JP3074816B2 - 3a型ゼオライト成形体の製造法 - Google Patents

3a型ゼオライト成形体の製造法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、3A型ゼオライト成形
体の製造法に関するものである。孔径3オングストロ−
ムを有する、即ち3A型ゼオライト成形体は吸着分離お
よび精製用として有用な吸着剤であり、例えばエチレン
プラントにおける分解ガス乾燥用吸着剤として、広く使
用される。
【0002】
【従来の技術】分解ガス乾燥操作では、吸着−再生工程
サイクルによってゼオライト成形体にかなりの熱水的衝
撃が与えられる。即ち、吸着工程では3A型ゼオライト
成形体に水が吸着され、引き続き再生工程でその水がゼ
オライトから脱着され、再び吸着工程に移る。再生工程
では、通常吸着した水を200〜300℃の加熱ガスに
より脱着させる加熱再生方式が採用されている。それ
故、3A型ゼオライト成形体は再生工程毎に高い水蒸気
圧下で高温にさらされることとなり、そしてこれによっ
てゼオライト成形体はスポ−リング(熱衝撃破壊。以
下、熱衝撃に耐える性質を耐スポーリング性という)を
引き起こすこととなり、このスポーリングによって水分
吸着性能も除々に低下する。このような性能低下をでき
るだけ抑制する為の3A型ゼオライト成形体あるいはそ
の製造法については従来からいくつかの提案がある。例
えば、特公昭48−3073号公報には、「Na−A型
ゼオライトをイオン交換処理し、ついで固体反応性無定
形シリカおよびベントナイトまたはアタパルガスと混合
して成形して、〔aKO+bMO+cNa〕:
Al:1.85±0.5SiO:yHO(a
は0.3〜0.45;bは0.2〜0.35;a+b+
cが1.0±0.2であり;Mは126以下の原子番号
を有するアルカリ土類金属群の二価陽イオンのうちの少
なくとも1種であり;Yは0〜6)の組成を有する3A
型ゼオライト少なくとも約68%と固体反応性無定形シ
リカ8〜24%とベントナイト、アタパルガス等の粘土
4〜16%とから成る耐スポーリング性の高い成形体を
製造する方法が開示されている。しかし、この方法によ
ると、先にイオン交換した3A型ゼオライトに疎水性と
認められる固体反応性無定形シリカおよびベントナイト
などを加えて成形体を製造することから、各成分を均一
に分散させるのが困難であり、したがってえられる成形
体は物理特性が不均一となり、かつ成形性があまり良く
ない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の方
法で造った3A型ゼオライト成形体は、あらかじめカリ
ウムイオンおよびアルカリ土類金属群の二価陽イオンで
イオン交換した3A型ゼオライトに疎水性と認められる
固体反応性無定形シリカおよび粘土結合剤を加えて成形
することから、分散性ひいては成形性に問題があり、し
たがつさて耐スポ−リング性について改良する余地があ
る。
【0004】本発明の目的は、これら従来の方法で製造
したものよりもさらに耐スポ−リング性に優れ、且つ高
い水分吸着容量を有する3A型ゼオライト成形体の製造
法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、Na−A
型ゼオライトすなわち4A型ゼオライトの粉末を成形
し、焼成してえられた成形体をイオン交換してカリウム
イオンおよびマグネシウムイオンを特定量含ませること
によって、耐スポ−リング性の向上した3A型ゼオライ
ト成形体を得ることができることを見い出した。
【0006】本発明の要旨は、Na−A型ゼオライトと
アタパルジャイト型粘土またはモンモリロナイト型粘土
とからなり、その含有重量比が80/20〜70/30
である成形体のナトリウムイオンの50〜70%をカリ
ウムイオンと、および上記ナトリウムイオンの20〜3
0%をマグネシウムイオンとイオン交換させることによ
る、3A型ゼオライト成形体の製造法にある。以下その
詳細について説明する。
【0007】本発明で用いられるゼオライトは、公知の
方法、すなわちアルミン酸ナトリウムと珪酸ナトリウム
とから合成されたNa−A型ゼオライトである。
【0008】本発明においてイオン交換処理に供される
成形体中の結合剤である、アタパルジャイト型粘土また
はモンモリロナイト型粘土の含有量は、20〜30重量
%でなければならない。この量が少なすぎると成形体の
強度だけでなく耐スポーリング性も低くなり、多すぎる
と吸着性能が低くなるからである。
【0009】下記のように成形体にしてからイオン交換
処理するよりも、この4A型ゼオライトをイオン交換処
理するほうがより容易に高い交換率でイオン交換される
が、それを成形し、焼成してえられる成形体は耐スポー
リングが低い。
【0010】本発明において、イオン交換処理に供する
成形体の製造法、すなわち成形法および焼成法に格別の
