通过使用沸石的变压吸附从气体混合物中吸附氮的方法技术

一种利用变压吸附作用在２０至５０℃之间的温度下从带有较少极性气体组分的气体混合物中吸附氮的方法，在该方法中气体混合物经过一个装满沸石颗粒填料的吸附器，吸附器具有一个进口区和一个出口区，其改进包括在吸附器内设置至少两种填料，一种在吸附器进口区内的锂沸石Ｘ和一种在吸附器出口区内的钙沸石Ａ和钙沸石Ｘ中至少一种的填料。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
通过使用沸石的变压吸附从气体混合物中吸附氮的方法本专利技术涉及使用沸石颗粒从气体混合物中吸附氮的一种改进的变压吸附法(pressure swing adsorption)。在环境温度下从空气中生产氧已经大规模地在工业上使用分子筛沸石进行着(请参看例如Gas Review Nippon，1985年第5期第13页)。这种方法当与氧作比较它优先吸附氮，也就是，当空气经过沸石填料时，氧和氩在离开该填料时作为产品被收集。被吸附的氮可以例如通过抽空填料而被解吸附。在这种情况中，该方法被称作真空变压吸附(vacuum swing adsorption)(VSA)法以有别于同样也是已知的变压吸附(PSA)法。连续的VSA法具有下列操作阶段的特征：a)使空气穿过沸石填料(在例如大约1巴的环境压力下)并从出口侧排出富O2的气体；b)使用一个真空泵将填料抽空(例如至与空气流逆向的大约100至300毫巴的真空度)；c)使填料充满富O2气体(例如至与空气流逆向的大约1巴的环境压力(参看例如下文中的图1))。在PSA方法中，阶段b)是在例如大约1巴的环境压力下进行的，同时用一部分富O2的气体清洗。在所谓的PVSA方法(VSA和PSA的结合)中，分离在1.1至2巴进行，而解吸附是在大约200至700毫巴(最小压力)进行。这些方法的目的是获得高的生产率(相对于所用沸石的量)和获得高的O2收率(即产品中的O2含量与引入的空气中的O2含量之比)。高的O2收率可以导致真空泵或空气压缩机的低的能量要求。作为三个上述阶段的结果，一般存在有三种沸石填料，即三种吸附器，它们循环工作。在VSA方法的情况中，吸附作用也可能用二个-->吸附器来完成(GB-A1559325)。这种吸附装置的经济适用性受到基本投资的影响，例如吸附剂的数量，真空泵的大小，尤其是操作费用，例如真空泵的电力消耗。于是有人开发出这样一种沸石，即使用了这种沸石就可以获得较高的氮吸附量，因而沸石的用量可以保持低水平甚至缩减。如欧洲专利EP-A-128545中所述的Ca沸石A可以用于此目的。该领域内的进一步发展朝向对氮比氧增加更大的选择性。增高的选择性通过使用锂沸石X来实现(EP-A297542)。与钠沸石X相比，  可以达到较高的分离系数和较高的N2负载量。使用锂沸石X还可以获得比钠沸石X(EP-A461478，实施例2)更佳的能量消耗。为了进一步优化空气分离用吸附方法，有人曾建议使用包括多个区域的吸附剂填料，每个区域具有不同类型的沸石。日本专利JP87/148304公开一种富集氧的方法，在该方法中使用一种以各种不同类型的沸石特定排列的吸附器以代替一个单一沸石填料的吸附器。吸附器在其空气进口侧含有Na-X，Na-Y或Ca-X类型的沸石，而在空气出口侧则含有Ca-A类型的沸石。在EP-A-374631中，将一种低N2吸附作用的Ca沸石A使用在空气进口区内，而一种高N2吸附作用的Ca沸石A使用在出口区内，其中，两种沸石的CaO/Al2O3比大致相等。不同的N2负载能力是由不同程度的活化促成的。