使用湿气摇摆再生的、用于气体分离的混合吸附剂制造技术

本发明专利技术涉及吸附气体分离器，该吸附气体分离器能够使用具有混合在一起的多种吸附剂的接触器。用于制造混合吸附剂接触器的多种吸附剂能够选择它们的各种物理和化学特性，这些物理和化学特性将使得操作人员能够定制配方和结构设置，以便获得使用混合吸附剂的吸附气体分离器的优化性能。分离器的优化性能。分离器的优化性能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用湿气摇摆再生的、用于气体分离的混合吸附剂


[0001]本专利技术公开的实施例总体涉及使用湿气摇摆再生的、用于气体分离处理的吸附剂，更具体地说，涉及混合吸附剂配方以及它们的使用方法。

技术介绍

[0002]吸附气体分离处理与蒸馏和基于膜的分离一起是最常见形式的工业分离方法。
[0003]如本领域技术人员将理解，吸附分离处理的成本大致受到产生特殊生产量的提纯产物所需的吸附剂量的影响。每吸附剂质量的该生产量是吸附循环容量和吸附循环时间的简单乘积。在热摇摆或化学摇摆处理中，吸附在(接触器的)固体吸附剂上的分子的解吸可能是相对缓慢的处理，因为需要引入用于解吸的能量和将该能量传递至吸附剂中。
[0004]常规的湿气摇摆吸附气体分离处理通常能够采用两个基本步骤：1)吸附步骤和2)再生步骤。在典型的吸附步骤中，供给流(例如具有较低的水分压或相对湿度的多组分流体混合物)能够进入具的吸附剂分离器，该接触器包括吸附剂材料。供给流能够通过接触器，在此期间，供给流的目标组分能够吸附在吸附剂材料上，从而使得目标组分(现在吸附在吸附剂材料上)与供给流的剩余组分分离。作为吸附步骤的一部分，剩余组分能够形成第一产物流，该第一产物流能够从吸附剂分离器中回收。随后，在再生步骤中，具有高相对湿度(相对于供给流)的再生流体流(例如蒸汽)能够进入吸附剂分离器，以便与接触器的吸附剂材料接触和直接加热该吸附剂材料，从而从接触器的吸附剂材料中吹扫或以其它方式解吸吸附的目标组分。来自再生流或蒸汽的水组分经历相变，并吸附在吸附剂材料上，同时释放吸附热。释放的吸附热的一部分能够用作在再生步骤中从吸附剂中解吸目标组分所需的解吸热或能量的一部分。
[0005]解吸的分子和蒸汽能够回收为第二产物流。然后，在第二产物流中的水分子能够通过冷凝而与第二产物流中的目标组分分离，从而增加目标组分的纯度。
[0006]在重复下一吸附步骤和循环之前，能够采用随或第二再生步骤或调节步骤来解吸吸附在吸附剂材料上的水。
[0007]湿气摇摆引起的目标分子解吸能够提供解吸吸附分子的快速和高效的手段，其中，得到的产物流是高纯度。该方法在PCT国际申请公开No.WO2017/165974A1中介绍。
[0008]用于解吸的湿气摇摆或相对湿度摇摆气体分离处理的另外优点包括：在吸附剂再生中通过使用湿气吸附或冷凝在吸附剂上的热量而将能量快速引入吸附剂，以便使热能相对均匀地分布在多孔吸附剂内；当环境友好时，水能够在需要时排出至大气中；以及由于水的氢键结合能力，具有显著水吸附能力的吸附剂相当常见。
[0009]在吸附分离处理时暴露于水和/或蒸汽的常规吸附剂材料的缺点包括：水强烈吸附在吸附剂材料上，从而导致能量密集和相对较长的解吸处理(由于干燥吸附剂材料所需的时间)；吸附剂材料在存在水时降级(例如，聚合胺吸附剂能够由于局部溶剂化而迁移，从而使它们可移动，且对于MOF吸附剂，它的结构在存在蒸汽时经历相变，从而导致孔塌陷和/或选择性吸附能力的损失)；和/或水稳定性属性与一种或多种希望属性(例如，目标分子吸
附能力和/或反应动力学)负相关。
[0010]而且，常规的吸附气体分离器和处理能够使用吸附床或接触器，该吸附床或接触器包括整个吸附床的单一吸附剂材料，其中，再生步骤能够包括：使得蒸汽通过进口而进入吸附床；使得与吸附剂材料接触的蒸汽流过吸附床；解吸目标分子；产生产物流；以及通过出口而从吸附床中回收产物流。这种方法的缺点是吸附剂材料能够根据用于特殊应用的所希望标准(例如水稳定性)来选择，这通常与一种或多种所希望的属性(包括例如目标分子吸附能力和/或反应动力学)负相关。
