[发明专利]氩/氧选择性的X－沸石

说明书

                         背景技术

氧广泛用于各种工业过程，并且通常借助空气的低温蒸馏，或者在真空或压力摆动方式中利用沸石，借助空气的吸附分离而产生的。就药物、金属切割和小规模的汽缸填充而言，氧的纯度必须大于95％体积。所述纯度的氧排除了利用5A和X-沸石的传统吸附分离，所述分离法在通过氧和氩的同时吸附氮气。这样的分离方法将从空气或富含空气的原料气体得到的氧浓度局限于约95％体积。因此，因此，市场上不得不通过真空瓶或油罐车中的液态氧或者通过圆柱体来提供。

压力和真空摆动吸附法一直是用来将空气分离成各种组份以满足较小规模生产的需要。利用其相对于气相组份不同的选择性，低温沸石分子筛已广泛用于这些方法中。为改变这些沸石不同的选择性，业已开发出了重要的技术基础。例如，改变结晶沸石分子筛的笼结构，以便能够选择性地吸附气体。此外，存在于结晶沸石中硅-铝的比率和阳离子的种类将影响吸附特性。通过努力适应阳离子位置的数量和沸石的电荷特性，并借此改变吸附特性，业已改善了这些性能。

为说明与本发明有关的、供压力和真空摆动吸附法使用的各种沸石组合物，引证下面的参考文献。

Wilkerson，B.E.，在“在银丝光沸石上氩和氧的吸附”(Master的论文，The Ohio State University(1990))披露了将银丝光沸石用作从95％体积氧和5％体积氩的原料流中分离氧的选择性吸附剂。制备不同银浓度的丝光沸石并测量不同温度下氩和氧的平衡等温线。试验数据表明：钠丝光沸石在氩和氧之间没有选择性，但是，高度浓缩的银丝光沸石对于分离氧和氩具有选择性。

US5,226,933披露了：将银丝光沸石用作吸附剂，从包含95％氧和5％氩的原料气体制备大于95％体积纯度氧的方法。

US5,470,378披露了从包含氧和氩的原料气流中分离出氩的方法，以便利用X沸石，在5和160psia之间的压力下得到高纯度的氧气流，在该方法中，至少80％的有效离子位置被银占据。其中，原料气体中的至少一部分氩被AgX床吸附，借此，留下了富氧气流。尽管AgXi沸石通过NaX沸石与银盐、如硝酸银的离子交换而形成，但也可以使用其它种类的沸石，例如CaX沸石。其中报道了包含99％体积氧和低于1％体积氩的产品气流。

日本专利申请公开H10-152305(1996)“氧气生产设备和氧气生产方法”(Teruji，K.)披露了银-交换的钠或钙X沸石用于生产高纯度氧的用途。所述银-交换的沸石通过使钠-或钙-基X沸石与银盐接触而形成，以便得到预选的银交换量，例如10-100％。氩/氧的选择性仅在高的银交换量例如90％时才能实现。

Yang，R.T.，Chen，Y.D.，Peck，J.D.，和Chen，N.，在“通过弱化学吸附帮助的吸附将包含混合阳离子的沸石用于空气分离”(Ind.Eng.Chem.Res.，35，第3093-3099页(1996))中，就约85％Li，15％NaX，～100％AgX，和20％AgLiNaX(在文献中称之为LiAgX)的试样，对氮和氧的吸附等温线进行了对比。用于制备这些试样的原料沸石是NaX(13X)。使钠X沸石进行离子交换，从而得到锂X和银X沸石，以及混合的锂和银X沸石。通过首先用锂离子充分交换X沸石的钠离子，然后以约20％的交换量，用银阳离子交换部分锂阳离子，而顺序地对锂/银沸石进行交换。可以推断的是，由于AgX沸石在低压下N₂/O₂的选择性所致，因此，它用于空气分离将是不希望的。该文作者发现，在总压力约0.7大气压以上时，LiAgX试样对N₂/O₂的选择性，要比LiX高，而在较低总压力下，其选择性低于LiX的选择性。可以断言的是，在较低压力时的低选择性将有利于在该方法循环的再生部分期间除去氮。对于LiAgX而言，当结合有更高容量N₂时，该文作者推断，在适当的真空摆动条件下，LiAgX对于空气分离而言将优于LiX。