Brevet FR2384540A1 — publié le 19781020

a présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour fabriquer de l'alumine active à haute résistance. Comme on le sait, l'alumine active trouve de nombreuses applications comme support de catalyseur pour des réactions chimiques, pour la purification des gaz d'échappement des automobiles, et comme matériau hygroscopique. L'alumine active est habituellement produite par le procédé suivant. Tout d'abord, de l'hydroxyde d'aluminium (A1(OH)3) produit par le procédé Bayer, est transformé en alumine active ou -Âl203 avec perte à l'allumage de 5 à 15 % par déshydratation dans un gaz chaud, ou dans un four à haute température. Ensuite, l'alumine active ainsi obtenue est broyée en une poudre dont les particules ont une dimension de plusieurs microns. A cette poudre, on ajoute un agent liant tel que l'eau, une solution acide aqueuse de chlorure d'aluminium etc...., un alcool polyvinyl, une solution aqueuse de CMC (carboxymethylcellulose) ou de la cellulose contenant une solution aqueuse, afin de la transformer en grains.Dans ce but, le procédé de granulation par cuvette,le procédé de granulation par tambour ou le procédé de granulation par boulette,(moule à presse), peuvent être utilisés. Ensuite ces grains sont traités à la vapeur à i000C-2500C pendant 10 à 20 heures, puis on procède à un séchage et à un chauffage. On obtient ainsi de l'alumine active. On a cepen- dant trouvé que ces grains d'alumine active n'ont pas les caractérie- tiques physiques et une résistance mécanique suffisante pour pouvoir etre utilisés comme support du catalyseur pour la purification des gaz d'échappement d'automobiles,ce qui exige des caractéristiques élevées anti-vibration et anti-usure. L'invention a donc pour but la réalisation d'un procédé per fectionné et d'un dispositif pour la mise en oeuvre de celui-ci, afin de fabriquer de l'alumine active A cet effet, le procédé selon l'invention pour fabriquer de l'alumine active à haute résistance, prévoit des étapes intermédiaires consistant à sécher rapidement l'hydroxyde d'aluminum dans un courant de gaz chaud, puis à refroidir rapidement l1hydroxyde d'aluminium chaud séché par introduction d'un gaz de refroidissement dans le courant gazeux. le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, est destiné particulièrement au séchage rapide de l'hydroxyde d'aluminium et comprend conformément à l'invention un brûleur adapté pour produire un courant de gaz chaud à une température supérieure à 3000C, une canalisation de séchage à travers laquelle le courant de gaz chaud est dirigé, des moyens pour introduire l'hydroxyde d'aluminium dans ledit courant dé gaz chaud pour le transporter à travers la canalisation avec le courant de gaz chaud, des moyens pour introduire un gaz de refroidissement dans le courart gazeux à un endroit situé en aval desdits moyens pour introduire l'hydroxyde d'aluminium dans le courant gazeux, et des moyens situés en aval des moyens précités pour introduire le gaz de refroidissement, afin de séparer le produit résultant du courant gazeux. D'autres particularités et avantages de l'invention appa raieront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donné à titre d'exemple non limitatif, on a représenté un mode de réalisation de l'invention. - La figure I est une vue schématique montrant le dispositif de séchage du courant gazeux pour fabriquer de l'alumine active, selon la présente invention. - La figure 2 est une vue en coupe partielle montrant la construction dans laquelle la canalisation d'entrée du gaz de refroidissement rejoint la canalisation de séchage. - La figure 3 est un diagramme représentant la courbe bTD et la courbe AUG pendant le chauffage et la déshydratation de l'hydroxyde d'aluminium. La présente invention a été réalisée et développée après des efforts énergiques pour réaliser un support de catalyseur ayant une résistance améliorée. le procédé de fabrication d'alumine active dans lequel on refroidit rapidement de l-'hydro yde d'aluminium,étape qui est suivie d'un traitement conventionnel, se caractérise conformément à l'invention par un refroidissement rapide au moyen d'un gaz de refroidissement introduit dans le gaz de séchage chaud, après le séchage rapide. il est souhaitable que le produit