DE3617840C2 - Hydrothermal beständiger 3 Å-Zeolith A und dessen Verwendung - Google Patents
Hydrothermal beständiger 3 Å-Zeolith A und dessen VerwendungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Granulat aus modifiziertem Zeolith A, das
gegen hydrothermale Belastung besonders beständig ist, sowie dessen Verwendung
zur Trocknung von feuchten Kohlenwasserstoffgasen.
Zeolithe werden häufig zum Entfernen von Wasser aus Gasströmen in verschiedenen
Industriezweigen verwendet. Wenn ein Zeolith mit entsprechend geeigneter Poren
größe zum Trocknen eines wasserhaltigen Gases verwendet wird, das hauptsächlich
aus Kohlenwasserstoffen besteht, so kann man Restwassergehalte von weniger als
1 ppm erreichen. Bei den Trocknungsprozessen mit Zeolithen werden gewöhnlich
zwei oder drei Adsorber eingesetzt, die mit Zeolith-Granulaten gefüllt sind. Das
feuchte Kohlenwasserstoffgas wird periodisch oder kontinuierlich durch die Adsor
ber geleitet und der mit Wasser beladene Zeolith A wird anschließend mit heißem
Trocknungsgas regeneriert. Der Trocknungsprozeß wird gewöhnlich im Adsorptions-
Desorptionszyklus durchgeführt.
Daher ist es bei derartigen Trocknungsprozessen immer not
wendig, daß die Adsorptionsleistung des Zeoliths nicht
durch die hydrothermalen Bedingungen, die bei der Desorp
tion herrschen, beeinträchtigt wird.
Die Abnahme der Adsorptionsfähigkeit des Zeoliths als
Folge der hydrothermalen Belastung beruht vermutlich auf
einer teilweisen Zerstörung der Kristallstruktur des Zeo
liths. Diese Zerstörung der Kristallstruktur tritt beson
ders leicht bei Kalium ausgetauschtem Zeolith A auf. Hier
besteht eine Abhängigkeit vom Austauschgrad, d. h. je höher
der Kalium-Austauschgrad ist, desto geringer ist die
hydrothermale Belastbarkeit. Um einen Zeolith A mit 3 Å
Porenweite zu erhalten, ist ein Austauschgrad von mindes
tens 0,3 notwendig. Dieser 3 Å-Zeolith A wird hauptsäch
lich zur Trocknung von Spaltgasen eingesetzt, da im Spalt
gas vorhandene niedere Olefine nicht oder nur wenig ad
sorbiert werden.
Für die technische Anwendung der Zeolithe als Trocknungs
mittel ist ein Granulat erforderlich. Ein Zeolith-Granulat
kann durch Vermischen von Zeolith-Pulver mit einem Binde
mittel und Wasser und anschließendem Kneten der Mischung
und Formen mit üblichen Granuliergeräten, wie z. B. Granu
lierwalzen, Granuliertrommeln, Mischgranulatoren u. a. her
gestellt werden. Als Bindemittel sind Tonmineralien, wie
z. B. Bentonite, Attapulgite, Sepiolithe, Ballclays,
Kaoline o. ä. geeignet. Das Granulat wird üblicherweise
nach der Herstellung direkt getrocknet und bei hohen
Temperaturen calciniert.
Die entsprechenden ionenausgetauschten tongebundenen Granulate werden dadurch
erhalten, daß der Ionenaustausch vor der Verformung direkt am Zeolith-Pulver
durchgeführt wird. Dies ist sinnvoll, da ein Ionenaustausch am tongebundenen
Granulat eine erneute Wasserbeladung des Materials nach der Aktivierung erfordert
und anschließend müßte erneut calciniert werden. Dies ist ein umständliches und
äußerst unwirtschaftliches Verfahren. Die Herstellung tongebundener 3 Å-Zeolith-
Granulate erfordert also ein vorher ausgetauschtes Zeolith-Pulver.
Die Herstellung von Zeolithen und deren Granulierung ist an sich bekannt (vgl. z. B.
D. W. Breck, "Zeolite Molecular-Sieves", J. Wiley, New York 1974).
Aufgabe der Erfindung ist es, ein hydrothermal beständiges tongebundenes 3 Å-
Zeolith A-Granulat herzustellen. D. h., das Granulat soll eine hohe Stabilität im Hin
blick auf die hydrothermale Reaktion im Adsorptions-Desoptionszyklus beim
Trocknungsprozeß von feuchten Kohlenwasserstoffgasen aufweisen.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe ein 3 A-Granulat er
füllt, das mit einem 3 Å-Zeolith A-Pulver hergestellt worden ist, das durch Kri
stallisation in Gegenwart von Kaliumionen gewonnen wurde.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind 3 Å-Zeolith A-Granulate mit ver
besserter hydrothermaler Beständigkeit, erhältlich durch Kristallisation einer entspre
chenden Aluminat, Silicat und NaOH enthaltenden Mischung in Gegenwart von K-
Ionen und anschließender Granulierung mit Tonmineralien als Bindemittel,
Trocknung und Calcinierung.
Durch die Kristallisation in Gegenwart von Kaliumionen kann man direkt und ohne
zusätzlichen Ionenaustausch einen 3 Å-Zeolith A erhalten, der den notwendigen Aus
tauschgrad an Kalium enthält und die üblichen Adsorptionsleistungen eines soge
nannten 3 Å-Zeolith A aufweist.
