Способ получения силикагеля

Способ получения силикагеля

Реферат

Изобретение относится к способу получения силикагеля, применяемого в качестве адсорбента для осушки воздуха и других газов или паров, и может быть использовано для осушки природных и попутных нефтяных газов, подаваемых на транспортировку в систему подводных газопроводов, до точки росы с одновременным извлечением бензинсодержащих компонентов.

Одним из первых и остающимся основным на сегодняшний день способом промышленного производства технического силикагеля является полимеризация кремниевой кислоты [Vail J.G. Soluble Silicates (ACS Monograph Series), Reinhold, New York, 1952, vol. 1, p. 158; vol. 2, p. 549].Традиционный силикагель не позволяет производить одновременно глубокую осушку и извлечение бензинсодержащих компонентов.

Известен способ получения силикагеля, включающий смешение растворов жидкого стекла и серной кислоты, застудневание полученного золя с образованием геля, его подсушку, промывку и сушку, причем подсушку ведут при температуре 115-125° в течение 1,5-2,5 часа, а промывку ведут водой (А.С. №874621, МПК C01B 33/16, опубл. 23.10.81).

Недостатки способа следующие: формование силикагеля происходит не в шарики, а в большую массу неправильной формы, что ведет к уменьшению плотности загрузки и, соответственно, к ухудшению осушки. Кроме того, гель имеет низкую механическую прочность в условиях регенерации, что приводит к разрушению силикагеля, соответственно, уменьшается срок его эксплуатации.

Известен способ получения силикагеля (ГОСТ 3956-76), включающий взаимодействие раствора силиката натрия с серной кислотой или сернокислым алюминием с получением золя, переходящего в гель, последующую промывку и сушку образовавшегося продукта. Полученный силикагель позволяет производить осушку воздуха и других газов или паров до точки росы (-40°C). Способ принят за прототип.

Недостатки прототипа: низкие насыпной вес и механическая прочность полученного силикагеля, что ведет к уменьшению загрузки в реактор, так как на единицу объема приходится меньшее количество активного вещества; кроме того, силикагель имеет низкую механическую прочность при регенерации при температуре больше 200°C, что приводит к его преждевременному разрушению в процессе цикла адсорбция-десорбция, а также низкие динамическую адсорбционную емкость по парам N-гептана и динамическую емкость по парам воды, что приводит к повышенной точке росы осушаемого газа и повышенному содержанию в нем жидких фракций бензинсодержащих компонентов.

Задачей изобретения является разработка способа получения технического силикагеля с высокими адсорбционными характеристиками по углеводородам и высокими техническими характеристиками механической прочности, обеспечивающего осушку природных и попутных нефтяных газов до точки росы (-60°C) с одновременным извлечением бензинсодержащих компонентов.

Технический результат - увеличение глубины осушки газа и эффективное извлечение бензинсодержащих компонентов за счет высоких адсорбционных характеристик получаемого силикагеля, сохранение фракционного состава силикагеля в течение всего срока эксплуатации.

Задача решается, а технический результат достигается способом получения силикагеля, включающим смешение раствора силиката натрия с раствором сернокислого алюминия с получением золя, переходящего в гель, последующую промывку и сушку образовавшегося продукта. В отличие от прототипа смешение растворов осуществляют при температуре не более 10°C при молярной концентрации силиката натрия 1,7-2,0 моль/дм³ и молярной концентрации сернокислого алюминия 0,45-0,48 моль/дм³ в соотношениях, обеспечивающих химический состав получаемого силикагеля по SiO₂ - 96,0-97,0 масс. %, по Al₂O₃ - 3,0-4,0 масс. %, после чего образовавшийся в результате смешения растворов золь формуют в шарики силикагеля посредством капельной подачи золя в минеральное масло, а сформованные шарики выдерживают не более 16 часов в циркулирующем потоке раствора сульфата натрия, после чего осуществляют их последовательную промывку сначала серной кислотой, потом химически очищенной водой или паровым конденсатом при температуре не выше 18°C, а сушку осуществляют с последовательным повышением температуры от 70°C до 180°C не менее 4 часов, причем после сушки силикагель прокаливают при температуре 360-400°C без доступа водяного пара.

