从空气分离气体制造技术

本发明专利技术涉及由如下八面沸石(FAU)的晶体制成的吸附剂沸石材料用于通过(V)PSA非低温分离工业气体、特别是从空气非低温分离气体的用途：其Si/Al摩尔比在1.00和1.20之间，并且其非沸石相含量(NZP)使得0<NZP≤25％。本发明专利技术还涉及至少包含所述吸附剂沸石材料的呼吸辅助设备。备。备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】从空气分离气体


[0001]本专利技术涉及通过(V)PSA分离工业气体、特别是分离空气中包含的氮气和氧气，一种完全适当的应用是制备医用氧气(medical oxygen)，其它可能的应用是用于制备工业氧气的VPSA应用。
[0002]更准确地说，本专利技术涉及特定的吸附剂材料用于分离空气气体和工业气体的用途，和更特别地用于通过在气体物流例如空气中进行吸附来分离氮气的用途，并且还涉及通过吸附氮气(N2)制备高纯度氧气(O2)，且更特别地从空气制备医疗用途(medical use)的氧气。

技术介绍

[0003]从气体混合物分离氮气是若干非低温工业工艺的基础，所述工艺包括通过PSA(变压吸附)或VPSA(真空变压吸附)工艺从空气生产氧气，且PSA工艺是最重要的之一。
[0004]在该应用中，空气被压缩并送至对氮气分子具有显著偏好的吸附剂柱。以此方式，在吸附循环(周期)期间，与氩气一道产生纯度为约94
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95％的氧气。一定时间后，将该柱减压和然后保持在低压下，在此期间将氮气解吸。然后通过所产生氧气的一部分和/或通过空气确保再压缩，和然后循环继续。该工艺相对于一般进行的低温工艺的优势在于设施更简单、维护更容易，且因此使用更有效率和实施更经济，特别是对于小到中型设施，即每天生产几十吨或更少的经纯化气体的设施。
[0005]然而，使用的吸附剂的品质对于有效率和有竞争力的工艺仍然是关键。吸附剂的性能与许多因素有关，其中可尤其提及：氮气吸附容量以及氮气和氧气之间的选择性，其将是柱定尺寸(sizing)和优化生产收率(产生的氧气和引入的氧气之间的比率)方面的决定因素；以及吸附动力学，其将使循环时间能够得到优化和设施生产率能够得到改进。
[0006]专利US 6596256 B1公开了一种在不添加钾的情况下制备钠LSX和钠MSX沸石的方法。然后将如此制备的沸石在使用前与锂离子、钙离子、稀土金属阳离子或这些阳离子的混合物进行阳离子交换，例如在锂交换的LSX沸石的情况下用于氮气/氧气分离。
[0007]专利US 5464467 A描述了一种从气体混合物制备氮气的工艺，其包括使所述气体混合物进入至少一个包括含有50％至约95％锂离子的X型沸石的吸附区中。这样的锂沸石具有完全有利的氧气生产能力，其尤其优于用现有技术的沸石或包含其它阳离子的沸石获得的吸附容量。
[0008]基于八面沸石(FAU)型沸石的沸石吸附剂也是已知的，且特别是例如在国际专利申请WO2018/100318中描述的基于具有低硅/铝摩尔比的锂交换的沸石(LiLSX)的吸附剂。已经证明这些吸附剂对于氧气/氮气分离、且特别是对于从空气制备医用氧气不仅完全适合，而且非常有效率。
[0009]因此，现有技术教导本领域技术人员，通过使用基于X型沸石、还更好的是基于LSX沸石(它们包括锂离子)的沸石吸附剂来优化从气体混合物(例如从氮气/氧气混合物或从空气)生产氧气。
[0010]事实上，现在锂交换的沸石吸附剂被出售用于氮气/氧气分离，这些沸石被认为是最有效率的。然而，锂交换的吸附剂存在相对高的制造成本的问题，尤其是由于锂金属的固有成本，锂金属是一种自然资源不断减少的金属。
[0011]为了克服这些缺点并且尤其是减少包含锂的沸石吸附剂的使用，专利US 6027548A提出使用叠置NaX和LiX型吸附剂的多层吸附剂柱。尽管NaX型吸附剂的性能与LiX型吸附剂的性能相比相对较差，但所述文献中描述的多层吸附剂成本适中，且被呈现为具有有利的成本/性能比。
[0012]具体而言，熟知的是，NaX型吸附剂由于其相对于锂交换的吸附剂而言低的制造/销售成本而可被偶尔使用。然而，NaX型吸附剂在氮气吸附容量和氮气/氧气选择性方面效率较低。

