專利名稱：用于吸附劑性能評(píng)估的方法和套組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及用于測(cè)量和分析吸附劑材料，特別是用于氣體分離過(guò)程中的吸 附劑材料的退化(degradation)的方法和套組(kit)。
背景技術(shù)：
氣體分離通過(guò)過(guò)程例如變壓吸附(PSA)、真空變壓吸附(VPSA)和變溫吸附(TSA) 完成。這些過(guò)程使用含有一個(gè)或多個(gè)吸附劑材料層的容器或床，所述吸附劑材料吸附一種 或多種不需要的氣體并產(chǎn)生需要的產(chǎn)品氣體。在所述過(guò)程周期期間，所述吸附劑材料吸附 不需要的氣體，然后通過(guò)壓力、真空或溫度擺動(dòng)通過(guò)除去所述不需要的氣體而再生。用于這 些過(guò)程中的典型的吸附劑包括沸石、氧化鋁和二氧化硅以及它們的組合。吸附劑的重復(fù)使用導(dǎo)致退化并最終使所述吸附劑材料失效，以致所述吸附劑材料 需要周期性地置換。所述吸附劑的退化導(dǎo)致裝置生產(chǎn)能力下降和裝置效率低，這既昂貴又 耗時(shí)。通常，直到產(chǎn)品質(zhì)量和/或整個(gè)裝置性能受到影響才發(fā)現(xiàn)吸附劑退化。當(dāng)前，吸附劑的測(cè)試通過(guò)取所使用的吸附劑的樣品并使它們經(jīng)受各種性能測(cè)試 (包括容量測(cè)量)和/或光譜研究完成，所述性能測(cè)試和光譜研究通常最好在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)或通 過(guò)第三方非現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施。這些測(cè)試方法緩慢并且昂貴。希望獲得一種快速和精確，并能夠在 分離裝置現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的測(cè)試吸附劑退化和質(zhì)量的方法。目前使用的測(cè)試方法包括使用電勢(shì)或庫(kù)倫滴定測(cè)定痕量水的Karl Fischer滴 定(KF)。KF法對(duì)吸附劑如沸石的應(yīng)用需要系統(tǒng)改造，由此所述樣品被加熱到高的溫度(約 IOO(TC)并且使用吹掃氣體將釋放的水掃除通過(guò)常規(guī)KF室。不像檢測(cè)任何揮發(fā)性物質(zhì)的損 失的其它灼燒減量(LOI)熱方法(loss on ignition thermal methods)，KF法能夠特別地 測(cè)定水含量。但是，所述KF法需要使用非常昂貴并且無(wú)助于在實(shí)驗(yàn)室外實(shí)施所述分析的設(shè) 備，而且它們也不能測(cè)試除水分損害以外的任何其它類型的損害。LOI方法基于在規(guī)定條件下加熱樣品導(dǎo)致的質(zhì)量變化。所述LOI以干質(zhì)量的重量 百分?jǐn)?shù)表示。例如，將樣品在爐中加熱到高的溫度(例如1000°C)，并使用所述灼燒過(guò)程之前 和之后的質(zhì)量差異來(lái)計(jì)算所述L0I。所述LOI測(cè)試測(cè)量被所述樣品吸附的所有揮發(fā)物的釋 放，不能特別地測(cè)試由特定污染物造成的污染導(dǎo)致的退化或評(píng)估樣品性能。近紅外(OTR)水分分析儀(例如Model#KJT_100，Kett US, Villa Park，CA，USA)基 于水吸收某些波長(zhǎng)的光的原理測(cè)量水分含量。使用濾光器來(lái)選擇水分特異性的(例如1200、 1450和1950nm)或非水分特異性的(例如1300nm)波長(zhǎng)。該非特異性的波長(zhǎng)作為參比，入射 輻射被樣品反射并過(guò)硫化鉛(PbS)探測(cè)器測(cè)量。吸收的光與參比光的比值與樣品中的水分 含量成比例。與KF滴定相似，所述OTR水分分析儀僅檢測(cè)水而不檢測(cè)對(duì)所述吸附劑的任何 其它類型的損害，并且非常昂貴。電子水分天平(例如 Model #EB_340M0C， Shimadzu Corporation, Columbia, MD, USA)使用熱重方法測(cè)定固體物質(zhì)中的水分含量。在樣品的表面施加遠(yuǎn)紅外輻射將其加熱， 然后干燥后立即稱量所述樣品并與原始重量對(duì)比。對(duì)于許多吸附劑如沸石，商業(yè)水分天平中的紅外加熱器的輸出不足以除去所有被吸附的水。此外，所述水分天平只能夠檢測(cè)水分
