Способ получения цеолита

 

Использование: изобретение относится к способам получения цеолита, применяемых в химической промышленности, в частности как компонентов моющих средств. Сущность изобретения состоит в получении цеолита путем непрерывной кристаллизации из щелочного алюмокремнегидрогеля, нейтрализации диоксидом углерода оставшейся щелочи в суспензии цеолита и выгрузки продукта с наложением на потоки реагента низкочастотной пульсации, при этом процесс нейтрализации ведут в противоточном режиме развитой турбулентности с циркуляцией части потока суспензии, а исходную суспензию и циркуляционный поток вводят в реакционную зону нейтрализации в диспергированном виде. Изобретение позволяет интенсифицировать процесс и повысить качество продукта. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к способам получения цеолитов, применяемых в химической промышленности, в частности как компонентов моющих средств.

Цеолиты, предназначенные для использования в моющих средствах, заменяют триполифосфат натрия, который является экологически вредным компонентом и запрещен для добавки в рецептуру моющих средств многими странами. Поэтому к качеству цеолитов предъявляются требования по связыванию ионов жесткости, а именно ионов кальция и магния, присутствующих в воде, путем ионного обмена. Эта способность к ионному обмену зависит от структуры используемых цеолитов, а также от размеров пор и размеров частиц. Наиболее полно этим требованиям отвечают цеолиты типа NaA.

В мировой практике все производство цеолитов основано на использовании емкостного оборудования почти на всех основных операциях.

Известен способ нейтрализации щелочной суспензии микроцеолитов после отделения части маточника серной кислотой (Патент США N 473880, B 01 D 29/18 1988). Сущность этого метода заключается в том, что после кристаллизации проводят фильтрацию, а затем отфильтровывают кек А-цеолита, репульпируют жидким реагентом из класса поверхностно-активных веществ (ПАВ) и полученную суспензию подвергают нейтрализации сильной кислотой, например серной, в течение очень короткого времени. Причем для обеспечения гомогенности и текучести нейтрализованной суспензии цеолита и сокращения расхода ПАВ одну порцию уже нейтрализованного А-цеолита из предыдущей порции рециркулируют в зону ожижения и нейтрализации. При этом полученный брак (еще недостаточно текучий А-цеолит) отделяют и перерабатывают при помощи обычных установок. По этому способу суспензию А-цеолита из реактора синтеза с содержанием 3,20% NaOH (выраженный через Na₂O) и 50% А-цеолита фильтрацией отделяют от щелочного раствора. Полученный кек с производительностью 1500 кг/ч непрерывно смешивают с 42%-ным раствором додецилбензинсульфоната натрия с производительностью 21,4 кг/ч, а затем обрабатывают в зоне высокой турбулентности 76,0%-ной серной кислотой с производительностью 87,9 кг/ч.

Недостатком этого метода является то, что все операции проводятся в баковом оборудовании в режиме смешения и необходимости затраты энергии на создание зоны турбулентности в процессе нейтрализации. Использование в качестве нейтрализующего агента 76,0%-ной серной кислоты обладает рядом существенных недостатков, таких как: 1) неустойчивость большинства цеолитов к сильным кислотам из-за разрушения структуры цеолита вплоть до его полного разрушения; 2) выделение большого количества тепла при нейтрализации сильного основания сильной кислотой; 3) токсичность и коррозионная активность серной кислоты. К недостаткам указанного способа относится и необходимость ожижения ПАВ, что приводит к многостадийности и энергоемкости процесса в целом.

Известен способ обработки суспензии, содержащей цеолитные и другие компоненты моющего вещества, с помощью диоксида углерода (Патент ФРГ N 2412838, C 01 B 33/28). Недостатком этого метода является также проведение процесса нейтрализации в баковом оборудовании, в частности в мешалках специальной и сложной конструкции путем пропускания через суспензию цеолита газообразного диоксида углерода. Процесс периодический, со всеми его недостатками. Химическая реакция взаимодействия щелочи с CO₂ сопровождается выделением большого количества тепла и требует охлаждения не только через внешнюю рубашку, но и через внутренний змеевик.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ получения цеолитов, при котором в одной пульсационной колонне одновременно в разных секциях проводятся процессы кристаллизации цеолита при нагревании реакционной массы до 90-95^oC (в нижней секции аппарата), а затем процесс нейтрализации диоксидом углерода (в верхней секции аппарата) (Патент РФ N 2049724). Сущность указанного метода состоит в том, что поток щелочного алюмокремнегидрогеля непрерывно подают в нижнюю зону аппарата, снабженного провальными тарелками, рубашкой нагрева и пульсационной системой. По мере продвижения потока наверх происходит кристаллизация цеолита, а в зоне завершения кристаллизации в поток вводят диоксид углерода в смеси с воздухом в количестве, необходимом для нейтрализации избыточной щелочности до pH 10-11,5, которое рассчитывается по реакции. Недостатком этого метода является необходимость охлаждения реакционной массы не только через внешнюю рубашку охлаждения, но и путем пропускания реакционной массы через выносной холодильник, что требует дополнительных энергозатрат. Недостатком метода является и большой расход диоксида углерода для нейтрализации избыточной щелочности, т. к. после кристаллизации отсутствует частичная сепарация маточного раствора или отмывка от избыточной щелочности. Кроме того, в процессе нейтрализации дополнительно выделяется огромное количество тепла, несвоевременный съем которого приведет к повышению температуры суспензии выше 40-50^oC и прекращению растворения диоксида углерода в реакционной массе и процесса нейтрализации.