EP-A0546542描述一种填料安排，其中锂沸石X用在空气进口区而钠沸石X用在空气出口区。本专利技术的目的是提供一种能效较高的变压吸附方法，这种方法用于从带有较少极性气体组分的气体混合物中吸附氮，用这种方法还可能获得与现有技术相比更为增进的O2收率。令人惊奇的是，在变压吸附方法中利用各种特定类型的沸石的组合就可以实现上述目的。-->本专利技术提供一种从带有较少极性气体组分的气体混合物中特别是从空气中吸附氮的方法，利用变压吸附作用在20和50℃之间的温度下进行，在该方法中，气体混合物穿过一个充满沸石颗粒填料的吸附器，吸附器具有一个进口区和一个出口区，其改进包括在吸附器内装有至少两种填料，一种锂沸石X的填料在吸附器的进口区和沸石A和沸石X中至少一种的填料在吸附器的出口区内，沸石A和沸石X填料都经与包括镁、钙和锶的碱土金属族的阳离子进行交换。在变压吸附方法中，特别应区分VSA法、PSA法和PVSA法之间的不同。在VSA方法变异体中最好以100至400毫巴之间的抽空压力和1巴和1.1巴之间的吸附压力来操作。在PSA方法中最好以1至1.1巴的解吸附压力和2至6巴的吸附压力来操作，而在PVSA方法中则以200至700毫巴之间的抽空压力和1.1至2巴之间的吸附压力来操作。根据本专利技术，通过使用特定类型的沸石的组合证明不仅有可能增加O2的收率而且令人惊奇地还可以减小能耗。与阳离子交换过的沸石X最好具有大约2.0至3.0的SiO2/Al2O3摩尔比率和大约0.45至1.0的碱土金属氧化物/Al2O3摩尔比率。最好能有至少两种填料，一种在吸附器进口区的锂沸石X填料和一种在吸附器出口区的钙沸石A和钙沸石X中的至少一种填料。在吸附器出口区内的钙沸石A和钙沸石X颗粒填料中，这两种类型的沸石可以以或者作为两个单独的填料或者作为由这两种类型沸石的混合物组成的一个单独的填料形式存在。最好是两种填料出现在吸附器内。所用的锂沸石X最好是一种具有大约2.0至2.5的SiO2/Al2O3摩尔比率的沸石，其中大约80-100％的AlO2四面体单元与锂阳离子缔合。剩下的阳离子最好是钠、镁、钙或锶的离子或质子或它们的混合物。所用的钙沸石X最好具有大约2.0至3.0的SiO2/Al2O3摩尔比率-->和大约0.45至1.0的CaO/Al2O3摩尔比率。所用的钙沸石A最好具有大约0.45至1.0的钙离子交换度。其它的优选的填料组合有：锂沸石X的填料和锶沸石A和锶沸石X中至少一种的填料，锂沸石X的填料和镁沸石A和镁沸石X中至少一种的填料，锂沸石X的填料和钙沸石A和钙沸石X中至少一种的填料，锂沸石X的填料和一种沸石A和一种沸石X中至少一种的填料，所述沸石A曾经与钙和镁离子交换并具有一个0.05至0.95的CaO/Al2O3摩尔比率和一个0.05至0.95的MgO/Al2O3摩尔比率，所述沸石X曾经与钙和镁离子交换并具有一个0.05至0.95的CaO/Al2O3摩尔比率和一个0.05至0.95的MgO/Al2O3摩尔比率。锂沸石X的填料和一种沸石A和一种沸石X中至少一种的填料，所述沸石A曾经与钙和锶离子交换并具有一个0.05至0.95的CaO/Al2O3摩尔比率和一个0.05至0.95的SrO/Al2O3摩尔比率，所述沸石X曾经与钙和锶离子交换并具有一个0.05至0.95的CaO/Al2O3摩尔比率和一个0.05至0.95的SrO/Al2O3摩尔比率。