[0011]还有，在吸附气体分离处理的正常操作条件下，供给流或再生气流中的其它组分(例如氧气、氮氧化物和硫氧化物)也能够在重复循环中降级吸附剂和/或降低吸附剂的吸附能力，类似于蒸汽或水。
[0012]具有选择用于水稳定性的单一吸附剂材料的接触器的再生也能够使用过量的蒸汽(与合适量相比)。
[0013]吸附剂材料通常形成为挤出物、丸粒或结构化吸附剂接触器，以便能够高效分配流体，以便从中提纯或除去一种或多种化合物。在PCT国际申请公开No.WO2010/096916A1和WO2018/085927A1中介绍了用于快速循环分离的、特别感兴趣的低寄生热质量结构吸附剂接触器。
[0014]为了减轻水对吸附剂的影响，常规的吸附气体分离器和处理还能够采用多级吸附剂床或接触器，该多级吸附剂床或接触器有串联流体连接的第一级和第二级，其中，第二级中的吸附剂通过第一级中的吸附剂而与供给流中的水隔离。在多级吸附剂床中，第一级中的吸附剂通常用于只从供给流中吸附和分离水，而不是目标组分。含有配制成吸附和分离水的吸附剂的第一级能够流体连接在第二级的上游，以便从供给流中除去水。然后，干燥的供给流能够从第一级回收，并供给至第二级。然后，第二级中的吸附剂用于从供给流中分离所希望的目标组分。而且，在第二级中的吸附剂的再生能够采用不使用蒸汽的再生方法，因此消除了吸附剂暴露于蒸汽。
[0015]使用多级吸附剂床的缺点包括：只使用一种吸附剂来吸附和分离目标组分，导致吸附剂和资金成本以及分离器体积增加；再生两种不同的吸附剂，这可能增加复杂性、处理循环时间、用于再生的能量和处理成本；以及降低处理效率。
[0016]其它常规的吸附气体分离器(例如填充床吸附分离器)能够使用多种的吸附剂。不过，多种吸附剂中的只有一种能够用于从供给流中吸附和分离所希望的目标组分。这种方法的缺点包括：吸附剂和资金成本增加；再生两种或更多种不同的吸附剂，这可能增加复杂性、处理循环时间、用于再生的能量和处理成本；降低吸附剂效率。

技术实现思路

[0017]吸附气体分离器能够使用或采用具有多种吸附剂的接触器。不过，与目前已知的吸附气体分离器不同，本专利技术实施例能够采用具有混合在一起的各种吸附剂的接触器，混合吸附剂有粉末形式的不同配方和/或不同的结构设置。
[0018]在广义方面，用于分离气体混合物的混合吸附剂粉末包括一种或多种耐受性吸附剂材料以及一种或多种不耐受性吸附剂材料，其中，所述一种或多种耐受性吸附剂材料的吸附剂重量等于或大于所述混合吸附剂粉末的吸附剂重量的20％。
[0019]在另一广义方面，混合吸附剂粉末包括：第一耐受性吸附剂材料，其中，所述第一耐受性吸附剂材料是耐受蒸汽、耐受氧化、耐受NOx和/或耐受SOx中的至少一种，该第一耐受性吸附剂材料还包括水吸附能力、水吸附热、目标分子吸附热和目标分子吸附能力；以及一种或多种第二吸附剂材料，该第二吸附剂材料还包括水吸附能力、水吸附热、目标分子吸附热和目标分子吸附能力。在实施例中，所述第一耐受性吸附剂材料和所述第二吸附剂材料的不同之处在于水吸附能力、水吸附热、目标分子吸附能力和目标分子吸附热中的至少一个，且所述一种或多种第一耐受性吸附剂材料和所述一种或多种第二吸附剂材料的所述水吸附能力乘以所述水吸附热的乘积总和大于所述第一耐受性吸附剂材料和所述一种或多种第二吸附剂材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于分离气体混合物的混合吸附剂粉末，包括：一种或多种耐受性吸附剂材料；以及一种或多种不耐受性吸附剂材料，其中，所述一种或多种耐受性吸附剂材料的吸附剂重量等于或大于所述混合吸附剂粉末的吸附剂重量的20％。2.根据权利要求1所述的混合吸附剂粉末，其中：当水吸附处于它的吸附分离处理的最大能力时，所述一种或多种耐受性吸附剂材料的水吸附能力等于或大于所述混合吸附剂粉末在蒸汽再生条件下的水吸附能力的20％，以及其中，所述一种或多种耐受性吸附剂材料是耐受蒸汽、耐受氧化、耐受NOx和/或耐受SOx中的至少一种。