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JP2014533649A - Ion exchange method - Google Patents

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JP2014533649A
JP2014533649A JP2014541781A JP2014541781A JP2014533649A JP 2014533649 A JP2014533649 A JP 2014533649A JP 2014541781 A JP2014541781 A JP 2014541781A JP 2014541781 A JP2014541781 A JP 2014541781A JP 2014533649 A JP2014533649 A JP 2014533649A
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zeolite
ion exchange
ammonium
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ammonia
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JP2014541781A
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Japanese (ja)
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ルイケン,ヘルマン
ガーブ,マヌエラ
フィッシャー,ロルフ‐ハルトムート
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BASF SE
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    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B39/00Compounds having molecular sieve and base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites; Their preparation; After-treatment, e.g. ion-exchange or dealumination
    • C01B39/02Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof; Direct preparation thereof; Preparation thereof starting from a reaction mixture containing a crystalline zeolite of another type, or from preformed reactants; After-treatment thereof
    • C01B39/026After-treatment

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Abstract

【課題】本発明は、ゼオライトのアルカリ金属又はアルカリ土類金属イオンをアンモニウムイオンに交換するための改良した方法に関する。【解決手段】この交換のために、例えば、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム又は塩化アンモニウムのようなアンモニウム塩の水溶液が現在使用されている。その結果として得られる「アンモニアゼオライト」は変性のために焼成され、アンモニアを放出し、触媒に適したH型のゼオライトになる。本発明によれば、上記アンモニウム化合物に代えて炭酸アンモニウムを使用する。過剰な炭酸アンモニウムは、硝酸塩、硫酸塩、塩化物とは対照的に、二酸化炭素とアンモニアの形で再利用可能であり、排出すべき塩の量が顕著に少なくなる。【選択図】図1The present invention relates to an improved method for exchanging alkali metal or alkaline earth metal ions of a zeolite for ammonium ions. For this exchange, aqueous solutions of ammonium salts such as ammonium sulfate, ammonium nitrate or ammonium chloride are currently used. The resulting “ammonia zeolite” is calcined for modification, releasing ammonia and becoming an H-type zeolite suitable for the catalyst. According to the present invention, ammonium carbonate is used in place of the ammonium compound. Excess ammonium carbonate can be reused in the form of carbon dioxide and ammonia, as opposed to nitrates, sulfates and chlorides, and significantly reduces the amount of salt to be discharged. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、ゼオライト中のアルカリ金属又はアルカリ土類金属イオンを、アンモニウムイオンに交換するための改良された方法に関する。この交換に関し、アンモニウム塩、例えば、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム又は塩化アンモニウムの水溶液が現状使用されている。その結果の「アンモニウムゼオライト」は焼成されてアンモニアを放出し、触媒に適したゼオライトのH型に変成される。   The present invention relates to an improved process for exchanging alkali metal or alkaline earth metal ions in zeolites for ammonium ions. For this exchange, aqueous solutions of ammonium salts such as ammonium sulfate, ammonium nitrate or ammonium chloride are currently used. The resulting “ammonium zeolite” is calcined to release ammonia and converted to zeolite H form suitable for the catalyst.

本発明によれば、上述のアンモニウム化合物に変え、炭酸アンモニウムの使用が提案される。過剰な炭酸アンモニウムは、硝酸塩、硫酸塩又は塩化物と対照的に、二酸化炭素及びアンモニアの形で再利用可能であるから、排出されるべき塩の量を著しく減らすことができる。   According to the invention, it is proposed to use ammonium carbonate instead of the ammonium compound described above. Excess ammonium carbonate, in contrast to nitrates, sulfates or chlorides, can be reused in the form of carbon dioxide and ammonia, so that the amount of salt to be discharged can be significantly reduced.

飽和及び不飽和脂肪族、脂環式又は芳香族炭化水素のような低級炭化水素の石油化学分野における高い需要は、接触分解、水素化分解、熱分解等の変性方法により充足される。使用される供給原料は、原油又は比較的高沸点の原油留出分画である。   The high demand in the petrochemical field for lower hydrocarbons such as saturated and unsaturated aliphatic, alicyclic or aromatic hydrocarbons is met by modification methods such as catalytic cracking, hydrocracking, thermal cracking. The feedstock used is crude oil or a relatively high boiling crude oil distillate fraction.

接触分解では、ゼオライトからなる流動層を使用する方法(FCC方法)が好ましいとされている。ゼオライトは、アンモニウムイオンを含む該当ゼオライトを約400℃に加熱して生成することができるH型で使用される(ハンスーユルゲン アルペ、Industrielle Organische Chemie[インダストリアル オーガニック ケミストリー]、第6版、2007年、Wiley−VCH出版、第64〜65頁)。   In catalytic cracking, a method using a fluidized bed made of zeolite (FCC method) is considered preferable. Zeolites are used in the H form, which can be produced by heating the corresponding zeolite containing ammonium ions to about 400 ° C. (Hans-Jürgen Alpe, Industrial Organic Chemie [Industrial Organic Chemistry], 6th edition, 2007, Wiley-VCH Publishing, pp. 64-65).

例えば、米国特許第3,966,882号明細書は、NaイオンとNHイオンの交換を開示しているが、炭酸アンモニウムは開示していない。 For example, US Pat. No. 3,966,882 discloses the exchange of Na ions and NH 4 ions, but does not disclose ammonium carbonate.

米国特許再発行公報第28,629号明細書並びに米国特許第4,346,067号明細書は、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウム又は硫酸アンモニウムをイオン交換に使用する方法を開示している。米国特許第4,346,067号明細書もまた、アンモニウム化合物とは別に、尿素も存在することを開示している。実施例1Cの表I及びIIは、アンモニウム化合物不存在の尿素水により、Naの元々の量9.18〜8.17%=0.61%がそれでもなお置換されることを示している。これは、尿素から炭酸アンモニウムへの加水分解と、それに続くイオン交換により説明することができる。   U.S. Pat. No. 28,629 and U.S. Pat. No. 4,346,067 disclose methods of using ammonium chloride, ammonium nitrate or ammonium sulfate for ion exchange. U.S. Pat. No. 4,346,067 also discloses the presence of urea apart from the ammonium compound. Tables I and II of Example 1C show that the original amount of Na 9.18-8.17% = 0.61% is still replaced by urea water in the absence of ammonium compound. This can be explained by hydrolysis of urea to ammonium carbonate followed by ion exchange.

中国特許出願公開第102623650号明細書は、イオン交換に炭酸アンモニウムを使用することを開示している。   Chinese Patent Application No. 106233650 discloses the use of ammonium carbonate for ion exchange.

ナトリウムYゼオライトのようなアルカリ金属又はアルカリ土類金属イオンを含有するゼオライトと、硝酸アンモニウムのようなアンモニウム塩との間の交換は、平衡反応を構成する。   The exchange between an alkali metal or alkaline earth metal ion such as sodium Y zeolite and an ammonium salt such as ammonium nitrate constitutes an equilibrium reaction.

