СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА НА ОСНОВЕ ЦЕОЛИТА Российский патент 2001 года по МПК B01J20/18 B01J20/34 

Изобретение относится к области сорбционной техники и может быть использовано для очистки жидких и газообразных сред от вредных компонентов в различных отраслях народного хозяйства.

Известны химические способы получения сорбентов, в частности способ, включающий измельчение природного цеолита, фракционирование и обработку смесью водных растворов 5%-ного хлористого натрия и 1 - 3%-ного октилбензоата натрия в объемном соотношении /3-10/:1 с последующей промывкой и прокалкой./см. изобретение СССР N 1526813, МКИ 4 B 01 J 20/16, оп. 07.12.89 г./.

Химические способы получения цеолитовых сорбентов весьма трудоемки и сопряжены с необходимостью утилизации отработанных реагентов.

Известен способ получения цеолитового сорбента ЦМП /см. заявку на изобретение РФ N 94014229, МКИ 6 B 01 J 20/18, оп. 10.07.96 г./, заключающийся в том, что цеолитосодержащее сырье кубической структуры, содержащее до 2% мелкодисперсного углерода, подвергают прокаливанию при 450-600^oC с получением цеолитного сорбента типа А.

Существует также способ термической обработки /см. изобретение СССР N 1003879, МКИ 3 B 01 J 20/16, оп. 15.03.83 г./, заключающийся в нагревании пористого алюмосиликата в окислительной атмосфере при 250-350^oC с последующей выдержкой до саморазогрева до 450-500^oC.

Однако простое прокаливание в известных способах не дает возможности полного удаления примесей из сырья сорбентов и приводит к замещению сорбированных элементов атомами среды, в которой проводят обработку, что ухудшает качество сорбента.

Известен способ получения сорбента из цеолита, включающий вакуумирование цеолита при температуре 300-400^oC и остаточном давлении 10^-4 мм рт.ст. в течение 10 часов с последующей обработкой модифицирующим газом - осушенной смесью пропана и бутана при температуре 180-230^oC /см. изобретение СССР N 995853, МКИ 3 B 01 J 20/18, оп. 15.02.83 г. - прототип/.

Недостатками прототипа являются:
- возникновение термических напряжений в гранулах цеолита, вследствие быстрого нагрева материала и образование в результате этого большого количества пылевидных фракций, что снижает выход годного продукта-сорбента,
- большие энергозатраты на достижение глубокого вакуума порядка 10^-4 мм рт.ст. и длительность процесса - 10 часов вакуумирования.

Задача, положенная в основу изобретения, заключается в увеличении выхода высококачественного сорбента из природных цеолитовых туфов, повышении технологичности процесса и снижении энергозатрат.

Поставленная задача решается тем, что согласно способу получения сорбента, заключающемуся в вакуумировании цеолита при температуре 300-400^oC и последующей его обработке модифицирующим газом, при этом цеолит пофракционно предварительно нагревают со скоростью нарастания температуры от 80 до 120^oC/час, а вакуумирование каждой фракции ведут при достижении остаточного давления в печи порядка 10^-2 мм рт.ст., с последующим остыванием материала в условиях прекращения нагрева и откачки газа. Причем обработку модифицирующим газом давлением 0,5 - 1,5 ати осуществляют по достижении остаточного давления в печи порядка 10^-1 мм рт.ст. до полного остывания сорбента, который затем выгружают в герметичную тару, предварительно обработанную модификатором, и хранят сорбент в газовой среде под давлением 0,5 - 1,5 ати.

Предварительный нагрев фракционированного по размеру частиц природного цеолита перед термообработкой при вакуумировании со скоростью нарастания температуры порядка 80 - 120^oC/час и последующее вакуумирование при температуре 300-400^oC по достижении остаточного давления в вакуумной печи порядка 10^-2 мм рт.ст. позволяют предотвратить растрескивание материала и образование пылевидных составляющих, способствуя увеличению выхода годного продукта. Последующее охлаждение материала в условиях прекращения нагрева и откачки газа, а также обработка модифицирующим газом давлением 0,5 - 1,5 ати по достижении остаточного давления 10^-1 мм рт.ст. до полного остывания продукта, обеспечивают получение высококачественного сорбента при сокращении времени и энергозатрат технологического процесса. Помещение сорбента в обработанную модификатором герметичную тару, а также хранение продуктов в газовой среде под давлением 0,5 - 1,5 ати, обеспечивает сохранность полученных свойств сорбента.

Таким образом, достигаются увеличение выхода годного продукта улучшенной сорбционной емкости по углекислому газу до 10 - 15 мас.%, ионам тяжелых металлов до 15 - 20 мас.%, а также сокращение времени и затрат технологического процесса в 2,5 - 3 раза по сравнению с прототипом.

Способ осуществляют следующим образом.

