專利名稱：使用由沸石相和粘合劑組成的集成吸附劑的變壓吸附方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于分離氣流，特別是主要含有氧氣和氮?dú)獾臍饬骼缈諝獾腜SA型方法，特別是VSA型方法。
空氣中的氣體如特別是氧氣和氮?dú)庠诠I(yè)上是非常重要的。目前，用于生產(chǎn)這些氣體的非低溫技術(shù)之一是被稱之為PSA(變壓吸附)的技術(shù)，其不僅包括PSA方法本身，而且包括類似的方法，如VSA(變真空吸附)或MPSA(混合型變壓吸附)方法。
根據(jù)此PSA技術(shù)，當(dāng)要分離的氣體混合物是空氣而要回收的組份是氧氣時(shí)，所說(shuō)的氧氣是借助優(yōu)先吸附至少氮?dú)獾姆椒ㄊ褂弥辽賰?yōu)先吸附氮?dú)獠⒃诜蛛x區(qū)經(jīng)過(guò)一定的壓力循環(huán)的材料從所說(shuō)的氣體混合物中分離出。
在所說(shuō)的分離區(qū)出口處回收幾乎未被或完全未被吸附的氧氣；通常其純度大于90％，或甚至超過(guò)93％。
更一般地，非低溫分離氣體混合物的PSA方法周期性地包括下列步驟，其中該混合物包括被優(yōu)先吸附在吸附劑材料上的第一種化合物，和比第一種化合物被次優(yōu)先吸附在所述吸附劑材料上的第二種化合物，以便生產(chǎn)所說(shuō)的第二種化合物，-在被稱之為“高壓”的吸附壓下，在所說(shuō)的吸附劑材料上至少優(yōu)先吸附所說(shuō)的第一種化合物，同時(shí)回收按照這種方式產(chǎn)生的至少一些第二種化合物；-在低于吸附壓且被稱之為“低壓”的解吸壓力下解吸用這種方法由吸附劑俘獲的第一種化合物；-通過(guò)逐步從所說(shuō)的低壓改變到所說(shuō)的高壓，再壓縮含有吸附劑的分離區(qū)。
然而，已知?dú)怏w混合物如空氣的分離效率取決于許多參數(shù)，特別是高壓、低壓、使用的吸附劑類型和其對(duì)要分離的化合物的親合能、要分離的氣體混合物的組成、待分離的混合物的吸附溫度、吸附劑顆粒的大小、這些顆粒的組成和在吸附床里設(shè)置的溫度梯度。
目前，雖然還不能確定其一般行為規(guī)律，知道將這些參數(shù)與另一種參數(shù)聯(lián)系起來(lái)是非常困難的，但是人們也知道吸附劑的自然特性對(duì)整個(gè)過(guò)程的效率起著重要作用。
當(dāng)前，沸石是在PSA方法中最廣泛使用的吸附劑。
沸石顆粒通常含有單價(jià)、二價(jià)和/或三價(jià)金屬陽(yáng)離子，例如堿金屬陽(yáng)離子、堿土金屬陽(yáng)離子、過(guò)渡金屬陽(yáng)離子和/或鑭系離子，其在沸石顆粒的合成過(guò)程中摻入和/或接著通過(guò)離子交換技術(shù)插入，也就是說(shuō)，通常通過(guò)將未交換的沸石顆?；蛟惺c含有要摻入沸石結(jié)構(gòu)中的陽(yáng)離子的一種或多種金屬鹽溶液接觸，接著回收交換的沸石顆粒，也就是說(shuō)含有一定數(shù)量金屬陽(yáng)離子的沸石來(lái)加入上述金屬陽(yáng)離子。摻入沸石結(jié)構(gòu)中的金屬陽(yáng)離子相對(duì)于全部交換容量的比例，被稱之為交換因子，為0-100％。
此外，對(duì)于分離氣體特別是空氣來(lái)說(shuō)在PSA型方法中最廣泛使用的吸附劑是沸石，特別是高度交換至通常含有大于80％，甚至大于95％非常昂貴金屬陽(yáng)離子尤其是如鋰離子的X和LSX型沸石。尤其是在文獻(xiàn)EP-A-486384、EP-A-606848、EP-A-589391、EP-A-589406、EP-A-548755、US-A-268023、EP-A-109063和EP-A-760248中描述了這種沸石。
然而，所說(shuō)的方法的性能，尤其是吸附能力或吸附選擇性，和氣體的全部生產(chǎn)成本明顯地隨著在PSA方法中使用的吸附劑而變化。
因此本發(fā)明的目的是提供一種分離氣體的方法，特別是使用由沸石相和至少一種粘合劑組成的集成吸附劑分離空氣中氣體的PSA方法，可以比使用現(xiàn)有技術(shù)的吸附劑的方法產(chǎn)生更好的性能。
因此本發(fā)明涉及分離氣流的PSA方法，該氣流包括至少一種優(yōu)先吸附在至少一種吸附劑上的第一種氣體化合物，和至少一種比所說(shuō)的第一種氣體化合物次優(yōu)先吸附在至少所說(shuō)的吸附劑上的第二種氣體化合物，所說(shuō)的吸附劑是由主要含有沸石相和至少一種粘合劑的集料形成的，其特征在于所說(shuō)的吸附劑含有元素Si、Al、Li、Na、Mg、K和Ca，在所說(shuō)的吸附劑中所說(shuō)元素的全部比例是-Si/Al比為1-2.4，-Na/Li比為0.012-0.300，-Mg/Li比為0.012-0.400，
-Ca/Li比為0.012-0.200，-和K/Li比為0.001-0.060。