ナトリウムイオンを十分にアンモニウムイオンへ交換するために、好ましくは70℃以上100℃以下、場合によっては200℃以下の温度で、ナトリウムイオンに対し、過剰な水性硝酸アンモニウムを用いてゼオライトを複数回連続処理する必要がある。イオン交換工程後、塩溶液が通常ゼオライトから分離される。塩を除去するため、固体ゼオライトは次いで水で洗浄される。各イオン交換工程後、ゼオライトは200℃以上600℃以下で焼成される。この間、アンモニアの放出が所望のH型ゼオライトを形成する(ウルマンズエンサイクロペディアオブインダストリアルケミストリー、第6版、39巻、2003年、Wiley−VCH 出版、第638〜640頁)。   In order to sufficiently exchange sodium ions to ammonium ions, the zeolite is preferably treated multiple times with excess aqueous ammonium nitrate for sodium ions, preferably at a temperature of 70 ° C. to 100 ° C., and in some cases 200 ° C. or less. There is a need to. After the ion exchange step, the salt solution is usually separated from the zeolite. In order to remove the salt, the solid zeolite is then washed with water. After each ion exchange step, the zeolite is calcined at 200 ° C or higher and 600 ° C or lower. During this time, the release of ammonia forms the desired H-type zeolite (Ullman's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th edition, 39, 2003, published by Wiley-VCH, pages 638-640).

イオン交換と焼成の結果、H型のYゼオライトと、硝酸ナトリウム及び未変換硝酸アンモニウムの混合物を含む塩水溶液とが得られる。アンモニウムイオンによるナトリウムイオンの置換は不十分なので、アンモニウム化合物はナトリウム化合物と並んで母液中に存在する。   As a result of ion exchange and calcination, an H-type Y zeolite and an aqueous salt solution containing a mixture of sodium nitrate and unconverted ammonium nitrate are obtained. Since the replacement of sodium ions by ammonium ions is insufficient, the ammonium compounds are present in the mother liquor along with the sodium compounds.

炭酸アンモニウム水溶液からのアンモニア及び二酸化炭素の熱放出が、国際公開2009/036145号明細書に開示されている。例えば、図1はアンモニアと水が、先ず、炭酸水素アンモニウム/炭酸ナトリウム混合物から放出され、残りの炭酸水素ナトリウムが、二酸化炭素の放出に伴い、炭酸ナトリウムに変換される。   The heat release of ammonia and carbon dioxide from an aqueous ammonium carbonate solution is disclosed in WO 2009/036145. For example, FIG. 1 shows that ammonia and water are first released from an ammonium bicarbonate / sodium carbonate mixture, and the remaining sodium bicarbonate is converted to sodium carbonate as the carbon dioxide is released.

ホールマン‐ウイベルク著、無機化学に関する教科書、第102版(2007年) ウォルター・デ・グレイター出版、第671頁、「炭酸アンモニウム」の節によれば、二酸化炭素を水性アンモニアに導入することで炭酸アンモニウムを製造可能であることが知られている。   According to Holman-Wieberg, Textbook on Inorganic Chemistry, 102nd edition (2007) Walter de Greater, 671, “Ammonium carbonate”, carbon dioxide by introducing it into aqueous ammonia. It is known that ammonium can be produced.

従来技術の方法での不利益の一例は、例えば、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム又は塩化アンモニウムを、ナトリウムイオンを含有するゼオライトのイオン交換に使用する場合に、硝酸ナトリウム及び硝酸アンモニウム水溶液、硫酸ナトリウム及び硫酸アンモニウム水溶液、又は塩化ナトリウム及塩化アンモニウ水溶液が多量に生成されることである。   An example of the disadvantages of prior art methods are, for example, when ammonium nitrate, ammonium sulfate or ammonium chloride is used for ion exchange of zeolite containing sodium ions, sodium nitrate and ammonium nitrate aqueous solution, sodium sulfate and ammonium sulfate aqueous solution, or A large amount of sodium chloride and ammonium chloride aqueous solution is produced.

米国特許第3,966,882号明細書US Pat. No. 3,966,882 米国特許再発行公報第28,629号明細書US Patent Reissue Publication No. 28,629 米国特許第4,346,067号明細書US Pat. No. 4,346,067 中国特許出願公開第102623650号明細書Chinese Patent Application No. 102623650 国際公開2009/036145号明細書International Publication No. 2009/036145 Specification

ハンス‐ユルゲン アルペ、Industrielle Organische Chemie[インダストリアル オーガニック ケミストリー]、第6版、2007年、Wiley−VCH出版、第64〜65頁Hans-Jurgen Alpe, Industriale Organic Chemie, 6th edition, 2007, Wiley-VCH Publishing, pp. 64-65 ウルマンズエンサイクロペディアオブインダストリアルケミストリー、第6版、39巻、2003年、Wiley−VCH出版、第638〜640頁)。(Ullman's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th edition, 39, 2003, Wiley-VCH Publishing, 638-640). ホールマン‐ウイベルク著、無機化学に関する教科書、第102版(2007年)ウォルター・デ・グレイター出版、第671頁Holman-Wieberg, Textbook on Inorganic Chemistry, 102nd edition (2007), Walter de Greater, 671

塩溶液は、基本的に、肥料の製造に使用可能である。しかしながら、これは、付加価値が非常に低いということを意味する。しかも、肥料としての利用の経済性は、その場所に依存する。   The salt solution can basically be used for the production of fertilizers. However, this means that the added value is very low. Moreover, the economics of use as a fertilizer depends on the location.

アンモニウム塩中で結合したアンモニアは、少なくとも等モル量の水酸化ナトリウム溶液の添加により放出され、逆抽出(stripping)や蒸留により取り除かれ、アンモニウム塩の製造のために再使用される。しかし、付加価値は、水酸化ナトリウム溶液の消費により減少する。そこには、各ナトリウム塩水溶液が多量に残る。更なる使用がなければ、それらは廃棄するしかない。公知の方法は、相当のエネルギー要求を伴う高循環率を必要とし、そのエネルギー要求が経済的不利益をもたらしていた。   Ammonia bound in the ammonium salt is released by the addition of at least an equimolar amount of sodium hydroxide solution, removed by stripping or distillation, and reused for the production of the ammonium salt. However, the added value decreases with consumption of sodium hydroxide solution. A large amount of each sodium salt aqueous solution remains there. Without further use, they can only be discarded. The known methods required a high circulation rate with considerable energy requirements, which resulted in economic disadvantages.

従って、本発明の目的は、上記不利益のない方法を提供することである。   Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method that does not suffer from the above disadvantages.

特に、本発明の目的は、イオン交換で得られる塩溶液に存在するアンモニア、及び任意に追加的対応対イオンを再生し、経済的価値を高めることである。   In particular, the object of the present invention is to regenerate the ammonia present in the salt solution obtained by ion exchange, and optionally additional corresponding counter ions, to increase the economic value.

