[发明专利]一种离子交换方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种离子交换方法，特别涉及一种对分子筛进行离子交换的方法。

背景技术

分子筛作为固体酸催化剂，被广泛应用于石油化工过程。目前，最重要的工业用分子筛有Y型分子筛、ZSM-5型分子筛和Beta型分子筛等。分子筛原粉通常为Na型，需制成H型才能作为酸性催化剂的活性组分使用。

以Y型分子筛生产过程为例，分子筛原粉NaY先经过铵交换制成NH₄型分子筛NH₄Y，再经过焙烧才能转化为H型分子筛HY。其中，铵交换过程是将分子筛原粉NaY与铵盐（如硫酸铵）溶液混合，分子筛中的Na⁺与溶液中的NH₄⁺发生交换，生成NH₄型分子筛。由于化学平衡和分子筛结构的限制，NH₄⁺不可能一次完全取代Na⁺，为了得到Na₂O含量低的分子筛，铵交换过程需要重复多次，因而会产生大量铵氮超标的废水。目前催化剂厂每生产1吨成品Y型分子筛，产生约20吨NH₄⁺质量浓度约为5000～6000mg/L的废水。

国家制定的工业污水排放标准GB8978-1996中规定：石油化工工业铵氮废水一级排放标准为NH₄⁺质量浓度小于15mg/L，二级排放标准为NH₄⁺质量浓度小于50mg/L。为了满足NH₄⁺质量浓度小于15mg/L的国家排放标准，需要对氨氮污水进行处理，能耗大、成本高。因此，为了满足日益严格的环保法规和工厂提高经济效益的要求，迫切需要开发清洁化且低成本的分子筛脱Na⁺技术。

CN102020288A公开了一种分子筛的离子交换方法，该方法包括将分子筛浆液与阳离子交换树脂接触，回收与阳离子交换树脂接触后的分子筛浆液，所述分子筛浆液为含有分子筛和水的混合物，阳离子交换树脂的阳离子位包括阳离子A，分子筛的阳离子位包括阳离子B，所述阳离子A与所述阳离子B各自为一种或多种阳离子，且所述阳离子A与所述阳离子B的种类不完全相同，分子筛浆液与离子交换树脂接触的条件使分子筛上阳离子位的阳离子B至少部分被阳离子A的另一种阳离子所取代。尽管该方法在离子交换的初期能够将分子筛中的氧化钠含量降到3重量%以下，但是随着离子交换的进行，得到的分子筛中的氧化钠含量不断上升，导致最终得到的分子筛产品中氧化钠含量非常不均匀。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的采用离子交换树脂柱对分子筛进行离子交换时，存在着随离子交换的进行，得到的分子筛中的氧化钠含量不断上升，导致最终得到的分子筛产品中氧化钠含量非常不均匀的问题。

本发明的发明人在研究过程中发现，如果设置多根离子交换柱，并将多根离子交换柱按照流过的物料的种类，分为交换区、再生区和转型区，并随时间将流过各个区的物料种类按一定的方向进行切换，得到的经离子交换的分子筛中的可交换基团的含量变化小，能够稳定地处于预定范围之内；同时还能够实现离子交换与离子交换树脂再生和转型的连续化运行。在此基础上完成了本发明。

本发明提供了一种离子交换方法，该方法在一种装置中进行，所述装置包括交换区、再生区、转型区以及物料切换单元，所述交换区、再生区和转型区各自具有物料入口、物料出口和至少一个离子交换树脂床层，所述离子交换树脂床层的至少一部分位于所述物料入口和物料出口之间；

该方法包括：在交换区中，使含分子筛的浆液流过离子交换树脂床层，使所述分子筛中的可交换基团与离子交换树脂中的离子交换基团进行离子交换，并收集从所述离子交换树脂床层中流出的含分子筛的浆液，所述离子交换基团为除氢离子外的离子交换基团；

在再生区中，使酸液流过离子交换树脂床层，以将离子交换树脂床层中的离子交换树脂再生；以及

在转型区中，使含有所述离子交换基团的水溶液流过离子交换树脂床层，以将再生后的离子交换树脂转型；

所述物料切换单元被设置成使流过各个区域的物料随时间按以下方向进行切换：将流过交换区的物料切换至转型区，将流过转型区的物料切换至再生区，将流过再生区的物料切换至交换区。