séehé soit refroidi rapidement jusqu'à une température inférieure à 1800C. Le dispositif de séchage du courant gazeux utilisé dans la mise en oeuvre du procédé de fabrication d'alumine active selon l'invention, comprend un brûleur qui produit un gaz chaud à une température supérieure à 300 C, une canalisation de séchage qui transporte l'hydroxyde d'aluminium dans le gaz chaud, un cyclone qui capture 11 alumine active déshydratée dans le flux gazeux, et une canalisation d'entrée de gaz de refroidissement reliée à la canalisation de séchage ou au cyclone. Le dispositif de séchage du courant gazeux, représenté à la figure 1 fonctionne de la manière suivante. Tout d'abord, un gaz chaud à une température supérieure à 300 , qui a été produit dans un brûleur 1, sèche l'hydroxyde d'alumi- nium amené par une hotte, tandis qutil est transporté dans la canalisation 3 formant chambre de séchage, pendant un intervalle de temps de 0,5 à deux secondes. Ensuite, un gaz de refroidissement introduit par la canalisation 4 d'entrée de gaz de refroidissement débouchant dans la paroi latérale de la canalisation 3 de séchage, refroidit rapidement l'alumine active déshydratée dans le courant gazeux. Puis l'alumine active refroidieest transportée jusqu'au séparateur cyclone 5. Ses gros grains d'alumine active capturés ici sont collectés dans la boîte 7 par actionnement du clapet à rotor 6. Les grains fins sont transportés par la conduite 8 jusqu'au filtre en sac 9, où ils sont recueillis. Les grains fins recueillis sont collectés à partir du filtre 9 dans la boîte de produit 10. Les gaz d'échappement vont par la conduite 11 jusqu'à la sortie 12 où ils sont décharges. Comme représenté sur la vue en coupe de la figure 2, la canalisation d'entrée 4 du gaz de refroidissement peut s'étendre à travers la paroi latérale de la chambre de séchage constituée par la canalisation 3, et peuvent déboucher dans la direction du flux gazeux. La canalisation d'entrée du gaz de refroidissement peut également être située au niveau du cyclone 5. Sur la figure 1, t désigne la température de sortie du four du gaz chaud, t2 la température dans la chambre de séchage juste avant l'introduction du gaz de refroidissement, et t3 la tem pérature dans la chambre de séchage après l'introduction du gaz de refroidissement. Dans le procédé defabrication d'alumine active selon la présente invention, l'hydroxyde d'aluminium est séché rapidement et refroidi dans le dispositif de séchage du flux gazeux Ensuite, il est soumis au traitement conventionnel. Plus précisément, il est broyé pendant 30 minutes environ dans un moulin vibrant et transf or- mé en grains de mailles 4 à 7 avec addition d'eau dans une machine à granuler du type à cuvette. Ces grains sont ensuite stabilisés pendant vingt heures dans une vapeur saturée (entre 100 et 1 600C) après stabilisation, ils sont séchés à 150 C pendant trois heures et ensuite chauffée à une température comprise entre 800 et 1100 C pendant trois heures, ce qui produit l'alumine active. On décrira maintenant des exemples particuliers de mise en oeuvre du procédé de fabrication selon la présente invention. EXEMPLE 1 De l'hydsoxyde d'aluminium ayant la composition indiquée ci-après dans la table 1, a été rapidement séché et refroidi dans le dispositif schématiquement représenté à la figure 1, puis il a été granulé par le procédé conventionnel. En utilisant une jauge de dureté du type KIYA, vingt grains ont été testés pour leur résistance à l'écrasement, et les résultats ont été mis en moyenne. Tableau 1 :Composition de l'hydroxyde d'aluminium. Rubrique Valeurs Dimensions des particules (F) ! 10 - 65 Eau de Cristal (%) ! 