СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИЛИКАГЕЛЯ
METHOD OF PRODUCING SILICA GEL

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.
3
3
2
2
3
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/дм и молярной концентрации сернокислого алюминия 0,45-0,48 моль/дм в соотношениях, обеспечивающих химический состав получаемого силикагеля по SiO - 96,0-97,0 масс. %, по AlO - 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.
3
3
2
2
3
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/дм и молярной концентрации сернокислого алюминия 0,45-0,48 моль/дм в соотношениях, обеспечивающих химический состав получаемого силикагеля по SiO - 96,0-97,0 масс. %, а по AlO - 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.
3
3
3
3
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/дм, силикатный модуль в пределах 2,9-2,92 моль/дм. Затем готовят раствор сернокислого алюминия. Для этого концентрированный раствор сернокислого алюминия разбавляют до заданной концентрации в пределах 0,45-0,48 моль/дм, при этом содержание свободной серной кислоты должно быть в пределах 90-93 г/дм.
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 Na<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> в растворе, г/дм<sup>3</sup>, 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/дм<sup>3</sup>, 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/дм<sup>3</sup>, 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 Na<sub>2</sub>O в промывной воде, мг/дм<sup>3</sup>, 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/см<sup>3</sup>, 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, м<sup>2</sup>/г, в пределах
700-800
химический состав, мас. % SiO<sub>2</sub>, в пределах
96,0-97,0
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, 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.