含量，且非常昂貴。日本專利No. JP3110444描述了測(cè)量固體吸附劑的吸附性能的方法，其中將含有 吸附組分的測(cè)量氣體引入到填充有所述固體吸附劑的容器中。所述測(cè)量氣體離開所述容器 并經(jīng)過(guò)分析被所述固體材料吸附的所述吸附組分的量的分析儀。美國(guó)專利No. 4, 237, 726 (Peterson等)描述了用于預(yù)測(cè)呼吸器濾罐的有效壽命 的方法，其中所述方法測(cè)量當(dāng)暴露于干燥空氣和預(yù)先選擇的有機(jī)蒸汽的氣體混合物時(shí)吸附 劑的重量增加。在該方法中，通過(guò)使用測(cè)定的所述預(yù)先選擇的蒸汽的穿透時(shí)間來(lái)確定所述 濾罐的穿透時(shí)間。大部分現(xiàn)有技術(shù)還涉及不能在裝置處現(xiàn)場(chǎng)使用的笨重裝置的使用，并且所述方法 耗時(shí)、昂貴和低效。現(xiàn)有技術(shù)方法不能確定對(duì)吸附劑的損害的來(lái)源(例如污染或其它性能 退化)，具有長(zhǎng)周轉(zhuǎn)時(shí)間和/或不易于實(shí)地實(shí)施或不易于匯編成套組形式。目前使用的方法 的結(jié)果常常在裝置吸附劑已經(jīng)被不可逆地?fù)p害后獲得，導(dǎo)致所述吸附劑床的昂貴的重新裝 填。需要一種能夠快速提供診斷結(jié)果、在早期確認(rèn)裝置退化的原因和允許裝置工程師實(shí)施 有效的預(yù)防性維護(hù)程序以確保所述吸附劑材料的完整性(integrity)的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及在氣體分離裝置處現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和評(píng)估吸附劑的性能退化的方法。本發(fā)明能夠評(píng)估由于污染導(dǎo)致的對(duì)吸附劑的損害，并且其能夠評(píng)估與污染物無(wú)關(guān) 的損害。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于其能夠在所述退化影響生產(chǎn)之前檢測(cè)吸附劑的退化。另一個(gè)優(yōu) 點(diǎn)在于其能夠結(jié)論性地確定所述吸附劑是否被損害。由于其運(yùn)行如此低廉，因此能夠作為 例行裝置維護(hù)的一部分實(shí)施本發(fā)明的測(cè)試以確定吸附劑損害，并確認(rèn)所述損害是否會(huì)持續(xù) 成為問(wèn)題。本發(fā)明能夠測(cè)試任何形式的吸附劑，包括但不限于珠(bead)、球粒(pellet)或 粉末形式。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案是確定用于氣體分離過(guò)程中的吸附劑材料的氣體容量 (gas capacity)的方法，其包括以下步驟
(a)取用于所述氣體分離過(guò)程中的吸附劑材料的樣品，并在受控環(huán)境中將所述樣品放 在容器裝置(container means)中，其中所述受控環(huán)境通過(guò)流動(dòng)干燥氣體來(lái)吹掃；
(b)使所述干燥氣體吸附到所述吸附劑材料的樣品上；
(c)在所述受控環(huán)境中稱重所述吸附劑材料的所述樣品或測(cè)量所述吸附劑材料的所述 樣品的體積；
(d)任選地測(cè)量所述受控環(huán)境的環(huán)境溫度；
(e)用置換劑飽和所述樣品并從所述吸附劑材料的樣品置換被吸附的氣體；
(f)測(cè)量從所述吸附劑材料的樣品釋放的氣體的體積；和
(g)計(jì)算所釋放的氣體與所述樣品的重量的比值，并將結(jié)果與對(duì)被認(rèn)為符合應(yīng)用的性 能要求的相同吸附劑材料(即良好制備的、原始的(pristine)樣品)測(cè)定的值進(jìn)行比較。本發(fā)明的另一實(shí)施方案是用于實(shí)踐本發(fā)明的方法的套組，其包含
(a)用于測(cè)量氣體體積或壓力的測(cè)試室(testcell)或裝置；