所給元素的比例或百分比(％)是以相對(duì)于出現(xiàn)在集成吸附劑中的元素Li、Na、Mg、K和Ca的總量表示的。
根據(jù)情況不同，本發(fā)明的集成吸附劑可以包括一種或多種下列特性-粘合劑包括由硅鎂土、膨潤(rùn)土、高嶺土或其混合物形成的粘土，或類似的粘土。
-Si/Al比為1.15-1.70。
-吸附劑含有八面沸石，優(yōu)選X或LSX(低硅X)型沸石。
-Na/Li比為0.015-0.250，Mg/Li比為0.037-0.327，Ca/Li比為0.024-0.145和/或K/Li比為0.001-0.036。
-Na/Li比為0.018-0.230，Mg/Li比為0.050-0.267，Ca/Li比為0.038-0.100和/或K/Li比為0.001-0.025。
-吸附劑含有50-85％的元素Li，1-25％的元素Na，1-20％的元素Mg，1-10％的元素Ca和0.1-3％的元素K。
-吸附劑含有55-82％的元素Li，2-20％的元素Na，3-18％的元素Mg，2-8％的元素Ca和0.1-2％的元素K。
-吸附劑含有60-81％的元素Li，2.5-15％的元素Na，4-16％的元素Mg，3-6％的元素Ca和0.1-1.5％的元素K。
-粘結(jié)劑質(zhì)量比例至多為吸附劑顆?？傎|(zhì)量的30％，優(yōu)選至多為25％。
-要分離的氣流包括氮?dú)夂椭辽僖环N極性較低的化合物，特別是氧氣和/或氫氣，且優(yōu)選地，該氣流是空氣，第一種氣體化合物是氮?dú)舛诙N氣體化合物是氧氣。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，空氣是在建筑物內(nèi)或加熱的或未加熱的室內(nèi)空氣，或外界空氣，也就是說(shuō)在大氣條件下未經(jīng)處理或視具體情況而定經(jīng)過(guò)預(yù)處理的空氣。
-第一種氣體化合物是氮?dú)舛诙N氣體化合物是氧氣；產(chǎn)生富氧氣流，也就是說(shuō)，氣流通常包含至少90％氧氣。
-它屬于VSA型(變真空吸附)。
-吸附高壓為105-107帕，優(yōu)選約105-106帕，和/或解吸低壓為104-106帕，優(yōu)選約104-105帕。
-進(jìn)料溫度為10-80℃，優(yōu)選25-60℃。
本發(fā)明也涉及一種可以在上述方法中使用的集成吸附劑，其特征在于所說(shuō)的集成吸附劑是以集合形式存在，主要包括沸石相和至少一種粘合劑，其特征在于吸附劑含有元素Si、A1、Li、Na、Mg、K和Ca，在所說(shuō)的吸附劑中所說(shuō)元素的全部比例是-Si/Al比為1-2.4，-Na/Li比為0.012-0.300，-Mg/Li比為0.012-0.400，-Ca/Li比為0.012-0.200，-和K/Li比為0.001-0.060。
本發(fā)明還涉及一種能進(jìn)行PSA方法如上述方法的裝置，包括至少一個(gè)吸附器，且優(yōu)選1-3個(gè)吸附器，尤其是具有徑向幾何形狀的吸附器。
應(yīng)該注意本發(fā)明也應(yīng)用于使用幾種吸附器方法例如多床層方法中的每個(gè)吸附器。
現(xiàn)在將借助于舉例說(shuō)明給出的實(shí)施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明，但是并不意味著對(duì)本發(fā)明構(gòu)成任何限制。實(shí)施例吸附劑A-G，主要含有沸石相和粘合劑，其有關(guān)元素鋰、鈉、鎂、鈣和鉀的組成在下面表I中給出(Si/Al比為大約1.72)，其用作通過(guò)吸附分離空氣中氣體的VSA型方法中的吸附劑，以便產(chǎn)生純度大約為93％的氧氣。
在吸附劑A-G中粘合劑的比例大約為20％和沸石相為X型。
表I集合珠的組成
百分比(％)相對(duì)于存在于吸附劑中的元素Li、Na、Mg、Ca和K的總量。在這些試驗(yàn)中，進(jìn)行VSA方法的條件如下-平行運(yùn)行的2個(gè)吸附器；
-吸附壓力1.4×105帕-解吸壓力0.4×105帕-進(jìn)料空氣的溫度大約為35℃。
-吸附劑沸石A-G的床；吸附劑A-E不屬于本發(fā)明范圍，而吸附劑F-G與本發(fā)明一致。
-生產(chǎn)周期2×近似40秒性能，也就是說(shuō)試驗(yàn)吸附劑A-G得到的VSA方法的生產(chǎn)率和生產(chǎn)量在下面以指標(biāo)值(參照物是吸附劑A)的形式在表II中給出。
生產(chǎn)率(以％表示)被定義為包含在生產(chǎn)的氧氣中的純氧數(shù)量與引入的純氧數(shù)量之比。
生產(chǎn)量(以m3[stp]/h/m3吸附劑表示)被定義為包含在生產(chǎn)的氧氣中的純氧數(shù)量與該生產(chǎn)中使用的吸附劑的數(shù)量(體積或質(zhì)量)之比。
表IIVSA方法的性能
id結(jié)果與吸附劑A相同。
