La invención describe un procedimiento para la preparación de un monolito a base de zeolita que comprende las etapas de mezclar en seco partículas de zeolita y un aglomerante temporal hasta su homogeneización;

adicionar dispersión de sílice y agua; amasar en húmedo y mezclado de alta cizalla hasta obtener una pasta homogénea; moldear por extrusión la pasta resultante de la etapa anterior; secar el molde obtenido de forma controlada; y oxidar a alta temperatura para obtener el monolito. La invención describe asimismo el empleo de dicho monolito como catalizador, como soporte de catalizador para la conversión química de los componentes gaseosos o como adsorbente para la separación físico-química de uno o varios componentes de una mezcla de gases

Procedimiento para la preparación de una estructura monolítica a base de zeolita.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento para la obtención de estructuras monolíticas de zeolita o tamices moleculares útiles en general como catalizadores y soportes para catalizadores. En particular el procedimiento comprende la preparación de una pasta homogénea que comprende zeolita, un aglomerante temporal, una suspensión de sílice y agua, y su extrusión para conformar dichas estructuras monolíticas por ejemplo las denominadas de tipo panel de abeja ("honeycomb"). Dichas estructuras presentan una elevada superficie específica, y una alta resistencia a la compresión y pueden ser empleadas en cualquier proceso químico como catalizadores o adsorbentes, y particularmente en depuración de gases contaminantes.

Antecedentes de la invención

Durante las últimas décadas, la relevancia de las zeolitas como catalizadores y adsorbentes en la industria química para la obtención de nuevos productos químicos, así como para la purificación de corrientes líquidas y gaseosas contaminantes, ha aumentado de forma importante, debido a su estructura porosa, propiedades ácidas, buena estabilidad térmica y capacidad de intercambio iónico.

El empleo de lechos fijos de catalizador/adsorbente en aplicaciones industriales está desaconsejado, debido a que producen pérdidas de carga insoportables en el sistema. Por esta razón, los lechos fijos de los catalizadores en forma de pastillas están siendo sustituidos por estructuras monolíticas compuestas por multitud de canales paralelos de paredes delgadas, en las que el flujo se produce a la largo de estos canales. A estas estructuras, por su apariencia, también se les denomina "panal de abeja" ("honeycomb").

Existen métodos para preparar un monolito de superficie zeolítica que consisten en sintetizar la zeolita "in situ" sobre la superficie de un monolito ya conformado. Otros métodos se basan en depositar una zeolita previamente sintetizada sobre la superficie de un monolito ya conformado mediante el procedimiento que se conoce como recubrimiento ("washcoat"). Estos métodos presentan ciertas dificultades para conseguir sintetizar la zeolita de modo uniforme a lo largo de todos los canales del monolito y para adherir suficientemente la zeolita a la superficie. En cualquiera de los casos, una pequeña pérdida de material supone la pérdida de eficiencia en el correspondiente proceso de aplicación y por tanto una importante desventaja.

Un método alternativo para introducir la fase activa en el monolito se basa en la extrusión directa de la zeolita. Este método presenta la ventaja de que la fase activa se distribuye uniformemente en todo el monolito y es posible soportar una pequeña pérdida de material zeolítico superficial sin afectar a la efectividad y durabilidad.

Los óxidos de elevada superficie específica tales como los óxidos de aluminio, titanio, zirconio, o silicio pueden ser preparados por extrusión en soportes catalíticos de alta resistencia tipo estructuras en forma de "panal de abeja". Las zeolitas por el contrario son significativamente más difíciles de conformar en este tipo de estructuras complejas. Por ello se han ido desarrollando diversas aproximaciones para solventar esta dificultad.

Recientemente en relación con la preparación de estructuras monolíticas se ha descrito en el estado de la técnica la incorporación a las mismas de aglomerantes permanentes tales como óxidos de silicio, aluminio, titanio etc., en su estado seco en la preparación. La incorporación de estos aglomerantes permanentes conduce a estructuras con mayores resistencias mecánicas, especialmente, si dichos aglomerantes permanentes se incorporan en forma de precursores de los mismos.

La patente EP 0 197 645 describe el uso de resinas de silicona como precursores de aglomerantes permanentes las cuales se disuelven en un solvente o mezcla de solventes de alcohol y agua, tales como alcohol metílico, alcohol etílico o alcohol isopropílico. Sin embargo el uso de dichos disolventes presenta desventajas debido a que se generan vapores de elevada toxicidad e inflamabilidad durante el proceso de preparación de las estructuras monolíti- cas.