(b)氣氛控制系統(tǒng)；(c)重量測(cè)量裝置或體積測(cè)量裝置；
(d)至少一個(gè)具有氣密性蓋的樣品轉(zhuǎn)移裝置；
(e)至少一個(gè)具有氣密性隔膜帽的樣品容納裝置；
(f)置換劑和置換劑容納裝置；
(g)氣體流動(dòng)測(cè)量和控制裝置；
(h)至少一個(gè)插管；和
(i)溫度測(cè)量裝置。


為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)該參考以下具體實(shí)施方式
以及附圖，其中 圖1是示出了本發(fā)明的測(cè)試方法的工作流程圖的示意圖。圖2 (a)和2 (b)是分別示出了本發(fā)明的測(cè)試設(shè)置和實(shí)施階段的示意圖。圖2 (c) 是示出了通過(guò)使用本發(fā)明獲得的好的和壞的測(cè)試結(jié)果的示意圖。圖3是水含量對(duì)LiX2. 0性能的影響的圖示。圖4是示出了兩個(gè)吸附劑床中取樣點(diǎn)的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是通過(guò)確定吸附劑的氣體容量在氣體分離裝置處現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和評(píng)估吸附劑 性能退化的方法，所述方法包含以下步驟
(a)從氣體分離裝置中的吸附劑容器獲得至少一個(gè)代表性的吸附劑樣品；
(b)將所述樣品放在受控氣氛中，如第二氣氛控制裝置；
(c)在所述受控氣氛中用測(cè)試氣體飽和所述樣品；
(d)在所述受控氣氛中稱重所述樣品；
(e)測(cè)量所述受控氣氛中的環(huán)境溫度；
(f)從所述樣品解吸附所述測(cè)試氣體；
(g)測(cè)量從所述樣品解吸附的測(cè)試氣體的量；和
(h)將獲得的樣品測(cè)量結(jié)果與在相同環(huán)境溫度的理想的吸附劑材料的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。在本說(shuō)明書中，術(shù)語(yǔ)“吸附劑”和“吸附劑材料”可以互換使用，來(lái)表示用于氣體分 離過(guò)程的吸附劑材料。術(shù)語(yǔ)“吸附劑容器”和“吸附劑床”可以互換使用，來(lái)表示氣體分離裝 置中填充吸附劑材料的容器。如文中使用的用于描述吸附劑材料的術(shù)語(yǔ)“理想的”是指與 所述吸附劑樣品是相同類型的材料，但還未使用并且對(duì)于特定應(yīng)用符合性能標(biāo)準(zhǔn)的吸附劑 材料。用于描述吸附劑材料的術(shù)語(yǔ)“完全活化的”是指吸附劑材料對(duì)于特定應(yīng)用符合性能 標(biāo)準(zhǔn)。能夠?qū)⑵淞炕囊环N方式是通過(guò)Karl Fischer法(例如沸石具有小于0. 15wt%的殘 余水含量；氧化鋁具有3-10wt%的殘余水含量；和二氧化硅具有3-10wt%的殘余水含量)或 任何其它適合的水分測(cè)試測(cè)量水含量。本文使用的術(shù)語(yǔ)“注射器”是指由緊密配合在管中 的柱塞組成的簡(jiǎn)易活塞泵。所述柱塞能夠沿著圓柱管(圓筒)內(nèi)部拉動(dòng)和推動(dòng)，使得所述注 射器能夠通過(guò)在所述管的開口端的孔吸入和排出液體或氣體。所述注射器的開口端可以裝 配有皮下注射針、插管(cannula)、噴嘴或?qū)Ч?，以幫助引?dǎo)流入和流出所述圓筒。在本說(shuō)明中，術(shù)語(yǔ)“插管”與“針”可以互換使用，以描述能夠穿過(guò)屏障(如隔膜帽)插入用于輸送或除 去液體或氣體的管。本文使用的術(shù)語(yǔ)“第二氣氛控制裝置”是指具有受控氣氛的裝置或系 統(tǒng)，在其內(nèi)部能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的方法。所述第二氣氛控制裝置可以是氣氛控制系統(tǒng)如Glove Bag 或手套箱(其中所述術(shù)語(yǔ)“手套箱”是類似Glove Bag 的替代品，例如具有允許測(cè)試 者的手插入的切口的PVC袋)。本發(fā)明的另一實(shí)施方案是在吸附劑性能退化評(píng)估中使用的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試套組，其包含 以下