Согласно изобретению прокалку проводят бесконтактным способом во вращающейся электрической или шахтной газовой печи; прокалку проводят во вращающейся или конвейерной печи в атмосфере азота в течение 4 часов, причем шарики силикагеля нагревают, постепенно поднимая температуру до 400°C.

Способ осуществляют следующим образом. Смешивают растворы силиката натрия и сернокислого алюминия при температуре не более 10°C при молярной концентрации силиката натрия 1,7-2,0 моль/дм³ и молярной концентрации сернокислого алюминия 0,45-0,48 моль/дм³ в соотношениях, обеспечивающих химический состав получаемого силикагеля по SiO₂ - 96,0-97,0 масс. %, а по Al₂O₃ - 3,0-4,0 масс. %. После чего образовавшийся в результате смешения растворов золь формуют в шарики силикагеля посредством капельной подачи золя в минеральное масло, а сформованные шарики выдерживают не более 16 часов в циркулирующем потоке раствора сульфата натрия, затем осуществляют их последовательную промывку сначала серной кислотой, потом химически очищенной водой или паровым конденсатом при температуре не выше 18°C, а сушку осуществляют с последовательным повышением температуры от 70°C до 180°C не менее 4 часов, причем после сушки силикагель прокаливают при температуре 360-400°C без доступа водяного пара.

Пример конкретного осуществления способа.

Готовят раствор жидкого стекла (силиката натрия). Концентрированный раствор жидкого стекла разбавляют паровым конденсатом или химически очищенной водой (ХОВ) до заданных концентраций: концентрация разбавленного раствора в пределах 1,7-2.0 моль/дм³, силикатный модуль в пределах 2,9-2,92 моль/дм³. Затем готовят раствор сернокислого алюминия. Для этого концентрированный раствор сернокислого алюминия разбавляют до заданной концентрации в пределах 0,45-0,48 моль/дм³, при этом содержание свободной серной кислоты должно быть в пределах 90-93 г/дм³.

Далее осуществляют формование. Предварительно охлажденные до температуры 1-3°C растворы жидкого стекла (1 поток) и сернокислого алюминия (2 поток) смешивают и подают на распределительный конус формовочной колонны, откуда капли золя стекают в минеральное масло, образуя шарики гидрогеля.

Процесс формования проводится при следующих параметрах технологического режима:

водородный показатель золя в смесителе,
pH, в пределах	7,2-7,6
температура золя,°C, не более	10
время коагуляции золя, сек, в пределах	4,0-5,0
температура масла в формовочной колонне,°C, не более	16
фракционный состав шариков сформованного гидрозоля
диаметром более 10 мм, %, не более	45
диаметром менее 5 мм, %, не более	3
водородный показатель первой транспортной воды, pH, в пределах	7,6-8,2
температура первой транспортной воды,°C, не более	16

После этого проводят активацию силикагеля. Для этого осуществляют термическую обработку сульфатом натрия не более 16 часов. Процесс термообработки проводят при следующих параметрах технологического режима:

содержание Na2SO4 в растворе, г/дм3, в пределах	10-25
водородный показатель раствора, pH, в пределах	7,5-8,0
температура раствора, °C, не более	18
продолжительность процесса, час, не более	16

Затем проводят активацию геля раствором серной кислоты.

Процесс активации раствором серной кислоты проводится при следующих параметрах технологического режима:

концентрация серной кислоты
в активирующем растворе, г/дм3, в пределах	2,9-3,5
водородный показатель раствора при начале активации,
pH, в пределах	1,8-2,0
водородный показатель раствора в конце активации,
pH, в пределах	6,8-7,8
температура активирующего раствора, °C, не более	16
продолжительность процесса, час, не более	16

Промывка раствором серной кислоты.

