Способ получения гранулированного цеолита типа х без связующих веществ

Изобретение относится к получению гранулированного синтетического цеолита типа X с высоким содержанием цеолитной фазы. Проводят смешение 60-78 % цеолита типа X, 20-30 % каолина и 2-10% органической выгорающей добавки, увлажнение, механическую грануляцию, сушку, прокалку, гидротермальную кристаллизацию в растворе силиката натрия, промывку и сушку гранул. Изобретение обеспечивает получение цеолитного адсорбента без связующих веществ с высокими показателями механической прочности и адсорбционной активности. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 6 пр.

 

Изобретение относится к получению гранулированного синтетического цеолита типа X с высоким содержанием цеолитной фазы. 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 попутного газов, в теплоэнергетике и атомной энергетике для удаления катионов металлов и радионуклидов из водных потоков. Полученный адсорбент в дальнейшем может быть модифицирован обменом катиона натрия в цеолите на другие катионы с целью придания специфических эксплуатационных свойств цеолитсодержащего адсорбента типа X.

Порошкообразный цеолит NaX может быть получен гидротермальным синтезом из растворов, содержащих компоненты Na2О, Al2O3 и SiO2. Брутто-формула порошкообразного цеолита NaX представляет состав Na2O Аl2О3 xSiO2 уН2О, где х имеет значение в интервале 2,2÷3,3. Цеолит NaX также можно получают кристаллизацией каолина (брутто-формула Al2O3 2SiO2) в растворе силиката натрия, предварительно переведя каолин в метакаолин прокалкой при температуре свыше 600°С.

В промышленной практике широкое применение нашли именно гранулированные цеолитные адсорбенты из-за удобства их применения. Вначале это были цеолитные адсорбенты с различными связующими. Но в них содержание активного компонента ниже 100%. Порошкообразный цеолит NaX не формуется в гранулы, поэтому в дальнейшем была развита технология получения гранулированного цеолита NaX со связующим, который затем кристаллизуют в цеолит NaX. На стадии смешения в формуемый состав могут добавлять компоненты, которые являются дополнительными источниками оксида кремния или порообразующие выгорающие добавки.

Для цеолитсодержащих адсорбентов важными показателями являются содержание цеолитной фазы в грануле, вторичная пористость, насыпной вес и механическая прочность на раздавливание, которые определяют его эксплуатационные характеристики. Высокие значения степени кристалличности, механической прочности и насыпного веса адсорбента (низкая вторичная пористость) могут свидетельствовать о низких значениях адсорбционных характеристик в проточном режиме. Для эффективного адсорбента в проточном режиме важны оптимальные соотношения показателей степени кристалличности, вторичной пористости, насыпного веса и механической прочности на раздавливание.

Известен способ получения синтетического гранулированного цеолита типа X [Патент РФ №2218304, С2], который включает смешение каолина с диоксидом кремния и добавкой, увлажнение смеси до получения однородной массы, формование гранул, термообработку, гидротермальную кристаллизацию, отмывку и сушку. Диоксид кремния вводят до мольного соотношения SiO2:Al2O3=2,85-2,95:1, в качестве добавки при смешении используют древесную муку, кокс или коксовый активный уголь в количестве 8,1-12 % масс., полученную смесь увлажняют раствором гидроксида натрия до содержания его в смеси 0,5-2,5 % масс.

Недостатками способа является увлажнение смеси раствором гидроксида натрия. После прокалки в печи образуется карбонат натрия, который снижает прочность гранул. Гидротермальная кристаллизация гранул в растворе щелочи приводит к менее пористому адсорбенту.

Известен способ получения синтетического гранулированного фожазита [Патент РФ №2146223, С01В 39/20], в котором цеолит типа NaX получают смешением природного глинистого минерала, имеющего соотношение SiO2:Al2O3=2:1 (каолин, галлуазит), с диоксидом кремния, взятом в количестве, обеспечивающем в смеси соотношение SiO2:Al2O3=3,5:1, и 2-8 % масс. технического углерода, добавление 3%-го раствора хлорида натрия до получения однородной массы, формованием гранул, их термоактивации при 720°С и гидротермальной кристаллизацией, обработки гранулированного фожазита раствором ортофосфорной кислоты и сушки при 180-200°С.

