способ получения гранулированного цеолитного наполнителя для синтетических моющих средств

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО ЦЕОЛИТНОГО НАПОЛНИТЕЛЯ ДЛЯ СИНТЕТИЧЕСКИХ МОЮЩИХ СРЕДСТВ, включающий смешение растворов силиката и алюмината натрия, гидротермальную кристаллизацию полученного силикоалюмогидрогеля и распылительную сушку цеолитной суспензии, отличающийся тем, что на смешение подают растворы в количестве, обеспечивающем мольное отношение компонентов в смеси в пересчете на оксиды SiO₂ : Al₂O₃ = 2,0 - 2,5, на распылительную сушку подают суспензию цеолита в маточном растворе после кристаллизации и проводят ее в потоке дымовых газов.

Описание изобретения к патенту

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

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ получения гранулированного цеолита для СМС, содержащего карбонаты и цеолиты, который предусматривает приготовление цеолитов типов А или Х в виде порошков путем гидротермальной кристаллизации смесей силиката и алюмината натрия, отделения маточного раствора, промывки и сушки цеолита (средний размер частиц цеолита менее 15 мкм); приготовление суспензии, состоящей из 20-60% цеолита; 5-30% соды (карбоната натрия); 5-15% силиката натрия и 25-60% воды, и понижение вязкости этой смеси; распылительную сушку полученной смеси с образованием сферических гранул с влажностью 2-16 мас.% и комплексообразующей способностью (КОС) по СаО 170-190 мг/г продукта; смешение полученных гранул с неионогенным ПАВ [1].

Известный способ имеет следующие недостатки:

1. Использование при приготовлении СМС порошкообразных цеолитов, что требует предварительного отделения от них маточного раствора, промывки и сушки цеолитов. При этом с маточным раствором и промывными водами сбрасывается в промсток 5-25% SiO₂ и 65-70% NaOH, считая на исходное сырье, а сушка порошкообразного цеолита удорожает весь процесс получения гранулированного СМС.

2. Маточный раствор (рН 13-14), попадая в водоемы и реки, оказывает экологически вредное воздействие на окружающую среду.

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

Целью изобретения является снижение себестоимости и расширение сырьевой базы процесса получения гранулированного цеолитного наполнителя при одновременном улучшении экологии окружающей среды за счет утилизации вредных стоков (маточных растворов) цеолитных производств.

Цель достигается тем, что смешивают растворы силиката и алюмината натрия при мольном соотношении SiO₂: Al₂O₃=2,0-2,5, а на распылительную сушку подают суспензию цеолита в маточном растворе, которую сушат в потоке дымовых газов.

Сопоставительный анализ заявляемого способа с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявляемый способ отличается от известного проведением распылительной сушки суспензии цеолита в маточном растворе в потоке дымовых газов. Причем никаких специальных суспензий, включающих дополнительные компоненты (например, соду и силикат натрия), не готовят. Кроме того, для получения цеолита смешивают растворы силиката и алюмината натрия именно при мольном соотношении SiO₂:Al₂O₃= 2,0-2,5. Таким образом в процессе получения гранулированного цеолитного наполнителя для СМС утилизируют маточный раствор, образующийся при производстве цеолита типа А.

Указанные приемы позволяют заключить, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "Новизна".

Анализ известных способов получения цеолитов и гранулированных цеолитных наполнителей СМС показал, что смешение растворов силиката и алюмината натрия при производстве цеолита типа А в мольном соотношении SiO₂:Al₂O₃= 1,5-2,5 известно. Кроме того известен способ распылительной сушки суспензий, включающих предварительно отмытый цеолит и другие специально подобранные компоненты для получения гранулированных цеолитных наполнителей СМС. Однако только факт смешения растворов при мольном соотношении 2,0-2,5 (т.е. выше 2,0) позволяет получать в маточном растворе кроме щелочи силикат натрия, а последующее распыление суспензии цеолита в маточном растворе в потоке дымовых газов (содержащих СО₂) приводит к получению в составе гранулированного наполнителя: цеолита, соды, силиката натрия и части непрореагировавшей с СО₂ щелочи. Таким образом авторами впервые предложено утилизировать маточный раствор от цеолита типа А в самом производстве гранулированного цеолитного наполнителя и, более того, совместить процессы получения гранулированного наполнителя методом распылительной сушки и карбонизации щелочи, содержащейся в маточном растворе. Следовательно, при приготовлении гранулированного цеолитного компонента СМС (по предлагаемому способу) отпадает необходимость в привлечении со стороны таких видов сырья, как сода и силикат натрия, так как эти компоненты либо уже (силикат натрия) содержатся в маточном растворе, либо образуются (сода) в составе гранул при распылительной сушке в потоке дымовых газов.

Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "Существенные отличия"

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.

Смешивают растворы силиката и алюмината натрия при мольном соотношении SiO₂: Al₂O₃= 2,0-2,5. Образовавшийся силикаалюмогидрогель кристаллизуют в цеолит типа А при 60-100^оС в течение 0,4-6 ч. Получают суспензию цеолита типа А= 100-250 г/л; NaOH=55-110 г/л; SiO₂=5-30 г/л, которую направляют на распылительную сушку в потоке дымовых газов, содержащих СО₂. При этом происходит полная или частичная карбонизация гидроксида натрия, приводящая к образованию гранулированного цеолитного наполнителя для СМС, содержащего: 50-60% цеолита типа А; 25-30% соды; 2-8% силиката натрия; 2-5% гидроксида натрия и 2-15% воды.