Процесс промывки раствором серной кислоты проводят при следующих параметрах технологического режима:

концентрация серной кислоты в активирующем
растворе, г/дм3, в пределах	0,9-1,5
водородный показатель раствора при начале активации,
pH, в пределах	1,8-2,0
водородный показатель раствора в конце активации,
pH, не менее	7,9
температура активирующего раствора, °С, не более	16
продолжительность процесса, час, не более	16

Промывка паровым конденсатом или ХОВ. Процесс промывки паровым конденсатом или ХОВ проводят при следующих параметрах технологического режима:

содержание Na2O в промывной воде, мг/дм3, не более	15
температура промывной воды,°C, не более	20
продолжительность процесса, час, не менее	16

После промывки осуществляют сушку силикагеля. Сушка силикагеля проводится в ленточных сушилках паровоздушной смесью с последовательным поднятием температуры по зонам с 70°C до 180°C не менее 4 часов.

Затем производят прокалку силикагеля. Прокалку производят при температуре не менее 360°C и не более 400°C без доступа к продукту водяных паров. Прокалка силикагеля производится для достижения им заданных механических показателей и устранения его «усадки» в реакторе при регенерации. Данная технологическая операция может проводиться двумя способами:

- прокалка бесконтактным способом во вращающейся электрической или шахтной газовой печи;

- прокалка во вращающейся или конвейерной печи в атмосфере азота в течение 4 часов.

Заявляемый способ позволяет получить силикагель со следующими характеристиками:

динамическая адсорбционная емкость, мас. %
(до точки росы =-60°C) при давлении 1 атм,
по парам воды, не менее	8,0
по парам N-гептана, не менее	7,3

- динамическая адсорбционная емкость по парам

n-гептана при давлении 50 атм, масс %	8,0
насыпная плотность, г/см3, в пределах	0,7-0,9

- механическая прочность на истирание, мас. %/мин, не более:

поверхностного слоя (за 5 мин)	1,7
средняя (за 45 мин)	0,75
величина удельной поверхности, м2/г, в пределах	700-800
химический состав, мас. % SiO2, в пределах	96,0-97,0
Al2O3, в пределах	3,0-4,0

Таким образом, заявляемый способ позволяет получить технический силикагель с высокими адсорбционными характеристиками по углеводородам и высокими техническими характеристиками механической прочности, обеспечивающий осушку природных и попутных нефтяных газов до точки росы (-60°C) с одновременным извлечением бензинсодержащих компонентов.

1. Способ получения силикагеля, включающий смешение раствора силиката натрия с раствором сернокислого алюминия с получением золя, переходящего в гель, последующую промывку и сушку образовавшегося продукта, отличающийся тем, что смешение растворов осуществляют при температуре не более 10°C при молярной концентрации силиката натрия 1,7-2,0 моль/дм³ и молярной концентрации сернокислого алюминия 0,45-0,48 моль/дм³ в соотношениях, обеспечивающих химический состав получаемого силикагеля по SiO₂ - 96,0-97,0 масс. %, по Al₂O₃ - 3,0-4,0 масс. %, после чего образовавшийся в результате смешения растворов золь формуют в шарики силикагеля посредством капельной подачи золя в минеральное масло, а сформованные шарики выдерживают не более 16 часов в циркулирующем потоке раствора сульфата натрия, после чего осуществляют их последовательную промывку сначала серной кислотой, потом химически очищенной водой или паровым конденсатом при температуре не выше 18°C, а сушку осуществляют с последовательным повышением температуры от 70°C до 180°C не менее 4 часов, причем после сушки силикагель прокаливают при температуре 360-400°C без доступа водяного пара.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что прокалку проводят бесконтактным способом во вращающейся электрической или шахтной газовой печи.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что прокалку проводят во вращающейся или конвейерной печи в атмосфере азота в течение 4 часов, причем шарики силикагеля нагревают, постепенно поднимая температуру до 400°C.