Недостатками способа является обработка ортофосфорной кислотой гранул после кристаллизации и отмывки, что усложняет технологию и приводит к увеличению затрат на продукцию. Технический углерод является недостаточно эффективной добавкой для создания необходимой структуры транспортных пор гранулированного цеолита NaX и причиной загрязнений рабочих мест и персонала. Проведение гидротермальной кристаллизации гранул в растворе гидроксида натрия не позволяет получать цеолит типа NaX, обладающий высокими значениями прочности и адсорбционной емкостью по парам воды, бензола, углекислого газа и меркаптанов.

Известен способ получения гранулированного без связующего цеолитного адсорбента структуры А и X высокой фазовой чистоты [патент РФ 2009139105 А], включающий смешение каолина, метакаолина, порошкообразного цеолита типа X и углеродсодержащую добавку, увлажнение, механическую грануляцию, сушку, прокалку, гидротермальную кристаллизацию, промывку и сушку гранул. Метакаолин предварительно получают прокаливанием каолина при 500-850°С в течение 1-8 ч и смешение осуществляют при следующем соотношении компонентов: порошкообразный цеолит типа X 10-30 % масс., метакаолин 30-50 % масс., крахмал 1-2 %масс., каолин 18-59 %масс. Кристаллизацию проводят в алюминатно-щелочном растворе

К недостаткам способа можно отнести наличие двух стадий прокалки, сперва для получения метакаолина из порошка каолина, после перевод каолина в метаколин в грануле. Содержание метакаолина и каолина в сумме 68-89 % масс. в грануле после кристаллизации дает продукт с низкой вторичной пористой структурой.

Во всех случаях, когда проводят кристаллизацию связующей части гранул в цеолит NaX, наблюдается увеличение содержания цеолита в грануле (можно достичь значения 100%), а также насыпного веса и механической прочности адсорбента за счет срастания транспортных пор в грануле новыми кристаллами цеолита. Уменьшение транспортных пор в грануле приводит к диффузионным и массообменным затруднениям. Это сильно выражено, когда в исходной грануле после прокалки много метакаолина. Наличие цеолита в грануле адсорбента после прокалки дает свою вторичную пористость и после стадии кристаллизации срастание транспортных пор выражено не сильно.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ получения гранулированного без связующего цеолита типа NaX высокой фазовой чистоты [патент РФ 2404122 С1], включающий смешение исходных компонентов: порошкообразного цеолита типа NaX 50-70 % масс., каолина 25-48 % масс. и диоксида кремния (белая сажа) 2-5 % масс., увлажнение смеси до получения однородной массы, формование гранул, термоактивацию, гидротермальную кристаллизацию, отмывку и сушку гранул. Гидротермальную кристаллизацию гранул осуществляют в растворе силиката натрия.

Недостатком этого способа является то, что источником диоксида кремния для кристаллизации метакаолина в цеолит NaX (брутто-формула Аl2О3 (2,2÷3,3)SiO2) используют белую сажу (SiO2). При гидротермальном синтезе необходимо достичь полного растворения белой сажи, чтобы выдержать заданной реакционной массы.

Целью предлагаемого изобретения является совершенствование технологии получения и улучшение свойств гранулированного без связующего цеолитного адсорбента структуры X, который бы имел меньше технологических стадий и позволил при этом сохранить высокие эксплуатационные свойства адсорбента.

Поставленная цель достигается следующим образом.

Смешение порошкообразных компонентов цеолита типа X 60-78 % масс., каолина 20-30 % масс. и органической выгорающей добавки 2-10 % масс., увлажнение, механическая грануляция, сушка, прокалка, гидротермальная кристаллизация в растворе силиката натрия, промывка и сушка гранул. Органическая добавка в количестве 2-10 % масс. в составе шихты, представленная модифицированным крахмалом, древесной мукой или их смесью, при выгорании на стадии прокалки дает более крупные поры в грануле. Наличие в исходном составе цеолита типа X до 78 % масс. после прокалки дает более развитую вторичную пористость гранул, которая после кристаллизации не срастаются, а также являются центрами кристаллизации метаколина в цеолит типа X. Для того чтобы перекристаллизовать метакаолин (брутто-формулой Аl2О3 2SiO2) в цеолит NaX (брутто-формулой Na2O Аl2O3 (2,2÷3,3)SiO2) в грануле, недостающие SiO2 и Na2O по формуле, приходят раствором силиката натрия, который является источник Na2O и SiO2.

Промышленная применимость предлагаемого способа получения адсорбента подтверждается следующими примерами.

