способ получения гранулированного синтетического цеолитсодержащего компонента смс

Формула изобретения

Способ получения гранулированного цеолитсодержащего компонента синтетических моющих средств, включающий смешение растворов силиката и алюмината натрия, гидротермальную кристаллизацию силикаалюмогидрогеля в цеолит типа А и распылительную сушку в потоке дымовых газов суспензии цеолита в маточном растворе, отличающийся тем, что после кристаллизации часть 10-85 об.% маточного раствора отделяют, а полученную суспензию разбавляют водой до прежней концентрации цеолита и подают на распылительную сушку.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии получения цеолитных компонентов синтетических моющих средств (CMC) и может найти применение при производстве CMC в химической промышленности.

Известен способ получения цеолита NaA путем смешения активного диоксида кремния со щелочным алюминатным раствором в присутствии фторида алюминия при мольном соотношении H₂О/Na₂О=4-10. Смесь кристаллизуют при температуре 60-70С в течение 30-60 мин. Цеолит отделяют от маточного раствора, промывают водой от избытка щелочи и высушивают. Получают порошкообразный цеолит с размером кристаллов 1-4 мкм и катионообменной способностью (КОС) по СаО 140-170 мг/г продукта (а.с. СССР №998342, М. кл. C 01 B 33/28, 1983 г).

Известный способ имеет следующие недостатки.

1. Использование порошкообразного цеолита в качестве компонента CMC создает серьезные трудности при транспортировке и дозировке такого высокодисперсного продукта в CMC, вызывая запыленность помещений, зависание и залипание в системе пневмотранспорта.

2. Маточный раствор от производства цеолита сбрасывают в промсток, что приводит к потере ценных компонентов и пагубно влияет на окружающую среду.

3. Низкую катионообменную способность цеолита по СаО.

Известен способ получения гранулированных легкосыпучих и малопылящих компонентов CMC, содержащих 15-20% оксиэтилированных спиртов C₁₂-C₂₄ или других неионогенных ПАВ, 5% анионных ПАВ, 40-80% неорганических наполнителей (триполифосфата натрия, цеолита типа А, метасиликата натрия, соды, сульфата натрия), 0,5-10% полифосфорных кислот, поликарбоновых кислот, толуолсульфоната натрия, КМЦ, оптического отбеливателя и 10-20% адсорбционной или кристаллизационной воды (заявка ФРГ №3434854, М. кл. С 11 D 11/02, 1986 г).

Способ имеет следующие недостатки.

1. Содержание экологически вредных соединений фосфора, вызывающих отравление - эвтрофикацию водоемов при попадании в них компонентов CMC.

2. Применение отмытого цеолита типа А, что вызывает необходимость сброса маточного раствора и промывных вод, образующихся при его производстве, что также ухудшает экологию окружающей среды.

3. Введение в состав композиции многих видов сырьевых компонентов, что существенно осложняет процесс производства гранулированного продукта.

Известен способ получения гранулированного цеолита для CMC, содержащего карбонаты и цеолиты, который предусматривает гидротермическую кристаллизацию смесей силиката и алюмината натрия при непрерывном перемешивании в цеолиты типов А или X, отделение маточного раствора, промывку и сушку цеолита. Получают цеолит со средним размером частиц менее 15 мкм. На основе откристаллизованного цеолита готовят водную суспензию следующего состава: 20-60% цеолита, 5-30% карбоната натрия (соды), 5-15% силиката натрия и 25-60% воды. Суспензию подвергают распылительной сушке и получают микросферические гранулы с влажностью 2-16 мас.% и катионообменной способностью (КОС) по СаО 170-190 мг/г продукта (Патент США №4406808, кл.252-91, 1983 г.).

Данный способ имеет следующие недостатки.

1. Приготовление компонента CMC на основе сухого порошкообразного цеолита требует предварительно отделить от цеолита маточный раствор, цеолит промыть и высушить, затем снова ввести его в состав водной суспензии и вновь высушить, что удорожает весь процесс получения гранулированного цеолита - компонента CMC.