Рассеянный на фракции и отмытый от пылевидных частиц природный цеолит предварительно нагревают со скоростью нарастания температуры в диапазоне 80 - 120^oC/час обработкой перегретым паром при температуре 150^oC в течение 40 минут. Затем для удаления остаточной межзерновой влаги разогретый пропаркой материал пофракционно /отдельными фракциями/ выкладывают на противни слоями толщиной 120 мм и выдерживают в термошкафу при температуре 110^oC в течение 30 минут. Затем противни с материалом помещают в вакуумную печь, где производят нагрев его со скоростью нарастания температуры на 100^oC в час. Температуру нагрева контролируют образцовой платиновой термопарой без защитного чехла, помещенной в обрабатываемый материал на глубину середины слоя. Прогрев природного цеолита до температуры 350^oC ведут 1,5 часа, откачивают газ до остаточного давления в печи 10^-2 мм рт.ст. и выдерживают материал под этим давлением 20 минут. Затем отключают нагреватели и прекращают откачку газа, контролируя изменение параметров, скорость остывания материала не должна превышать 50^oC в час, а скорость нарастания давления должна быть не более 0,05 мм рт.ст. в час. По достижении разряжения в печи 10^-1 мм рт.ст. производят обработку материала модифицирующим газом давлением 1 ати и выдерживают материал в печи до полного остывания 20 - 25^oC. Затем сорбент через герметичный шлюз печи выгружают в предварительно промытую модификатором герметичную тару и хранят в газовой среде под давлением в 1 ати.

Экспериментально установлено, что при скорости нагрева цеолита более 120^oC/час наблюдается последующее растрескивание гранул материала, а при скорости нагрева менее 80^oC/час замедляется технологический процесс получения сорбента. Установлено также, что после падения разряжения в печи выше 10^-1 мм рт.ст. дальнейшая выдержка в вакууме нецелесообразна, так как процесс завершен.

Пример
Природные цеолитовые туфы: Шивыртуин, Пегасин, Сокирницкий, Сабийский двух составов: клиноптилолит с монтмориллонитом и гейландит с ломонтитом рассеивали на фракции: 1,0 - 1,5; 1,5 - 2,0; 2,0 - 2,5 и 2,5 - 3,0 мм. Каждую фракцию обрабатывали в отдельности по приведенной выше технологии осуществления способа. Для модификации использовали газы: кислород, ацетилен, пропан и углекислый газ, а также пары металлов: серебро, йод, медь и цинк.

Продолжительность процесса составила в среднем 5 часов, а затраты электроэнергии - 0,21 кВт/кг.

Показатели исходного сырья и полученного сорбента представлены в таблицах. Табл. 1 - сорбционная емкость, табл. 2 - насыщенность модифицирующим газом, табл. 3 - насыщенность парами металлов.

Оценку структуры пор сорбента и динамическую емкость осуществляли методом ртутной порометрии по парам воды после выдержки образца в течение двух часов при температуре 250^oC и давлении 300 мм рт.ст.

Насыщенность модифицирующим газом определяли по порциальному давлению в среде аргона при температуре 250^oC и давлении 100 мм рт.ст.

Насыщенность парами металлов определяли по концентрации их катионов в дистиллированной воде после выдержки в ней модифицированного сорбента в течение двух часов при нормальных условиях.

Изобретение относится к области сорбционной техники и может быть использовано для очистки жидких и газообразных сред от вредных компонентов в различных отраслях народного хозяйства. Цеолит пофракционно предварительно нагревают со скоростью нарастания температуры 80-120^oС/ч, вакуумируют при температуре 300-400^oС и остаточном давлении 10^-2 мм рт. ст., а затем охлаждают в условиях прекращения нагрева и откачки газа и обрабатывают модифицирующим газом давлением 0,5-1,5 ати по достижении в печи остаточного давления порядка 10^-1 мм рт. ст. до полного охлаждения. Затем сорбент выгружают в герметичную тару, предварительно обработанную модификатором, и хранят в газовой среде под давлением 0,5-1,5 ати. Результат - увеличение выхода высококачественного сорбента из природных цеолитовых туфов, повышение технологичности процесса и снижение энергозатрат. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Способ получения сорбента на основе цеолита, включающий вакуумирование цеолита при температуре 300-400^oС и обработку модифицирующим газом, отличающийся тем, что цеолит пофракционно предварительно нагревают со скоростью нарастания температуры 80-120^oС/ч, вакуумирование ведут при остаточном давлении 10^-2 мм рт.ст., а обработку модифицирующим газом давлением 0,5-1,5 ати осуществляют после прекращения нагрева и откачки газа по достижению остаточного давления 10^-1 мм рт.ст. до полного остывания сорбента. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что остывший сорбент выгружают в герметичную тару, предварительно обработанную модификатором, и хранят в газовой среде под давлением 0,5-1,5 ати.