3.根据权利要求2所述的混合吸附剂粉末，其中：所述混合吸附剂粉末在吸附分离处理中用于吸附的处理条件下对目标分子具有至少1mmol/g的吸附能力。4.根据权利要求1、2或3所述的混合吸附剂粉末，其中：所述一种或多种耐受性吸附剂材料包封所述一种或多种不耐受性吸附剂材料，且其中所述一种或多种耐受性吸附剂材料形成所述混合吸附剂粉末的远层，所述一种或多种不耐受性吸附剂材料形成所述混合吸附剂粉末的近层。5.根据权利要求1至4中任意一项所述的混合吸附剂粉末，其中：所述一种或多种耐受性吸附剂材料还包括水吸附热、水吸附能力、目标分子吸附热、目标分子目标吸附能力，其中，所述一种或多种不耐受性吸附剂材料还包括水吸附热、水吸附能力、目标分子吸附热、目标分子目标吸附能力，以及所述一种或多种耐受性吸附剂材料和所述一种或多种不耐受性吸附剂材料的所述水吸附能力乘以所述水吸附热的乘积总和大于所述一种或多种耐受性吸附剂材料和所述一种或多种不耐受性吸附剂材料的所述目标分子吸附能力乘以所述目标分子吸附热的乘积总和。6.一种混合吸附剂粉末，包括：第一耐受性吸附剂材料，其中，所述第一耐受性吸附剂材料是耐受蒸汽、耐受氧化、耐受NOx和/或耐受SOx中的至少一种，且还包括水吸附能力、水吸附热、目标分子吸附热和目标分子吸附能力；以及一种或多种第二吸附剂材料，该第二吸附剂材料还包括水吸附能力、水吸附热、目标分子吸附热和目标分子吸附能力，其中所述第一耐受性吸附剂材料和所述第二吸附剂材料的不同之处在于水吸附能力、水吸附热、目标分子吸附能力和目标分子吸附热中的至少一个，以及其中所述一种或多种第一耐受性吸附剂材料和所述一种或多种第二吸附剂材料的所述水吸附能力乘以所述水吸附热的乘积总和大于所述第一耐受性吸附剂材料和所述一种或多种第二吸附剂材料的所述目标分子吸附能力乘以所述目标分子吸附热的乘积总和。7.根据权利要求6所述的混合吸附剂粉末，其中：所述第二吸附剂材料是不耐受性吸附剂材料、不耐受蒸汽的吸附剂、不耐受氧化的吸附剂、不耐受NOx的吸附剂和/或不耐受SOx的吸附剂中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的混合吸附剂粉末，其中：所述第二吸附剂材料是以下至少一种：耐受性吸附剂材料、耐受蒸汽的吸附剂、耐受氧化的吸附剂、耐受NOx的吸附剂、耐受SOx的吸附剂、不耐受性吸附剂材料、不耐受蒸汽的吸附剂、不耐受氧化的吸附剂、不耐受NOx的吸附剂和/或不耐受Sox的吸附剂。9.一种用于分离气体混合物的形成混合吸附剂结构包括：一种或多种第一吸附剂材料；以及一种或多种第二吸附剂材料，用于与所述一种或多种第一吸附剂材料组合，从而形成混合吸附剂，其中，所述一种或多种第一吸附剂材料的吸附剂重量等于或大于所述混合吸附剂的吸附剂重量的20％，所述一种或多种第一吸附剂材料是耐受性吸附剂材料、耐受蒸汽的吸附剂、耐受氧化的吸附剂、耐受NOx的吸附剂和/或耐受SOx的吸附剂中的至少一种。10.根据权利要求9所述的形成混合吸附剂结构，其中：所述一种或多种第一吸附剂材料的水吸附能力等于或大于所述混合吸附剂在吸附分离处理中在它的最大能力下的水吸附能力的20％。11.根据权利要求9或10所述的形成混合吸附剂结构，还包括：吸附剂支承件或形成元件，用于产生所述混合吸附剂的片材或层压件或毫米级颗粒。12.根据权利要求11所述的形成混合吸附剂结构，其中：所述吸附剂支承件是片材、平坦片材、平面形片材和/或层压件的形式，具有在100微米至3000微米之间的范围内的厚度。13.根据权利要求9
‑
12中任意一项所述的形成混合吸附剂结构，其中：所述一种或多种第一吸附剂材料和所述一种或多种第二吸附剂材料的热容量的总和等于或大于所述形成混合吸附剂的热容量的75％。14.根据权利要求9
‑
13中任意一项所述的形成混合吸附剂结构，其中：所述形成混合吸附剂结构是片材、平坦片材、平面形片材和/或层压件的形式，具有在100微米至3000微米之间的范围内的厚度。15.根据权利要求9