本発明によれば、上記目的は、ナトリウム含有ゼオライト中のナトリウムイオンをアンモニウムイオンと交換する方法であって、下記工程を有する方法により達成される。   According to the present invention, the above object is achieved by a method of exchanging sodium ions in a sodium-containing zeolite with ammonium ions, which has the following steps.

a)ナトリウム含有ゼオライトを水及び炭酸アンモニウムを含有する溶液で処理する工程、
b)水性炭酸ナトリウム及び炭酸アンモニウムを含有する前記溶液(母液)から前記ゼオライトを分離する工程、及び、
c)アンモニアと二酸化炭素を放出させるために、前記母液を熱処理する工程。
a) treating the sodium-containing zeolite with a solution containing water and ammonium carbonate;
b) separating the zeolite from the solution (mother liquor) containing aqueous sodium carbonate and ammonium carbonate; and
c) heat treating the mother liquor to release ammonia and carbon dioxide.

本発明に係る方法の好適な一実施例を示す図である。FIG. 2 shows a preferred embodiment of the method according to the invention.

<イオン交換>
イオン交換用には、アルカリ金属又はアルカリ土類金属イオンを含有する天然又は合成の結晶性ゼオライトが好ましい。ナトリウム、カリウム、カルシウム及びマグネシウムイオンが好ましく、特に好ましくはナトリウムイオンである。
<Ion exchange>
For ion exchange, natural or synthetic crystalline zeolites containing alkali metal or alkaline earth metal ions are preferred. Sodium, potassium, calcium and magnesium ions are preferred, and sodium ions are particularly preferred.

原則、アルカリ金属及びアルカリ土類金属イオンを含む全てのゼオライトが好ましい。好ましいゼオライトは、ZSM型、特にZSM‐5、及びX、Y、A及びLゼオライトである。他の選択は、フォージャサイト(faujasite)、チャバサイト(chabazite、菱沸石)、エリオナイト(erionite)、モルデナイト(mordenite)、オフレタイト(offretite)のような天然由来のゼオライトである(米国特許4,346,067号、コラム1、43〜57行)。特に、ナトリウム型のYゼオライトが好ましい。   In principle, all zeolites containing alkali metal and alkaline earth metal ions are preferred. Preferred zeolites are ZSM type, in particular ZSM-5, and X, Y, A and L zeolites. Other choices are naturally occurring zeolites such as faujasite, chabazite, erionite, mordenite, and offretite (US Pat. No. 4, 346,067, column 1, lines 43-57). In particular, sodium-type Y zeolite is preferred.

効果的な接触分解触媒を得るために、ゼオライトのアルカリ金属含有量は、イオン交換により、10質量%未満、好ましくは5質量%未満、より好ましくは1質量%未満にまで減少させるべきである。   In order to obtain an effective catalytic cracking catalyst, the alkali metal content of the zeolite should be reduced by ion exchange to less than 10% by weight, preferably less than 5% by weight, more preferably less than 1% by weight.

水と炭酸アンモニウムを含有する溶液は、好ましくは水及び炭酸アンモニウム、任意に更なる化合物から作成される。   The solution containing water and ammonium carbonate is preferably made from water and ammonium carbonate, optionally further compounds.

更なる化合物は、水を用いたイオン交換の反応条件の元で、炭酸アンモニウムを生じるものが好ましい。   Further compounds are preferably those which produce ammonium carbonate under the reaction conditions of ion exchange with water.

更なる化合物の中では、 尿素、カルバミン酸アンモニウム、二酸化炭素とアンモニアの混合物、及びそれらの混合物が好ましい。本発明の更なる形態においては、これら更なる化合物は炭酸アンモニウムの代わりに使用される。   Of the further compounds, urea, ammonium carbamate, a mixture of carbon dioxide and ammonia, and mixtures thereof are preferred. In a further form of the invention, these further compounds are used instead of ammonium carbonate.

炭酸アンモニウムは、イオン交換用に、濃度が0.1質量%から溶解限界迄の水溶液として使用され、好ましくは5質量%以上35質量%以下、より好ましくは10質量%以上25質量%以下の濃度である。炭酸アンモニウムは(NHCO、NHHCO及びこれらの混合物を意味すると考えられる。 Ammonium carbonate is used for ion exchange as an aqueous solution having a concentration from 0.1% by mass to the solubility limit, preferably 5% by mass to 35% by mass, more preferably 10% by mass to 25% by mass. It is. Ammonium carbonate is considered to mean (NH 4 ) 2 CO 3 , NH 4 HCO 3 and mixtures thereof.

炭酸アンモニウム又は炭酸アンモニウムとの混合物に代え、イオン交換用に、反応条件下の水溶液中で、炭酸アンモニウムを生成する化合物も使用することができる。その例は、尿素とカルバミン酸アンモニウムである。   Instead of ammonium carbonate or a mixture with ammonium carbonate, a compound that forms ammonium carbonate in an aqueous solution under reaction conditions can also be used for ion exchange. Examples are urea and ammonium carbamate.

二酸化炭素とアンモニアを、例えばモル比1:2で水に溶解させることも可能であり、それらを懸濁したゼオライトと反応させることもできる。   Carbon dioxide and ammonia can be dissolved in water, for example in a molar ratio of 1: 2, and they can be reacted with the suspended zeolite.

例えば、尿素及び/又はカルバミン酸アンモニウムと水との反応を、イオン交換前の、別の反応工程で起こすことが可能である。しかし、尿素及び/又はカルバミン酸アンモニウムの反応とイオン交換とを同じ処理工程で行うことも可能である。   For example, the reaction of urea and / or ammonium carbamate with water can occur in a separate reaction step prior to ion exchange. However, it is also possible to carry out the reaction of urea and / or ammonium carbamate and the ion exchange in the same processing step.

イオン交換は、温度が0℃以上200℃以下、好ましくは20℃以上100℃以下、より好ましくは50℃以上80℃以下、全圧が1 ×10Pa以上3×10Pa以下(1〜300bar)、好ましくは1×10Pa以上5×10Pa以下(1〜50bar)、より好ましくは1×10Pa以上1×10Pa以下(1〜10 bar)の条件で行われる。 In the ion exchange, the temperature is 0 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, preferably 20 ° C. or higher and 100 ° C. or lower, more preferably 50 ° C. or higher and 80 ° C. or lower, and the total pressure is 1 × 10 5 Pa or higher and 3 × 10 7 Pa or lower. 300 bar), preferably 1 × 10 5 Pa to 5 × 10 6 Pa (1 to 50 bar), more preferably 1 × 10 5 Pa to 1 × 10 6 Pa (1 to 10 bar).

イオン交換は、バッチ法又は連続して行うことができる。   The ion exchange can be performed batchwise or continuously.

