Разработка технологий модифицирования цеолита типа А с применением аппаратов пульсационного перемешивания

• Автор: Шумовский, Александр Всеволодович
• Шифр специальности: 05.17.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 50 с. : ил.; 20х15 см

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Создание и внедрение синтетических цеолитов стало одним из важнейших достижений научно-технического прогресса последних десятилетий. В ряду разнообразных областей, в которых использование цеолитов привело к кардинальным изменениям, достаточно назвать каталитический крекинг и другие каталитические процессы, выделение и очистку нормальных парафиновых углеводородов, осушку и очистку хладоагентов, очистку и осушку газов, производство экологически безопасных моющих средств.
Производство цеолитов в мире имеет устойчивую тенденцию к росту, причем самым крупнотоннажным является производство цеолитов - компонентов моющих средств. Уже к 1995 году оно достигло 1,5 млн. т/ год и по прогнозам, превысит 2 млн. т к 2000 году. Производство цеолитных катализаторов для нефтепереработки и нефтехимии только в США превышает 100 тыс. т/год и ежегодно увеличивается на 3,8%. Сотнями тысяч тонн вырабатываются и цео-литные адсорбенты.
Все это стимулирует и интенсифицирует разработки новых технологий производства цеолитов различного целевого назначения. Однако в литературе, наряду с огромным количеством публикаций научно-исследовательского харак-:рз, практически отсутствуют сведения о технологиях производства цеолитов, лучшем случае они носят общеописательный характер, но не содержат ни чдений об особенностях технологий, ни режимов стадий процессов, ни дан-гых о специфических характеристиках применяемого оборудования.
Расширение областей использования цеолитов в нашей стране, и, в частности, использование их в качестве компонентов СМС, заменяющих экологиче-с т опасный триполифосфат натрия, обуславливает необходимость расширения существующих производств цеолитов и создания крупнотоннажных производств, что, в свою очередь, определяет актуальность разработки новых технологий производства цеолитов. Эти разработки, естественно, основываются на

имеющемся опыте, но и требуют проведения научно-исследовательских работ, направленных на разработку принципиально новых подходов к технологии и аппаратному оформлению процессов.
В технологических процессах производства цеолитов широко применяется емкостное оборудование и, в частности, мешалки с механическим перемешиванием, с присущими им известными недостатками.
Автором разработана новая технология получения цеолитов с использованием на операциях кристаллизации, отмывки от избыточной щелочи и солей, ионного обмена и нейтрализации колонных пульсаиионных аппаратов:-Испыта-ния в условиях опытной установки показали их высокую эффективность. В последующем, при разработке и создании технологии производства цеолита, в схеме на операциях кристаллизации и нейтрализации суспензии цеолита были заложены промышленные пульсационные колонны.
Комплекс проведенных исследований позволил создать на Шебекинском химическом заводе промышленную установку по производству цеолита ЫаА -компонента СМС, пуск и освоение которой подтвердили работоспособность пульсационных аппаратов. Новая технология производства цеолита КтаА отличается сниженной материалоемкостью, уменьшением энерго- и трудозатрат, возможностью организации непрерывного процесса, резкой интенсификацией основных стадий процесса. Она обеспечивает получение цеолита ИаА, обладающего всем комплексом свойств, необходимых для использования его в качестве компонента моющих средств,
Проведен комплекс исследований по разработке технологии производства микросферического цеолита М§А улучшенного качества, предназначенного для использования в качестве адсорбента в процессе выделения н-парафинов из ке-росино-газойлевых фракций в псевдоожиженном слое.
Полученные результаты легли в основу базового проекта новой технологии, а также позволили организовать выработку цеолита MgA улучшенного качества и обеспечивать им промышленную установку выделения н-парафинов.

Следовательно, в процессе коагуляции в условиях высокого пересыщения щелочного раствора вероятность возникновения сложных структурных образований велика. Состав и структура таких алюмосилихатных блоков, т.е. ближний порядок рентгеноаморфного каркаса гидрогеля, задаются катионным и анионным составами раствора. Эти образования следует считать зародышами кристаллической фазы.
Хотя современные представления о механизме роста допускают непрерывный переход простейших анионов из раствора в структуру растущего кристалла, большинство исследователей считают предварительную, предкристашш-зационную агрегацию молекул в полуупорядоченные микрокомплексы и скопления -кластеры - неизбежной стадией всякой кристаллизации. Эти агрегаты могут ориентированно сочленяться с центром кристаллизации, образуя полуупорядоченные слои, которые затем переходят в слои роста. С точки зрения этих представлений, гидрогель может рассматриваться как промежуточное состояние между раствором и кристаллом. Деструкция гидрогеля под влиянием, щелочных компонентов реакционной смеси, а также дальнодействующие силы типа ван-дер-ваальсовых и лондоновских создают возможность роста кристаллов за счет относительно крупных агрегатов, составляющих каркас гидрогеля. Такой механизм роста не требует обратного перехода гидрогеля в раствор, т.е. повторного образования простейших алюмннатных и силикатных анионов, хотя полностью такая возможность не исключается.
Можно полагать, что механизм кристаллизации формованных алюмоси-ликатных гранул в поликристаллические цеолитные сростки, сохраняющие форму и, как правило, размеры исходных гранул, в своей основе аналогичен механизму кристаллизации гидрогелей, хотя отдельные стадии этого процесса яв-ляются существенно более сложными, чем в случае жидких расплавов. Образование алюмосиликатных блоков-зародышей кристаллической фазы происходит в этом случае в процессе трансформации структуры при выдерживании гранул в щелочных растворах. Процесс образования цеолитного кристалла в щелочных