способ получения синтетического цеолита типа а

Формула изобретения

Способ получения синтетического цеолита типа А, не содержащего связующего, включающий смешение природного глинистого минерала - каолина с добавкой, содержащей углерод, химическую обработку исходной смеси, добавление жидкости до получения однородной массы, термоактивацию, гидротермальную кристаллизацию и сушку, отличающийся тем, что в качестве добавки, содержащей углерод, используют древесный уголь, исходную смесь обрабатывают 2%-ным раствором едкого натра, взятым в количестве 10-20 мас.%, в качестве жидкости используют 1,5%-ный раствор поливинилового спирта в воде, который добавляют до получения однородной массы, термоактивацию проводят при 550-630^oС, после кристаллизации гранулы обрабатывают острым водяным паром, промывают умягченной водой и сушат при 120-200^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к получению гранулированного синтетического цеолита типа А. Полученный адсорбент может быть использован: в химической и нефтехимической промышленности для разделения смесей углеводородов на молекулярном уровне; в нефтегазодобывающей промышленности для осушки и очистки природного и нефтяного попутного газов; в теплоэнергетике и атомной энергетике как ионообменный материал для удаления катионов металлов и радионуклидов из водных потоков.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению является "Способ получения синтетического цеолита типа А" (патент RU 2146222, 7 С 01 В 39/20).

В соответствии с известным способом цеолит типа А получают путем смешения природного глинистого минерала, имеющего соотношение SiO₂:Аl₂О₃=2:1, выбранного из ряда каолин, галлуазит, с техническим углеродом в количестве 28 маc.%, добавления 3%-ного раствора хлорида натрия до получения однородной массы, формования гранул, термоактивации их при 720^oС, далее гидротермальной кристаллизации, обработки гранул раствором ортофосфорной кислоты с рН 4-5, сушки при 180-200^oС.

Недостатком известного способа является применение технического углерода, хлорида натрия и ортофосфорной кислоты.

Применение хлорида натрия и ортофосфорной кислоты усложняет технологию, что приводит к существенному увеличению себестоимости продукции. Технический углерод ПМ-1 является недостаточно эффективной добавкой для образования пористой транспортной структуры гранулы. Вышеперечисленные недостатки известного способа приводят к усложнению технологического процесса и снижению технико-экономических показателей производства синтетических гранулированных цеолитов. Применение технического углерода приводит к получению целевого продукта с недостаточно развитой сетью транспортных пор и в связи с этим со сравнительно низкими основными показателями (сорбционная емкость и механическая прочность), которые определяют эффективность использования адсорбента в промышленных условиях.

Задача настоящего изобретения - совершенствование технологии получения синтетического гранулированного цеолита типа А и, как следствие, получение гранул цеолита с высокими адсорбционными и прочностными характеристиками. Поставленная задача решается за счет использования следующих новых технологических приемов:

- использование в качестве добавки углерода древесного угля вместо технического углерода позволит вести термообработку при более низкой температуре и получать гранулы не только пористой, но и макропористой структуры, что в свою очередь увеличивает степень проницаемости и при гидротермальной кристаллизации увеличивает эффект образования поликристаллических сростков в виде гранул;

- предварительная обработка полученной сухой смеси 2%-ным раствором едкого натра;

- применение в качестве жидкости 1,5%-ного раствора поливинилового спирта в воде для получения пластичной массы, а также придания гранулам большей механической прочности после формовки;

- обработка готовой продукции острым водяным паром с последующей промывкой цеолитных гранул умягченной водой.

Указанные технологические приемы приводят к существенному упрощению технологии получения синтетических цеолитов, снижению их себестоимости и обеспечивают получение гранул фожазита, обладающих улучшенной транспортной структурой.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Основной исходный материал - природный глинистый минерал каолин - смешивают с древесным углем.

При перемешивании в смесь добавляют 2%-ный раствор едкого натра в количестве 10-20 маc.%, затем добавляют 1,5%-ный раствор поливинилового спирта до образования однородной пластичной массы, которую затем формуют в гранулы. Полученные гранулы сушат при 50120^oС в течение 3 ч.

Затем проводят термическую активацию при 550-630^oС, в результате которой образуется промежуточный аморфный алюмосиликат, способный кристаллизоваться в цеолитную структуру фожазита, а полное выгорание древесного угля обеспечивает проницаемость гранулы для проведения эффективного массообмена в процессе гидротермальной кристаллизации. Полученные аморфные гранулы охлаждают и подвергают гидротемальной кристаллизации в щелочном растворе. Готовый цеолит обрабатывают острым водяным паром, промывают умягченной водой и сушат при 120-200^oС.

Сущность способа поясняется конкретными примерами его осуществления.

Пример 1. Данный пример демонстрирует возможность получения гранулированного цеолита типа А из каолина, порошка древесного угля и обработки исходной смеси 2%-ным раствором едкого натра, взятым в количестве 10 маc.%.

В смеситель загружают 5000 г каолина с соотношением SiO₂:Аl₂O₃=2:1 и 150 г порошка древесного угля. Смесь перемешивают 15 мин и затем добавляют 2%-ный раствор едкого натра, в количестве 572 мл.

Затем добавляют 1,5%-ный раствор поливинилового спирта в количестве 1320 мл.

Перемешивание продолжают до получения однородной пластичной массы.

Затем осуществляют формование, получая гранулы диаметром 1,6 мм, которые сушат при 50-120^oС в течение 3 ч. Высушенные гранулы подвергают термической активации при 550-630^oС в течение 2 ч, после чего их охлаждают.

Аморфные гранулы после термической активации помещают в кристаллизатор и заливают кристаллизационным раствором, полученным смешиванием 15500 мл воды и 2015 г гранулированного едкого натра с концентрацией по оксиду натрия 100,8 г/л.

Полученная реакционная масса выдерживается при 20^oС в течение 12 ч, затем температура повышается до 90^oС и реакционная масса выдерживается 24 ч.

Полученный цеолит обрабатывают острым паром в течение 6 ч, промывают умягченной водой и сушат при 120-200^oС.

У готового образца рентгеноструктурным методом определяли тип кристаллической решетки и степень кристаллизации; механическую прочность гранул путем раздавливания по образующей на приборе МС-9.

Физико-химические характеристики цеолита типа А приведены в таблице.

Пример 2. Данный пример демонстрирует возможность получения цеолита типа А согласно способу приведенному в примере 1, отличающемуся тем, что для обработки исходной смеси взяли 15 маc.% раствора едкого натра.

Физико-химические характеристики цеолита типа А приведены в таблице.

Пример 3. Данный пример демонстрирует возможность получения цеолита типа А согласно способу приведенному в примере 1, отличающемуся тем, что для обработки исходной смеси взяли 20 маc.% раствора едкого натра.

Как видно из таблицы, полученный цеолит обладает сравнительно более высокими показателями механической прочности по сравнению с прототипом, что обеспечивает его более эффективное использование в технологических процессах.