[发明专利]一种分子筛离子交换的方法及其分子筛离子交换系统

说明书

本发明公开了一种分子筛离子交换的方法及其分子筛离子交换系统，包括，将钠型分子筛与离子交换溶液混合，搅拌后形成浆料，其中，钠型分子筛与离子交换溶液的固液比以g：mL计为1:1～100，离子交换溶液中离子质量浓度为0.1～50％；将浆料预加热处理，加热时间为0.1～10h，加热温度至100℃～120℃，得预处理后浆料；将预处理后浆料进入列管式反应器中交换反应，交换反应时间为0.05～10h，交换反应温度为80～110℃，浆料流速为6～8mL/min；将经列管式换热器反应后的浆料快速冷却，将冷却后浆料过滤、洗涤、干燥，得到离子交换后的分子筛。本发明采用一种可以实行有效且简单分子筛交换工艺，取得一次交换度高、交换周期短、连续化生产、能耗低、清洁环保的效果。

技术领域

本发明属于分子筛催化材料制备技术领域，具体涉及到一种分子筛离子交换的方法及其分子筛离子交换系统。

背景技术

沸石分子筛是一种多孔的硅铝酸盐矿物，其骨架具有含规则且有序排列与分子尺寸相近的孔道，分为天然和人造两种，在实际应用中以人造沸石为主。沸石分子筛在干燥净化、吸附分离、工业催化、生物医药、食品工业等领域被广泛应用。

沸石分子筛的一个重要的性质是其阳离子具有可交换的特性，从而使得离子交换后的分子筛在热稳定性、吸附性和催化活性等方面性能发生显著改变。其中酸性沸石在催化裂化、烯烃聚合、烷基化、加氢裂解、催化重整、芳烃异构化等催化反应过程中展现出优异的催化性能。

随着合成方法和改性的手段的不断进步，分子筛的生产、应用规模越来越大，生产中交换工艺和交换液后续处理的成本越来越大。工业上一般采用水热合成法制备分子筛，分子筛阳离子为钠离子。但在实际应用中，需要根据具体情况，将其中的钠离子交换为其他阳离子，比如氢离子、稀土金属离子、其他金属离子等才能使其具有特定的催化功能。

分子筛的离子交换通常在水溶液中进行，工业生产时一般在真空带式过滤机上交换或者在交换釜中以罐交方式进行交换。为了提高离子交换度，降低分子筛中残余钠含量，一般采用多次交换和高温焙烧交替进行的方式来实现，这就导致存在现有离子交换工艺存在交换时间周期长、交换液利用率低、生产能耗成本高、过滤洗涤废水处理困难等难题，大大提高了分子筛的生产成本。随着国家和地方政府对企业外排废水要求越来越严格，分子筛离子交换工艺所产生的废液处理成本越来越高，使得企业面临很大的环保压力和经济压力。因此新的环境友好的低成本的分子筛交换技术为发展方向。

在USP 4346067、USP 3948760中，通过在铵盐交换液中添加尿素以提高离子交换效率，缩短交换时间。交换后的分子筛经干燥焙烧得到具有催化活性的氢型分子筛。但该方法需要消耗尿素进行交换，同样存在交换时间较长，交换次数较多，滤液较多，工艺设备复杂，生产成本高，滤液排放环保处理高的问题。在CN 1108586 A中，让流动的含有所需阳离子的溶液通过在先形成并具有足够表面积的钠型分子筛的滤膜，将钠离子交换并形成所需阳离子的分子筛，该方法具有结构简单、交换面积大、分子筛流失少等特点。但含有所需阳离子的溶液用量大，交换次数较多，滤液较多、难以连续化生产的问题。在CN 101518749 A中，通过采用水平带式多级真空滤机对沸石分子筛进行离子交换，集离子交换、过滤和洗涤于一体，易于连续化生产，交换离子的利用率大大提高，排出的废液中交换离子的含量大大减少。该方法中交换、水洗和过滤在同一设备中运行，使用的单元设备少。各级物料均能通过调节阀调节，劳动强度低。但多级连续交换和水洗的分级效果不好，容易造成相邻级数之间的返混，影响交换效果；工艺设备复杂，操作复杂；只能适用于Na2O质量指标范围比较广的铵盐交换。

针对现有分子筛的离子交换工艺中交换周期长、生产工艺流程长、交换度低、生产能耗成本高、过滤洗涤废水处理困难等问题，本发明亟需一种一次交换度高、交换周期短、连续化生产、能耗低、清洁环保的分子筛的离子交换工艺。

发明内容