Die nachfolgende Tabelle zeigt einige Adsorptionswerte eines direkt synthetisierten
3 Å-Zeolith A im Vergleich zu einem 3 Å-Zeolith der durch Ionenaustausch herge
stellt wurde. Der Austauschgrad beträgt jeweils 0,3.
Die Adsorptionswerte zeigen, daß beide 3 Å-Zeolith A-Typen hinsichtlich ihrer Ad
sorptionsleistung vergleichbar sind.
Das erfindungsgemäße 3 Å-Zeolith-Granulat zeigt nun überraschenderweise einen er
staunlich hohen Widerstand gegen hydrothermale Belastung.
Wird ein über üblichen Ionenaustausch hergestelltes 3 A-
Zeolith A-Granulat mit einem unter Verwendung von direkt
aus der Synthese erhaltenen 3 A-Zeolith A hergestellten
Granulat in einem hydrothermalen Belastungstest mitein
ander verglichen, so fällt das erfindungsgemäße Granulat
nur um 5 bis 10% in seiner Adsorptionsleistung ab,
während das Granulat nach dem Stand der Technik um 70 bis
80% abfällt.
Die hydrothermale Belastung im Test erfolgt dadurch, daß
der Zeolith bei 300°C 168 Stunden einer gesättigten
Wasserdampfatmosphäre ausgesesetzt wird.
Anhand der nachfolgenden Beispiele wird die Erfindung
näher erläutert.
200 ml Natriumaluminat-Lösung (1,9 Mole Al2O3, 3,2 Mole
Na2O/l) werden mit 100 ml NaOH und 2100 ml Wasser gemischt
und mit 600 g KCl versetzt. Nach Fällung des Gels mit
1100 ml Wasserglasa) wird auf 80°C aufgeheizt. Das Reak
tionsgemisch hat folgende oxidische Zusammensetzung:
| SiO2/Al2O3 | = 1,55 |
| (K2O - Na2O)/SiO2 | = 2,04 |
| K2O/(K2O - Na2O) | = 0,31 |
| H2O/(Na2O + K2O) | = 21,9 |
Nach 23 Stunden Kristallisationszeit erhält man den
Zeolith A. Der K-Gehalt des Materials beträgt 0,34 Mol
K2O/Mol Al2O3.
- a) Technisches Wasserglas mit der Zusammensetzung:
8,0% Na2O
26,9% SiO2
1000 g einer Na-Zeolith A-Suspension, die 460 g Zeolith
enthält, werden mit 180 g KCl versetzt und 4 Stunden bei
60°C gerührt. Nach dem Ionenaustausch wird das Zeolith-
Material durch Filtration abgetrennt und anschließend
chloridfrei gewaschen. Der Kaliumgehalt beträgt 0,35 Mol K2O/Mol Al2O3.
Zeolith Typ 2.
320 g eines 3 Å-Zeolith A-Pulvers aus dem Beispiel 1 (Zeolith Typ 1) werden mit
80 g Bentonit eine Stunde lang gemischt, anschließend wird die Mischung 30
Minuten in einem Kneter mit der für die Granulierung notwendigen Wassermenge
durchgearbeitet. Die Formung der feuchten Masse zu Strangpreßlingen mit 3 mm
Durchmesser erfolgt auf einem Walzengranulator.
Nach dem Trocknen der feuchten Stäbchen bei 120°C für 120 Minuten wird das
Granulat bei 650°C 3 Stunden lang erhitzt. Die Wasseradsorption bei 13,33 mbar
Wasserdampfpartialdruck beträgt 19,9 g H2O/100 g aktiven Adsorbens.
Granulat 1.
Entsprechend Beispiel 3 werden 320 g Å-Zeolith A-Pulver aus Beispiel 2 (Zeolith
Typ 2) verarbeitet.
Die Wasseradsorption bei 13,33 mbar Wasserdampfpartialdruck beträgt 19,5 g
H2O/100 g aktiven Adsorbens.
Granulat 2.
Die aus den Beispielen 4 und 5 erhaltenen Zeolith-Granulate werden in Körbchen aus
Metall gefüllt und in eine Stahlmantelsäule mit elektrischer Außenheizung gehängt.
Die Innentemperatur wird auf 300°C eingestellt. Durch die Säule wird gesättigter
Wasserdampf geleitet, der durch Verdampfen von Wasser in einem direkt mit der
Säule verbundenem Gefäß erhalten wird. Am Kopf der Säule wird der Dampf abge
leitet und nach Kondensation in einem Kühler wieder in den Wasservorrat zurückge
leitet.
Diese hydrothermale Behandlung der Zeolithgranulate wird über 168 Stunden (1
Woche) ausgeführt.
Die Ergebnisse dieses hydrothermalen Tests sind in der nachfolgenden Tabelle auf
gelistet.
Aus den Ergebnissen geht hervor, daß der ionenausgetauschte 3 Å-Zeolith nach der
hydrothermalen Belastung in der Adsorptionsleistung um über 70% abgefallen ist,
während der direkt hergestellte 3 Å-Zeolith um weniger als 10% in seiner Adsorp
tionsleistung zurückgegangen ist.
Claims (2)
1. 3 Å-Zeolith A-Granulate mit verbesserter hydrothermaler Beständigkeit,
erhältlich durch Kristallisation einer entsprechenden Aluminat, Silicat und
NaOH enthaltenden Mischung in Gegenwart von K-Ionen und anschlie
ßender Granulierung mit Tonmineralien als Bindemittel, Trocknung und
Calcinierung.
2. Verwendung von 3 Å-Zeolith A-Granulaten zur Trocknung von feuchten
Kohlenwasserstoffgasen.
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