La patente US 5,492,883 describe un procedimiento alternativo para proporcionar estructuras monolíticas a partir de zeolitas que comprende etapas convencionales de extrusión y sinterización, y que utiliza, como precursor del aglomerante permanente, una emulsión acuosa de resina de silicona. Sin embargo, el uso de las resinas de silicona, debido a su naturaleza polimérica dificulta el control de la viscosidad de la pasta de zeolita, cuyo valor es crítico en el proceso de extrusión del monolito de zeolita. Además las resinas de silicona tienen un elevado coste.

Por tanto, a la vista de lo expuesto continúa existiendo en el estado de la técnica la necesidad de proporcionar un procedimiento alternativo de obtención de estructuras monolíticas que superen al menos parte de las desventajas mencionadas.

En este sentido, los inventores han descubierto sorprendentemente que el empleo de una suspensión coloidal de sílice como aglomerante permanente y el control de determinados parámetros durante el procedimiento, permite obtener estructuras monolíticas de zeolita con excelentes propiedades. En este sentido, las estructuras monolíticas obtenidas pueden ser utilizadas en una elevada variedad de aplicaciones, en especial como catalizadores, soportes de catalizadores o absorbentes.

Descripción de la invención

La invención se refiere en un aspecto a un procedimiento para la preparación de una estructura monolítica de zeolita que comprende las siguientes etapas:

Una estructura monolítica o monolito consiste, en general, en una pieza útil como catalizador, soporte de catalizador o adsorbente. Puede tener por ejemplo estructura tubular en cuyo caso puede operar en el interior de un conducto por el que circula un flujo de gas, interponiéndose al mismo y sirviendo como catalizador o soporte de catalizador de una reacción química o como adsorbente para eliminar o reducir su contenido en determinados compues- tos.

En el procedimiento, en adelante procedimiento de la invención, la etapa (1) de mezclado en seco se puede llevar a cabo en una mezcladora convencional, a la que se añaden entre 85-98% en peso de zeolita y entre 2-15% en peso de aglomerante temporal, en forma de sólidos secos. Esta etapa se lleva a cabo a temperatura ambiente y a una velocidad de giro de las paletas de amasado típicamente comprendido entre 20 y 80 r.p.m. durante el tiempo necesario hasta alcanzar una distribución uniforme y homogénea del sólido.

En principio cualquier zeolita es útil para llevar a cabo la invención, como por ejemplo, y entre otras, ZSM-5, BETA, ZSM-8, ZSM-11, ZSM-12, mordenita, H-ferrierita, H-offretita, Hyper Y, zeolita USY, faujasita, zeolita X, zeolita A, zeolita L, mazzite, EMC-2, MAPO-36, AIPO4-5, AIPO4-8, VPI-5, y sus combinaciones, así como cualquier zeolita natural, incluyendo chabazita, clinoptilolita, heroinita, estilbita, filipsita, huelandita, lauman- tita.

La etapa de mezclado... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la preparación de un monolito a base de zeolita que comprende las siguientes etapas:

2. Procedimiento según la reivindicación 1 en el que la composición precursora para preparar un monolito a base de zeolita está constituida por una fase sólida y una fase de agua, donde la fase sólida presenta la siguiente composición química expresada en % en peso:

y la cantidad de agua está comprendida entre 35-95% en peso con respecto al peso de la fase sólida.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, en el que la aglomerante temporal es metilcelulosa.

4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la zeolita es tipo ZSM-5 o BETA y el tamaño de partículas es inferior a 80 μm.

5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que las partículas de sílice de la dispersión acuosa presentan un tamaño medio de partícula de 11,5 nm.

6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el mezclado de alta cizalla de la pasta se realiza manteniendo la velocidad de las paletas de amasado entre 1 y 5 r.p.m.

7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la etapa de extrusión de la pasta se realiza con una velocidad de extrusión de entre 20 y 80 r.p.m.

8. Monolito obtenible según el procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.

9. Empleo del monolito de la reivindicación 8, como catalizador, como soporte de catalizador para la conversión química de los componentes gaseosos o como adsorbente para la separación físico-química de uno o varios componentes de una mezcla de gases.

10. Empleo del monolito de la reivindicación 9, como catalizador, como soporte de catalizador o como adsorbente para el control de emisiones de gases contaminantes.

11. Empleo del monolito de la reivindicación 9, en el que el monolito reduce el contenido de gases orgánicos volátiles (COVs) de las emisiones contaminantes de gases industriales.