一個(gè)(1)氣氛控制系統(tǒng)(例如 Glove Bag , Glas-Col，LLC, Terre Haute, IN, USA 或手套箱)
一個(gè)(1)具有 0. Olg 可讀度的天平(例如 Blade V2-50, American Weigh Scales, Inc., Charleston, SC, USA)
至少一個(gè)(1)具有氣密性隔膜帽的小瓶，能夠容納高達(dá)2g的吸附劑 一個(gè)(1)測(cè)試室(例如具有高達(dá)60ml排量的自由移動(dòng)柱塞的玻璃注射器，如來(lái)自 Fisher HealthCare, Houston, TX, USA 的 50ml 注射器，產(chǎn)品目錄 #14_825_11A) 一個(gè)(1)氣體流動(dòng)測(cè)量和控制裝置(例如轉(zhuǎn)子流量計(jì))； 一個(gè)(1)用于關(guān)閉氣體供給的閥門裝置(例如1/4英寸球閥)； 一個(gè)(1)用于樣品轉(zhuǎn)移的勺(scoopula)或其它裝置； 至少一個(gè)(1)用于從容器轉(zhuǎn)移吸附劑樣品的具有氣密性蓋的樣品瓶； 一個(gè)(1)用于樣品標(biāo)記的記號(hào)筆或其它儀器； 一個(gè)(1)或兩個(gè)(2 )額外的插管；和 一個(gè)(1)溫度測(cè)量裝置，(例如溫度計(jì))。任選地，一(1)對(duì)與氣氛控制系統(tǒng)一起使用的手套； 任選地，一個(gè)(1)含有適合的置換劑(如水)的可密封的容器； 任選地，一個(gè)(1)密封用裝置(取決于氣氛控制系統(tǒng))；
用于所述小瓶和樣品瓶的所述氣密性隔膜帽和蓋應(yīng)該形成氣密性的密封，并且可以由 材料例如橡膠或Teflon 制造。所述含有水的可密封的容器應(yīng)該是防溢出的并將水保留在 內(nèi)部。所述容器應(yīng)該足夠大以容納足夠的水以測(cè)試至少三個(gè)樣品(例如至少12ml)。此外， 為了將物品如所述天平放入所述氣氛控制系統(tǒng)中，需要大的開口以插入所述物品。使用所 述密封用裝置來(lái)關(guān)閉所述開口以獲得受控氣氛?？山邮艿拿芊庥醚b置的例子包括但不限于 自封閉合(zip-lock closure)、拉鏈(zipper)或長(zhǎng)尾夾(binder clips)。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案是在分離裝置處現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估吸附劑性能退化的方法，其中所 述方法包括取樣階段、測(cè)試準(zhǔn)備階段和測(cè)試實(shí)施階段。圖1示出了與實(shí)施本發(fā)明的該實(shí)施 方案相符的流程圖。階段1 取樣(100)
首先從氣體分離裝置中的吸附劑容器取至少Ig (優(yōu)選地至少IOg)的吸附劑樣品。關(guān) 鍵的是將所述樣品在最小限度暴露于外部大氣(如果存在暴露的話)的情況下從所述容器 轉(zhuǎn)移到樣品容器。吸附劑可能是極度親水的并且甚至是偶然或不必要的暴露于空氣都可 能使水分吸附到所述樣品上。為了獲得最精確的測(cè)試結(jié)果，在轉(zhuǎn)移過(guò)程中所述樣品必須保 持在與其被取樣時(shí)相同的條件中。在所述轉(zhuǎn)移過(guò)程中吸附的任何水分都會(huì)影響測(cè)試的精確性。例如，對(duì)于使用氮?dú)膺x擇性LiX吸附劑的VPSA裝置，用于從VPSA吸附劑床取出樣品的 一種可接受的方法如下
(a)關(guān)閉所述裝置并將所述吸附劑床加壓到1個(gè)大氣壓(101)；
(b)通過(guò)使用熱風(fēng)器或通過(guò)將干燥的沸石加入所述瓶然后排空所述瓶來(lái)干燥所述樣品 瓶(102)；
(c)從吸附劑床訪問(wèn)點(diǎn)(即熱電偶口或其它適合的進(jìn)入點(diǎn))取走塞子并立即用布基膠帶 (duct tape)或其它密封劑覆蓋(103)；
(d)除去所述布基膠帶并立即將薄壁銅管推入所述床的中心，然后將所述管(填充有吸 附劑材料)從所述床拉出并放回布基膠帶(104)；
(e)將所述管中的吸附劑樣品倒入干燥的樣品瓶中(105)；和
