[发明专利]钾-麦钾沸石、其合成及用途

说明书

本公开涉及一种用于制备MER骨架型沸石的方法、一种具有棒状形态的MER骨架型沸石以及使用所述沸石从含有CO₂的多组分进料流选择性分离二氧化碳(CO₂)的方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年8月7日提交的美国临时申请序列号62/883,835的优先权和权益。

技术领域

本公开涉及形态改善的MER骨架型沸石、其合成及其在吸着分离(诸如将二氧化碳与甲烷选择性地分离)中的用途。

背景技术

沸石是由TO₄四面体的基体形成的微孔结晶材料，这些四面体共享它们的所有顶点，从而产生含有分子尺寸的通道和/或空腔的三维结构。沸石具有可变的组成，并且T通常代表形式氧化态+3或+4的原子，诸如Si、Ge、Ti、B、Al或Ga。当一些T原子的氧化态小于+4时，形成的结晶基体呈现负电荷，这些负电荷通过在通道或空腔中存在有机或无机阳离子来补偿。

沸石已在炼油过程和其他操纵石油流的过程中得到广泛范围的应用。一些沸石应用本质上是催化性的，而其他应用则聚焦于沸石选择性吸附气体流内的分子的能力。

从气相流选择性吸附分子的一个实例是使用沸石或另一种微孔材料以从含有烃或其他小气相有机分子的流去除污染物。例如，许多天然气流除了所需的CH₄之外还含有至少一些CO₂。另外，许多炼油过程生成气相输出物，其包括多种在标准温度和压力下为气体的物质，诸如CH₄和CO₂。对含有CH₄的气相流执行分离可以实现在受控条件下去除杂质和/或稀释剂诸如CO₂。然后可以将这种杂质或稀释剂引导至其他过程，诸如引导至减少温室气体对环境造成的损失的另一种用途。

本领域持续需要能够从含有CO₂的多组分过程流有效捕获CO₂的沸石材料。

发明内容

在一个方面，提供了一种合成MER骨架型沸石的方法，所述方法包括：(a)提供包含以下的反应混合物：(1)FAU骨架型沸石；(2)钾阳离子的来源；(3)氢氧根离子的来源；和(4)水；以及(b)使所述反应混合物经受足以将所述FAU骨架型沸石转化为MER骨架型沸石的结晶条件。

在另一方面，提供了一种具有棒状形态的钾型MER骨架型沸石，其中所述钾以K⁺存在于骨架外位置并且所述沸石基本上不含除钾以外的骨架外阳离子。

在另一方面，提供了一种用于从过程进料流分离CO₂的方法，其包括：(a)使包括钾型MER骨架型沸石的吸附床与过程进料流在第一压力和第一温度下接触，所述过程进料流包含CO₂以及包含CH₄和N₂中的一种或多种的第二组分；(b)在所述吸附床中吸附至少一部分所述CO₂；(c)产生贫CO₂的产物流，其中所述贫CO₂的产物流的按体积％计的CO₂浓度低于所述过程进料流；以及(d)在第二压力和第二温度下产生富CO₂的产物流，其中所述富CO₂的产物流的按体积％计的CO₂浓度高于所述过程进料流；其中所述钾型MER骨架型沸石具有棒状形态，所述钾以K⁺存在于骨架外位置，并且所述沸石基本上不含除钾以外的骨架外阳离子。