[发明专利]通过沸石的受控结构塌陷进行的超小孔铝硅酸盐的合成

说明书

本发明涉及能够纯化气态烃馏分的无定形吸附剂组合物以及该组合物的合成方法。该组合物能够有利地过滤不可燃的污染物，从而提高诸如甲烷之类的气态烃的质量和热值。该组合物包括沸石基骨架，该沸石基骨架为至少部分塌陷的并且能够选择性地吸附和解吸诸如甲烷和二氧化碳之类的气态组分，从而纯化气态烃馏分。

技术领域

本发明的领域涉及沸石。更具体而言，本领域涉及用于纯化诸如天然气之类的烃基气体馏分的部分塌陷的沸石。

背景技术

天然气的开采占全球能量开采总量的几乎四分之一。天然气的输送主要通过管道进行，而关于天然气输送的要求每个国家是不同的。在许多国家和司法管辖区，对可以运输的诸如氮气(N₂)和二氧化碳(CO₂)之类的惰性化学物质的量有具体的限制。通常井口气(wellhead gas)中发现的氮气的浓度范围为约0.5摩尔％至5摩尔％，并且可以接近高达30摩尔％的浓度。质量较差的天然气是这样的组合物，其超过针对诸如CO₂、硫化氢(H₂S)和氮气之类的污染物的管道规格。例如，对于井口气，质量较差的天然气通常具有超过4摩尔％的氮气浓度以及在约0.2摩尔％至约1摩尔％的范围内的CO₂浓度。氮气和CO₂都不具有热值，因而会降低井口气的热品质。此外，CO₂是在水的存在下会形成碳酸的“酸性气体”。所产生的酸与碳钢和其他易于酸化的金属迅速反应，并产生腐蚀，其是在管道沿线中可能形成有水性液体的水洼(pool)的区域处的常见问题。

通常，通过使用在约323K至约333K的温度范围内工作的气-液接触器进行胺净化(amine scrubbing)工艺以进行天然气精炼和加工，从而在此期间去除CO₂。所得的(饱和)烷醇胺在约383K至约403K的温度范围内再生，并释放经纯化的二氧化碳。这种能量密集型工艺通常涉及具有腐蚀性和毒性的溶剂的处理。此外，从甲烷(天然气中的主要成分)中除去氮气是非常困难的。通常用于从甲烷中分离出氮气的唯一商业化工艺是低温蒸馏，其中涡轮膨胀机将气体的温度降低至约220K。必须将缺氮产品流(nitrogen-poor productstream)再压缩以将其有效地输送通过管道。涡轮膨胀和再压缩均消耗大量的能量，因而增加了与天然气加工相关的成本。

使用沸石的吸附工艺能够进行一定的CH₄-CO₂分离和CH₄-N₂分离。例如，Molecular(Engelhard Corp.；位于美国新泽西州Iselin市)使用掺杂有过渡金属的钛硅酸盐类沸石(结构为ETS和CTS)，其使得能够基于活化温度而调节沸石的微孔。其他吸附剂包括用于CH₄-N₂分离的碳类分子筛。使用金属交换的斜发沸石(主要由二氧化硅和氧化铝组成的天然沸石)的变压吸附(PSA)体系在CH₄–N₂分离中也显示出一定的前景。此外，已经评价了用于进行CH₄-CO₂分离的CMS 3A(碳分子筛3A)。

作为N₂和CO₂的选择性吸附剂，沸石类材料是有吸引力的选择。沸石13X(其为铝硅酸盐沸石)已经显示出在低温下降低烟道气中的二氧化碳含量。沸石是热化学稳定的，能够从市场上获得，并且它们的表面可以通过后处理(如离子交换)来控制。沸石具有被很好地限定的微孔结构，其平均直径在约0.3纳米(nm)至约1.5nm的范围内，这使得沸石材料可有利地提供用于分离在天然气中发现的某些不需要的组分的分子筛型效果。