分子筛的工业生产工艺主要采用导向剂低温水热合成路线,首先水玻璃和高碱度偏铝酸钠反应制备导向剂,然后在导向剂的导向作用下,硅源和铝源凝胶,经高温晶化得到Na Y分子筛,原材料中Si O2的利用率约60%,未被利用的Si O2剩余在分子筛晶化母液中,Si O2浓度约35g/L左右。
以前,我国石化催化剂在生产Na Y分子筛的过程中,晶化中未转化的Si O2在Na Y分子筛过滤过程中随着带机滤液排入公司综合污水池进行统一处理后排放。碱性含硅母液遇到酸性介质时会形成胶体,不易沉降,而且胶体粘附在滤布表面,导致污水过滤脱渣困难,严重影响污水处理效果。同时,母液中的有用成分Si O2直接排放也造成了资源浪费,不利于降低生产成本。
为了提高Si O2的利用率,同时减少含硅母液对污水处理系统的影响,提高Y型分子筛清洁化生产能力,公司于2006年将Na Y分子筛含硅母液进行集中回收、单独储存,与p H值为A的硫酸铝并流加入反应釜,制备硅铝胶体,再将此硅铝胶作为合成原料、按照一定比例重新投加到Na Y分子筛合成过程,实现了分子筛晶化母液中Si O2的循环利用,既避免了含硅母液直接排放对环境的污染,同时也降低了生产成本。
在实际应用中发现,由于硫酸铝p H值较低,其与碱性Na Y母液反应形成硅铝胶体时,硫酸铝用量较少,两种物料体积差距较大,导致反应均匀性控制难度大,不同批次硅铝胶组成稳定性差。此外,该硫酸铝在气温较低时容易出现结晶,堵塞硫酸铝输送泵的叶轮,导致泵运转异常。利用为硫酸铝管线增加电伴热及蒸汽吹扫输送泵入口的方式可缓解堵塞,但增加了能源消耗。
因此,如何优化硅铝胶制备工艺,提高硅铝胶组成稳定性,降低能源消耗,对公司Na Y分子筛的生产具有重要意义。
1实验部分
1.1原料制备硅铝胶的主要原料及规格见表1。其中1#硫酸铝溶液为2#硫酸铝溶液加入稀硫酸溶液配制而得。表1原料名称及规格原料名称规格Na Y分子筛晶化母液p H值为12.4,Si O2质量浓度为33.1g/L1#硫酸铝p H值为A,Al2O3质量浓度为72.5g/L2#硫酸铝p H值为A+2.0,Al2O3质量浓度为90.8g/L
1.2实验过程
(1)取一定质量的Na Y分子筛晶化母液,在持续搅拌条件下分别与1#硫酸铝、2#硫酸铝反应,控制反应p H值在7.0~11.0。应用X射线荧光光谱法分析硅铝胶组成,化学滴定法分析滤液中Si O2的质量浓度。
(2)针对由相同Na Y分子筛晶化母液与相同硫酸铝溶液制备的同一份硅铝胶样品进行水洗实验,分别以硅铝胶干基含量2倍、4倍、6倍的去离子水洗涤硅铝胶滤饼,应用X射线荧光光谱法分析硅铝胶组成。2结果与讨论2.1硫酸铝p H值、反应p H值对硅铝胶组成的影响图1至图4为利用硫酸铝与Na Y分子筛晶化母液在不同反应p H值条件下制备的
硅铝胶组成。其中1#表示利用1#硫酸铝制备的硅铝胶样品,2#表示利用2#硫酸铝制备的硅铝胶样品。
本文中提到的硅铝胶各组分含量(%)均为质量分数。硅铝胶Al2O3含量与反应p H值的关系由图2可以看出,1#、2#硅铝胶中Al2O3的含量随反应p H值降低大致呈现先升高、后降低的趋势。在反应p H值为8.5~9.5时,硅铝胶中Al2O3的含量较高,并趋于稳定。在相同反应p H值条件下,利用2#硫酸铝和Na Y分子筛晶化母液制备的硅铝胶体中Al2O3含量更高。图3硅铝胶Na2O含量与反应p H值的关系由图3可以看出,1#、2#硅铝胶中Na2O的含量随反应p H值降低大致呈现降低后趋稳的趋势。