技术实现思路

[0013]因此，仍然需要在氮气吸附容量和氮气/氧气选择性方面具有良好性能品质的负担得起的产品。因此，本专利技术的第一个目的是提出负担得起的沸石吸附剂，其在气体分离方面、尤其是在氮气/氧气分离方面、以及更特别是在氧气和尤其是医用氧气的生产方面具有好的或甚至非常好的性能品质。
[0014]最特别针对的目的是在氮气/氧气分离方面具有高选择性、且特别地具有保留氮气而不保留氧气的能力的低成本沸石吸附剂，更特别的是在不吸附或仅非常少地吸附氧气的同时选择性地吸附氮气的沸石吸附剂。
[0015]本专利技术的目的之一尤其在于通过如下而改进现有的用于分离氮气和氧气的钠级沸石吸附剂(也称为“筛”)：提出不保留或仅非常少地保留氧气并且非常优先地保留氮气的固体。其它进一步的目的将从下面对本专利技术的描述中变得明晰。
[0016]申请人现已发现，上述目的可通过以下和下文描述的本专利技术而完全地或至少部分地实现。
[0017]现已发现，可由FAU型沸石晶体制备沸石吸附剂材料，用于通过(V)PSA对工业气体进行非低温分离，特别是用于分离氮气和氧气(N2/O2)，和最特别的是用于从空气制备医用氧气，以及还用于通过(V)PSA而工业制备氧气。
[0018]因此，根据第一方面，本专利技术的主题是沸石吸附剂材料用于通过(V)PSA对工业气体进行非低温分离，特别是用于分离氮气和氧气(N2/O2)，和典型地用于从空气制备医用氧气，以及还用于通过(V)PSA而工业制备氧气的用途，所述沸石吸附剂材料：
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基于八面沸石(FAU)沸石晶体，其Si/Al摩尔比在1.00和1.20之间、还更好地在1.00和1.15之间、且优选在1.00和1.12之间，包括限值(端点，limit)，
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且非沸石相(NZP)的含量使得0<NZP≤25％、优选0<NZP≤20％、更优选0<NZP≤15％、有利地0<NZP≤10％、甚至更有利地0<NZP≤8％，以相对于沸石吸附剂材料总重量的重量计。
[0021]根据一个优选方面，可在本专利技术的上下文中使用的沸石吸附剂的钠含量通常大于95％、优选大于97％、更优选大于98％、更优选大于99％，包括限值，这些钠含量是作为可交换位点的百分比表示的。对于在本专利技术的上下文中使用而言，沸石吸附剂在钠含量大于95％的情况下在下文中被称为“钠级沸石吸附剂”或“钠级筛”。
[0022]出于本专利技术的需要，应理解可用于形成上述沸石吸附剂的沸石由钠溶液合成并且有利地不进行任何离子交换或否则进行这样的离子交换：其使得交换后的沸石吸附剂的可交换位点被钠离子占据超过95％、优选占据超过97％、更优选占据超过98％、和甚至更优选占据超过99％，包括限值。
[0023]因此，根据本专利技术最特别优选的实施方式，可用于对工业气体和尤其是空气气体进行非低温分离的沸石吸附剂是钠级沸石吸附剂，其可交换位点的大于95％被钠离子占据，且其除钠以外的阳离子的含量，以氧化物表示，小于5％、且优选小于4％、还更好地小于2％，所述除钠以外的阳离子例如选自锂、钾、钡、钙、锶、铯和过渡金属例如银，且优选选自本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.沸石吸附剂材料用于通过(V)PSA对工业气体进行非低温分离，特别是用于分离氮气和氧气(N2/O2)，和最特别的是用于从空气制备医用氧气，以及还用于通过(V)PSA而工业制备氧气的用途，所述沸石吸附剂材料：
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基于八面沸石(FAU)沸石晶体，其Si/Al摩尔比在1.00和1.20之间、优选在1.00和1.15之间、且优选在1.00和1.12之间，包括限值，且
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非沸石相(NZP)的含量使得0<NZP≤25％、优选0<NZP≤20％、更优选0<NZP≤15％、有利地0<NZP≤10％、甚至更有利地0<NZP≤8％，以相对于沸石吸附剂材料总重量的重量计。2.如权利要求1中所述的用途，其中沸石吸附剂的钠含量大于95％、优选大于97％、更优选大于98％、更优选大于99％，包括限值，这些钠含量是作为可交换位点的百分比表示的。3.如权利要求1或2中所述的用途，其中形成所述沸石吸附剂的沸石晶体选自FAU LSX型沸石晶体(Si/Al比等于1.00)和FAU MSX型沸石(Si/Al比对应于不等式1.00<Si/Al≤1.20)。4.如前述权利要求任一项中所述的用途，其中所述沸石吸附剂材料具有小于或等于7mm、优选在0.05mm和5mm之间、更优选在0.2mm和3mm之间的体积平均直径。5.如前述权利要求任一项中所述的用途，其中所述沸石吸附剂材料具有在0.55kg.m
‑3和0.80kg.m
‑3之间、优选在0.58kg.m
‑3和0.75kg.m
‑3之间、更优选在0.60kg.m<...

【专利技术属性】
技术研发人员：G奥尔蒂斯，Q佩尔西永，
申请(专利权)人：阿科玛法国公司，
类型：发明
国别省市：