非均相吸附剂及其在扩散分离方法中的应用技术

描述了一种非均相吸附剂，由心层和至少一个连续的外层形成，其中所述吸附剂的心层具有代表吸附剂体积至少３５％的体积吸附量，外层具有大于５的扩散选择性。该吸附剂用于气体分离方法或液体分离方法中。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】非均相吸附剂及其在扩散分离方法中的应用
本专利技术涉及在扩散分离方法中使用的由至少一种晶体构成的非均相吸附剂，该晶体由心层(core)和至少一个连续的外层形成。扩散分离方法利用了通过不同化学成分的固体内部的扩散动力学差异而将两种分子分离的特性。
技术介绍
进行大规模的分离，如分离空气中的氧和氮，从氮和氧分离氩，分离单支链和二支链的石蜡，最佳的吸附剂必须一方面具备所要分离的分子间的相当大的扩散动力学差异，另一方面具有良好的吸附量。均相吸附剂，即完全由相同的化学成分构成的吸附剂，在现有技术是已知的；这些均相吸附剂一般具有良好的分离性能，但只有较低的吸附量，特别是MFI结构型的硅沸石(silicalite)，或者具有良好的吸附量，但不能进行理想的分离。由心层和外层构成的非均相吸附剂在现有技术中也是已知的(FR-A1-2794993，EP-A1-1080771)。上述非均相吸附剂的中心部分如果是吸附剂也只是弱的吸附剂，且至少部分地被吸附剂周围层所覆盖，一般是沸石。上述吸附剂的制剂不能提高分离方法中有关吸附量的性能，只能降低被吸附到吸附剂微粒上的种类间的扩散阻力，以便具有高动力学的吸附剂微粒。在该例子中，是热力学分离的问题，其中周围层的选择性是使用热力学的。本专利技术提供了新的非均相吸附剂，其相对于均相吸附剂和中心部分不用作吸附剂的非均相吸附剂来说，吸附量明显提高。专利技术概述本专利技术的非均相吸附剂由至少一种晶体构成，该晶体由心层和至少一个连续的外层形成，特征在于所述吸附剂的心层具有代表吸附剂体积至少35％的体积吸附量，外层具有大于5的扩散选择性。所述的非均相吸附剂由结合为颗粒的晶体构成，每个晶体具有上文所定义特征的心层和至少一个连续的外层。优选地，心层的晶体大小为0.1μm-0.4mm，连续外层的厚度为0.01-100μm。-->专利技术的有用性本专利技术的非均相吸附剂由吸附剂心层和晶体内连续的和选择性的外层构成的事实使获得具有高的吸附量而仍然确保良好选择性的吸附剂成为可能。因此，由于非均相吸附剂的吸附量是高的，其中使用了非均相吸附剂的分离方法的成本显著地降低，因为对于特定分离所需吸附剂的质量与吸附量成反比。因此，本专利技术可能降低为了进行分离而所用吸附剂的量。
技术实现思路
本专利技术的吸附剂是由至少一种晶体构成的非均相吸附剂，该晶体由心层或中央核和至少一个化学成分或晶体结构不同于心层的外层构成。所述的吸附剂特别地适合于流体的扩散分离，最基本的是吸附剂的至少一个外层在吸附剂心层的表面上是连续的，使所述的心层不与所要分离的流动相直接接触。本专利技术吸附剂的心层保证了该吸附剂的良好的吸附量，而吸附剂心层表面的至少一个连续的外层则确保了良好的扩散选择性。因此，本专利技术涉及由心层和至少一个连续的外层形成的非均相吸附剂，特征在于该吸附剂的心层具有代表吸附剂体积35％的体积吸附量，外层具有大于5的扩散选择性。吸附量，在本专利技术范围内用体积％表示，可视为在某一温度每单位体积的吸附剂易接近可被吸附的分子的吸附剂体积。连续的外层必须被理解为在吸附剂心层表面的厚度一致的均相覆盖物。所述的连续外层覆盖整个心层，特征在于与进行理想分离相对的相当大的扩散选择性。因此，可以说是连续的和选择性的外层。因此，它具有相当大的扩散阻力，例如只允许要分离的混合物中存在的一些分子通过，即最快扩散的受到最小阻碍的分子。所述连续的外层，具有大于5的扩散选择性，具有小于本专利技术吸附剂心层的吸附量。心层，完全被具有强的扩散选择性的所述连续外层覆盖，具有小于所述外层的扩散选择性。本专利技术吸附剂的心层和连续的外层都没有催化活性。它们不含有催化活性的金属以避免与吸附剂接触的分子的任何反应和/或转化。更精确地，本专利技术吸附剂由颗粒构成，每个颗粒由晶体构成。根据本专利技术，每个晶体由代表吸附剂体积至少35％的体积吸附量的心层和扩散选择性大于5的连续外层形成。根据本专利技术，晶体心层的成分不同于该相同晶体的连续外层。本专利技术吸附剂的非均相性因此位于晶-->体中(微米级)，每个晶体整体上具有非均相成分。本专利技术吸附剂可具有多个外层以形成多层吸附剂。根据本专利技术，上述层中至少一个完全包住心层，以在心层表面形成连续的外层，使其具有大于5的扩散选择性。本专利技术吸附剂有利地含有单个连续外层。吸附剂心层的体积吸附量优选为吸附剂体积的至少40％，更优选为吸附剂体积的至少45％。覆盖整个吸附剂心层的连续外层的扩散选择性优选大于10，再优选大于50，更优选大于100，甚至更优选大于175。根据本专利技术的实施方案，吸附剂的心层部分地或全部是空的。在心层完全空的例子中，心层的体积吸附量为吸附剂体积的100％。该方案特别适合于液体混合物的分离。根据本专利技术的另一实施方案，体积吸附量为吸附剂体积至少35％的吸附剂心层由孔直径为0.1-20nm的结晶微孔性固体或孔直径为20-500nm的结晶中孔性固体构成的吸附剂材料形成。从结晶的微孔性固体中，可选择例如陶瓷、粘土、柱粘土、活性炭、硅石、氧化铝、硅铝、沸石如属于FAU结构型的沸石(X沸石，Y沸石)，属于BEA结构型的沸石(β沸石)。在结晶中孔性固体中，MCM-41和MCM-48固体是特别优选的。通常，任何多孔的异质结构均适于形成吸附剂的心层，该异质结构是结晶或无定形的，具有0.1nm-500nm的孔大小和占吸附剂体积至少35％，优选吸附剂体积的至少40％，非常优选吸附剂体积的至少45％的体积吸附量。构成本专利技术吸附剂心层的晶体的大小有利地为0.1μm-0.4mm，更有利地0.2-50μm，甚至更有利地0.5-5μm。吸附剂的心层具有可以忽略的扩散阻力。不受心层化学性质的限制，即不受部分或完全空的心层或由结晶固体形成的心层的限制，扩散选择性大于5的连续外层由孔直径0.1-20nm，优选0.1-10nm，甚至更优选0.1-5nm的结晶微孔性固体构成。例如活性炭、硅石、氧化铝、铝磷酸盐、与不同阳离子交换或非交换的沸石、表面处理或表面淀积(有机金属型)的沸石，金属硅酸盐如铝硅酸盐、硼硅酸盐和钛硅酸盐，和金属磷酸盐如铝磷酸盐、镓磷酸盐和锌磷酸盐。扩散选择性大于5并完全包围吸附剂心层的连续外层的厚度可根据吸附剂而变化，且对一个特定吸附剂而言也是要分离分子以及试验条件的函数，该试验条件特别是温度、压力、流体的循环-->速率。优选地，所述外层的厚度为0.01-100μm，更优选0.1-10μm。特别有利的是如果心层的尺寸为0.2-50μm，至少一个连续外层为0.01-100μm厚，得到本专利技术非均相吸附剂晶体的最大尺寸150μm。有利地，吸附剂的心层为本专利技术非均相吸附剂总体积的至少10％且最多99％，它优选地为所述吸附剂总体积的20-90％，更优选40-85％。在吸附剂是球形或圆柱形的例子中，心层的半径为吸附剂总半径的至少40％，更有利地为至少60％，甚至更有利地为吸附剂总半径的至少70％。优选地，本专利技术的吸附剂是球形的。根据本专利技术，有利地，构成吸附剂心层的固体的孔大小比构成连续外层的固体的大。对于本专利技术吸附剂的方案，优选使用沸石固体作为心层和连续外层。所述的沸石固体在它们的结构型和/或它们的结晶构架的化学成分和/或补偿阳离子的性质方面是不同的。优选地，用作吸附剂心层组分的沸石为FAU结构型的沸石，特别是Y沸本文档来自技高网...

