Способ получения водного раствора хлористого алюминия

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДНОГО РАСТВОРА ХЛОРИСТОГО АЛЮМИНИЯ Использование: водный раствор хлористого алюминия используется в качестве обеззараживающего реагента для питьевых и сточных вод. Сущность изобретения: способ получения водного раствора хлористого алюминия в среде толуола, заключается в хлорировании алюминиевых колец с хлористым водородом при молярном соотношении компонентов толуол : алюминий : хлористый водород : вода 0,407-0,5 : 0,685-1,296 : 2,739-5,182 : 11,833-17,833 соответственно. Мамедов Джамал Вейс оглы,Гахраманов Надир Фаррух оглы,Гусейнов Ядигар Юсиф оглы, Аббасов Гудрат Салман оглы, Адилова Ляман Исми кызы, Кулиев Тельман Дадаш оглы, Кулиева Гульзар Низам кызы(71)(73) Заявитель и патентовладелец: СУМГАИТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (СГУ) (AZ) Изобретение относится к неорганической химии, в частности к способу получения водного раствора хлористого алюминия, который используется для замены хлора и сернокислого алюминия для очистки и обеззараживания питьевых и сточных вод, а также промежуточный комплексный продукт можно использовать в качестве катализатора при процессе алкилирования. Известен способ получения этилбензола, используемого для производства стирола, алкилированием бензола с этиленом в присутствии безводного катализатора (хлористый алюминий). Использованный катализатор выводят из системы в виде водного раствора хлористого алюминия. Обычно отработанный катализатор лучше всего применять для обработки сточных вод. Часто его продают или используют как заменитель квасцов или купороса при осветлении воды. Можно его использовать, как это делается в городском хозяйстве США, для обработки полей орошения с целью извлечения фосфатов. В Японии обработанный хлористый алюминий превращают в полиалюминий хлорид и используют для обработки воды(1). Недостатком являются наличие высококипящих смолистых продуктов алкилирования в составе водного раствора хлористого алюминия и невозможность применения для очистки и обеззараживания питьевой воды. Большую часть этилбензола, используемого для производства стирола, получают алкилированием по Фридела-Крафтсу. Процесс основан на взаимодействии бензола с этиленом в присутствии безводного катализатора (хлористый алюминий) и промотора (соляная кислота). Прежде чем направить алкилат на разделение, из него извлекают хлористый алюминий, соляную кислоту и углеводороды. Иногда его применяют для обработки промышленных сточных вод. Кроме того, оказалось целесообразным использовать его для извлечения фосфатов из городских сточных вод. В Японии этот раствор превращают в полиалкаминий хлорид - очень нужный коагулянт, применяемый при обработке промышленных сточных вод. Очищенный хлористый алюминий может заменять квасцы в бумажной промышленности. Обработанный водный раствор хлористого алюминия содержит органические примеси, перешедшие в него из алкилата, в количествах порядка 10-тысячных долей процента даже после перегонки методом однократного испарения (2 - прототип). Недостатком является наличие высококипящих органических продуктов в составе водного раствора хлористого алюминия и соответственно невозможность применения для очистки и обеззараживания питьевой воды. Задачей изобретения является получение качественного водного раствора хлористого алюминия хлорированием алюминия хлористым водородом, что позволит рационально утилизировать хлористый водород, получаемый как отход производства. Задача решается хлорированием алюминиевых колец хлористым водородом в среде толуола, полученный комплекс катализатора (С 6 Н 5-СН 3Al2Cl6HCl) разлагают водой с получением водного раствора хлористого алюминия, процесс проводят при молярном соотношении толуола : алюминия : хлористого водорода : воды = 0,407-0,500 : 0,685-1,296 : 2,739-5,182 : 11,833-17,833 и температуре процесса 60-65 С,и время реакции составляет 1,6 ч. При достижении удельного веса комплекса катализатора 1,060 г/см 3 процесс считается завершенным, затем закрывают хлористый водород и полученный комплекс смешивают с водой и подают на стадию разложения. Количество воды, используемой для разложения комплекса, составляет 213,2-321,0 г и зависит от содержания хлористого алюминия в водном растворе, которое колеблется в пределах от 30,0 до 35,4 вес.