改进的吸附剂组合物制造技术

本发明专利技术公开了一种既包含活性吸附剂组分又包含活性稀释剂组分的吸附剂组合物。以重量计，活性稀释剂组分为该组合物的约５％－８０％。这种吸附剂组合物可用于在如循环吸附方法中从气体混合物中分离气体组分。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提供了一种为用于气体混合物纯化和分离的如变压和变温吸附的循环吸附过程而设计的新的吸附剂。更具体地说，本专利技术提供了通过用有助于改进成品吸附剂颗粒固有吸附性能的粘合剂将活性组分加工成颗粒而制备的吸附剂。
技术介绍
对于纯气体的生产，以及对于将气体和它们的混合物进一步进行物理和/或化学处理之前的纯化，和对于流体废物流的处理来说，吸附被认为是非常好的单元操作。大气的纯化和分离是吸附方法广泛应用的主要领域之一。为了提高效率，正在不断地寻找新的吸附剂组成和它们的使用方法。有商业和技术价值的领域之一是在空气低温蒸馏之前的空气预纯化。用于通过空气的低温分离来生产氮气N2和氧气O2，同时也用于生产氩气Ar的传统的空气分离单元(ASUs)基本上分别由两个或至少三个在很低温度下操作的组合蒸馏塔组成。由于这些低温，所以必须从供给ASU的压缩空气中除去水蒸汽H2O和二氧化碳CO2。如果不这样做，该ASU的低温部分将被冻结，以致必需停止生产并加热堵塞部分以重新蒸发和移除讨厌的冻结气体的固体块。这个费用非常大。一般认为，为了防止ASU的冻结，在压缩空气原料物流中的H2O和CO2的含量必需分别低于0.1ppm和1.0ppm。此外，如低分子量烃和一氧化二氮N2O的其它污染物也可能存在于供给低温蒸馏塔的空气中，它们也必需在指定的分离过程之前被移除，以避免危险的工艺状态。用于空气预纯化的方法和装置必需具有不断满足污染物的上述标准的能力，同时希望超过要求的相应标准，并且必需以有效的方式来进行。这是特别重要的，因为预纯化成本被直接加入ASU的产品气体的成本中。目前用于空气预纯化的商业方法包括热交换器反转、变温吸附、变压吸附和催化预纯化技术。热交换器反转通过在其通道中将水蒸汽和二氧化碳交替地冷冻和蒸发来将它们移除。这种系统需要用大量的产品气体(典型地为50％或更多)来净化，即再生它们的通道。因此，产品的产率被限制在大约进料的50％。由于这一明显缺陷，并还存在特有的机械和噪音问题，在近年来，热交换器反转作为ASUs之前的空气预处理方法的使用不断地下降。在空气的变温吸附(TSA)预纯化中，杂质在相对低的环境温度下被从空气中移除，典型地在大约(5-15)℃，吸附剂的再生是在高温下进行，例如，在大约(150-250)℃的区域。再生需要的产品气体的数量一般仅大约为产品气体的(10-25)％。这样，相对于热交换器反转，TSA方法提供了相当大的改进。然而，TSA方法需要蒸发冷却或致冷单元以急冷进料气体，以及加热单元以加热再生气体。因此，它们在投资成本和能耗方面都是不利的，尽管与上面提到的热交换器反转的原理相比成本效率更高。变压吸附(PSA)(或变压真空吸附(PVSA))方法是TSA方法的一种很好的替代方法，例如，作为一种空气预纯化方法，这是因为吸附及经脱附的再生，一般均是在环境温度下进行。PSA方法一般确实比TSA方法要求更多的再生气体，如果低温分离的产品需要高回收率，这是不利的。如果PSA空气预纯化单元与低温ASU装置连接在一起，来自在接近于环境压力的压力下操作的低温部分的废物流被用作再生吸附床的净化气流。使进料空气加压通过活性氧化铝的颗粒层，以移除大部分的H2O和CO2，然后通过如FAU结构型的沸石颗粒层，例如，NaX沸石，以移除剩余的低浓度H2O和CO2。观察到吸附剂层的这种布置方式增加了在PSA床层中的温度影响，即在解吸过程中的温度降。在其它构型中，仅用活性氧化铝来从进料空气中既移除H2O又移除CO2。这种布置认为减少了温度的影响。值得注意的是，虽然在文献中已经提出了很多基于PSA的预纯化方法，但是它们很少被用于实际商业生产中，这是由于与其相关的投资成本较高。