ゼオライトを撹拌された炭酸アンモニウム水溶液中に懸濁させることができる。しかし、ゼオライトを、固定床式(fixed bed form)、例えば筒状反応器内に配置し、炭酸アンモニウム水溶液を液相又は液滴モード(trickle mode)でゼオライト上に吸い上げ、炭酸アンモニウム溶液を循環又は直線パス内で流すこともできる。   The zeolite can be suspended in a stirred aqueous ammonium carbonate solution. However, the zeolite is placed in a fixed bed form, for example in a cylindrical reactor, and the aqueous ammonium carbonate solution is sucked onto the zeolite in the liquid phase or trickle mode and the ammonium carbonate solution is circulated or It can also flow in a straight path.

更なる好ましい実施形態では、ゼオライトと炭酸アンモニウム溶液は、管内を通り、特に好ましくはその溶液をゼオライトに対し向流で流すことである。   In a further preferred embodiment, the zeolite and ammonium carbonate solution is passed through the tube, particularly preferably the solution is made to flow countercurrent to the zeolite.

好ましい実施形態では、イオン交換は1以上のベルトフィルターで行われる。下流側フィルターからの母液は、それより前のフィルターに向かって向流で再循環(recycle)される。   In a preferred embodiment, ion exchange is performed with one or more belt filters. The mother liquor from the downstream filter is recycled in countercurrent toward the previous filter.

特に好ましい実施形態では、イオン交換は1以上の撹拌槽又は1以上の流管と、1以上のベルトフィルターとの組合せで、連続して向流で行われる。   In a particularly preferred embodiment, the ion exchange is carried out continuously in countercurrent with a combination of one or more stirred tanks or one or more flow tubes and one or more belt filters.

イオン交換に必要とされる反応時間は、0.1秒以上10時間以内、好ましくは1秒以上2時間以内、より好ましくは1秒以上1時間以内である。   The reaction time required for ion exchange is 0.1 second to 10 hours, preferably 1 second to 2 hours, and more preferably 1 second to 1 hour.

<ゼオライト除去及び焼成>
炭酸アンモニウム水溶液に懸濁させたゼオライトは、例えば、ろ過又は遠心分離により除去可能である。
<Zeolite removal and calcination>
The zeolite suspended in the aqueous ammonium carbonate solution can be removed, for example, by filtration or centrifugation.

ゼオライトに吸着した塩を除去するためには、1回以上、好ましくは1〜3回水で洗浄する。水の量はゼオライト1g当たり1〜1000gである。   In order to remove the salt adsorbed on the zeolite, it is washed with water once or more, preferably 1 to 3 times. The amount of water is 1-1000 g / g zeolite.

洗浄水を、ゼオライトから除去した塩溶液と合わせることができる。焼成ゼオライトを、任意で第2のイオン交換段階a)に進めることができる。   Wash water can be combined with the salt solution removed from the zeolite. The calcined zeolite can optionally be advanced to a second ion exchange stage a).

イオン交換、ゼオライト除去及び焼成のサイクル順序(cycle sequence)を、ゼオライトのナトリウム含量が所望の値に落ちるまで任意に繰り返す。通常、1〜3回、特に1〜2回のサイクルがこの目的に必要である。   The cycle sequence of ion exchange, zeolite removal and calcination is optionally repeated until the sodium content of the zeolite drops to the desired value. Usually 1 to 3 cycles, especially 1 to 2 cycles are required for this purpose.

<過剰な炭酸アンモニウム水溶液(母液)からのアンモニアと二酸化炭素の熱放出>
イオン交換後にゼオライトから除去された過剰な炭酸アンモニウム溶液は、更に炭酸ナトリウムを含有する。ゼオライトを水で洗浄した場合、この溶液を洗浄水と合わせることもできる。
<Heat release of ammonia and carbon dioxide from excess ammonium carbonate aqueous solution (mother liquor)>
The excess ammonium carbonate solution removed from the zeolite after ion exchange further contains sodium carbonate. If the zeolite is washed with water, this solution can also be combined with the wash water.

炭酸アンモニウム溶液と炭酸ナトリウム溶液と水との混合物は、50℃を超える温度、好ましくは60℃を超える温度まで加熱される。原則、温度に上限はないが、100℃を超える温度は昇圧を必要とする。加熱は、バッチ式又は連続して行うことができる。液体の一部が蒸発することで、二酸化炭素と、おそらくアンモニアが放出される。   The mixture of ammonium carbonate solution, sodium carbonate solution and water is heated to a temperature above 50 ° C, preferably above 60 ° C. In principle, there is no upper limit to the temperature, but a temperature exceeding 100 ° C. requires boosting. Heating can be performed batchwise or continuously. As part of the liquid evaporates, carbon dioxide and possibly ammonia are released.

特に好ましい変形例では、混合物は連続して蒸留カラムに供給される。カラム底の液体は、加熱され、熱又は水蒸気の導入により部分的に蒸発する。炭酸アンモニウムは、カラムのプレートに沿って分解し、形成されたアンモニアと二酸化炭素が、上昇する蒸気により液体から抽出される(逆抽出、stripped out)。その底では、炭酸アンモニウムが取り除かれた溶液が得られる。より好ましくは、底にある炭酸アンモニウムは、微量かゼロである。   In a particularly preferred variant, the mixture is fed continuously to the distillation column. The liquid at the bottom of the column is heated and partially evaporated by the introduction of heat or water vapor. Ammonium carbonate decomposes along the column plate and the ammonia and carbon dioxide formed are extracted from the liquid by the rising vapor (back-extracted, stripped out). At the bottom, a solution is obtained from which the ammonium carbonate has been removed. More preferably, the bottom ammonium carbonate is trace or zero.

望ましくは、熱放出は塩基の追加で行われる。好ましい塩基は、アルカリ金属水酸化物及び/又はアルカリ土類金属水酸化物である。これらは、固体状又は溶液として、好ましくは水溶液として添加することができる。   Desirably, heat release occurs with the addition of a base. Preferred bases are alkali metal hydroxides and / or alkaline earth metal hydroxides. These can be added in solid form or as a solution, preferably as an aqueous solution.

塩基を水溶液として添加する場合、0.1質量%以上50質量%以下の濃度が好ましく、特に好ましくは、10質量%以上50質量%以下の濃度である。特に好ましくは、濃度0.1質量%以上50質量%以下の水酸化ナトリウムの水溶液(水酸化ナトリウム溶液)である。特段に好ましい実施形態では、濃度10質量%以上50質量%以下の水酸化ナトリウム水溶液(水酸化ナトリウム溶液)が使用される。   When the base is added as an aqueous solution, a concentration of 0.1% by mass to 50% by mass is preferable, and a concentration of 10% by mass to 50% by mass is particularly preferable. Particularly preferred is an aqueous solution of sodium hydroxide (sodium hydroxide solution) having a concentration of 0.1% by mass or more and 50% by mass or less. In a particularly preferred embodiment, an aqueous sodium hydroxide solution (sodium hydroxide solution) having a concentration of 10% by mass to 50% by mass is used.