Снижение мольного отношения SiO₂:Al₂O₃ ниже 2 при смешении силиката и алюмината натрия приводит к образованию в маточном растворе после кристаллизации цеолита типа А 5-40 г/л Al₂O₃ при полном отсутствии в таком маточном растворе силиката натрия. В этом случае водорастворимая Al₂O₃ после распылительной сушки содержится в составе гранулированного цеолитного наполнителя СМС в количестве более 0,1 мас.%, что недопустимо согласно требованиям, предъявляемым к компонентам СМС.

Увеличение мольного отношения SiO₂:Al₂O₃ выше 2,5 приводит к кристаллизации цеолита типа Х (или смеси цеолитов типов А и Х), одновременно увеличивается время кристаллизации, что экономически невыгодно.

Предложенный способ получения гранулированного цеолитного наполнителя для СМС апробирован в лабораторных условиях на пилотной установке Опытного завода ГрозНИИ (г. Грозный) и в ходе опытно-промышленного пробега на цеолитной установке Ишимбайского специализированного химического завода катализаторов (ИСХЗК) в апреле-мае 1991 г (г. Ишимбай).

П р и м е р 1. 1 м³ раствора силиката натрия с концентрацией SiO₂=100 г/л; NaOH=46 г/л смешивают с 0,352 м³ раствора алюмината натрия с концентрацией Al₂O₃= 230 г/л; NaOH=335 г/л. Соотношение SiO₂:Al₂O₃ в реакционной смеси 2,1. Полученный силикаалюмогидрогель кристаллизуют при 90^оС 1 ч. Получают суспензию цеолита типа А в маточном растворе с концентрацией: цеолит типа А= 165 г/л; SiO₂ = =3,7 г/л, NaOH=75 г/л, которую направляют на распылительную сушку в потоке дымовых газов, содержащих СО₂. После распылительной сушки получают 358 кг гранулированного цеолитного наполнителя для СМС, содержащего, мас.%: цеолит типа А 62; соду 34; силикат натрия 2; непрореагировавший гидроксид натрия 2 (все в пересчете на безводный продукт). Влажность гранул 2%, КОС по CaO 190 мг/г, рН 1%-ного раствора 10,6.

П р и м е р 2. 1 м³ раствора силиката натрия (SiO₂=100 г/л; NaOH=46 г/л) смешивают с 0,3125 м³ алюмината натрия (Al₂O₃=272 г/л; NaOH=396 г/л). Соотношение SiO₂: Al₂O₃= 2,0. Смесь кристаллизуют при 95^оС 0,5 ч. Получают суспензию цеолита типа А с концентрацией: цеолит 180 г/л; NaOH=79 г/л; SiO₂ - нет, Al₂O₃ - нет, которую подвергают распылительной сушке в потоке дымовых газов. В результате образуется 266 кг гранулированного цеолитного наполнителя для СМС, содержащего, мас.%: цеолит 64,5; соду 30; гидроксид натрия 5,5 (в пересчете на безводный продукт). Влажность гранул 5%, КОС по CaO 195 мг/г, рН 1%-ного раствора 11,4.

П р и м е р 3. 1 м³ раствора силиката натрия (SiO₂=100 г/л; NaOH=46 г/л) смешивают с 0,25 м³ алюмината натрия (Al₂O₃=272 г/л; NaOH=396 г/л). Соотношение SiO₂:Al₂O₃==2,5. Смесь кристаллизуют при 70^оС 6 ч. Получают суспензию цеолита типа A с концентрацией: цеолит 151 г/л; NaOH 73 г/л; SiO₂= 16 г/л, которую сушат в потоке дымовых газов. Образуется 322 кг гранулированного цеолитного наполнителя для СМС, содержащего на абс.сух. вещество, мас.%: цеолит 59; соду 30; силикат натрия 8,5; гидроксид натрия 2,5. Влажность 10%; КОС по CaO 200 мг/г; рН 10,8.

П р и м е р 4. 1 м³ раствора силиката натрия (SiO₂=100 г/л; NaOH=46 г/л) смешивают с 0,33 м³ раствора алюмината натрия (Al₂O₃=272 г/л; NaOH=396 г/л). Соотношение SiO₂:Al₂O₃= 1,9. Смесь кристаллизуют при 80^оС 4 ч. Получают суспензию цеолита типа А с концентрацией: цеолит 178 г/л; NaOH=83 г/л;. Al₂O₃=3,8 г/л; SiO₂ - нет, которую сушат в потоке дымовых газов. Образуется 381 кг гранулированного цеолитного наполнителя для СМС, содержащего на абс. сух. вещество, мас.%: цеолит 62; соду 30; гидроксид натрия 6; водорастворимая Al₂O₃ 2, что недопустимо по требованиям к цеолитным наполнителям для СМС (см. таблицу).

Предлагаемое изобретение находится в стадии внедрения на Ишимбайском СХЗК.