%. После разложения комплекса в течение часа происходит отстой продуктов: верхний слой содержащий толуол и HCl, проходит стадию нейтрализации, и осушенный толуол возвращают в реактор хлорирования алюминия, а нижний - водный раствор хлористого алюминия с незначительным содержанием толуола, охлаждают до 20 С температуры и направляют для адсорбции толуола с активированным углем. При оптимальных условиях процесса получают 316,87-513,10 г водного раствора хлористого алюминия, выход составляет 98,89-99,16 вес.% взятое на сырье. Предлагаемый способ позволяет получать водный раствор хлористого алюминия на основе хлорирования алюминиевых колец с размерами 10106 мм с хлористым водородом в среде толуола, влага в составе толуола должна отсутствовать, а концентрация хлористого водорода не менее 98 вес.%, содержание хлористого алюминия в составе комплекса катализатора должно быть менее 30%, при этом удельный вес не ниже 1,06 г/см 3. В водном растворе содержание хлористого алюминия составляет 30,0-35,4 вес.%. Применением алюминиевых колец увеличивают поверхность контакта с хлористым водородом на 25-30% и соответственно повышают скорость процесса хлорирования на 25%, а перемешивание эжектором комплекса катализатора с водой повышает скорость разложения и отделение толуола от водного раствора хлористого алюминия. Использование в качестве исходного сырья для хлорирования алюминия хлористого водорода, являющегося отходом производства, сокращает количество вредных выбросов в окружающую среду, а также промежуточного продукта комплекса катализатора, который можно использовать в качестве ката-1 019264 лизатора при процессе алкилирования. Полученный водный раствор хлористого алюминия можно использовать в качестве реагента для очистки и обеззараживания питьевых и сточных вод, это позволит сэкономить хлор и сернистый алюминий. Для лучшего понимания сущности изобретения ниже приведены примеры. Пример 1. В трубчатый пирексовой реактор (диаметр 42 мм, высота 600 мм) с охлаждением загружают 46 г (0,5 моль) толуола, 27,85 г (1,031 моль) алюминиевых колец и подают 150,55 г (4,124 моль) хлористого водорода, процесс хлорирования проводят при температуре 60 С, и время реакции составляет 1,6 ч, по достижению удельного веса комплекса катализатора 1,06 г/см 3 процесс считается завершенным. Полученные 476,39 г (1,204 моль) комплекса катализатора и 321,0 г (17,833 моль) воды поступают в разлагатель. После разлагателя верхный слой, содержащий смесь толуола и хлористого водорода, проходит нейтрализацию СаСО 3, и осушенный толуол возвращается в реактор хлорирования, а нижний водный раствор хлористого алюминия с незначительным количеством толуола проходит водное охлаждение и адсорбцию с активированным углем и направляется для использования. Состав водного раствора,вес.%: 30,0-35,0 хлористого алюминия, 63,7-69,0 воды и 0,3-0,5 толуола. Молярное соотношение толуола : алюминия : хлористого водорода : воды составляет 0,5 : 1,031 : 4,124 : 17,833. Влага в составе толуола определяется по Дину-Старку; состав толуола - хромотографическим методом, концентрация HCl - по бюретке Бунте, удельный вес - денсиметрическим методом, содержание хлористого алюминия - титрованием и по ГОСТу 3759-75. Пример 2. Процесс проводят по примеру 1 за исключением подачи алюминия 25 г (0,925 моль) и хлористого водорода 135 г (3,698 моль). Молярное соотношение толуола : алюминия : хлористого водорода : воды составляет 0,5 : 0,925 : 3,698 : 17,833. Пример 3. Процесс проводят по примеру 1 за исключением подачи металлического алюминия 35 гр. (1,296 моль), хлористого водорода 189,15 г (5,182 