(f)將氣密性蓋緊固到所述樣品瓶上，從所述吸附劑床除去所述布基膠帶并放回所述 塞子(106)。從吸附劑床的內(nèi)部取所述吸附劑樣品以獲得代表性樣品是重要的。取樣口附近的 吸附劑材料可能比所述床中的多數(shù)吸附劑材料更濕。這里描述的取樣和樣品處理過(guò)程是適 當(dāng)過(guò)程的一個(gè)例子。任何能夠保持所述樣品完整性的過(guò)程對(duì)于本發(fā)明都是適當(dāng)?shù)?。階段2 測(cè)試準(zhǔn)備(200)
準(zhǔn)備將要用作測(cè)試氣體的干燥氣體源(例如N2、O2、空氣、co2)。所述測(cè)試氣體應(yīng)該是易 于以干燥形式獲得并且將被所述吸附劑可觀地(appreciably)吸附的氣體。將天平、勺、標(biāo) 記器、小瓶、溫度計(jì)和在階段1中獲得的裝有吸附劑樣品的密封的樣品瓶放入氣氛控制系 統(tǒng)(201)中，然后用干燥氣體吹掃所述系統(tǒng)至少15分鐘(202)。將未蓋帽的小瓶放在所述 天平上并對(duì)其稱皮重(203)。將適合量的所述吸附劑樣品放入所述小瓶中(即適當(dāng)量是當(dāng)處 于原始條件時(shí)將釋放可通過(guò)測(cè)試室測(cè)量的并且優(yōu)選地是其滿刻度的65-85%的體積的氣體 的量)，并記錄所述樣品的精確重量(204)。所述樣品將已經(jīng)吸附被吹掃通過(guò)所述氣氛控制 系統(tǒng)的所述干燥測(cè)試氣體。所述樣品必須足夠大以提供顯著性結(jié)果。太小的樣品將具有過(guò) 大的誤差幅度，并將不會(huì)存在足夠的測(cè)試氣體吸附和置換。如果所述樣品太大，那么所述測(cè) 試室將不會(huì)足夠大以容納氣體。理想的樣品量可以從原始條件下的相同類型的吸附劑(即 符合應(yīng)用的性能要求或規(guī)定的那些)對(duì)所述測(cè)試氣體的預(yù)計(jì)容量并結(jié)合所述測(cè)試室的體積 確定。例如，如果所述吸附劑的預(yù)計(jì)容量為25ml/g和所述測(cè)試室具有50ml的體積，那么 1. 3-1. 7g的樣品是優(yōu)選的。記錄所述氣氛控制系統(tǒng)內(nèi)部的溫度(205)。使用隔膜帽封閉所 述樣品小瓶并從所述氣氛控制系統(tǒng)取出所述小瓶(206 )。階段3 實(shí)施(300)
圖2 (a)和2 (b)分別是本發(fā)明的測(cè)試設(shè)置和實(shí)施階段的圖解說(shuō)明。為了從所述吸附 劑樣品(10)置換被吸附的測(cè)試氣體，用置換劑，例如水，飽和所述樣品。將插管(14)連接到 所述測(cè)試室(在圖2中圖示為注射器(11))并用足夠的水(12)對(duì)其進(jìn)行填充以完全飽和所 述樣品(301)。對(duì)于大約1.3-1. 7g的樣品，約細(xì)1的水將足夠使其飽和。將所述插管穿過(guò) 所述隔膜帽(15)插入所述樣品小瓶(13) (302)，并將水注入所述樣品小瓶中(303)。所述 水飽和所述樣品(16)并從所述樣品解吸附所述測(cè)試氣體，所述測(cè)試氣體從所述樣品釋放， 通過(guò)所述插管后退并收集在所述注射器內(nèi)。圖2 (c)示出了所述測(cè)試的正面和負(fù)面結(jié)果。 如果很多測(cè)試氣體被釋放，那么所述注射器將被填充(17)，說(shuō)明所述吸附劑容量良好。如果非常少的測(cè)試氣體被釋放并且所述注射器是相對(duì)空的(18)，則所述吸附劑容量是差的。盡 管可以將能夠容納和測(cè)量所述測(cè)試氣體體積的任何適當(dāng)儀器用作測(cè)試室，但是使用水作為 置換劑的玻璃注射器的使用是特別有效的，因?yàn)樗洚?dāng)了注射器筒和注射器柱塞之間的密 封，使得所述注射器是氣密性的。記錄并標(biāo)記收集在所述注射器中的測(cè)試氣體的總體積(304)。處于其完全活化和 理想狀態(tài)的各吸附劑類型將吸附已知量的某種氣體。例如，珠形式的SiO2AI2O3比為2的 高交換的(即大于96%)鋰交換的沸石X (LiX2. 0)當(dāng)處于其理想狀態(tài)時(shí)每克樣品吸附2細(xì)1 的氮?dú)狻Ｋ廴臼荲PSA應(yīng)用中LiX2.0吸附劑性能退化的一個(gè)原因。對(duì)于給定的吸附劑、 測(cè)試氣體和測(cè)量溫度，可以生成性能對(duì)％污染物的曲線(見例如圖3)。