[发明专利]使用改进的RHO吸附剂组合物的方法

说明书

本文公开了使用包含动态选择性氧的RHO沸石的吸附剂组合物吸附氧的新方法。RHO沸石可用于变压吸附方法，用于从含氧气流中分离氧气，例如但不限于纯化粗氩原料流或从空气进料流中分离氧气。

技术领域

本公开涉及使用吸附剂组合物吸附氧的新方法。更具体地，本公开涉 及吸附方法，特别是变压吸附(PSA)方法，其使用适合于从含氧气流中 分离氧气的RHO型沸石(下文称为RHO沸石)的吸附剂，例如至于，但 不限于，净化粗氩原料流或从空气进料流中分离氧气。本公开还涉及用于 吸附氧和氮的吸附方法，例如PSA方法，例如用于从进料流中分离氧和氮， 例如但不限于粗氩进料流或空气进料流。本文还公开了RHO沸石吸附剂， 其为氧气的动力学选择性吸附剂，在环境温度或低于室温的温度下有效， RHO沸石吸附剂可用于从空气中分离氮气或从氩气中除去痕量N₂，用于 从中除去CO₂的RHO沸石吸附剂甲烷及其制备方法。

背景技术

在气体生产工业中，需要在环境温度或亚环境温度下有效地从含氧气 流中分离氧气。

在低温空气分离中，氮(N₂)、氧(O₂)和氩(Ar)基于它们的沸点 和相对挥发度而分离。第一个低温塔提供了三种主要空气组分的粗略分 离：N₂(78％)、O₂(21％)和Ar(1％)。除去侧流并将其送至称为侧臂 塔或粗氩塔的第二塔。该流被称为“原油”，因为它仅在约95％的氩气下离 开该侧臂柱。进一步纯化该粗氩的常规方法限于：“Deoxo”纯化、吸气床 技术和另外的蒸馏。Deoxo工艺使受控量的氢气与氩气流中的氧气反应以 除去氧气。由于氢气和氧气的反应产生大量热量，如果控制不当，这个过 程可能会很危险。吸气床仅在较低的氧浓度下通过使氧与铜催化剂反应形 成氧化铜而起作用。当需要高纯度氩气时，可以使用第三蒸馏塔进一步浓 缩它。不幸的是，由于O₂和Ar的沸点相似，这些蒸馏塔需要超过200级， 并且不如所希望的那样经济。

为了通过吸附机制实现O₂与N₂或Ar的动力学分离，必须开发具有非 常特定的孔尺寸的吸附结构。Lennard-Jones6-12动力学直径Ar小于O₂但O₂不是球形分子，具有可以利用的最小分子尺寸。 符号代表长度单位，定义为10-10米。吸附机制表明，最小 分子维数是动力学排除的限制因素。通过适当的取向，O₂应扩散到有效直 径为的孔中。氩是一个球形原子，其直径为这种的直径 差异是O₂选择性吸附剂必须证明的关键灵敏度，以实现氧气和氩气之间的 动力学分离。利用这种吸附剂，可以得到一种方法，该方法以更安全和更 经济的方式从低温空气分离过程中净化粗氩，并且更快速和有效地从氩中 除去O₂。

与从粗氩气流中回收氩的常规，非常精细的方法相比，PSA方法为氩 气纯化和回收提供了简单有效的替代方法。不需要氢气或额外的低温阶 段。然而，同时从粗氩气流中除去氧气和氮气需要两个单独的PSA阶段或 PSA塔，其包括具有不同效用特性的两层吸附剂。

Kumar等人，在美国专利No.4,477,265中公开了一种用于氩气净化的 两级VSA(真空变压吸附)方法。用于除去氧和氮的两层吸附剂分为两个 阶段。这两个阶段是串联的。这使得该过程更加灵活。例如，它允许甚至 在一个阶段内可能的床相互作用并且在不同阶段使用不同数量的床。在一 个优选的实施方案中，实际上在第一阶段中使用三个床用于使用氮平衡选 择性吸附剂除去氮。在第二阶段，两个床使用氧气速率选择性吸附剂进行 除氧。基本循环步骤包括吸附、抽空和加压。而且，氩回收率低，并且将 仍然含有大量氩的废物流再循环回低温单元是额外回收所必需的。将VSA 废物流回收到低温设备使得空气分离装置更加复杂，并且VSA选项的吸 引力降低。重要的是要注意在层床配置中使用VSA而不是PSA过程。