【技术保护点】
由至少一种晶体构成的非均相吸附剂，该晶体由心层和至少一个连续的外层形成，其特征在于所述吸附剂的心层具有占该吸附剂体积至少３５％的体积吸附量，该外层具有大于５的扩散选择性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】FR 2002-8-1 02/098411.由至少一种晶体构成的非均相吸附剂，该晶体由心层和至少一个连续的外层形成，其特征在于所述吸附剂的心层具有占该吸附剂体积至少35％的体积吸附量，该外层具有大于5的扩散选择性。2.根据权利要求1的非均相吸附剂，其特征在于该心层的体积吸附量占吸附剂体积的至少40％。3.根据权利要求1或2的非均相吸附剂，其特征在于所述扩散选择性大于10。4.根据权利要求1-3之一的非均相吸附剂，其特征在于该心层的吸附量大于该连续外层的吸附量。5.根据权利要求1-4之一的非均相吸附剂，其特征在于该心层是部分或完全空的。6.根据权利要求1-4之一的非均相吸附剂，其特征在于该心层含有结晶的微孔性或中孔性固体。7.根据权利要求1-6之一的非均相吸附剂，其特征在于该连续的外层含有结晶的...

【专利技术属性】
技术研发人员：E若利迈特尔，L鲁洛，O迪克勒，
申请(专利权)人：法国石油公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]