三氯化鋁在工業上應用廣泛,但需要不斷改進
三氯化鋁是一種老產品。近年來,國外雖然乙苯生產使用的催化劑及方法有所改變,三氯化鋁作乙苯催化劑用量上有下降趨勢,但在洗滌劑烷基化等方面的用量上升較快。因此,其年產量及年需要量并未下降。另一方面,由于近年來國外為尋找低能消耗途境,三氯化鋁還存在著一個極大的潛在工業用途是鋁錠的制造。目前世界三氯化鋁最大生產國是美國,已擁有年產157,000短噸的能力,1969一1979年期間,每年平均以2.2%的速度增長,預計1984年每年將以2.5%的速度增長。例如美國鋁公司在兩套裝置中交替生產,其產品大部分用于制鋁錠的生產,該公司還開發了一種新的三氯化鋁制造法,準備投產。本文就三氯化鋁在主要工業方面的應用,作一些簡述,僅供參考。
三氯化鋁應用實例
1.催化劑的制備
(1)乙苯催化劑:乙苯是生產苯乙烯的中間體,也是合成高分子工業的重要單體,還被廣泛用于制藥、涂料、顏料、紡織等工業。生產乙苯的催化劑是三氯化鋁與多乙苯的絡合物。
制備方法:1000克多乙苯加無水三氯化鋁330克,添加少量H2O(約1毫升),在有HCl存在下,保持溫度65~85士5℃,攪拌一定時間而生成紅棕色油狀的絡合物。
這種絡合物催化劑自成一相,在反應塔內使乙烯與苯烷基化反應,反應溫度控制不得高于120℃。使用前予評價三氯化鋁催化活性其標準是:一定重量多乙苯及定量三氯化鋁所生成的絡合物量及三氯化鋁的溶解性,要求三氯化鋁溶解較好且生成一定量的絡合物并含三氯化鋁較多。據石油化工廠使用表明,金屬鋁氯化法所生產的質量穩定的三氯化鋁,由于它所特定的生產工藝及純度高,己能滿足乙苯產率及物料輸送的要求。
最近,我們曾探索過“氧化鋁法”三氯化鋁制催化劑絡合物的實驗,在上述條件下制備,則每生產一kgCaH2需要原料費50元。(金屬鈣價為40元/kg計)。而用CaC12,則生產含一kgCaH2的混合物,其原料費僅需10元。
所有工作是在南開大學化學系申伴文教投、張允什付教授指導下進行的。
三氯化鋁溶解性好,但生成絡合物量少。
(2)洗滌劑烷基化劑:洗滌劑是我國新興而很有發展前途的產品。如采用石蠟油氯化法,則將煤油經分子篩或尿素加成分離的C10-13正構烷烴經氯化成氯化:烷,以氯化鋁為催化劑,使苯烷基化而得直鏈烷基苯,后再經磺化、中和、配料、噴霧干燥而制成洗衣粉。
(3)聚丙烯助催化劑
二氯乙基鋁的制備:在氮氣保護下,向干燥的反應器加入一定量的倍半乙基氯化鋁,再按一定配比計算量加入三氯化鋁,攪拌1一2小時,反應溫度125一150℃,原料配比:A1C13/A1EtC1克分子比1.05一1.11。反應后在氮氣中冷卻,再送去蒸餾精制。
(4)大孔r(低堆比)一氧化鋁的制備:以三氯化鋁(溶液)作原料,氨水作沉淀劑,在溫度70一75℃,pH8.0左右成膠,再經老化、洗滌、成球、烘干而制成。用作載體,制成的催化劑對長鏈烷烴脫氫有優良的性能。
2.染料及其中間體
(1)還原深棕BR(C42H18O5N2)
由1,4二氨基蒽醌和1一氯蕙釀經縮合、閉環、水煮、氧化及酸煮而制得,用于棉、麻、粘膠等的染色。三氯化鋁是1一氯蔥釀中間體的催化劑,也是下道工序的催化劑。
(2)費里德一克臘夫特法制蒽醌