<アンモニアと二酸化炭素の再利用>
熱処理から低沸点物質として得られる二酸化炭素及びアンモニアを、回収のため、冷却により再結合させることができる。それらは、好ましくは水溶液中で再結合される。特に好ましくは、ガス状の二酸化炭素及びアンモニアの吸収のために使用される液流を、濃縮(凝縮)、冷却して回収することである。
<Reuse of ammonia and carbon dioxide>
Carbon dioxide and ammonia obtained as low-boiling substances from the heat treatment can be recombined by cooling for recovery. They are preferably recombined in an aqueous solution. Particular preference is given to concentrating (condensing) and recovering the liquid stream used for the absorption of gaseous carbon dioxide and ammonia by cooling.

炭酸アンモニウム水溶液はイオン交換用に再使用可能である。   The aqueous ammonium carbonate solution can be reused for ion exchange.

しかし、アンモニアと二酸化炭素を、直接、イオン交換に使用される炭酸アンモニウム水溶液に導入することも可能である。   However, it is also possible to introduce ammonia and carbon dioxide directly into an aqueous ammonium carbonate solution used for ion exchange.

<炭酸ナトリウム溶液の排出>
熱処理で得られた底部生成物は、処理工程(プロセス)で排出された炭酸ナトリウム水溶液である。
<Discharge of sodium carbonate solution>
The bottom product obtained by the heat treatment is an aqueous sodium carbonate solution discharged in the treatment step (process).

炭酸ナトリウム(ソーダ)は、大規模化学産業における最も重要な製品の一つであり、NaOHに代えて任意に使用される。年間世界生産は50メガトンの規模である( ホールマン‐ウイベルク著、無機化学に関する教科書、第102版(2007年) ウォルター・デ・グレイター出版、第1291頁)。   Sodium carbonate (soda) is one of the most important products in the large-scale chemical industry and is optionally used in place of NaOH. Annual global production is 50 megatons (Holeman-Wieberg, Textbook on Inorganic Chemistry, 102nd edition (2007) Walter de Greater, 1291).

従って、炭酸ナトリウム水溶液の利用の選択肢は、硝酸アンモニウム/硝酸ナトリウム、硫酸アンモニウム/硫酸ナトリウム、又は、塩化アンモニウム/塩化ナトリウム水溶液と比べて、非常に好ましい。   Thus, the choice of using an aqueous sodium carbonate solution is highly preferred compared to an ammonium nitrate / sodium nitrate, ammonium sulfate / sodium sulfate, or ammonium chloride / sodium chloride aqueous solution.

図1は、本発明に係る方法の好ましい実施形態を示している。ナトリウム型ゼオライトを、イオン交換段階で炭酸アンモニウム水溶液を用いて処理する。その後、処理されたゼオライトと母液を、例えば、ろ過のような好ましい方法で分離し、任意の方法で乾燥させる。このように前処理したゼオライトを炉内で焼成し、アンモニアを放出させる。これらの段階は、2回以上連続して行うこともできる。除去段階からの母液は、抽出部(stripping section)を有するカラムに供給され、その底部でエバポレーター又は蒸気の直接添加により加熱される。温度上昇が、アンモニア及び二酸化炭素を、水を巻き込んで蒸気の形で排出させる。蒸気様の混合物は、直接又は間接的な凝縮器で凝縮され、アンモニア及び二酸化炭素が水と結合して水性炭酸アンモニウムを生成する。このように得られた炭酸アンモニウム溶液は、イオン交換段階に再利用される。カラムの底部を介して、炭酸ナトリウム水溶液が排出される。焼成炉からのアンモニアを、補充アンモニア及び二酸化炭素と共に、凝縮器のカラム上流に任意に導くこともできる。   FIG. 1 shows a preferred embodiment of the method according to the invention. Sodium-type zeolite is treated with aqueous ammonium carbonate in the ion exchange stage. Thereafter, the treated zeolite and mother liquor are separated by a preferred method such as filtration and dried by any method. The zeolite pretreated in this way is calcined in a furnace to release ammonia. These steps can be performed twice or more continuously. The mother liquor from the removal stage is fed to a column with a stripping section and heated at the bottom by direct addition of an evaporator or steam. The increase in temperature causes ammonia and carbon dioxide to be exhausted in the form of steam, involving water. The vapor-like mixture is condensed in a direct or indirect condenser and ammonia and carbon dioxide combine with water to produce aqueous ammonium carbonate. The ammonium carbonate solution thus obtained is reused in the ion exchange stage. The aqueous sodium carbonate solution is discharged through the bottom of the column. Ammonia from the calcination furnace can optionally be routed along with supplemental ammonia and carbon dioxide upstream of the condenser column.

本発明は、下記の実施例及び比較例により詳細に説明されるが、これにより何ら限定されるものではない。   The present invention will be described in detail by the following examples and comparative examples, but is not limited thereto.

下記実施例は、炭酸アンモニウムを使用したゼオライトYにおける本発明のナトリウム交換を説明するものである。使用したゼオライトYは、ナトリウム含量7.3質量%を有し、Zeolyst社からCBV100の製品名で購入したものである。実施例9と比較例12については、ナトリウム含量3.1質量%を有するUSY(X6503、Engelhardt)を使用した。使用した炭酸アンモニウム又は硝酸アンモニウムの化学分析(ゼオライト処理前)は、ナトリウム含量0.01質量%未満を示した。以下、特定した全ナトリウム含量は、化学分析によりアナログ的に決定した。実験を行う前に、各ケースで使用するゼオライトを500℃、5時間焼成した。処理完了後の選択サンプルのXRD分析は、ゼオライト構造がイオン交換後も損なわれていないことを示した。   The following examples illustrate the sodium exchange of the present invention in zeolite Y using ammonium carbonate. The used zeolite Y has a sodium content of 7.3% by mass and is purchased from Zeolist under the product name CBV100. For Example 9 and Comparative Example 12, USY (X6503, Engelhardt) having a sodium content of 3.1% by mass was used. Chemical analysis of the ammonium carbonate or nitrate used (before zeolite treatment) showed a sodium content of less than 0.01% by weight. Hereinafter, the specified total sodium content was determined in an analog manner by chemical analysis. Prior to the experiment, the zeolite used in each case was calcined at 500 ° C. for 5 hours. XRD analysis of selected samples after completion of treatment showed that the zeolite structure was not impaired after ion exchange.

ナトリウム含量はフレーム原子吸光分析により測定し、アンモニウム含量はケイダール法(Kjeldahl)に従った。無機炭素は、サンプルを酸素流で燃焼後、熱伝導率測定法により二酸化炭素として測定した。   The sodium content was determined by flame atomic absorption spectrometry, and the ammonium content was according to the Kjeldahl method. Inorganic carbon was measured as carbon dioxide by a thermal conductivity measurement method after burning the sample with an oxygen stream.