моль), воды 318 г (17,666 моль). Молярное соотношение толуола : алюминия : хлористого водорода : воды составляет 0,5 : 1,296 : 5,182 : 17,666. Пример 4. Процесс проводят по примеру 1 за исключением подачи толуола 37,5 г (0,407 моль),алюминия 18,5 г (0,685 моль), хлористого водорода 100 г (2,739 моль), воды 213,2 г (11,844 моль). Молярное соотношение толуола : алюминия : хлористого водорода : воды составляет 0,407 : 0,685 : 2,739 : 11,844. Пример 5. Процесс проводят по примеру 1 за исключением температуры процесса 40 С. Молярное соотношение толуола : алюминия : хлористого водорода : воды составляет 0,5 : 1,031 : 4,124 : 17,833. Пример 6. Процесс проводят по примеру 1 за исключением времени процесса 30 мин. Молярное соотношение толуола : алюминия : хлористого водорода : воды составляет 0,5 : 1,031 : 4,124 : 17,833. В процессе хлорирования алюминиевых колец с хлористым водородом, являющимся отходом производства, полученный комплекс катализатора является жидким продуктом и может быть использован в процессах алкилирования, по сравнению с получением безводного хлористого алюминия значительно обходится дешевле. Использование в качестве исходного сырья хлористого водорода позволяет сократить количество вредных отходов, а водный раствор хлористого алюминия содержит незначительное количество толуола,и применение для очистки и обеззараживания питьевых и сточных вод позволит сэкономить хлор и сернистый алюминий. Схема лабораторной установки получения водного раствора хлористого алюминия прилагается. На технологической схеме получения водного раствора хлористого алюминия следующие обозначения: 1 - реактор; 2 - горловина для загрузки металлического алюминия; 3, 8, 9 - холодильники; 4 - разлагатель; 5 - разделитель водного раствора хлористого алюминия от толуола; 6 - перегонная колонна; 7 - испаритель; 10 - адсорбер остаточного толуола; 11 - сборник водного раствора хлористого алюминия. Функционирование устройства для получения водного раствора хлористого алюминия В реактор 1 загружают 350 г гранулированного алюминия и заполняют толуолом до уровня переливной линии комплексона, затем снизу реактора 1 подают хлористый водород, полученный на производстве хлора. При помощи холодильника 3 в реакторе 1 поддерживается температура 55-65 С. Полученная смесь комплексона C6H62AlCl3HCl с толуолом направляется в разлагатель 4, куда кроме комплексона подается вода. Полученная смесь комплексона с водой направляется в разделитель водного раствора хлористого алюминия от толуола 5, где толуол поднимается в верхней части разделителя и направляется на очистку. Смесь хлористого алюминия с водой поступает в нижнюю часть перегонной колонны 6. В нижней части колонны 6 при помощи испарителя 7 поддерживается температура 110-115 С. При этом смесь толуола с частичным HCl поднимается в верхнюю часть перегонной колонны 6 и через холодильник 9 отправляется на очистку в водной раствор хлористого алюминия, переходя через холодильник 8 и через адсорбер 10 собирается в сборник 11. Литература 1. Алкилирование. Исследования и промышленное оформление процесса. Производство этилбензола по методу фирмы "MON-SANTO". А.К .Макферлейн. Москва. Химия. 1982 г., стр. 268-279. 2. Алкилирование. Исследования и промышленноеоформление процесса. Использование отработанного хлористого алюминия для обработки воды. Д.Н. Кемпбелл. Москва. Химия. 1982 г., стр. 280-286. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ получения водного раствора хлористого алюминия, включающий обработку водой отработанного безводного катализатора на основе хлористого алюминия, отличающийся тем, что для повышения качества и снижения стоимости водного раствора хлористого алюминия используют низкотемпературный метод получения хлористого алюминия при следующих условиях: при молярном соотношении компонентов толуол:алюминий:хлористый водород:вода 0,407-0,5:0,685-1,296:2,739-5,182: 11,833-17,833 соответственно, температуре процесса 60-65 С и времени реакции 1,6 ч.