制限はないが、以下、成形法として押し出し成形法によ
る場合によって説明する。まず、合成4A型ゼオライト
とアタパルジャイト型粘土またはモンモリロナイト型粘
土の粘土結合剤とからなる混合物を、押し出し成形しう
るよう水分を調整し、押し出し動力を低減させるよう潤
滑剤を加えた後、全てが均一になるように混練捏和す
る。混練捏和によって得られた混合物を、公知の押し出
し成形器でたとえば直径3mmのペレットとして押し出
し成形する。このようにして得られた成形物を、焼成の
前に常法により即ち100〜120℃の温度で成形物中
の水分量が約20重量%程度になるまで乾燥するのがよ
い。この目的は、焼成の際の水蒸気分圧を低下させ熱水
劣化によって起こるゼオライト結晶の吸着性能の低下を
防ぐことにある。乾燥された成形物は、これら粘土を使
用する場合の通常の焼成温度である650〜700℃の
雰囲気中で焼成する。焼成時間は4時間以上とれば十分
であり、あまり長時間焼成するとかえって水分吸着量な
どの吸着性能の低下を引き起こすこととなり好ましくな
い。以上のような条件で焼成することによって、粘土結
合剤は焼結しゼオライト結晶を強く結合する。また、粘
土結合剤以外の吸着作用に関与しない不純分例えば、押
し出し成形助剤の潤滑剤などは、この焼成の際に全て燃
焼してなくなり、実質的に無視しうる程度になる。次
に、焼成してえられた成形体をすくなくとも20重量%
以上になるように除々に加湿し、できれば水中に浸漬す
る等の操作でその細孔から吸着された空気などのガスを
脱着させるのがよい。この操作は、本発明にとって必須
のものではないが、次の操作即ちカリウムイオンやマグ
ネシウムイオンを含む溶液と接触させてイオン交換する
処理の際に、急激な水分吸着によって成形体がヒビ割
れ、キレツなどを起こすおそれをなくすには好ましい操
作である。イオン交換の方式は、通常行われるような回
分式イオン交換法でもよいが、カラムなどを用いた循環
式イオン交換の方が効率がよい。前記のとおり、このイ
オン交換処理によって、4A型ゼオライトのナトリウム
イオンの50〜70%をカリウムイオンによって、かつ
20〜30%をマグネシウムイオンによって交換しなけ
ればならない。カリウムイオンの交換率が上記の範囲よ
り低い場合およびその範囲より高い場合ならびにマグネ
シウムイオンの交換率が上記の範囲より低い場合のいず
れの場合も、えられる成形体の耐スポーリング性が低く
なり、かつマグネシウムイオンの交換率を上記範囲より
大きくすることは事実上困難だからである。
【0011】4A型ゼオライト成形体をカリウムイオン
およびマグネシウムイオンを含む水溶液と接触させて、
ナトリウムイオンの50〜70%をカリウムイオンに、
かつ20〜30%をマグネシウムイオンに交換された3
A型ゼオライトとするには、常法に従い各イオンを含む
塩水溶液の濃度、その量、処理温度、処理時間、処理回
数(塩水溶液との接触−該水溶液との分離−洗浄−新し
い上記水溶液との接触−分離−洗浄……………のサイク
ルの回数)などを調節し、またカリウムイオンのイオン
交換選択順位がナトリウムイオンのそれよりも高いぐら
いなのに対して、マグネシウムイオンのそれははるかに
低いことを考慮してイオン交換処理すればよい。たとえ
ば、4A型ゼオライト成形体をその4〜5重量倍の塩化
カリウム0.5〜1規定および塩化マグネシウム0.5
〜1規定の混合水溶液と常温〜40℃で5〜10時間接
触させることにより上記の範囲にイオン交換された3型
ゼオライトがえられる。また、4A型ゼオライト成形体
とその4〜5重量倍の0.5〜1規定塩化カリウムの水
溶液との常温〜40℃、5〜10時間の条件による接触
処理を3回以上行なってナトリウムイオンの90%以上
をカリウムイオンに交換させ、ついで成形体の4〜5重
量倍の塩化カリウム0.2〜0.5規定および塩化マグ
ネシウム0.5〜1規定の混合水溶液と常温〜40℃で
5〜15時間接触させる方法をとることもできる。
【0012】イオン交換された実質的に3A型ゼオライ
トとなった成形体は、水で洗浄して付着している交換液
を除く。得られた3A型ゼオライト成形体を活性化する
には、乾燥後、焼成すればよい。
【0013】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、簡単な工程および操作で、高い耐スポ−リング
性を有し、且つ優れた水分吸着性能を保持した3A型ゼ
オライト成形体を得ることができる。したがって、例え
ば、熱衝撃破壊により微細化した成形体が装置のトラブ
ル、あるいは圧力損失を上昇させることなどが極めて少
なくなる。
【0014】
【実施例】以下、実施例および比較例によって、本発明
の効果を具体的に説明する。
【0015】耐スポ−リング性能は沸騰水強度率で、
又、水分吸着性能は水分吸着容量で評価した。その測定
法を以下に述べる。 <沸騰水強度率>メッシュのふるいによってふるい分け