<イオン交換>
(実施例1)
炭酸アンモニウム100gを1000gの水に溶解し、80℃まで加熱した。ゼオライト100gをその溶液に懸濁させ、撹拌しながら2時間加熱した。その後、懸濁液をろ過した。ろ過液のナトリウム含量は0.4質量%に増加した。ろ過したゼオライトを、100gの炭酸アンモニウム及び1000gの水を含み、80℃迄加熱した炭酸アンモニウム溶液内で、2時間再処理した。続いで、ろ過と1800gの水を用いたゼオライト洗浄を行った。その後のろ過液は、ナトリウム含量が0.1質量%であった。ろ過ケーキを120℃で4時間乾燥させ、次いで500℃ で5時間焼成した。焼成後のゼオライトのナトリウム含量は、2.7質量%であった。
<Ion exchange>
Example 1
100 g of ammonium carbonate was dissolved in 1000 g of water and heated to 80 ° C. 100 g of zeolite was suspended in the solution and heated with stirring for 2 hours. Thereafter, the suspension was filtered. The sodium content of the filtrate increased to 0.4% by weight. The filtered zeolite was reprocessed for 2 hours in an ammonium carbonate solution containing 100 g ammonium carbonate and 1000 g water and heated to 80 ° C. Subsequently, filtration and zeolite washing using 1800 g of water were performed. The subsequent filtrate had a sodium content of 0.1% by mass. The filter cake was dried at 120 ° C. for 4 hours and then calcined at 500 ° C. for 5 hours. The sodium content of the zeolite after calcination was 2.7% by mass.

(実施例2)
手順は実施例1と同様としたが、炭酸アンモニウム溶液を用いたゼオライト処理を、両方の回とも、2時間から14時間に延長した。その後のゼオライトのナトリウム含量は、2.5質量%であった。
(Example 2)
The procedure was the same as in Example 1, but the zeolite treatment with ammonium carbonate solution was extended from 2 hours to 14 hours in both rounds. The sodium content of the subsequent zeolite was 2.5% by mass.

(実施例3)
手順は実施例1と同様としたが、炭酸アンモニウム溶液を用いたゼオライト処理を、両方の回とも、80℃ではなく60℃にした。その後のゼオライトのナトリウム含量は、2.5質量%であった。
Example 3
The procedure was the same as in Example 1, but the zeolite treatment with ammonium carbonate solution was brought to 60 ° C instead of 80 ° C in both rounds. The sodium content of the subsequent zeolite was 2.5% by mass.

(比較例4)
ゼオライト処理を硝酸アンモニウム溶液で行った以外は、その手順は実施例1〜3と同じにした。
(Comparative Example 4)
The procedure was the same as in Examples 1 to 3 except that the zeolite treatment was performed with an ammonium nitrate solution.

ゼオライト処理後の硝酸アンモニウム溶液のナトリウム含量は、全ての場合において、炭酸アンモニウム溶液のナトリウム含量に匹敵した。硝酸アンモニウムを用いて処理した後のゼオライトのナトリウム含量は、2.3〜2.6質量%であった。   The sodium content of the ammonium nitrate solution after the zeolite treatment was in all cases comparable to the sodium content of the ammonium carbonate solution. The sodium content of the zeolite after treatment with ammonium nitrate was 2.3 to 2.6% by mass.

(実施例5)
炭酸アンモニウム50gを水500gに溶解し、60℃迄加熱した。ゼオライト50gをその溶液に懸濁させ、2時間加熱した。その後、懸濁液をろ過した。ろ過液のナトリウム含量は0.5〜0.6質量%に増加した。ろ過したゼオライトを、炭酸アンモニウム50gと水500gを含み、60℃迄加熱した炭酸アンモニウム溶液中で、2時間再処理した。これに続き、ろ過と、水1500gを用いたゼオライトの洗浄を行った。その後のろ過液は、ナトリウム含量が0.1質量%であった。ろ過ケーキを120℃で4時間乾燥させ、次いで、500℃で5時間焼成した。焼成後のゼオライトのナトリウム含量は2.3〜2.6質量%であった。
(Example 5)
50 g of ammonium carbonate was dissolved in 500 g of water and heated to 60 ° C. 50 g of zeolite was suspended in the solution and heated for 2 hours. Thereafter, the suspension was filtered. The sodium content of the filtrate increased from 0.5 to 0.6% by weight. The filtered zeolite was retreated in an ammonium carbonate solution containing 50 g ammonium carbonate and 500 g water and heated to 60 ° C. for 2 hours. This was followed by filtration and washing of the zeolite with 1500 g of water. The subsequent filtrate had a sodium content of 0.1% by mass. The filter cake was dried at 120 ° C. for 4 hours and then calcined at 500 ° C. for 5 hours. The sodium content of the zeolite after calcination was 2.3 to 2.6% by mass.

(実施例6)
ゼオライト処理にシュウ酸アンモニウムを用いた以外は、実施例5と同じ手順とした。焼成後のゼオライトのナトリウム含量は2.6質量%であった。
(Example 6)
The procedure was the same as in Example 5 except that ammonium oxalate was used for the zeolite treatment. The sodium content of the zeolite after calcination was 2.6% by mass.

(比較例7)
ゼオライト処理に硝酸アンモニウムを用いた以外は、実施例5と同じ手順とした。ろ過液のナトリウム含量は、それぞれ0.5質量%と0.1質量%であった。焼成後のゼオライトのナトリウム含量は2.3質量%であった。
(Comparative Example 7)
The procedure was the same as Example 5 except that ammonium nitrate was used for the zeolite treatment. The sodium content of the filtrate was 0.5% by mass and 0.1% by mass, respectively. The sodium content of the zeolite after calcination was 2.3% by mass.

(実施例8)
炭酸アンモニウム50gを水500gに溶解し、60℃迄加熱した。ゼオライト50gをその溶液に懸濁させ、2時間加熱した。その後、懸濁液をろ過し、水1500gで洗浄した。ろ過液のナトリウム含量は、0.4質量%に増加していた。ろ過ケーキを120℃で4時間乾燥させ、次いで500℃で5時間焼成した。焼成粉末を、炭酸アンモニウム50gと水500gを含み、60℃迄加熱された炭酸アンモニウム溶液内で2時間再処理した。これに続き、ろ過と水1500gを用いたゼオライトの洗浄を行った。その後のろ過液は、ナトリウム含量が0.1質量%であった。ろ過ケーキを120℃で4時間乾燥させ、次いで500℃で5時間焼成した。処理終了時のゼオライトのナトリウム含量は、1.9質量%であった。
(Example 8)
50 g of ammonium carbonate was dissolved in 500 g of water and heated to 60 ° C. 50 g of zeolite was suspended in the solution and heated for 2 hours. Thereafter, the suspension was filtered and washed with 1500 g of water. The sodium content of the filtrate was increased to 0.4% by mass. The filter cake was dried at 120 ° C. for 4 hours and then calcined at 500 ° C. for 5 hours. The calcined powder was reprocessed for 2 hours in an ammonium carbonate solution containing 50 g of ammonium carbonate and 500 g of water and heated to 60 ° C. This was followed by filtration and washing of the zeolite with 1500 g of water. The subsequent filtrate had a sodium content of 0.1% by mass. The filter cake was dried at 120 ° C. for 4 hours and then calcined at 500 ° C. for 5 hours. The sodium content of the zeolite at the end of the treatment was 1.9% by mass.