從所進(jìn)行的測(cè)量計(jì)算 每克樣品被置換的測(cè)試氣體體積(即被置換的測(cè)試氣體體積(ml)/樣品重量(g))?？梢詫?特定溫度的計(jì)算的值與預(yù)先產(chǎn)生的曲線(如圖3中的曲線)進(jìn)行對(duì)比，并且能夠確定污染的 程度(305，306)。圖3示出了在25°C的溫度水污染對(duì)LiX2.0的吸附容量的影響。對(duì)于各 種吸附劑材料對(duì)于不同溫度，通過(guò)將所述吸附劑暴露于水分并標(biāo)繪現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果(ml/g測(cè) 試氣體容量)與Karl Fischer殘余水測(cè)試結(jié)果或其它適合的水分特異性測(cè)試如OTR水分儀 的關(guān)系可以實(shí)驗(yàn)性地建立所述曲線。對(duì)于本發(fā)明的目的，還可以使用從吸附劑材料制造商、 教科書或其它參考文獻(xiàn)獲得的性能曲線。實(shí)施例1 在VPSA裝置1的吸附劑件能現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試
VPSA軸向(axial)系統(tǒng)(命名為裝置1)不能以正常容量運(yùn)行，可能是由于床中的沸石 吸附劑的退化所導(dǎo)致。將本發(fā)明的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試套組運(yùn)到裝置1以實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，從而確定是 否存在任何吸附劑退化以及所述吸附劑退化是否是裝置容量損失的原因。裝置1包含兩 個(gè)床，A和B。每個(gè)床包含兩種不同的吸附劑，吸附劑1和吸附劑2。兩種吸附劑都是鋰交 換型X沸石。吸附劑1的SiO2Al2O3比為2 (LiX2. 0)和吸附劑2的SiO2Al2O3比為2. 3 (LiX2. 3)。吸附劑2在每個(gè)床的頂部和吸附劑1在每個(gè)床的底部。取樣和測(cè)試過(guò)程如下
1.從所述兩個(gè)床取總共五(5)個(gè)樣品。圖4示出了取各個(gè)樣品的樣品點(diǎn)。床A在頂 部、中部和底部(三個(gè)位置；分別為樣品點(diǎn)4、2和1)取樣，床B在頂部和底部(兩個(gè)位置；分 別為樣品點(diǎn)5和3)取樣。由于床中的不同位置可能經(jīng)歷不同量的吸附劑損害或污染，因此 在所述床中的幾個(gè)位置取樣是重要的。根據(jù)本文描述的方法處理所述樣品，從而在從所述 床取出的過(guò)程中無(wú)額外的污染產(chǎn)生。2.使用塑料管將干燥的氮?dú)庠催B接到第二氣氛控制裝置，如可充氣聚乙烯手套 箱。對(duì)于本實(shí)驗(yàn)，使用Glove Bag (Glas-Col，LLC)作為所述第二氣氛控制裝置。將轉(zhuǎn)子 流量計(jì)連接到所述塑料管以控制氮?dú)饬鲃?dòng)。3.將從所述床獲得的樣品與天平、小瓶、勺和記號(hào)筆一起放在所述手套箱中。4.用夾子密封所述手套箱前開口并使干燥氮?dú)庖?sIpm吹掃通過(guò)15分鐘。5.將無(wú)帽的小瓶放在所述天平上并稱皮重。使用勺將約1. 5g樣品倒入所述小瓶 中，并記錄精確重量和樣品標(biāo)識(shí)號(hào)。在稱重和標(biāo)記后用隔膜帽密封所述小瓶。6.對(duì)于其它全部四個(gè)樣品重復(fù)步驟5。7.將裝有所述樣品的密封的小瓶從所述手套箱取出。8.將細(xì)1的水吸入50ml容量的玻璃注射器中。
9.推動(dòng)注射器插管穿過(guò)樣品小瓶的隔膜帽并將水注入所述樣品中，使被置換的氣 體能夠轉(zhuǎn)移到所述注射器中。記錄轉(zhuǎn)移到所述注射器中的被置換的氣體的量。應(yīng)該注意， 當(dāng)加入水時(shí)氣體的釋放是非常迅速的，在所述注入過(guò)程中發(fā)生明顯的回推。但是，在單一連 續(xù)步驟中注入所有的水并不是關(guān)鍵的。不管水是間歇加入還是在一次連續(xù)注入中加入都獲 得相同的結(jié)果。10.對(duì)于其它全部四個(gè)樣品重復(fù)步驟8和步驟9。實(shí)施例1的數(shù)據(jù)在表1中列出，其中假設(shè)在所述測(cè)試過(guò)程中溫度為約27°C和壓力 為大氣壓力。表1 水檢測(cè)測(cè)試計(jì)算器測(cè)試氣體氮?dú)?br> 權(quán)利要求