Сырье:

1. Каолин обогащенный. ППП (потери при прокаливании) = 14-16%.

2. Цеолит NaX порошкообразный. ППП = 20-25%.

3. Крахмал модифицированный.

4. Древесная мука (мелкая фракция).

5. Вода химически очищенная (ХОВ).

Оборудование:

1. Z-образный смеситель на 60л См-1.

2. Шнековый экструдер ШЭ-1.

3. Ленточная сушильно-прокалочная печь П-1.

4. Емкость для кристаллизации Е-1.

При приготовлении опытных составов адсорбента компоненты берутся в расчете на сухое вещество

Пример 1

Для приготовления шихты на формовку в Z-образный смеситель (СМ-1) засыпают цеолит NaX порошкообразный 66 кг, каолин обогащенный 30 кг и древесную муку (мелкая фракция) 4 кг. После засыпки всех компонентов шихту перемешивают в смесителе в течение 0,5-1ч, добавляют ХОВ до получение пластичной пасты, затем формуют на шнековом экструдере (ШЭ-1), после сушат и прокаливают. Проводят гидротермальную кристаллизацию гранул адсорбента NaX со связующим в емкости Е-1 в растворе силиката натрия. Затем промывка и сушка. Кристаллизацию гранул в растворе ведут до достижения степени кристалличности по цеолиту NaX до 97-100%, которая регистрируется рентгеновским дифрактометром.

Пример 2

Адсорбент готовят аналогично примеру 1, где

цеолит NaX порошкообразный 62 кг,

каолин обогащенный 30 кг,

древесная мука (мелкая фракция) 8 кг.

Пример 3

Адсорбент готовят аналогично примеру 1, где

цеолит NaX порошкообразный 71 кг,

каолин обогащенный 25 кг,

древесная мука (мелкая фракция) 4 кг.

Пример 4

Адсорбент готовят аналогично примеру 1, где

цеолит NaX порошкообразный 67 кг,

каолин обогащенный 25 кг,

древесная мука (мелкая фракция) 8 кг.

Пример 5

Адсорбент готовят аналогично примеру 1, где

цеолит NaX порошкообразный 76 кг,

каолин обогащенный 20 кг,

древесная мука (мелкая фракция) 4 кг.

Пример 6

Адсорбент готовят аналогично примеру 1, где

цеолит NaX порошкообразный 72 кг,

каолин обогащенный 20 кг,

древесная мука (мелкая фракция) 8 кг.

У полученных образцов затем определяли их механическую прочность на раздавливание, общий объем пор по воде, объем пор гранул в статических условиях (по воде и бензолу), насыпную плотность и адсорбционную емкость по парам воды и бензола в динамическом режиме. Результаты определений приведены в таблице 1.

Из результатов таблицы следует, что изменение соотношения компонентов в составе смеси для формовки оказывает существенное влияние на механическую прочность гранул конечного адсорбента, на его пористость и адсорбционные характеристики. Цеолитный адсорбент обладает механической прочностью на раздавливание 1,83÷2,24 кг/мм2, динамической адсорбционной емкостью по парам воды 172÷189 мг/см3.

Анализ представленных материалов позволяет сделать вывод о том, что предлагаемое техническое решение дает возможность получать цеолитный адсорбент NaX без связующих веществ с высокими показателями механической прочности и адсорбционной активностью. Предлагаемый способ позволит значительно упростить способ получения адсорбента NaX и сохранить высокую адсорбционную активность.

1. Способ получения гранулированного цеолита типа X без связующих веществ, включающий смешение порошкообразных компонентов: цеолита типа X в количестве 60-78 мас. %, каолина в количестве 20-30 мас. % и органической выгорающей добавки в количестве 2-10 мас.%, увлажнение смеси, механическую грануляцию, сушку, прокалку, гидротермальную кристаллизацию в растворе силиката натрия, промывку и сушку.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве органической выгорающей добавки используют модифицированный крахмал, древесную муку или их смесь.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к цеолитным адсорбентам. Предложен цеолит-X, имеющий молярное отношение Si/Al от 1,0 до 1,5, средний диаметр не более чем 2,7 микрон и относительную интенсивность LTA не более чем 0,35, определяемую методом рентгеновской дифракции (XRD).

Изобретение относится к синтезу цеолитов. Предложен BaKX цеолитный адсорбент без связующего.