(実施例9)
実施例8と同様の手順であるが、USY(X6503, Engelhardt、ナトリウム含量3.1質量%)を用いた。焼成後のゼオライトのナトリウム含量は、1.0質量%であった。
Example 9
The procedure was the same as in Example 8, but USY (X6503, Engelhardt, sodium content 3.1 mass%) was used. The sodium content of the zeolite after calcination was 1.0% by mass.

(実施例10)
実施例8と同様の手順であるが、ゼオライト処理をシュウ酸アンモニウムで行った。ろ過液のナトリウム含量は、それぞれ0.4質量%と0.1質量%であった。焼成後のゼオライトのナトリウム含量は、2.0質量%であった。
(Example 10)
Procedure similar to Example 8, but the zeolite treatment was performed with ammonium oxalate. The sodium content of the filtrate was 0.4% by mass and 0.1% by mass, respectively. The sodium content of the zeolite after calcination was 2.0% by mass.

(比較例11)
実施例8と同様の手順であるが、ゼオライト処理を硝酸アンモニウムで行った。ろ過液のナトリウム含量は、それぞれ0.4質量%と0.1質量%であった。処理終了時のゼオライトのナトリウム含量は、1.4質量%であった。
(Comparative Example 11)
The procedure was similar to Example 8, but the zeolite treatment was performed with ammonium nitrate. The sodium content of the filtrate was 0.4% by mass and 0.1% by mass, respectively. The sodium content of the zeolite at the end of the treatment was 1.4% by mass.

(比較例12)
比較例11と同様の手順であるが、USY(X6503, Engelhardt、ナトリウム含量3.1質量%)を用いた。焼成後のゼオライトのナトリウム含量は、0.8質量%であった。
(Comparative Example 12)
USY (X6503, Engelhardt, sodium content 3.1 mass%) was used in the same procedure as Comparative Example 11. The sodium content of the zeolite after calcination was 0.8% by mass.

(実施例13)
ゼオライト15gをアンモニア溶液(7%)165g中に懸濁させた。その後、二酸化炭素5×10Pa(5bar)を注入し、混合物を60℃で2時間撹拌した。次いで、ろ過後、1000mlの水で洗浄した。ろ過液のナトリウム含量は0.3質量%に増加した。ろ過ケーキは120℃で4時間乾燥させ、次いで、500℃で5時間焼成した。焼成後のゼオライトのナトリウム含量は3.4〜3.6質量%であった。焼成粉末を、再びアンモニア溶液(7%)165gに懸濁させ、二酸化炭素5×10Pa(5bar)と共に、60℃で2時間撹拌した。これに続き、ろ過、乾燥及び焼成を上記のように行った。第2ろ過液のナトリウム含量は0.1質量%であり、処理終了時のゼオライトのナトリウム含量は2.3質量%であった。
(Example 13)
15 g of zeolite was suspended in 165 g of ammonia solution (7%). Carbon dioxide 5 × 10 5 Pa (5 bar) was then injected and the mixture was stirred at 60 ° C. for 2 hours. Subsequently, after filtration, it was washed with 1000 ml of water. The sodium content of the filtrate increased to 0.3% by weight. The filter cake was dried at 120 ° C. for 4 hours and then calcined at 500 ° C. for 5 hours. The sodium content of the zeolite after calcination was 3.4 to 3.6% by mass. The calcined powder was suspended again in 165 g of an ammonia solution (7%) and stirred at 60 ° C. for 2 hours with 5 × 10 5 Pa (5 bar) of carbon dioxide. This was followed by filtration, drying and firing as described above. The sodium content of the second filtrate was 0.1% by mass, and the sodium content of the zeolite at the end of the treatment was 2.3% by mass.

(実施例14)
7%アンモニア溶液と2×10Pa(2bar)二酸化炭素を用いた以外は、実施例13と同じ手順とした。第1ろ過液のナトリウム含量は、0.2〜0.3質量%であった。第1焼成後のゼオライトのナトリウム含量は、3.4〜3.8質量%であった。第2ろ過液のナトリウム含量は、0.1質量%であった。処理終了時のゼオライトのナトリウム含量は、2.6質量%であった。
(Example 14)
The procedure was the same as Example 13 except that a 7% ammonia solution and 2 × 10 5 Pa (2 bar) carbon dioxide were used. The sodium content of the first filtrate was 0.2 to 0.3% by mass. The sodium content of the zeolite after the first calcination was 3.4 to 3.8% by mass. The sodium content of the second filtrate was 0.1% by mass. The sodium content of the zeolite at the end of the treatment was 2.6% by mass.

(実施例15)
3%アンモニア溶液と5×10Pa(5bar)二酸化炭素を用いた以外は、実施例13と同じ手順とした。第1ろ過液のナトリウム含量は、0.3質量%であった。第1焼成後のゼオライトのナトリウム含量は、3.6質量%であった。第2ろ過液のナトリウム含量は、 0.1質量%であった。処理終了時のゼオライトのナトリウム含量は、2.5質量%であった。
(Example 15)
The procedure was the same as Example 13 except that 3% ammonia solution and 5 × 10 5 Pa (5 bar) carbon dioxide were used. The sodium content of the first filtrate was 0.3% by mass. The sodium content of the zeolite after the first calcination was 3.6% by mass. The sodium content of the second filtrate was 0.1% by mass. The sodium content of the zeolite at the end of the treatment was 2.5% by mass.

(実施例16)
3%アンモニア溶液と2×10Pa(2bar)二酸化炭素を用いた以外は、実施例13と同じ手順とした。第1ろ過液のナトリウム含量は、0.2質量%であった。第1焼成後のゼオライトのナトリウム含量は、4.0質量%であった。第2ろ過液のナトリウム含量は、0.1質量%であった。処理終了時のゼオライトのナトリウム含量は、2.1質量%であった。
(Example 16)
The procedure was the same as Example 13 except that 3% ammonia solution and 2 × 10 5 Pa (2 bar) carbon dioxide were used. The sodium content of the first filtrate was 0.2% by mass. The sodium content of the zeolite after the first calcination was 4.0% by mass. The sodium content of the second filtrate was 0.1% by mass. The sodium content of the zeolite at the end of the treatment was 2.1% by mass.

(実施例17)
3%アンモニア溶液と1×10Pa(1bar)二酸化炭素でゼオライト処理を行った以外は、実施例13と同じ方法とした。2種のろ過液のナトリウム含量は、それぞれ0.2質量%と0.1質量%であった。処理終了時のゼオライトのナトリウム含量は、3.4質量%であった。
(Example 17)
The same method as in Example 13 was performed, except that the zeolite treatment was performed with a 3% ammonia solution and 1 × 10 5 Pa (1 bar) carbon dioxide. The sodium contents of the two kinds of filtrates were 0.2% by mass and 0.1% by mass, respectively. The sodium content of the zeolite at the end of the treatment was 3.4% by mass.

