[发明专利]一种氮气吸附剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮气吸附剂的制备方法。

背景技术

过去的三十年里用于空气分离的各种PSA、VSA和VPSA法有了很大的发展，主要的进步出现的最近十年。这些方法的工业化和生产范围的不断扩大可能主要归因于吸附剂和工艺循环的改进，吸附器设计的改进作用较小。用于PSA O₂的常规吸附剂在平衡时是N₂-选择性的，包括例如13X、CaA、CaX、和CaA与CaX的混合物。先进的吸附剂有改进的平衡性质如ΔN₂载荷(例如工作容量)高、氮/氧选择性高和容量高。US4 859 217(Chao)中所述高度交换的锂分子筛吸附剂是用于O₂生产的这种先进吸附剂的典型代表。

气体混合物例如空气的分离效率取决于许多参数，特别如高压、低压、所用的吸附剂物质的类型、用于分离待分离混合物的吸附剂的吸附力，待分离气体混合物的组分，待分离混合物的吸附温度，吸附剂颗粒的尺寸和形状，在所述吸附床内的颗粒组成和温度梯度。目前，沸石、特别是A,X,Y或LSX(低硅石X)型是在PSA方法中使用的最普通的吸附剂。沸石颗粒通常含有一价，二价和三价阳离子，例如碱金属的、碱土金属的或镧系金属的，它们是在沸石颗粒合成中和/或通过离子交换技术其后掺入的阳离子。

吸附法又分为变温吸附法(TSA)、变压吸附法(PSA)和真空吸附(VSA)，吸附剂在低温(或高压)时吸附氮气，升温(或降压)后将氮气解吸出来，通过周期性的温度(或压力)变化，从而使氮气分离出来。变压吸附一般也在室温下工作。真空吸附能耗高，对设备要求严格。降低吸附剂的需要量和提高产品收率可改进工艺效率和降低轻组分产品的成本。前者一般用床尺寸因子(BSF)磅吸附剂/TPDO(所含氧气吨/天)表示，而后者为进料中作为产品捕获的轻组分的分数。

改进吸附剂和降低循环时间是降低BSF的两种主要方法。虽然循环时间短导致床更短和吸附剂利用率更高，但产品回收率一般受损，除非提高吸附速率。此现象可理想地用传质区(MTZ)的尺寸表征，即随着床深度下降，传质区占吸附剂床的分数增加。由于对于重组分而言吸附剂利用率在MTZ内比在平衡区低得多，因此随着此分数增加，工作容量(例如ΔN₂载荷)下降。

已做过许多努力试图更显明地关联吸附材料的性质与它们在工艺循环中的性能。公知用较少的吸附剂颗粒可提高传质速率已包括在循环改进中：(1)Sircar(US5 071 449)采用分开的双吸附层，(2)Hirooka等(US5 122 164)采用短循环时间和顺序步骤，(3)Hay等(US5 176 721)在有横向气流的不同粒度的床中。Gaffney等已用循环研究确定以下材料平衡性质组合的实际值范围：(1)等温工作容量和惰性稀释剂的量(US5 258 060)；(2)等温工作容量与选择性(US5 266 102)。

现有技术的这些实例是关联平衡-选择性吸附材料性质与工艺性能的两种典型方法。第一种方法中，使吸附剂组成固定，然后通过调节粒度和床设计分别考虑和调节传质。第二种方法中，改变吸附剂组成从而改变平衡性质，然后测量传质(如果全盘考虑的话)。

最后，Moreau等(US5 672 195)建议较高的沸石孔隙度以改善PSA空气分离的O₂产率和生产量。权利要求中与最小的速率系数结合要求了0.38至0.60的优选孔隙度范围。Moreau述及商购的沸石因孔隙度低于0.36而不适用于它们的发明。Moreau未提出高孔隙度的明显偏移的效果。

发明内容

本发明的目的在于提出一种氮气吸附剂的制备方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种氮气吸附剂的制备方法，所述吸附剂以ZSM-11为载体，在载体上沉淀沉积钙、镁、钛、铝盐从而得到氮气吸附剂；具体方法为：向3-8wt％的钙盐溶液中加入镁盐、钛盐和铝盐，搅拌均匀，使得混合液中钙、镁、钛、铝的质量比为6-8：2-3：3-4：1-2，向混合中加入ZSM-11载体，加入量为钙质量的4-8倍，随后在混合液中匀速滴加浓度为2-4mol/L的碱性溶液，碱性物质选自氢氧化钠，氢氧化钾，氨水，使得混合液的pH值达到10～12，过滤得到固相物质，用乙醇和去离子水多次洗涤去除固相物质表面杂质，随后固相物质在100-120℃下干燥，最后在空气中400-500℃焙烧2-4个小时，并在在空气中700-800℃下焙烧2-4个小时，得到氮气吸附剂。