專利名稱：使用含有金屬陽離子的八面沸石作為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，尤其是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)技術(shù)，其不僅包括PSA方法自身，而且包括類似方法，如VSA(變真空吸附)或MPSA(混合型變壓吸附)。
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)，使用至少優(yōu)先吸附氮?dú)獾牟牧辖柚鷥?yōu)先吸附至少氮?dú)獾姆椒◤乃f的氣體混合物中分離出所說的氧氣，該材料在分離區(qū)經(jīng)過一定的壓力循環(huán)。
在所說的分離區(qū)出口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93％。
更一般地，用于非低溫分離氣體混合物的PSA方法循環(huán)地包括下列步驟，所述氣體混合物包括被優(yōu)先吸附在吸附材料上的第一化合物，比第一種化合物被次優(yōu)先吸附在吸附材料上的第二種化合物，目的在于生產(chǎn)所說的第二種化合物-在被稱之為“高壓”的吸附壓下，在所說的吸附材料上至少優(yōu)先吸附所說的第一種化合物，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；-通過逐步從所說的低壓改變到所說的高壓，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、要吸附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，雖然還不能確定一般行為規(guī)律，假定將這些參數(shù)與另一種參數(shù)聯(lián)系起來是非常困難的，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)金屬陽離子，例如堿金屬陽離子、堿土金屬陽離子、過渡金屬陽離子和/或鑭系元素離子，其在沸石顆粒的合成過程中摻入和/或接著通過離子交換技術(shù)插入，也就是說，將未交換的沸石顆粒或原沸石與含有要摻入沸石結(jié)構(gòu)中的陽離子的一種或多種金屬鹽的溶液接觸，接著回收交換的沸石顆粒，也就是說含有一定數(shù)量金屬陽離子的沸石。摻入沸石結(jié)構(gòu)中的金屬陽離子比例，相對(duì)于全部交換容量來說，被稱之為交換因子，為0-100％。
此外，在用于分離氣體特別是空氣的PSA型方法中最廣泛使用的吸附劑是沸石，特別是X和LSX型，其高度交換并通常含有大于80％，甚至大于95％的非常昂貴金屬陽離子如尤其是鋰離子。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，所說的方法的性能，尤其是生產(chǎn)能力或吸附選擇性和氣體的全部生產(chǎn)成本會(huì)根據(jù)PSA方法中使用的吸附劑而發(fā)生顯著變化。
因此本發(fā)明的目的是提供一種分離氣體的方法，特別是使用與現(xiàn)有技術(shù)的吸附劑相比能產(chǎn)生更好的性能的沸石吸附劑分離空氣中氣體的PSA方法。
因此本發(fā)明涉及用于分離氣流的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的第一種氣體化合物次優(yōu)先吸附在至少所說的吸附劑上的第二種氣體化合物，其特征在于所說的至少一種吸附劑包括含有80-99％Li+離子、0.01-25％Na+離子、0.01-10％Mg2+離子、0.01-10％Ca2+離子和0-3％K+離子的Si/Al比＜1.5的X型沸石顆粒。
以％表示的離子因子是在沸石相中含有的金屬陽離子比例，其與沸石相的吸附劑可能包含的離子的最大比例呈比例關(guān)系。
根據(jù)情況，本發(fā)明的吸附劑可以包括一種或多種下列特性-所說的X沸石具有Si/Al比大約等于1，該沸石被稱為L(zhǎng)SX(低硅X)沸石。
-所說的X沸石含有至少85％Li+離子，優(yōu)選至少86％，和/或至多96％Li+離子。
-所說的X沸石含有至多15％Na+離子，優(yōu)選至多14％，更優(yōu)選至多12％，和/或至少4％Na+離子。
-所說的X沸石含有至多5％Mg2+離子，優(yōu)選至多2％，和/或至少0.1％Mg2+離子，優(yōu)選至少0.2％。
-所說的X沸石含有至多8％Ca2+離子，優(yōu)選至多5％，和/或至少0.2％Ca2+離子，優(yōu)選至少1％。
-所說的X沸石含有至多3％K+離子，優(yōu)選至多1％，更優(yōu)選至多0.5％。
-要分離的氣流包括氮?dú)夂椭辽僖环N較低極性的氣體化合物，特別是氧氣和/或氫氣，且優(yōu)選的氣流是空氣，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，也就是說在大氣條件下未經(jīng)處理或視具體情況而定經(jīng)過預(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，通常包含至少90％氧氣的氣流。
