[发明专利]经氧化铝碳氮化连续制氮化铝的方法

说明书

本发明是关于一种氧化铝经碳氮化连续制氮化铝的方法。

为了制造氮化铝导致出现大量有关能制这种氮化物的反应条件或者这种反应使用的设备的文献。

已经提出过在流化床反应器中进行这种制备(见例如欧洲专利0266927，日本专利申请63.297205，英国专利申请87.00208)。

同样也提出过在转炉中进行反应(见例如日本专利申请62.278109，62.237937，63.20030，61.74635)。

还提出过在循环料斗(见例如欧洲专利0272377)或固定料斗(日本专利1290562)的垂直炉中制备氮化铝。

这些不同的技术都有一些缺点：一方面，它们生产率都低，因为其反应器有用体积总是较小。据报道，一个转炉通常填充率不超过13％。结果相对于生产的氮化物数量来讲，明显地耗能高。

转炉通常特点是反应物在炉中停留时间分布宽，这导致得到的产品的不均匀性。

在连续使用的情况下，流化床反应器具有同样缺点，通常需要用一些串联安装的反应器。

当然，这些缺点是可以造成严重障碍的，需要同时提高设备生产率，改进产品均匀性和所述产品生产方法的可靠性。

本发明因而提出一种经氧化铝碳氮化连续制氮化铝的新方法，此法特征在于是在一种有序的反应器中进行反应。

此外“有序的反应器”一词用于普通的意思，已知它指一种反应器，在其中每个反应物颗粒都参加反应而且所有的反应物颗粒均明显地以同样方式参加反应。

本发明更确切地是涉及这样一种方法，其特征在于氧化铝、碳和氮之间的反应是在一种连续环流床反应器中进行，反应器填充率恒定，反应物停留时间均匀且恒定，而且在保证在给定的水平上各个颗粒周围气相组成均匀和强的热交换及高度传质的条件下进行物料的渗透通过。

在此方法中，由于在反应器加料设备上使用一个界面探测器，可以得到恒定的装填率。

由于例如装在流动床底部的重量或体积计量器连续进行排出，也由于以活塞流的方式向恒定截面的塔节中流入物料，可以得到均匀而恒定的停留时间。

物料间的渗过方式最好是使氮气以较高速度流经颗粒之间，并与固体反方向流过。

纯粹作为说明，在附图给出此法及能使用此法的反应器。

此图包括三类符号：

—数字符号1-8，有关反应器本身及附件；

—数字符号I-IV，相当于反应器的各区，和在这些区内进行的反应步骤；

—符号a，a′，b，c，c′相当于反应器中存在的产品的物理和/或化学性质。

以下的说明可以证明，在符合本发明的方法中，反应器至少保证以下功能：

—用排出的热气体，即来自热交换器的气体将原料颗粒(使用形式的原料)加热；

—作为在颗粒中所含碳源(通常为树脂)的(裂解)反应器；

—作为碳氮化反应器；    

—通过与从炉子热区来的颗粒接触，加热进入反应器的氮。

在图中表示的反应器专用于以明显垂直的方式操作，它主要包括通常是石墨制成的主管(1)，其长度与内径之比一般是5-20，而8-15更好。管子的中央部分最好用电磁感应(8)加热。此管上部与用于往反应器加入新鲜颗粒的计量器(2)和废气收集器(3)相连，所述气体主要由CO、CH4和过量氮组成，被通往焚烧炉(未标示出)底部，探测器(4)用来确定反应器装料的界面高度。

在管(1)底部最好用塔节(5)(例如不锈钢的)延长，这一段至少包括氮进气口(7)，在此塔节下端最好是截锥形的一个密封的体积计量器(6)使得能够排出颗粒以便连续称重。

在符合本发明的方法中，如上所述的反应器是用新鲜的颗粒(a)连续进料，所述颗粒本身的制法是，将氧化铝和碳的混合物构成的浆料，通过挤出或各种相似的方法处理，然后在约150℃干燥，造粒或切段而得到，为便于制备这种浆料，最好使用在裂解时可产生碳的热固性树脂。

调节碳和树脂的比例以使颗粒同时具有令人满意的孔隙度和机械强度。

碳黑使孔隙度增大利于碳氮化作用，而树脂加固了颗粒。

在呈水溶液形式的酚醛树脂中可以选择热固型树脂，但是当然也可以用其它树脂如环氧、聚酯、聚酰亚胺等。

黑色料可以在很多种的碳黑中选择，只要碳黑粒平均直径为0.5-10微米即可，1-5微米更好，孔隙率至少等于0.3厘米³/克。纯粹为了说明，将特别提及乙炔黑，其孔隙率达到10厘米³/克。