在三氯化鋁存在下,向苯中加入鄰苯二甲算酊,得安息香酸,再用濃硫酸脫水變成環形結構,而制得蒽醌。
3.聚合物的制備
(1)壬酚的制備:丙烯三聚物(壬烯),在溫度50一100℃下,以三氯化鋁為催化劑與苯酚反應制得壬酚。壬酚可用作洗滌劑原料,也可作共聚單體,用于改進酚醛樹脂的耐水性。
(2)丁二烯二聚物的制備:丁二烯在三氯化鈦一三氯化鋁存在下,二聚為1,3一環辛二烯和1,5—二烯。
由環辛二烯經環辛酮肟或辛二酸轉化為尼龍一8。辛二酸可用來合成潤滑劑。1,5-異構物主要作乙丙橡膠的第三共聚體。
4.二氧化欽TiO2加工(成核劑):四氯化鈦襯有耐火磚的反應器中氧化,反應如下:
溫度控制在1300℃以上,TiO2在氣相氧化過程中首先生成銳鈦二氧化鈦,加適量AIC13,加速晶型向金紅石型轉化。
5.醫藥用凡士林的精制及日用化妝品少量無機鹽添加劑。
6.鋁錠的制造:它的最大優越性是比一般煉鋁工業耗電能低。唯獨其原料三氯化鋁成本費較高,致使它目前在技術經濟上還存在問題,尚未得到推廣。
用法:將三氯化鋁置于電解槽內,以LiCl-NaCl作鹽浴,溫度保持700℃進行電解,得熔融鋁,放出氯氣可供循環使用。
使用廠的要求及一些想法
由于三氯化鋁應用范圍較廣泛,為適應各用戶的需要,制造廠生產工藝條件上要有所差別,因而給三氯化鋁生產提出了下列幾方面的要求:粒度、色澤雜質,溶解度及活性。(1)粒度間題:據使用廠表明:三氯化鋁如應用于有液相存在需進行攪拌溶解的工序中,則要求三氯化鋁有一定粒度,顆粒大小不大于5毫米為宜,如過大則難溶。如呈粉狀,生產過程中易產生粉塵,操作環境差,三氯化鋁也易浮于物料表面。但有些使用廠,如染料生產,則粒度問題,不作嚴格要求。有的用戶還需要使用粉料。(2)色澤及雜質問題:無水三氯化鋁可以是白色、黃色或帶灰色,可根據需要而調節生產條件而制得。一般來說如含雜質及游離氯含量較高,則呈黃色。據醫藥用凡士林精制使用表明,需要含游離氯較高的產品,則凡士林質量特好。據部標規定雜質鐵含量一級精制品不得高于0.5%,二級品不得高于1%,水中不溶物一級精制品不得高于0.10%;二級品不得高于0.15%。如雜質含量過高(包括含氧等)則活性較低。(3)溶解度及活性問題:作為活性要求則是主要指標,對乙苯生產而言,因受溫度所限制,要求較為苛刻。一般用金屬鋁氯化法生產的三氯化鋁要控制好特定的生產工藝條件,使它的分子形態有所區別,產品具備雜質含量低、顆粒適中活性好,而能保證較高的使用質量。
討論
1.由上述看出:對不同用途的三氯化鋁質量要求是不完全相同的,金屬鋁氯化法產品在質量管理上也應有所區別,目前生產廠采用調節不同的生產工藝,分批及分爐生產的管理,來滿足某些有特殊要求用戶的需要。質量對其它生產法也應在精制方面改進,使產品能適應多方面的應用。
2.今后我國精細化工產品將有所發展,對三氯化鋁在應用方面不能因它是老產品而忽視了它新用途的開發。如作樹脂的聚合單體,作醫藥原料、催化劑、穩定劑和涂料添加的烯酮衍生物及用作洗滌劑、共聚單體或改進酚醛樹脂的耐水性的壬酚,制備這些化合物時都要用到三氯化鋁,且要掌握一定工藝技術。
3.我國鋁礬土礦資源豐富,給生產三氯化鋁提供了充足的原料來源,只要在提高產品質量上和改進包裝方面進一步做工作,打開國外銷路是有可能的。