[发明专利]一种用于油气回收的疏水性硅胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在油蒸汽吸附回收装置中使用的气体吸附剂的制备方法，尤其涉及一种在油蒸汽吸附回收装置中使用的疏水性硅胶的制备方法。

背景技术

油品在集输、炼制、储运、销售过程中会释放出大量的油蒸气(VOC)，当空气中的油蒸汽被紫外线照射时，会和氧反应生成引起光化学烟雾的氧化剂(以臭氧、过氧化物为主的具有氧化性物质的总称)，对人员健康造成危害，同时，这类氧化剂还会进一步与氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)等反应，生成能造成酸雨的硝酸、硫酸，从而对大气造成污染。

除了对环境和人员健康的不利影响，油品中油蒸汽的流失还会造成油品数量的减少，带来严重的经济损失。例如，汽油从炼油厂生产出来到达最终用户手中，一般要经过四次装卸，据统计，如果不采取任何措施，汽油因挥发造成的损耗率将高达1.45％。

从环保角度和经济效益角度考虑，都需要对这些油蒸汽进行有效的回收，目前已开发了多种油蒸汽的回收的方法，其中，基于变压吸附(PSA)的回收技术，因为吸附效率高，运行和维护方便，成为应用最为广泛的一种。在吸附法回收工艺中，常用活性炭作为油蒸汽吸附剂，但是活性炭在吸附油气时容易放出大量吸附热，特别是当油蒸汽浓度较高或含有醛、酮类物质时，活性炭床层极易产生局部过热的现象，加上活性炭易燃且导热效率低，会带来火灾隐患。

硅胶也是一种常用的吸附剂，与活性炭相比，具有比表面积大，孔结构可控，以及导热性好、不燃烧等优点。由于普通硅胶表面存在亲水性的羟基基团(-OH)，导致水蒸气与油蒸汽在硅胶表面竞争吸附，减小对油蒸汽的吸附量和降低硅胶的机械强度，因此首先要确保硅胶的疏水性，即要使改性剂与硅胶表面亲水性的羟基充分反应而变成疏水基团。

其次还要考虑影响吸附剂吸附性能的结构参数，吸附剂的吸附性能主要取决于比表面积大小和孔径分布，物理吸附量基本上与材料的比表面积成正比，而合理的孔径分布将有利于吸附剂在多次循环使用后维持较高的吸附率。

理论研究认为，当吸附材料的孔径比被吸附分子直径大3～4倍时，孔壁场的作用力(色散力)相互叠加，增加表面和分子间的相互作用能，会对气体分子有较强的吸附力。已知油分子直径在0.7～0.8nm范围内，因此，当吸附材料的孔径绝大多数处于2nm～6nm范围时，将具备较优的油蒸汽吸附性能和较高的脱附率。如果孔径过大，吸附分子与孔壁作用力弱，容易脱附，但是吸附剂比表面积较小，吸附量可能很小；如果孔径过小，孔壁表面与油蒸汽相互作用力强，油蒸汽容易驻留而导致脱附困难。

现有技术存在一种疏水改性硅胶的制备方法，其将普通吸水硅胶先用强酸酸洗活化，然后在酸催化下与多种有机化合物反应，再经过陈化、水洗、脱水、干燥等步骤得到疏水改性硅胶，在这种制备方法中，原料硅胶在酸洗活化时容易吸水，吸水后的膨胀力使硅胶的刚性结构遭到破坏而产生破碎，变成粉末状，在变压吸附工艺中应用时容易发生真空泵体堵塞等问题；

还存在一种疏水性硅胶的制备方法，其在溶胶-凝胶法制备硅胶的过程中进行疏水改性，首先将酸与硅酸钠混合，制成二氧化硅水溶胶，在二氧化硅水溶胶中加入一种或几种有机物，然后经过搅拌、陈化、水洗、脱水后得到形状不规则甚至是粉末状的成品。这种方法需要先生成二氧化硅水溶胶，样品如用于变压吸附还需要造粒成型步骤。

还存在一种用作硅橡胶增强填料的疏水性硅胶的制备方法，其在有机硅酸盐改性硅水溶胶中在pH低于1和强无机酸存在下热处理形成改性硅水凝胶，然后将该水凝胶体系与有机硅化合物在强酸存在下与有机硅化合物接触，对改性硅水凝胶进行疏水处理，从而得到疏水改性硅胶。这种方法的处理过程非常复杂，操作更多，而且得到的样品粒径小，为粉末状，也不适用于油气变压吸附工艺。

还存在这样一种疏水性硅胶的制备方法，将二氧化硅粉末或成型硅胶以1-20℃/分的速度升温到550-700℃的规定温度，并在规定温度保持规定的时间，在二氧化硅或硅胶中加入或不加入有机化合物，该方法的加热处理过程复杂，费用较高，制得的疏水性硅胶的比表面积有明显减小。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在于需要提供一种新型的用于油气回收的疏水性硅胶的制备方法，该方法制备的疏水性硅胶为球形颗粒状，克服了前面各种方法制得的疏水性硅胶相对于原料硅胶比表面积显著减小，易形成粉末状的疏水性硅胶的缺陷，制备该疏水性硅胶的过程简单，该新型的疏水性硅胶具有对挥发性油蒸汽具有良好的吸附和脱附性能，产品强度高，遇水不破裂，且水汽对油蒸汽吸附影响不大等优点。