‑
14中任意一项所述的形成混合吸附剂结构，其中：所述形成混合吸附剂结构和/或所述吸附剂支承件还包括第一端部和第二端部，所述一种或多种第一吸附剂材料均匀地分布和/或位于所述第一端部附近，所述一种或多种第二吸附剂材料均匀地分布和/或位于所述第二端部附近。16.根据权利要求9
‑
14中任意一项所述的形成混合吸附剂结构，其中：所述形成混合吸附剂结构和/或所述吸附剂支承件还包括第一端部和第二端部，所述一种或多种第一吸附剂材料和所述一种或多种第二吸附剂材料不均匀地分布和/或位于所述形成混合吸附剂结构或所述吸附剂支承件上。17.根据权利要求16所述的形成混合吸附剂结构，其中：所述第一端部相对于所述第二端部有更高浓度的所述一种或多种第一吸附剂材料，并相对于所述第二端部有更低浓度的所述一种或多种第二吸附剂材料，其中所述第二端部相对于所述第一端部有更低浓度的所述一种或多种第一吸附剂材料，并相对于所述第一端部有更高浓度的所述一种或多种第二吸附剂材料。18.根据权利要求16或17所述的形成混合吸附剂结构，其中：所述非均匀分布还包括在
所述形成混合吸附剂结构的所述第一端部和所述形成混合吸附剂结构的所述第二端部之间的梯度浓度。19.根据权利要求18所述的形成混合吸附剂结构，其中：在所述形成混合吸附剂结构的所述第一端部和所述形成混合吸附剂结构的所述第二端部之间的梯度浓度是恒定的。20.根据权利要求9
‑
14中任意一项所述的形成混合吸附剂结构，其中：所述形成混合吸附剂结构和/或所述吸附剂支承件还包括所述形成混合吸附剂结构的第一部分和第二部分，其中所述一种或多种第一吸附剂材料不均匀地分布和/或位于所述形成混合吸附剂结构或所述吸附剂支承件上，并有在所述形成混合吸附剂结构或所述吸附剂支承件的所述第一部分中的梯度浓度，以及其中所述一种或多种第二吸附剂材料均匀地分布和/或位于所述形成混合吸附剂结构或所述吸附剂支承件的所述第二部分中。21.根据权利要求9
‑
14中任意一项所述的形成混合吸附剂结构，其中：所述一种或多种第二吸附剂材料形成所述形成混合吸附剂结构或所述吸附剂支承件的第一层或近层，并与所述形成混合吸附剂结构或所述吸附剂支承件接触，以及其中所述一种或多种第一吸附剂材料形成所述形成混合吸附剂结构或所述吸附剂支承件的第二层或远层，并与所述第一层或所述近层接触。22.根据权利要求9
‑
14中任意一项所述的形成混合吸附剂结构，其中：所述一种或多种第一吸附剂材料包封所述一种或多种第二吸附剂材料，其中所述一种或多种第一吸附剂材料形成远层，且所述一种或多种第二吸附剂材料形成近层，以及其中所述一种或多种第一吸附剂材料和所述一种或多种第二吸附剂材料位于所述形成混合吸附剂结构或所述吸附剂支承件上。23.根据权利要求22所述的形成混合吸附剂结构，其中：所述一种或多种第一吸附剂材料和所述一种或多种第二吸附剂材料均匀地分布在所述形成混合吸附剂结构或所述吸附剂支承件的第一端部和所述形成混合吸附剂结构或所述吸附剂支承件的第二端部之间。24.根据权利要求9
‑
23中任意一项所述的形成混合吸附剂结构，其中：所述一种或多种第一吸附剂材料还包括水吸附热、水吸附能力、目标分子吸附热、目标分子吸附能力，其中所述一种或多种第二吸附剂材料还包括水吸附热、水吸附能力、目标分子吸附热、目标分子吸附能力，以及其中所述一种或多种第一吸附剂材料和所述一种或多种第二吸附剂材料的所述水吸附能力乘以所述水吸附热的乘积总和大于所述一种或多种第一吸附剂材料和所述一种或多种第二吸附剂材料的所述目标分子吸附能力乘以所述目标分子吸附热的乘积总和。25.根据权利要求9
‑
24中任意一项所述的形成混合吸附剂结构，其中：所述一种或多种第二吸附剂材料是不耐受性吸附剂材料、不耐...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔尔，
申请(专利权)人：斯万特有限公司，
类型：发明
国别省市：