Каталитические свойства кристаллических алюмосиликатов открыли еще в 1915 году. Однако изначально цеолиты катализаторы не имели широкого применения. Позже были разработаны на их основе вещества, используемые при крекинге, окислении и иных процессов органического и неорганического типа.
Минерал цеолит в качестве катализатора применяются во время проведения:
Цеолитные катализаторы отличаются термической стабильностью и устойчивостью к контактным ядам. К последним относят различные сернистые и азотсодержащие вещества, а также металлы. При этом, катализаторы из цеолита не способны вызывать коррозию у оборудования. Благодаря развитой поверхности (до 800 м2/г), катионообменной способности и механической прочности, минерал широко применяется в качестве носителя для каталитически активного вещества.
Цеолит является кристаллическим алюмосиликатом, в составе которого есть оксиды щелочно- и щелочноземельных металлов. Кроме того, они имеют строго регулярную структуру пор, которые при обычной температуре содержат молекулы воды. Если аккуратно нагревать, то из минерала будет выделяться водяной пар. Одновременно с этим не будет разрушаться сам камень.
Скелет минерала сделан в виде каркасной структурой, где присутствуют относительно большие сотообразные полости. Между собой они объединяются небольшими окнами. За счет этого все полости соединены. В одном грамме цеолита находится порядка 320-1020 полостей в зависимости от его типа.
Для приготовления катализаторов наибольшею ценность представляют алюмосиликатные минералы, относящиеся к типам A, X, Y. Они имеют прочный трехмерный скелет. В целом, их формулу можно представить следующим образом:
Me2/nO × Al2O3 × xSiO2 × yH2O, где:
n – степень валентности катиона металла;
x – количество молей;
y – количество молей у воды.
Показатель «x» во многом определяет структурную решетку и свойства цеолитных минералов. В типе «A» величина приближается к двум, в «X» – может быть в пределах от 2,2 до 3, а в «Y» достигает от 3,1 до 5. При каталитическом процессе применяются цеолиты, у которых число молей составляет от 2,8 до 6. Каждый вид цеолитов имеет строго постоянные размеры пор и входных отверстий. За счет этого достигается высокая селективность катализатора.
При изготовлении цеолитов в качестве катализаторов задействуются следующие этапы:
Для сырья применяется силикат-глыба, Al(OH)3, а также NaOH. Гидроксид алюминия растворяется в кипящем растворе NaOH. Таким образом изготавливается алюминат натрия. После чего он доводится до рабочей концентрации с помощью воды. Силикат-глыба разваривается в автоклаве, где задействуется острый пар. Далее раствор жидкого стекла разбавляется водой, чтобы получить нужную концентрацию.
Смеси из силиката и алюмината натрия отправляют в смеситель, где происходит их интенсивное перемешивание. При данном процессе происходит коагуляция. В результате образуется рыхлый гелеобразный осадок из алюмосиликагидрогеля. Он кристаллизируется в катализаторе.
Чтобы получить цеолит типа «А» необходимо довести температуру в катализаторе до диапазона в 80…90℃. Затраты по времени составляют 6 часов. Тип «Х» требует уже более высокой температуры: диапазон составляет 95…100℃. Затраты по времени увеличиваются в двое, до 12 часов. При этом катализатор обогревается паром.
Одними из ключевых факторов в время проведения кристаллизации при изготовлении Na-цеолитов являются:
Во время кристаллизации осадок отделяется от маточного вещества через фильтр. После этого производится очистка состава от избытка щелочи. Для этого используется вода. При этом, частицы осадка составляют 1-15 мкм.
В бегунах происходит замешивание цеолита с глиной каолинитового или бентонитового типа. Ее берут в виде 15—20% от массы образованного осадка. В бегунах образуется паста, влажность которой должна достигать около 35%.
После массу отправляют в таблеточную машину. Там образуются гранулы в нужных размерах. Выполняется их осушка при температуре 120…150℃. Мелочь с пылью отправляется для повторного производства. Нужные гранулы прокалываются при температурах 575…650℃. На это тратится от 6 до 24 часов. Во время данного процесса у цеолитов появляется необходимая механическая прочность и термическая устойчивость.
Применение связующего компонента уменьшают долю полезного объема пор в минерале. Поэтому его перестали использовать. Данный метод предполагает сращивание кристаллов в агломераты. Для этого каолин в порошкообразном виде смешивают с гидрокарбонатом натрия. Одновременно с этим производится увлажнение до тех пор, пока не получится однородная масса. Полученная смесь направляется на вальцы для последующего перетирания, а после отправляется в формовочную машину. Лучше всего достигается гранулирования, когда влажность вещества составляет 33-34%. Сырые гранулы высушиваются, пока масса не достигнет 15-17% влажности. Далее выполняется прокаливание при температуре около 600℃. Процесс занимает от 12 часов до суток в специальной шахтной печи. После отсеивают крошки с пылью через барабанное сито.
За счет вращения катализатора происходит улучшение обработки гранил. Снижается риск их слипания или порчи. Через катализатор проводится циркуляция горячего щелочного раствора из алюмината натрия. Процесс кристаллизации проходит при температуре около 100℃. По его окончанию гранулы промываются до необходимого уровня щелочного баланса воды. Он должен составлять приблизительно 11,5 pH. После происходит выгрузка гранул в сушилку, где проводят сушку минерала.
Добыча цеолита «Y» производится с помощью концентрированного золя SiO2. Также применяется раствор силиката натрия или мелкодисперсный кремнезем. Суспензия последнего промывается водой 5 раз, после чего отжимается через фильтр. Показатель влажности должен составляет 70-75%. Далее состав смешивается с раствором алюмината натрия для дальнейшей гомогенизации. Кристаллизация производится при температуре 100℃. По ее окончанию кристаллы отделяются от раствора, промываются от щелочи и высушиваются.
Актированный цеолитов производится путем нанесения специальных компонентов непосредственно на кристаллы. Для этого может быть задействован:
Есть и другие способы создания катализаторов из цеолитных минералов. Ежегодно публикуются исследования и разработки на данную тему.
Благодаря своим каталитическим свойствам цеолиты нашли широкое применение в сфере нефтепереработки, а также нефтехимической и газовой промышленности. Также они применяются во время органического и тонко-органическом синтезе. Цеолиты играют важную роль как катализатор при гетерогенно-химических процессах.
8 (812) 945-55-64