獲得的結(jié)果表明本發(fā)明的吸附劑即吸附劑F和G得到了最好性能(生產(chǎn)率和生產(chǎn)量)。
本發(fā)明不限于從空氣中生產(chǎn)氧氣的領(lǐng)域，并可以相應(yīng)地適用于分離其它氣流，如特別是含有氫氣、二氧化碳和/或一氧化碳的氣流，特別適用于合成氣的生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.用于分離氣流的PSA方法，該氣流包括至少一種優(yōu)先吸附在至少一種吸附劑上的第一種氣體化合物和至少一種比所說(shuō)的第一種氣體化合物次優(yōu)先吸附在至少所說(shuō)的吸附劑上的第二種氣體化合物，所說(shuō)的吸附劑是由主要含有沸石相和至少一種粘合劑的集料形成的，其特征在于所說(shuō)吸附劑含有元素Si、Al、Li、Na、Mg、K和Ca，在所說(shuō)的吸附劑中所說(shuō)元素的全部比例是-Si/Al比為1-2.4，-Na/Li比為0.012-0.300，-Mg/Li比為0.012-0.400，-Ca/Li比為0.012-0.200，-和K/Li比為0.001-0.060。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于Si/Al比為1.15-1.70。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于吸附劑含有八面沸石，尤其是X或LSX型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的方法，其特征在于Na/Li比為0.015-0.250，Mg/Li比為0.037-0.327，Ca/Li比為0.024-0.145和/或K/Li比為0.001-0.036。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的方法，其特征在于吸附劑含有50-85％元素Li，1-25％元素Na，1-20％元素Mg，1-10％元素Ca和0.1-3％元素K。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的方法，其特征在于吸附劑含有55-82％元素Li，2-20％元素Na，3-18％元素Mg，2-8％元素Ca和0.1-2％元素K。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的方法，其特征在于粘結(jié)劑質(zhì)量的比例為吸附劑顆?？傎|(zhì)量的至多30％，優(yōu)選為至多25％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的方法，其特征在于它是屬于VSA型。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)的方法，其特征在于要分離的氣流含有氮?dú)夂椭辽僖环N極性較低氣體化合物，特別是氧氣和/或氫氣，且優(yōu)選地，氣流是空氣，第一種氣體化合物是氮?dú)夂偷诙N氣體化合物是氧氣。
10.能使用在權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的方法的集成吸附劑，其特征在于所說(shuō)的集成吸附劑是以主要含有沸石相和至少一種粘合劑的集料形式存在，其特征在于所說(shuō)的吸附劑含有元素Si、A1、Li、Na、Mg、K和Ca，在所說(shuō)的吸附劑中所說(shuō)元素的全部比例是-Si/Al比為1-2.4，-Na/Li比為0.012-0.300，-Mg/Li比為0.012-0.400，-Ca/Li比為0.012-0.200，-和K/Li比為0.001-0.060。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于分離氣流如空氣的PSA方法,該氣流含有優(yōu)先吸附在一種吸附劑上的第一種氣體化合物如氮?dú)?和比所說(shuō)的第一種氣體化合物次優(yōu)先吸附在所說(shuō)的吸附劑上的第二種氣體化合物如氧氣。吸附劑由含有沸石相和粘合劑的集料形成,并含有元素Si、Al、Li、Na、Mg、K和Ca,在所說(shuō)的吸附劑中這些元素的全部比例是:Si/Al比為1—2.4,Na/Li比為0.012—0.300,Mg/Li比為0.012—0.400,Ca/Li比為0.012—0.200和K/Li比為0.001—0.060。
文檔編號(hào)B01D53/047GK1249961SQ99119780
公開(kāi)日2000年4月12日 申請(qǐng)日期1999年8月20日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月21日
發(fā)明者J·拉伯斯奎, B·勒多斯, S·莫里奧 申請(qǐng)人:液體空氣喬治洛德方法利用和研究有限公司