(実施例18)
1%アンモニア溶液と1×10Pa(1bar)二酸化炭素でゼオライト処理を行った以外は、実施例13と同じ手順とした。2種のろ過液のナトリウム含量は、それぞれ0.2質量%と0.1質量%であった。処理終了時のゼオライトのナトリウム含量は、3.2質量%であった。
(Example 18)
The procedure was the same as Example 13 except that the zeolite treatment was performed with 1% ammonia solution and 1 × 10 5 Pa (1 bar) carbon dioxide. The sodium contents of the two kinds of filtrates were 0.2% by mass and 0.1% by mass, respectively. The sodium content of the zeolite at the end of the treatment was 3.2% by mass.

<過剰な炭酸アンモニウム水溶液(母液)からの二酸化炭素とアンモニアの熱放出>
(実施例19)
炭酸アンモニウム50gを水500gに先ず添加し、60℃まで加熱した。50gのUSY (X6503,Engelhardt、ナトリウム含量3.1質量%)を、その溶液に懸濁させ、撹拌しながら2時間加熱した。その後、懸濁液をろ過した。ろ過液のナトリウム含量は、0.3質量%に増加した。その混合物を数時間撹拌しながら100℃で加熱した。サンプルを1、3及び24時間後に採取し、アンモニウムイオンと無機炭素の量を測定した(表を参照)。2つの値における減少が、使用した炭酸アンモニウムのアンモニアと二酸化炭素への熱分解を示している。
<Heat release of carbon dioxide and ammonia from excess ammonium carbonate aqueous solution (mother liquor)>
(Example 19)
First, 50 g of ammonium carbonate was added to 500 g of water and heated to 60 ° C. 50 g of USY (X6503, Engelhardt, sodium content 3.1 wt%) was suspended in the solution and heated with stirring for 2 hours. Thereafter, the suspension was filtered. The sodium content of the filtrate increased to 0.3% by weight. The mixture was heated at 100 ° C. with stirring for several hours. Samples were taken after 1, 3 and 24 hours and the amounts of ammonium ions and inorganic carbon were measured (see table). A decrease in the two values indicates thermal decomposition of the ammonium carbonate used to ammonia and carbon dioxide.

Figure 2014533649
Figure 2014533649

Claims (14)

ナトリウム含有ゼオライト中のナトリウムイオンをアンモニウムイオンに交換する方法であって、
a)前記ナトリウム含有ゼオライトを、水及び炭酸アンモニウムを含む溶液で処理する工程と、
b)前記ゼオライトを、水性炭酸ナトリウム及び炭酸アンモニウムを含む前記溶液(母液)から分離する工程と、
c)アンモニアと二酸化炭素を放出させるために、前記母液を熱処理する工程と、
を含むイオン交換方法。
A method for exchanging sodium ions in sodium-containing zeolite with ammonium ions,
a) treating the sodium-containing zeolite with a solution containing water and ammonium carbonate;
b) separating the zeolite from the solution (mother liquor) containing aqueous sodium carbonate and ammonium carbonate;
c) heat treating the mother liquor to release ammonia and carbon dioxide;
An ion exchange method comprising:
前記工程c)における除去を逆抽出により行う請求項1に記載のイオン交換方法。   The ion exchange method according to claim 1, wherein the removal in the step c) is performed by back extraction. 除去された前記アンモニア及び二酸化炭素を再結合させ、炭酸アンモニウムを生成する請求項1又は2に記載のイオン交換方法。   The ion exchange method according to claim 1, wherein the removed ammonia and carbon dioxide are recombined to produce ammonium carbonate. 生成された前記炭酸アンモニウムを、工程a)で再利用する請求項3に記載のイオン交換方法。   The ion exchange method according to claim 3, wherein the produced ammonium carbonate is reused in step a). イオン交換の前に、処理済みの前記ゼオライトを焼成する請求項1〜4のいずれか1項に記載のイオン交換方法。   The ion exchange method according to any one of claims 1 to 4, wherein the treated zeolite is calcined before ion exchange. 生成されたアンモニアに二酸化炭素を付加して炭酸アンモニウムに変換し、工程a)で再利用する請求項5に記載のイオン交換方法。   6. The ion exchange method according to claim 5, wherein carbon dioxide is added to the produced ammonia to convert it to ammonium carbonate, which is reused in step a). 工程c)で得られた炭酸ナトリウム水溶液を、そのプロセスから排出する請求項1〜6のいずれか1項に記載のイオン交換方法。   7. The ion exchange method according to claim 1, wherein the aqueous sodium carbonate solution obtained in step c) is discharged from the process. 処理工程b)で分離した前記ゼオライトを水で洗浄する請求項1〜7のいずれか1項に記載のイオン交換方法。   The ion exchange method according to any one of claims 1 to 7, wherein the zeolite separated in the treatment step b) is washed with water. 得た洗浄水を前記ゼオライトから分離し、処理工程c)前の前記母液に添加する請求項8記載のイオン交換方法。   9. The ion exchange method according to claim 8, wherein the washing water obtained is separated from the zeolite and added to the mother liquor before the processing step c). 処理工程a)において、水及び炭酸アンモニウムを含有する前記溶液を、水と炭酸アンモニウムから作成し、更に、前記溶液に他の更なる化合物を用いることが可能な請求項1〜9のいずれか1項に記載のイオン交換方法。   10. The process according to claim 1, wherein, in process step a), the solution containing water and ammonium carbonate is made from water and ammonium carbonate, and further further compounds can be used in the solution. The ion exchange method according to item. 前記更なる化合物は、尿素及び/又はカルバミン酸アンモニウム及び/又は二酸化炭素とアンモニアの混合物である請求項10に記載のイオン交換方法。   11. The ion exchange method according to claim 10, wherein the further compound is urea and / or ammonium carbamate and / or a mixture of carbon dioxide and ammonia. 処理工程a)において、水及びアンモニアを含有する前記溶液を、水と、尿素及び/又はカルバミン酸アンモニウム及び/又は二酸化炭素とアンモニアの混合物で作成する請求項1〜11のいずれか1項に記載のイオン交換方法。   12. In process step a), the solution containing water and ammonia is made with water and urea and / or ammonium carbamate and / or a mixture of carbon dioxide and ammonia. Ion exchange method. 処理工程c)において、塩基を添加して熱放出を行う請求項1〜12のいずれか1項に記載のイオン交換方法。   The ion exchange method according to any one of claims 1 to 12, wherein in the treatment step c), a heat is released by adding a base. 前記塩基は水酸化ナトリウムの水溶液(水酸化ナトリウム溶液)である請求項13に記載のイオン交換方法。   The ion exchange method according to claim 13, wherein the base is an aqueous solution of sodium hydroxide (sodium hydroxide solution).
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