34.6 - Na2O 0.92 Composition SiO2 0.02 chimique (%) t FeO ' 0.01 3 reste Al(OH)3 A titre de contrle, des grains semblables ont été produits de la meme façon que ci-dessus, excepté le fait que l'alimentation en gaz de refroidissement par la canalisation d'entrée de gaz de refroidissement a été suspendue. Les grains ont également été testés pour la résistance à l'écrasement.Les résultats sont rassemblés dans le tableau 2 suivant. Tableau 2 - Résistance à l'écrasement et densité des grains d'alumine obtenu par le procédé selon l'invention. Perte à Température Résistance Essai Densité * l'allumage de à Séchage du flux gazeux N stabilisation l'écrasement (g/cm3) (Kg) Procédé t1( C) t2( C) t3( C) (%) ( C) 800 C ** 1100 C ** 1 100 8.5(0.69) 1.9 (0.74= Contrôle 295 11.4 2 160 6.5(0.66) 2.9 (0.73) 3 100 8.4(0.68) 1.8 (0.76) 250 11.6 4 160 6.7(0.65) 3.3 (0.73) 5 100 8.6(0.69) 2.0 (0.74) 200 11.7 6 Présente 160 6.5(0.66) 3.4 (0.74 7 invention 700 300 100 9.2(0.70) 2.8 (0.75) 180 11.9 8 160 7.1(0.64) 4.0 (0.72) 9 100 9.0(0.67) 2.9 (0.75) 150 11.8 10 160 6.8(0.69) 4.3 (0.74) 11 100 9.1(0.70) 3.1 (0.73) 100 11.8 12 160 6.7(0.68) 4.2 (0.71) suite page 7 Tableau 2 (suite) Perte à Température Résistance de à Densité * Essai Séchage du flux gazeux l'allumage stabilisation l'écrasement (g/cm ) N (Kg) Procédé t1( C) t2( C) t3( C) (%) ( C) 800 C ** 1100 C ** 13 Contrôle 100 8.4 (0.67) 1.4 (0.73) 385 6.8 14 160 6.2 (0.64) 2.6 (0.72) 15 100 8.3 (0.66) 1.3 (0.74) 350 7.3 16 160 5.9 (0.65) 2.7 (0.72) 17 100 8.4 (0.69) 1.7 (0.76) 300 7.6 18 160 6.6 (0.66) 3.1 (0.73) 19 100 8.0 (0.68) 1.6 (0.74= Présente 250 7.7 20 800 383 160 6.5 (0.66) 3.0 (0.75) 21 invention 100 8.6 (0,69) 2.2 (0.74) 200 7.8 22 160 6.8 (0.67) 3.7 (0.73) 23 100 8.2 (0.70) 2.8 (0.75) 180 7.5 24 160 6.7 (0.67) 4.2 (0.72) 25 100 8.2 (0.71) 3.2 (0.77) 150 7.8 26 160 7.3 (0.66) 4.4 (0.72) 27 100 8.3 (0.66) 3.3 (0.74) 100 7.8 28 160 6.8 (0.67) 4.6 (0.73) Nota - *... La densité est la densité volumique. **.. La surface des grains chauffés à 800 C était de 105 à 118 m/g, tandis que celle des grains chauffés à 1100 C était de 13 à 18 m/g. Ainsi, il n'y a pas eu de grande dispersion des résultats dans chaque condition de chauffage. A partir du tableau 2, il est clair que la résistance à l'écrasement des grains d'alumine peut être accrue lorsque, conformément à la présente invention, l'hydroxyde d'aluminium est rapidement séché et refroidi jusqutà une température inférieure à 2000C, ces étapes étant suivies du procédé habituel de granulation. EXEMPLE 2 Les grains d'alumine obtenus dans les mêmes conditions que pour les essais n 12, 24 dans l'exemple 1, portaient du platine à un taux de 1g pour 1 litre de grains. Un convertisseur de catalyseur rempli de ces grains a été monté sur un véhicule réel. Dans un essai de durabilité de ce véhicule sur 10 000 km, la perte par usure des grains a été aussi faible que 0,05 ou 0,03 % en poids. CONTROLE Des grains d'alumine obtenus dans les mêmes conditions que ceux des essais n 2, 14 dans l'exemple 1 , portaient du platine à un taux de 1g pour 1 litre de grains. Après un essai semblable à l'evem- ple 2, la perte par usure était aussi importante que 1,3 ou 1,2 % en poids. l'amélioration de la résistance des grains d'alumine de l'exemple 1, obtenus par le procédé selon l'invention est présumée due au fait suivant. Tout d'abord, il convient d'observer que les sigles ATD et ATG sont les initiales des termes des expressions analyse thermique différentielle et "analyse thermogravimétrique" respectivement. Quand 1' hydroxyde - d'aluminium (gypsite) est chauffé gradue1- lement dune basse jusqu'à une haute température, la courbe ATD (courbe A) et la courbe A9; (courbe B) présentent l'aspect représenté à la figure 3. Le premier pic à 215-2300C sur la courbe A représente la réaction. de formation de la boehmite (AI(OH)3) ;le second pic au voisinage de 30000 représente la réaction de déshydratation lorsque le reste de la gypsite se transforme en # Al2O3 ; le troisième pic au voisinage de 5O00C représente la réaction de déshydratation de la boehmite formée au premier pic. A partir de l'analyse de la courbe À ci-dessus, on peut soupçonner que le refroidissement rapide åusqu'à au-dessous de 2000C après séchage, conformément au procédé selon l'invention, empeche effectivement la transformation de l'hydroxyde d'aluminium en boehmite, et que cette inhibition provoque une augmentation de la résistance des grains d'alumine. Dans le procédé selon la présente invention, l'air suffit comme gaz due refroidissement, mais il va sans dire que différents gaz sont également appropriés pour un refroidissement rapide. L'emplacement de la canalisation d'entrée du gaz de refroidissement peut entre choisi après ltemplacement de séchage rapide de l'alumine hydratée,par exemple entre l'extrémité de la chambre de séchage et l'entrée du cyclone. Ainsi, le procédé et le dispositif selon l'invention