-它屬于VSA型(變真空吸附)，-吸附高壓力為105-107帕，優(yōu)選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)明還涉及一種在本發(fā)明方法中可以使用的吸附劑，該吸附劑包括含有80-99％Li+離子、0.01-20％Na+離子、0.01-10％Mg2+離子、0.01-10％Ca2+離子和0-3％K+離子的Si/Al比＜1.5，優(yōu)選為1的X型沸石顆粒。
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，優(yōu)選1-3個(gè)吸附器；所說的吸附器尤其可以是具有輻射幾何形狀的吸附器。
應(yīng)該注意本發(fā)明也應(yīng)用于使用幾種吸附劑的方法，例如多床層方法的每個(gè)吸附器。
現(xiàn)在將借助于舉例說明給出的實(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)施例其中鋰、鈉、鎂、鈣和鉀離子的組成在下面表I中給出的沸石A-E用作通過吸附分離空氣中氣體的VSA型方法所用的吸附劑，以便產(chǎn)生純度大約為93％的氧氣。
表I沸石相的組成
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-E的床-生產(chǎn)周期2×近似40秒性能，也就是說試驗(yàn)沸石A-E得到的VSA方法的生產(chǎn)率和生產(chǎn)量在下面以指標(biāo)值(參照物是沸石A)的形式列于表II中。
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。
應(yīng)該注意沸石A-C不屬于本發(fā)明范圍，而沸石D-E屬于本發(fā)明。
表IIVSA性能
獲得的結(jié)果表明本發(fā)明的沸石D和E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，因此可被用于分離其它氣流，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的第一種氣體化合物次優(yōu)先吸附在至少所說的吸附劑上的第二種氣體化合物，其特征在于所說的至少一種吸附劑包括Si/Al比＜1.5且含有80-99％Li+離子、0.01-20％Na+離子、0.01-10％Mg2+離子、0.01-10％Ca2+離子和0-3％K+離子的X型沸石顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所說的X沸石的Si/Al比近似等于1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于所說的X沸石含有至少85％Li+離子，優(yōu)選至少86％，和/或至多96％Li+離子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于所說的X沸石含有至多15％Na+離子，優(yōu)選至多12％，和/或至少4％Na+離子。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于所說的X沸石含有至多5％Mg2+離子，優(yōu)選至多2％，和/或至少0.1％Mg2+離子。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于所說的X沸石含有至多8％Ca2+離子，優(yōu)選至多5％，和/或至少0.2％Ca2+離子。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于所說的X沸石含有至多3％K+離子，優(yōu)選至多1％。
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，其特征在于更分離的氣流含有氮?dú)夂椭辽僖环N較低極性氣體化合物，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)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)的方法的吸附劑，其中包括具有Si/Al比＜1.5，優(yōu)選約為1的，含有80-99％Li+離子、0.01-20％Na+離子、0.01-10％Mg2+離子、0.01-10％Ca2+離子和0-3％K+離子的X型沸石顆粒。
全文摘要
本發(fā)明涉及分離氣流如空氣的PSA或VSA方法,該氣流含有至少一種優(yōu)先吸附在至少一種吸附劑上的第一種氣體化合物如氮?dú)夂椭辽僖环N比所說的第一種氣體化合物次優(yōu)先吸附在至少所說的吸附劑上的第二種氣體化合物如氧氣。使用的吸附劑由Si/Al比< 1.5且含有80—99%Li
文檔編號(hào)B01J20/18GK1249960SQ9912177
公開日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·拉伯斯邱, S·茅利奧, B·萊多斯 申請(qǐng)人:液體空氣喬治洛德方法利用和研究有限公司