气流中二氧化碳的去除制造技术

一种从主要由极性小于ＣＯ↓［２］的气体组成的气流中除去ＣＯ↓［２］的方法，是将气流通过硅／铝原子比不超过１．１５的Ｘ型沸石床层吸附除去气流中的ＣＯ↓［２］。利用本法在高于２０℃的温度去除气流中的低浓度ＣＯ↓［２］，尤其具有优越性。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及气流中二氧化碳(CO2)的去除，具体是涉及在空气分离前去除其中的CO2进行空气的预净化。自然界及工业产生的各种气体常含有少量CO2，例如，大气中通常含有约250ppm的CO2。由于某些方法的制约或是气体的特定最后用途，有时需要从该气体中去除CO2。例如，空气将采取低温蒸馏、低温吸附等低温分离技术(低温空气分离)分离成各种组分产物时，它就必须基本上不含CO2和水汽，因为这些操作需在这些化合物的凝固点以下的温度进行；所以如果不将它们预先去除，它们会堵塞空气分离的设备。可以用多种方法去除气流中的CO2和水汽，例如凝结，逆热交换冷冻和吸附。一种特别优选的方法是利用一种对CO2(和水汽)吸附作用强于对气流中其它组分的吸附剂进行的吸附。例如，常令气流通过沸石13X床层来去除有待进行低温分离的空气流中的CO2。1975年5月27日授权于Sherman等的美国专利3,885,927揭示了，利用至少含90％(当量百分率)钡阳离子的X型沸石，在一40-120F可由含量不大于1000ppmCO2的气流中去除其CO2。1988年10月4日授权于Rastelli等人的美国专利4,775,396揭示了在-50-100℃利用变压吸附可吸附除去气流中的CO2，该吸附剂SiO2/Al2O3的摩尔比约2-100，至少含有20％(当量)的选自锌、稀土，氢和铵离子中一种或多种的阳离子，并含有不多于80％(当量)的碱金属或碱土金属离子。沸石13X可在低温下有效去除空气流中的少量CO2(和水汽)，低温指5℃及更低的温度，因为它对上述组分的吸附强于对氮，氧或氩的吸附。但是，随被分离气体温度的升高，沸石13X吸附CO2的能力迅速衰减，当温度高于20℃时这个吸附分离的方法就不适用了。由于环境温度常显著高于5℃的优选吸附温度，例如有时会遇到40℃乃至更高的环境温度，还由于吸附过程中吸附床层会因吸附放热和气体压缩产生热而具有明显升温的倾向，所以常必需用外冷却法冷却送往以吸附法为基础的空气预净化车间的空气，维持其温度低于20℃。这样做就降低了空气分离过程的总效率，因为为了提供必要的冷却需要消耗能量。在以吸附为基础的商业化空气分离预净化过程中，若能完全无需冷却或是大大减少所需的冷却量，这是十分优越的，因为这将增强空气分离过程整体上的经济吸引力。本专利技术就提供了一种具有此优点的新的CO2吸附方法。根据本专利技术，在-50至80℃条件下，将气体通过由硅/铝原子比为1.0-1.15的X型沸石床去除CO2来净化气体。本专利技术的方法可用于净化极性小于CO2和所含CO2杂质分压至多25毫巴或以上的任何气体。可用本专利技术方法净化的典型气体是空气、氮气、氧气、氩气、氢气、氦气、甲烷等。吸附剂可以是钠X沸石，即它的可交换阳离子基本上全为钠离子，或者它可以含有一种或多种选自周期表IA、IIA和IIIA族，镧系离子，铬(III)离子，铁(III)离子，锌(II)离子和铜(II)离子的各种一价，二价，三价可交换阳离子。优选吸附剂是其可交换阳离子选自以下一种或多种的X沸石离子态的钠，钾，锂，钙，镁，钡，硒，铝，钪，镓，铟，钇，镧，铈，镨和钕。最优选的阳离子是钠，锂，钙，镁，铝，铈和镧及其混合物。在本专利技术的一个优选实施方法中，X型沸石的硅对铝的原子比约为1.0-1.1，在一个最优实施方法中，此比约为1.0。本专利技术方法的吸附步骤在约20-80℃进行较有利。在约30-60℃进行吸附，可获得非常好的结果。CO2净化宜循环进行，采用变压吸附(PSA)，变温吸附(TSA)或其结合更宜。在最优实施方法中，采用TSA法。气流中CO2的浓度以其分压不超过2.5×103Pa(25mbar)为宜，不超过1.0×103Pa(10mbar)更好，不超过5×102pa(5mbar)最好。