pour la production d'alumine active,présententl1avantage de permettre la fabrication de grains d'alumine ayant une haute résistance à l'usure, tout en simplifiant le contrôle du procédé de fabrication, du fait que la température du gaz baisse après l'introduction du gaz de refroidissement. L'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite et peut comporter des variantes d'exécution dans le cadre des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication d'alumine active à haute résistance, caractérisé par les étapes intermédiaires consistant à sécherrapi dement l'hydroxyde d'aluminium dans un courant de gaz chaud, puis à refroidir rapidement l'hydroxyde d'aluminium séché et chaud par introduction d'un gaz de refroidissement dans le courant gazeux. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la phase de séchage rapide de l'hydroxyde d'aluminium consiste à introduire l'hydroxyde d'aluminiumdans un courant de gaz chaud pour entraîner l'hydrexyde d'aluminium par ce courant,e.t en ce que ltétape de refroidissement rapide consiste à introduire le gaz de refroi dissement dans le courant gazeux chaud à un endroit situé en aval du lieu d'introduction de l'hydroxyde d'aluminium dans le cou rant de gaz chaud. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ee qu'on sépare le produit obtenu du courant gazeux après l'étape de refroidis sement rapide, puis on procède à un traitement ultérieur dudit produit. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on traite le produit obtenu pour former des grains d'alumine active. 5 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le sé chage rapide est effectué à une température comprise entre 700 et 800 C. 6 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lors de l'étape du séchage rapide, on sèche l'hydro yde d'aluminium dans le courant gazeux chaud pendant un intervalle de temps de 0,5 à 2 secondes environ. 7 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de refroidissement rapide consiste à refroidir rapidement l'hy- droxyde d'aluminium sec jusqu'à une température située au-dessous de 1800C, 8 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de refroidissement rapide comprend un refroidissement-rapide pen dant un intervalle de temps inférieur à environ une seconde. 9 - A titre de produit industriel, l'alumine active obtenue par broyage, granulation, stabilisation, séchage, puis chauffage du produit obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 8. 10 - Dispositif pour fabriquer de l'alumine active à haute résistan ce, destiné à la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 8, afin d'exécuter un séchage rapide d'hydro- xyde d'aluminium, caractérisé en ce qu'il comprend un brûleur pour produire un courant gazeux chaud à une température supé rieure à 3000C, une canalisation de séchage à travers laquelle le courant gazeux chaud est dirigé, des moyens pour introduirel'hy- droxyde d'aluminium dans le courant gazeux chaud pour le trans porter à travers la canalisation avec le courant gazeux chaud, des moyens pour introduire un gaz de refroidissement dans le courant gazeux à un endroit situé en aval des moyens précités pour introduire I'hydroxyde d'aluminium dans le courant gazeux, et des moyens situés en aval desdits moyens pour introduire le gaz de refroidissement, adaptés pour séparer le produit obtenu du courant gazeux. Il - Dispositif suivant la revendication 10, caractérisé en ce que lesdits moyens pour introduire le gaz de refroidissement com prennent un dispositif d'introduction dudit gaz de refroidisse ment dans la canalisation de séchage. 1-2 - Dispositif suivant la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour- introduire le gaz de refroidissement à une extrémité en aval de la canalisation de séehage. 13 - Dispositif suivant la revendioation 10, caractérisé en ce que les moyens pour séparer le produit obtenu du courant gazeux comprennent un séparateur cyclone. 14 - Dispositif suivant la revendieation 13, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour introduire le gaz de refroidissement dans le séparateur cyclone, 15 - Dispositif suivant la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens situés en aval du séparateur cyclone pour séparer le produit obtenu dudit courant gazeux.