2. С маточным раствором и промывными водами от производства цеолита необратимо теряется (сбрасывается в промсток) 5-25% диоксида кремния и 65-70% гидроксида натрия, считая на исходное сырье. Одновременно маточный раствор (рН=13-14), попадая в водоемы и реки, оказывает экологически вредное воздействие на окружающую среду.

3. Приготовление гранулированного цеолита для CMC требует использования в качестве сырья 5-30 мас.% соды и 5-15 мас.% силиката натрия, что удорожает компонент CMC.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является “Способ получения гранулированного цеолитного наполнителя” (патент РФ №2052381, С 01 В 39/14, 1996 г.), который и выбран за прототип. Способ предусматривает смешение раствора силиката натрия с концентрацией по SiO₂, равной 170-220 г/л с раствором алюмината натрия (Аl₂O₃=230-280 г/л) при молярном соотношении SiO₂:Аl₂O₃=2,0-2,5. Смесь кристаллизуют при перемешивании в цеолит типа А в течение 0,4-3,0 ч при температуре 60-80С. Суспензию цеолита во всем объеме маточного раствора направляют на распылительную сушку в потоке дымовых (СO₂-содержащих) газов. В результате образуются гранулы цеолитного наполнителя для CMC размером 80-200 мкм, содержащие, мас.%: цеолит типа А 59-64; соду 30-35; гидроксид натрия 1,0-3,5; силикат натрия 0-8,5 (в расчете на сухое вещество) и обладающие КОС по СаО 190-200 мг/г.

Данный способ имеет следующие недостатки.

1. Химический состав полученного гранулированного цеолитного наполнителя для CMC, а именно высокое содержание соды и, как следствие, низкое соотношение цеолит/сода в составе гранул. В рецептуру приготовления большинства CMC сода вводится в малом количестве, а такое соотношение цеолит/сода в составе наполнителя не позволяет выдержать необходимый химический состав моющих средств, получаемых на основе наполнителя.

2. Невозможность получать гранулированный цеолитный наполнитель для CMC, который обладал бы гибким (в зависимости от требований потребителей) химическим составом, т.е. изменяющимся соотношением цеолит/содово-силикатная часть в составе гранул.

Целью предлагаемого изобретения является: получение гранулированного цеолитсодержащего компонента CMC, обладающего сбалансированным (гибким) химическим составом, который отвечал бы требованиям его ввода практически в любую рецептуру CMC; улучшение экологии окружающей среды за счет частичной утилизации стоков цеолитных производств - маточных растворов; использование для производства компонента CMC только сырья, применяемого в синтезе цеолита типа А.

Поставленная цель достигается тем, что концентрированные растворы силиката и алюмината натрия смешивают при молярном соотношении оксида кремния к оксиду алюминия в смеси, равном 2,0-2,5. Смесь кристаллизуют при температуре 60-80С и перемешивании в течение 0,4-6,0 ч. От цеолита отделяют маточный раствор в количестве 10-85 об.% от всего объема раствора. Суспензию цеолита в оставшемся маточном растворе разбавляют водой до прежней концентрации и направляют на распылительную сушку в потоке дымовых (СО₂-содержащих) газов.

Сопоставительный анализ заявляемого способа с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявляемый способ отличается от известного отделением после кристаллизации от цеолита части маточного раствора в количестве 10-85 об.% и последующим разбавлением водой суспензии цеолита в оставшемся растворе до прежней концентрации перед распылительной сушкой в дымовых газах.

Анализ известных способов получения цеолитов и гранулированных цеолитсодержащих компонентов CMC показал, что способ смешения концентрированных растворов силиката и алюмината натрия для получения силикаалюмогидрогеля, способного кристаллизоваться в цеолит типа А, известен. Известны и факты смешения этих гелеобразующих растворов при соотношении оксидов кремния и алюминия 2,0-2,5, что приводит к наличию в маточном растворе после кристаллизации оксида кремния, а также распыления суспензии цеолита типа А в маточном растворе в потоке СО₂-содержащих дымовых газов. В результате образуется гранулированный продукт, содержащий в своем составе: цеолит типа А, соду, силикат натрия и часть гидроксида натрия, непрореагировавшего с CO₂.