Прямоточное контактирование реагентов не дает равномерного выделения тепла нейтрализации по высоте аппарата. Перегрев реакционной массы способствует ухудшению качества цеолита из-за возможной его перекристаллизации в стабильную нежелательную форму.

Технической задачей изобретения является улучшение качества цеолита и интенсификация процесса в целом. Сущность изобретения состоит в том, что процесс нейтрализации ведут при частичной сепарации маточного раствора в самостоятельной пульсационной колонне с противотоком фаз и частичной рециркуляции нейтрализованной суспензии в режиме развитой турбулентности, создаваемой путем чередования различных гидродинамических режимов в межтарельчатом пространстве без дополнительного подвода энергии за счет конструктивных элементов насадки и низкочастотной пульсации J = 600-800 мм/мин, накладываемой на потоки, и диспергации жидкой фазы. Газовую фазу вводят в нейтрализованную массу под первую тарелку, а щелочную суспензию цеолита подают на дисковый распределитель, диспергирующий ее на мелкие капли в верхней части колонны. Часть нейтрализованной суспензии таким же способом возвращают в среднюю часть аппарата. Противоточное движение реагентов создает режим мягкой нейтрализации, а разбрызгивание суспензии дает дополнительный эффект охлаждения реагентов.

Процесс нейтрализации ведут диоксидом углерода, находящимся в дымовых газах в режиме противотока фаз в колонне, секционированной провальными тарелками диаметром 1,0 м, высотой 14 м, снабженной рубашкой для охлаждения реакционной смеси до 40^oC и устройствами для подачи исходной суспензии и циркулирующей суспензии в реакционную зону колонны в диспергированном состоянии. Поток щелочной суспензии с pH 12-12,5 непрерывно подают на дисковый диспергатор, находящийся в верхней зоне колонны. В диспергированном состоянии суспензии в виде капель падает вниз, проходя через перфорированные тарелки, расположенные горизонтально по высоте аппарата. На каждой тарелке капли коалесцируют, растекаются по тарелке, снова диспергируются под действием потока дымовых газов, поднимающихся наверх со скоростью более 0,3 м/с. При контакте фаз протекает процесс нейтрализации щелочи диоксидом углерода в режиме развитой турбулентности, образующимся на каждой тарелке. Из накопительной зоны, находящейся под патрубком ввода дымовых газов, нейтрализованная суспензия частично возвращается в середину колонны на второй дисковый распределитель (диспергатор), а оставшаяся часть выводится из колонны. На реагенты накладывают низкочастотную пульсацию для дополнительной турбулизации контактирующих фаз на тарелках и предотвращения расслаивания суспензии.

Экспериментальные данные: Поток щелочной суспензии - 4,0 м³/ч Поток дымовых газов - 810 м³/ч Концентрация CO₂ в дымовых газах - 4-8 об/мин Рециркуляционный поток суспензии - 1,0 м³/ч Интенсивность пульсации - 700 мм/мин pH исходной суспензии - 12-12,5 Скорость дымовых газов - 0,3-0,8 м/с pH нейтрализованной суспензии - 11-11,5 При осуществлении изобретения может быть получен следующий новый технический результат:
- улучшение качества цеолита, т.е. получение цеолита со степенью кристалличности более 85%;
- снижение энергозатрат;
- максимальное использование диоксида углерода.

Формула изобретения

1. Способ получения цеолита, включающий непрерывную кристаллизацию из щелочного алюмокремнегидрогеля, нейтрализацию диоксидом углерода оставшейся щелочи в суспензии цеолита и выгрузку продукта с наложением на потоки реагентов низкочастотной пульсации, отличающийся тем, что процесс нейтрализации ведут в противоточном режиме развитой турбулентности с циркуляцией части потока суспензии, причем исходную суспензию и циркуляционный поток вводят в реакционную зону нейтрализации в диспергированном виде.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что режим развитой турбулентности создают путем чередования гидродинамических режимов и низкочастотной пульсации, равной 600 - 800 мм/мин, накладываемой на потоки.