した成形体約100gを450℃で60分間活性化させ
た後、直ちに沸騰水の中に入れ、5分間放置する。成形
体を沸騰水中から取り出し、再び450℃で60分間活
性化処理を行なう。この操作を50サイクル行なった
後、成形体の重量(Yg)を測定し、再度上記のふるい
によってふるい分けし、ふるい上に残った成形体の重量
(Xg)を測定する。成形体の沸騰水強度は、次式で算
出した。(このXを沸騰水強度率(%)とする) 沸騰水強度率(%)=(X/Y)×100 <水分吸着容量>成形体を350℃で60分間活性化
し、冷却後、温度25℃、相対湿度80%のデシケ−タ
中で16時間以上放置し、成形体に吸着された平衡水分
吸着容量を測定した。
【0016】以下の具体例における「部」は、重量によ
る。
【0017】実施例1 4A型合成ゼオライト粉末(東ソ−株式会社製)100
部にアタパルジャイト型粘土25部とを混合し、水分の
調整を行ないながら押し出し潤滑剤として、CMC(カ
ルボキシメチルセルロ−ス)粉末3部を加え造粒器(M
ix−Muller)中で混練捏和した。次に、この捏
和物を直径3mmのダイスプレ−トを備えた押し出し機
に供給しペレット状に押し出し成形した。120℃で乾
燥した後、長さ5〜10mmに整粒しマッフル炉を用い
て650℃の温度雰囲気下で4時間焼成した。
【0018】冷却後、この焼成ペレット500gを水に
浸漬し脱ガスした後、水きりし、濃度1規定の塩化カリ
ウムおよび0.5規定の塩化マグネシウムの混合溶液2
000mlと40℃に10時間接触させ回分式でイオン
交換した。このものを洗液が塩素イオンを含まなくなる
まで水で洗浄し、120℃で乾燥した後、400℃で1
時間焼成し活性化した。得られた成形体のイオン組成は
カリウムイオン51.7モル%、マグネシウムイオン2
3.5モル%、残りはナトリウムイオンであった。この
ものの物性を上述の方法で評価した結果、沸騰水強度率
は96.1%であった。又、水分吸着容量は23.9%
であった。
【0019】実施例2〜9 比較例1〜7 下表に示すもの以外は実施例1と同じ条件にして実施し
た。えられた成形体のの物性を上述の方法で評価した結
果を表1および表2に示す。
【0020】 表1 実 結合剤 (部) イオン交換率(%) 沸騰水強 水分吸着 施 Mg 度率(%) 容量(%) 2 アタパル 25 55.5 27.3 95.8 23.9 3 アタパル 25 59.5 28.5 96.2 23.7 4 アタパル 25 69.8 21.1 98.0 23.2 5 アタパル 33 53.9 25.1 98.8 22.9 6 アタパル 33 61.3 23.4 98.9 22.8 7 モンモリ 25 52.3 28.2 96.3 23.5 8 モンモリ 25 68.7 24.0 98.4 23.1 9 モンモリ 33 60.6 24.9 99.0 22.6 注) 表中、「アタパル」はアタパルジャイトを、およ
び「モンモリ」はモンモリロナイトをそれぞれ意味す
る。結合剤の(部)は原料4A型ゼオライト100部あ
たりの量である。以下、同じ。
【0021】 表2 比 結合剤 (部) イオン交換率(%) 沸騰水強 水分吸着 較 Mg 度率(%) 容量(%) 1 アタパル 25 45.0 0.0 89.0 22.2 2 アタパル 25 47.7 24.8 93.5 23.5 3 アタパル 25 75.0 5.5 98.5 20.9 4 アタパル 18 61.2 26.3 91.3 24.3 5 アタパル 55 58.8 21.7 99.5 20.1 6 モンモリ 25 40.8 27.0 93.9 23.1 7 モンモリ 25 55.6 18.9 94.1 22.2
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭47−27198(JP,A) 特開 昭61−242911(JP,A) 特開 平2−160616(JP,A) 特開 昭54−6899(JP,A) 特公 昭48−3073(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01J 20/00 - 20/34 C01B 33/38

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Na−A型ゼオライトとアタパルジャイト
    型粘土またはモンモリロナイト型粘土とからなり、その
    含有重量比が80/20〜70/30である成形体のナ
    トリウムイオンの50〜70%をカリウムイオンと、お
    よび上記ナトリウムイオンの20〜30%をマグネシウ
    ムイオンとイオン交換させることを特徴とする、3A型
    ゼオライト成形体の製造法。
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