1.測(cè)定氣體分離或純化過(guò)程中使用的吸附劑材料的氣體容量的方法，其包含以下步驟(a)取用于所述氣體分離過(guò)程中的所述吸附劑材料的樣品，并在用干燥測(cè)試氣體吹掃 的受控環(huán)境中將所述樣品放在容器裝置中；(b)使所述測(cè)試氣體吸附到吸附劑材料的所述樣品上；(c)在所述受控環(huán)境中量出固定體積的所述吸附劑材料的所述樣品或稱重所述吸附劑 材料的所述樣品；(d)用置換劑飽和所述樣品并從所述吸附劑材料的樣品置換被吸附的測(cè)試氣體；(e)測(cè)量從所述吸附劑材料的樣品釋放的測(cè)試氣體的體積；和(f)計(jì)算所釋放的測(cè)試氣體與所述樣品的重量或體積的比值。
2.權(quán)利要求1的方法，其中在步驟c之后是測(cè)量所述受控環(huán)境的環(huán)境溫度的步驟。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述吸附劑材料選自沸石、二氧化硅和氧化鋁或它們的組 合，并且是珠、球?；蚍勰┑男问?。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述受控環(huán)境是手套箱。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述干燥測(cè)試氣體是氮?dú)?、二氧化碳、氧氣或空氣?br> 6.權(quán)利要求1的方法，其中所述容器裝置是具有氣密性隔膜帽的小瓶，并且所述置換 劑從注射器通過(guò)插管穿過(guò)所述隔膜帽轉(zhuǎn)移到所述小瓶中，并且其中從所述樣品釋放的氣體 的體積通過(guò)所述插管流回到所述注射器中并在所述注射器中進(jìn)行測(cè)量。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所述置換劑是水。
8.權(quán)利要求1的方法，其中所述方法在大氣壓力下實(shí)施。
9.權(quán)利要求1的方法，其中所述氣體分離過(guò)程是變壓吸附過(guò)程、真空變壓吸附過(guò)程或 變溫吸附過(guò)程。
10.用于實(shí)施權(quán)利要求1的方法的套組，其包含(a)能夠進(jìn)行氣體體積測(cè)量的測(cè)試室；(b)氣氛控制系統(tǒng)；(c)重量測(cè)量裝置或體積測(cè)量裝置；(d)至少一個(gè)具有氣密性蓋的樣品轉(zhuǎn)移裝置；(e)至少一個(gè)具有氣密性隔膜帽的樣品容納裝置；(f)置換劑和容納置換劑的裝置；(g)氣體流動(dòng)測(cè)量和控制裝置；(h)至少一個(gè)插管；和(i)溫度測(cè)量裝置。
11.評(píng)估用于氣體分離或純化過(guò)程中的吸附劑材料的退化的方法，其包含以下步驟(a)取用于所述氣體分離過(guò)程中的所述吸附劑材料的樣品，并在用干燥測(cè)試氣體吹掃 的受控環(huán)境中將所述樣品放在容器裝置中；(b)使所述測(cè)試氣體吸附到吸附劑材料的所述樣品上；(c)在所述受控環(huán)境中量出固定體積的所述吸附劑材料的所述樣品或稱重所述吸附劑 材料的所述樣品；(d)用置換劑飽和所述樣品并從吸附劑材料的所述樣品置換被吸附的測(cè)試氣體；(e)測(cè)量從所述吸附劑材料的樣品釋放的測(cè)試氣體的體積；(f)計(jì)算所釋放的測(cè)試氣體與所述樣品的重量或體積的比值；和(g)將步驟f中計(jì)算的所述比值與預(yù)先產(chǎn)生的所述吸附劑材料的性能曲線進(jìn)行對(duì)比。
12.確定吸附劑材料的氣體容量的方法，其包含以下步驟(a)取所述吸附劑材料的樣品；(b)將所述樣品加入到預(yù)先稱重的樣品管中；(c)使第一干燥測(cè)試氣體流過(guò)所述樣品管，加熱所述樣品并除去所述樣品中包含的任 何可除去的物類；(d)冷卻所述樣品并停止所述第一測(cè)試氣體的流動(dòng)；(e)重新稱重所述樣品和樣品管以獲得樣品重量；(f)使第二干燥測(cè)試氣體流入所述樣品管中；(g)將所述第二測(cè)試氣體吸附到吸附劑材料的所述樣品上；(h)用置換劑飽和所述樣品并從吸附劑材料的所述樣品置換被吸附的第二測(cè)試氣體；(i)測(cè)量從所述吸附劑材料的樣品釋放的所述第二測(cè)試氣體的體積；和 (j)計(jì)算所釋放的第二測(cè)試氣體的體積與所述樣品的重量的比值。