Однако только частичное отделение маточного раствора от цеолита и доведение суспензии до прежней концентрации по цеолиту водой вызывает снижение содержания гелеобразующих водорастворимых компонентов маточного раствора в распыляемой суспензии. В зависимости от степени отделения маточного раствора (10-85 об.%), в результате распылительной сушки в потоке дымовых газов, получен гранулированный цеолитсодержащий компонент CMC, в котором цеолитная часть составляет 65-94 мас.%, а содово-силикатная - 6-35 мас.%.

Получение гранулированного цеолитсодержащего компонента CMC с изменяемым, в зависимости от требований потребителей, широким спектром химического состава - соотношения цеолитной и содово-силикатной частей позволяет использовать данную технологию для производства сырья - гранулированного цеолитсодержащего компонента CMC, применимого практически для всех видов промышленно выпускаемых синтетических моющих средств. Одновременно, авторами предложено частично утилизировать маточный раствор от синтеза цеолита типа А в самом производстве гранулированного цеолитсодержащего компонента CMC, что улучшает экологию цеолитных производств и, более того, для приготовления целевого продукта по предлагаемому способу отпадает необходимость в привлечении со стороны таких видов сырья, как сода и силикат натрия, т.к. эти компоненты либо уже (силикат натрия) содержатся в маточном растворе, либо образуются (сода) в составе гранул при распылительной сушке в потоке дымовых газов.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Смешивают растворы силиката и алюмината натрия с концентрацией по SiO₂ - 100-220 г/л и по Аl₂O₃ 230-280 г/л соответственно при молярном соотношении SiO₂:Аl₂O₃=2,0-2,5. Образовавшийся силикаалюмогидрогель кристаллизуют при перемешивании в цеолит типа А. Продолжительность кристаллизации 0,4-6,0 ч при температуре 60-80°С. Получают суспензию цеолита типа А в маточном растворе с концентрацией: цеолит типа А - 151-285 г/л; NaOH - 73-130 г/л; SiO₂ - 0-25 г/л. Маточный раствор в количестве 10-85% объемн. от всего объема маточного раствора отделяют от цеолита, а полученную суспензию разбавляют водой до прежней концентрации цеолита и подают на распылительную сушку в потоке дымовых газов, содержащих СО₂. При этом происходит полная или частичная нейтрализация гидроксида натрия, приводящая к образованию гранулированного цеолитсодержащего компонента CMC, содержащего в мас.% (считая на безводный продукт): 65-94 цеолита типа А; 5-26 соды; 0,1-1,5 гидроксида натрия; 0-7,5 силиката натрия.

При отделении более 85% объемн. маточного раствора (считая на весь объем), а затем разбавлении суспензии водой до прежней концентрации цеолита образования гранулированного цеолитсодержащего компонента CMC в процессе распылительной сушки не происходит из-за малого количества получаемой при сушке содово-силикатной части и, как следствие, низкой ее связующей способности при сушке образуется порошкообразный продукт.

Пример. 1 м³ раствора силиката натрия (SiO₂=190 г/л; NaOH=84,4 г/л) смешивают с 0,475 м³ раствора алюмината натрия (Аl₂O₃=272 г/л: NaOH=396 г/л). Соотношение SiO₂/Al₂O₃ в реакционной смеси составляет 2,5. Смесь кристаллизуют при перемешивании в течение 3 ч при температуре 60С. В результате получают суспензию цеолита типа А в маточном растворе с концентрацией: цеолит А - 244 г/л; NaOH - 116 г/л; SiO₂ - 26 г/л. Отделяют 10 об.% маточного раствора, а суспензию разбавляют водой до прежней концентрации цеолита. Новую суспензию, содержащую: цеолит А - 244 г/л; NaOH - 104 г/л; SiO₂ - 23,5 г/л, направляют на распылительную сушку в потоке СО₂-содержащих дымовых газов. Таким образом, получается гранулированный (80-200 мкм) цеолитсодержащий компонент CMC, химический состав и свойства которого приведены в таблице.

Данные остальных примеров также представлены в таблице.