锂沸石X的填料和一种沸石A和一种沸石X中至少一种的填料，所述沸石A曾经与锶和镁离子交换并具有一个0.05至0.95的SrO/Al2O3摩尔比率和一个0.05至0.95的MgO/Al2O3摩尔比率，所述沸石X曾经与锶和镁离子交换并具有一个0.05至0.95的SrO/Al2O3摩尔比率和一个0.05至0.95的MgO/Al2O3摩尔比率。存在于出口区的沸石X最好具有一个2.0至3.0的SiO2/Al2O3摩尔比率和一个0.45至1.0的MeO/Al2O3摩尔比率(其中Me＝Ca，Sr)和一个0.3至1.0的MeO/Al2O3摩尔比率(其中Me＝Mg)。存在于吸附本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用变压吸附作用在２０至５０℃之间的温度下从带有较少极性气体组分的气体混合物中吸附氮的方法，在其中，气体混合物经过一个装满沸石颗粒填料的吸附器，吸附器具有一个进口区和一个出口区，其改进包括在吸附器内设置至少两种填料，一种在吸附器进口区内的锂沸石Ｘ的填料和一种在吸附器出口区内的沸石Ａ和沸石Ｘ中至少一种的填料，所述沸石Ａ和沸石Ｘ填料都经与包括镁、钙和锶的碱土金属族的阳离子进行交换。

【技术特征摘要】
DE 1995-8-1 19528188.81.一种利用变压吸附作用在20至50℃之间的温度下从带有较少极性气体组分的气体混合物中吸附氮的方法，在其中，气体混合物经过一个装满沸石颗粒填料的吸附器，吸附器具有一个进口区和一个出口区，其改进包括在吸附器内设置至少两种填料，一种在吸附器进口区内的锂沸石X的填料和一种在吸附器出口区内的沸石A和沸石X中至少一种的填料，所述沸石A和沸石X填料都经与包括镁、钙和锶的碱土金属族的阳离子进行交换。2.如权利要求1的方法，其中沸石X具有大约2.0至3.0的SiO2/Al2O3摩尔比率和大约0.45至1.0的碱土金属氧化物/Al2O3摩尔比率。3.如权利要求1的方法，其中锂沸石X具有一个大约2.0至2.5的SiO2/Al2O3摩尔比率，沸石中大约80至100％的AlO2四面体单元与锂阳离子缔合。4.如权利要求1的方法，其中吸附器装有至少两种填料，一种在吸附器进口区的锂沸石X填料和一种在吸附器出口区的钙沸石A和钙沸石X中的至少一种的填料。5.如权利要求4的方法，其中单一的锂沸石X填料存在于吸附器的进口区内而单一的钙沸石A或钙沸石X填料存在于吸附器的出口区内。6.如权利要求4的方法，其中钙沸石X存在于出口区内并具有一个2.0至3.0的SiO2/Al2O3摩尔比率和一个0.45至1.0的CaO/Al2O3摩尔比率。7.如权利要求4的方法，其中钙沸石A存在于出口区内并具有一个0.45至1.0的CaO/Al2O3摩尔比率。8.如权利要求1的方法，其中吸附器装有至少两种填料，一种在吸附器进口区的锂沸石X填料和一种在吸附器出口区的锶沸石A和锶沸石X中的至少一种的填料。9.如权利要求8的方法，其中锶沸石X存在于出口区内并具有一个2.0至3.0的SiO2/Al2O3摩尔比率和一个0.45至1.0的SrO/Al2O3摩尔比率。10.如权利要求8的方法，其中锶沸石A存在于出口区内并具有一个0.45至1.0的SrO/Al2O3摩尔比率。11.如权利要求1的方法，其中吸附器装有至少两种填料，一种在吸附器进口区的锂沸石X填料和一种在吸附器出口区的镁沸石A和镁沸石X中的至少一种的填料。12.如权利要求11的方法，其中镁沸石X存在于出口区内并具...

【专利技术属性】
技术研发人员：G莱斯，L普帕，B希斯，
申请(专利权)人：拜尔公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]