一般而言，公知的PSA预纯化方法需要最低25％，一般(40-50)％的进料作为净化气。作为具有低吸附剂与产品比的结果，这些方法的投资成本高。当设计大型装置时，降低空气预纯化系统的投资成本是特别重要的。因此，容易理解的是，对于大型装置，在预纯化系统操作上的改进能够节约相当大的成本。人们不断致力于开发更有效的吸附剂材料和成本更低的方法和装置来用于在气体纯化和分离的工业方法中。本专利技术提供了通过用粘合剂将活性组分加工成颗粒而制备的新的吸附剂组成，该粘合剂有助于改进成品吸附剂颗粒固有的吸附生能。本专利技术的概述本专利技术涉及改进的吸附剂和它们在气体混合物纯化和分离过程的变压和变温吸附中的应用。这种改进的吸附剂所包含的组成对粘合剂含量和特性进行优化以得到改进的成品吸附剂颗粒的固有吸附性能。此处使用术语“固有的”吸附性能并还用来表征和称谓那些吸附剂性能，即，生产能力和选择性，直接指的是与所考虑的吸附分离或纯化方法有关的成品吸附剂颗粒的吸附性能。这些组成包括至少一种活性吸附剂组分和一种粘合剂组分。这种活性吸附剂组分可以包括公知的吸附剂材料，如微晶沸石。粘合剂组分赋予如挤出物或微珠(即毫米级尺寸范围的颗粒)的成品吸附剂颗粒粘合和成形性能，而对粘合剂组分的类型和数量要进行控制，以致能改进成品吸附剂颗粒的固有吸附性能。关于成品吸附剂颗粒，公知的是，按照粘合程序，其中的至少一种活性吸附剂组分，例如一种具有特定固有吸附性能的微晶沸石材料，被精确地稀释到将至少一种粘合剂组分加入到这种至少一种活性吸附剂组分中的定量程度，条件是最后工序没有破坏活性组分以及成品材料的特定吸附参数。粘合材料仅赋予成品吸附剂颗粒以机械强度和稳定并适当的二级孔体系。因此，就它对于所涉及的成品材料的固有吸附性能，即吸附能力和选择性的贡献来说，它表现为惰性或钝态。因而，该至少一种粘合剂可以被认为是“钝态稀释剂”。使用术语“稀释剂”，申请人将其定义为这样的粘合剂，即，其赋予成品吸附剂颗粒以粘合和成形性、以及因此而产生的机械强度和大孔传递性，使得所述成品吸附剂颗粒能够在大型吸附装置中使用。相应地，“钝态稀释剂”对成品吸附剂颗粒的固有吸附性能没有贡献。反之，为了本专利技术，也可以定义“活性稀释剂”，该术语定义一种粘合剂，它除“钝态稀释剂”的所述特征之外，在为气体混合物的纯化和分离而进行的变压或变温吸附过程中的如气体压力、吸附相浓度(吸附的数量)和温度的物理参数范围内，对成品吸附剂的整体吸附性能有贡献，特别对于它的固有吸附参数如它的生产能力和选择性有贡献。附图简述附图说明图1是在25℃下，n-丁烷在一种高硅石MFI结构型沸石(硅质岩-1)、一种粘合剂和表示为ZXOBYO的多种沸石(Z)-粘合剂(B)组合物上的实验和典型吸附等温线的图示。图2是在25℃和所给定的压力范围内，对具有不同粘合剂含量的高硅石MFI结构型沸石(硅质岩-1)的“钝态稀释剂”和“活性稀释剂”实例的n-丁烷工作吸附相能力如关系曲线ns＝f(cbinder)的图示。图3是在45℃时，n-丁烷在一种高硅石FAU结构型沸石、一种海泡石粘合剂和表示为ZXOBYO的多种沸石(Z)-粘合剂(B)组合物上的实验和典型吸附等温线的图示。图4是在45℃时，对具有不同PSA工艺压力范围的高硅石FAU结构型沸石的多种“活性稀释剂”实例的n-丁烷工作吸附相能力如关系曲线ns＝f(cbinder)的图示。图5是在45℃时，压力变化范围在(3600900)托，具有不同粘合剂含量的“钝态稀释剂”(圆环)和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种吸附剂组合物，包括至少一种活性吸附剂组分和至少一种稀释剂组分，其中在所述的吸附剂组合物中它们的重量百分比分别为约２０％－９５％和约８０％－５％。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：M布洛，沈东敏，
申请(专利权)人：波克股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]