Изобретение относится к новой композиции с превращенным связующим, полученной на основе нового семейства алюмосиликатных цеолитов типа X. Цеолитная композиция с превращенным связующим включает а) композицию цеолита X, имеющую в своем составе первый цеолит X со средним диаметром частиц не более 2,7 микрон и второй цеолит X, при этом второй цеолит X получен в результате превращения связующего материала во второй цеолит X, а содержание связующего материала от 5 до 30% масс.

Изобретение относится к ВаKХ цеолитовым адсорбентам без связующего, используемым для жидкофазного разделения ароматических ксилолов. Адсорбент включает часть цеолита, конвертированного из связующего, образованную из х% масс.

Настоящее изобретение относится к способу выделения пара-ксилола из смеси. Описан способ выделения пара-ксилола из смеси, содержащей по меньшей мере один другой C8-алкилароматический углеводород, включающий контактирование, в условиях адсорбции, смеси с не содержащим связующего адсорбентом, содержащим первую часть цеолита Х и вторую часть цеолита Х; при этом указанная первая часть цеолита Х имеет средний размер кристаллитов от 500 нанометров до 1,5 микрон, а указанная вторая часть цеолита Х имеет средний размер кристаллитов менее 500 нанометров или указанная вторая часть цеолита Х имеет средний размер кристаллитов более 1,8 микрон, причем объединенные первая и вторая части цеолита Х имеют средний размер кристаллитов менее 1,8 микрон, чтобы адсорбировать пара-ксилол, присутствующий в адсорбированной фазе, предпочтительно по сравнению с по меньшей мере одним другим C8-алкилароматическим углеводородом, присутствующим в неадсорбированной фазе; устранение неадсорбированной фазы от контакта с адсорбентом, чтобы получить поток рафината, содержащий указанный по меньшей мере один другой C8-алкилароматический углеводород; и десорбцию пара-ксилола адсорбированной фазы от адсорбента, чтобы получить поток экстракта, содержащий пара-ксилол; причем не содержащий связующего адсорбент не содержит аморфного материала или содержит аморфный материал в количестве менее чем 2 мас.% в соответствии с определением методом дифракции рентгеновских лучей, причем время цикла указанного способа менее чем 34 минуты.

Изобретение относится к области синтеза цеолитных адсорбентов, которые могут быть использованы для осушки, очистки и разделения газов. Способ изготовления гранулированного цеолита типа NaA или NaX включает подготовку шихты на основе каолина.

Изобретение относится к способу выделения пара-ксилола из смеси, содержащей по меньшей мере один другой С8 алкилароматический углеводород. При этом способ включает введение в контакт в условиях адсорбции указанной смеси с адсорбентом без связующего, содержащим цеолит Х и имеющим содержание воды от 3% до 5,5% по массе для адсорбции пара-ксилола, который переходит в адсорбированную фазу, преимущественно по отношению к по меньшей мере одному другому C8 алкилароматическому углеводороду, присутствующему в неадсорбированной фазе; смыв неадсорбированной фазы из зоны контакта с адсорбентом с получением потока рафината, содержащего по меньшей мере один другой C8 алкилароматический углеводород; десорбцию пара-ксилола в адсорбированной фазе из адсорбента с получением потока экстракта, содержащего пара-ксилол; где адсорбент без связующего не содержит аморфного материала или содержит аморфный материал в количестве менее чем около 2% по массе, что определяют методом дифракции рентгеновских лучей.
Изобретение относится к химической промышленности, конкретно к получению модифицированных цеолитных сорбентов структуры АХ. .

Изобретение относится к получению гранулированного без связующего цеолитного адсорбента, который может быть использован для разделения смесей углеводородов на молекулярном уровне, для осушки и очистки газа, для удаления катионов металлов и радионуклидов из водных потоков.
Изобретение относится к получению гранулированного синтетического цеолита типа X. .

Изобретение относится к получению гранулированного синтетического цеолита типа X с высоким содержанием цеолитной фазы. Проводят смешение 60-78 цеолита типа X, 20-30 каолина и 2-10 органической выгорающей добавки, увлажнение, механическую грануляцию, сушку, прокалку, гидротермальную кристаллизацию в растворе силиката натрия, промывку и сушку гранул. Изобретение обеспечивает получение цеолитного адсорбента без связующих веществ с высокими показателями механической прочности и адсорбционной активности. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 6 пр.

Наверх