腔体用于容纳偏铝酸盐溶液和二氧化碳气体，并使得偏铝酸盐溶液和二氧 化碳气体发生反应以形成含氢氧化铝的反应产物；
[0018] 所述的反应产物储存单元与所述的无机膜反应器的壳体的反应产物出口连接，用 于容纳所述的含氢氧化铝的反应产物。
[0019] 根据本发明所述的生产装置，优选地，所述的无机膜组件包括无机膜；所述的无机 膜的形状为管状、中空纤维状、卷状或螺旋状。
[0020] 根据本发明所述的生产装置，优选地，所述的无机膜包括基体和负载于基体上的 功能层，所述的功能层的材质包括金属、合金、玻璃或者陶瓷，所述基体的材质包括多孔玻 璃、烧结金属或陶瓷。
[0021] 根据本发明所述的生产装置，优选地，所述的无机膜为管状的陶瓷膜。
[0022] 根据本发明所述的生产装置，优选地，所述的生产装置还包括：
[0023] 计量输送单元，其设置在所述的偏铝酸盐供给单元与所述的壳体的液相入口之间 的管线上，用于可控地向所述的无机膜反应器的腔体供给偏铝酸盐溶液；和
[0024] 流量控制单元，其设置在所述的二氧化碳供给单元与所述的无机膜组件的气相入 口之间的管线上，用于可控地向所述的无机膜反应器的无机膜组件供给二氧化碳气体。
[0025] 根据本发明所述的生产装置，优选地，所述的二氧化碳供给单元包括缓存罐，其用 于稳定二氧化碳气体的压力。
[0026] 本发明还提供利用上述生产装置生产氢氧化铝的方法，包括如下步骤：
[0027] 将偏铝酸盐供给单元中的偏铝酸钠溶液输送至无机膜反应器的腔体；
[0028] 将二氧化碳供给单元中的二氧化碳气体输送至无机膜反应器的无机膜组件；
[0029] 将二氧化碳气体经无机膜组件扩散至腔体的偏铝酸钠溶液中，二氧化碳气体与偏 铝酸钠溶液接触并发生反应以形成含氢氧化铝的反应产物，并输送至反应产物存储单元。
[0030] 根据本发明所述的方法，优选地，在无机膜反应器中，反应温度为20~KKTC，反 应产物的pH值为9~10. 5。
[0031] 根据本发明所述的方法，优选地，偏铝酸盐溶液的平均流量为150~200毫升/分 钟；二氧化碳气体的平均流量为1~30升/分钟，二氧化碳气体的压力大于0.IMPa;在偏 铝酸盐溶液中，以氧化铝计的偏铝酸盐浓度为20~50克/升。
[0032] 根据本发明所述的方法，优选地，所述的偏铝酸盐为可溶于水的碱金属偏铝酸盐。
[0033] 本发明将偏铝酸盐溶液与二氧化碳气体置于无机膜反应器中进行反应，在无机膜 反应器中二氧化碳浓度可以得到有效控制，从而促进偏铝酸盐与二氧化碳的中和反应、并 抑制偏铝酸盐自发水解反应，从而得到质量稳定的氢氧化铝，其可以形成质量稳定的拟薄 水铝石。根据本发明优选的技术方案，采用管式无机膜反应器，中空纤维式无机膜反应器可 以实现连续化生产。
【附图说明】
[0034] 图1为本发明的一种氢氧化铝的生产装置。
[0035] 图2为本发明实施例1制备的拟薄水铝石的XRD图。
[0036] 附图标记说明如下：
[0037]