13.權(quán)利要求12的方法，其中所述吸附劑材料選自沸石、二氧化硅和氧化鋁或它們的 組合，并且是珠、球?；蚍勰┑男问健?br> 14.權(quán)利要求12的方法，其中所述樣品管是石英玻璃管并且加熱溫度低于600°C。
15.權(quán)利要求12的方法，其中所述第一干燥測(cè)試氣體和第二干燥測(cè)試氣體選自由氮 氣、二氧化碳、氧氣和空氣組成的組，并且所述第一和第二測(cè)試氣體可以是相同的。
16.權(quán)利要求14的方法，其中所述置換劑從注射器通過(guò)插管穿過(guò)隔膜帽轉(zhuǎn)移到所述石 英玻璃管中，并且其中從所述樣品釋放的氣體的體積通過(guò)所述插管流回到所述注射器中并 在所述注射器中進(jìn)行測(cè)量。
17.權(quán)利要求12的方法，其中所述置換劑是水。
18.權(quán)利要求12的方法，其中所述氣體分離過(guò)程是變壓吸附過(guò)程、真空變壓吸附過(guò)程 或變溫吸附劑過(guò)程。
19.用于實(shí)施權(quán)利要求12的方法的套組，其包含(a)至少一個(gè)用隔膜帽密封并能夠被加熱到所需的活化溫度的樣品管；(b)能夠預(yù)處理所述吸附劑的活化設(shè)備；(c)能夠進(jìn)行氣體體積測(cè)量的測(cè)試室；(d)重量測(cè)量裝置；(e)置換劑和容納置換劑的裝置；(f)至少兩個(gè)插管；(g)溫度測(cè)量裝置；和(h)氣體流動(dòng)測(cè)量和控制裝置。
20.評(píng)估氣體分離或純化過(guò)程中使用的吸附劑材料的退化的方法，其包含以下步驟(a)取所述吸附劑材料的樣品；(b)將所述樣品加入到預(yù)先稱重的樣品管中；(c)使第一干燥測(cè)試氣體流過(guò)所述樣品管，加熱所述樣品并除去所述樣品中包含的任何可除去的物類；(d)冷卻所述樣品并停止所述第一測(cè)試氣體的流動(dòng)；(e)重新稱重所述樣品和樣品管以獲得樣品重量；(f)使第二干燥測(cè)試氣體流入所述樣品管中；(g)使所述第二測(cè)試氣體吸附到吸附劑材料的所述樣品上；(h)用置換劑飽和所述樣品并從吸附劑材料的所述樣品置換被吸附的第二測(cè)試氣體；(i)測(cè)量從所述吸附劑材料的樣品釋放的所述第二測(cè)試氣體的體積； (j)計(jì)算所釋放的第二測(cè)試氣體的體積與所述樣品的重量的比值；和(k)將步驟j中計(jì)算的比值與預(yù)先產(chǎn)生的所述吸附劑材料的性能曲線進(jìn)行對(duì)比。
全文摘要
本發(fā)明一般地涉及用于測(cè)量和分析吸附劑材料，特別是氣體分離過(guò)程中使用的吸附劑材料的退化的方法和套組。本發(fā)明能夠評(píng)估由于污染包括水分污染導(dǎo)致的對(duì)吸附劑的損害，并且其能夠評(píng)估與污染物無(wú)關(guān)的損害。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于其能夠在所述退化影響生產(chǎn)之前直接在現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)吸附劑的退化。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于其能夠結(jié)論性地確定所述吸附劑是否被損害。由于其運(yùn)行如此低廉，因此能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的測(cè)試以確定吸附劑損害并確認(rèn)所述損害是否會(huì)持續(xù)成為問(wèn)題。本發(fā)明能夠測(cè)試任何形式的吸附劑，包括但不限于珠、球?；蚍勰┬问?。
文檔編號(hào)G01N7/14GK102084236SQ200980125571
公開日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2009年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月1日
發(fā)明者G-P. 尼伊托 J., T. 弗雷爾特 M., A. 斯特亨森 N., A. 巴特雷 P., J. 龐托尼奧 S. 申請(qǐng)人:普萊克斯技術(shù)有限公司