本专利技术方法可以只有CO2吸附的单一操作，也可以包括CO2吸附和空气分离、氢氧化、CO氧化等中的一种或多种净化操作相结合。在一个优选过程中，是先用前述方法由空气中去除CO2，然后用低温蒸馏法将经上述净化后的空气分离成氮气，氧气、氩气或其中两种或两种以上的混合物。以X型吸附剂吸附CO2还可用于由气流中去除水汽，如果存在的话，在一个优选实施例中，将气流通过干燥剂(最好是氧化铝、硅胶或沸石或其混合物)在CO2吸附前除湿。本专利技术方法特别适用于在约20℃下由气流中去除低浓度(ppm级)的CO2。如前文所述，虽然本专利技术方法也可成功地用于由气流中去除其分压超过2.5×103Pa(25mbar)的CO2，但当CO2分压不超过2.5×103Pa(25mbar)时，这种去除更有效。用于本专利技术方法的吸附剂是硅对铝的原子比不大于1.15的X型沸石，即其硅对铝的原子比约在1.0-1.15之间。本专利技术的优选吸附剂是硅对铝的原子比在1.0-1.1之间的X型沸石，最优的是该比约为1.0的X型沸石，一般称为低硅X沸石或LSX沸石。由于沸石结构中会有缺陷，会有杂质(如夹杂的氧化铝和/或铝酸盐)，分析测量中会有误差，所以低至0.9的X型沸石的表观硅铝比也曾有报导。但是，硅对铝的理论最小原子比为1.0，并以此理论最小值用于本专利技术，而且，我们拟将具有可能最低硅铝原子比的X型沸石均包括在本专利技术范围内。沸石可以是“钠X”沸石，即其可交换阳离子基本上全是钠离子，或者是任何其交换阳离子是钠以外阳离子的许多已知离子交换X型沸石中的某一种。可占据X型沸石上可交换阳离子位置的离子，包括周期表中的IA、IIA、IIIA族、IIIB族，镧系元素三价离子，锌(II)离子，铜(II)离子，铬(III)离子，铁(III)离子，铵离子，氢离子或是其中两种或多种的混合离子。优选的IA族离子是钠、钾、锂离子；优先的IIA族离子是镁、钙、锶、钡离子；优选的IIIA和IIIB族离子是铝、钪、镓、铟、钇离子；优选的三价镧系离子是镧、铈、镨、钕离子。最优选的X型沸石具有选自以下一种或多种的可交换阳离子钠、锂、钙、镁、铝、铈、镧、镨、钕等离子。本专利技术方法可以仅在一个吸附容器内进行，也可以在由两个或多个平行放置且采用吸附和解吸循环操作的床层组中进行。在这样的系统中，两床层作异相循环，以保证从吸附系统出来的净化气流是准连续的。本专利技术方法常以循环法实施，例如变温吸附，变压吸附、变真空吸附、或其组合。本方法采用变温吸附去除空气中少量的CO2特别有用。此方法的去除CO2过程与某种空气分离过程例如空气的低温蒸馏相偶合是尤其理想的，这样就生产出高纯氮、氧、氩或其中两种或多种的高纯气体产品。吸附步骤的操作温度可在约-50℃(低最)至80℃(最高)的范围内变化。曾发现，在高于约20℃时，本专利技术方法的效率比相应的使用常规吸附剂方法时高许多，特别是被净化气流中CO2浓度分压不高于2.5×103Pa(25mbar)时。这一特点使本方法具有可在吸附过程中温度高于20℃，甚至高于30℃的温热气候中使用的优点。虽然吸附步骤可在高达80℃进行，温度仍以不高于60℃为宜，不高于50℃最佳。采用变压吸附循环时，吸附步骤的操作压力通常在约2×104-2×106Pa(0.2-20bar)之间，以约1×105-1.0×106Pa(1-10bar)为佳，而对变温吸附循环而言，一般约为一个大气压或以上。如果吸附过程采用PSA，再生步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由含有ＣＯ↓［２］和极性小于ＣＯ↓［２］的气体的气流中去除ＣＯ↓［２］的方法，其特征在于，它包括在－５０至８０℃利用硅／铝原子比均为１．０至１．１５的Ｘ型沸石对所述气流进行吸附。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：AF奥霍，FR菲奇，M比洛，
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]