[发明专利]富集空气中的氧的方法

说明书

本发明涉及一种用真空变压吸附(VSA)和/或变压吸附(PSA)富集空气中的氧的方法。

在室温下已经实现了用分子筛沸石工业化大规模地直接从空气中生产氧气(例如参阅Gas Review Nippon,1985年，第5期，第13页)。这些方法利用了氮气对比氧的选择性吸附，即当空气通过沸石的填充物时，氮气从空气中被吸附，而吸附作用差的组份例如氧气和氩气，离开该填充物时作为产品被收集起来。吸附的氮气可被解吸，例如通过抽空填充物。在这种情况下，该方法被称作真空变压吸附(VSA)，与人们知道的变压吸附(PSA)方法大不相同。采用VSA法通过下列工艺阶段可以获得一种连续方法：a)在大气压下使空气通过沸石填充物；富氧气体从出口端排出；b)用真空泵相对于空气逆流抽空填充物使真空度降到接近100-300毫巴；c)用富氧气体相对于空气逆流使填充物加压到1大气压(例如见附图)。在PSA方法中，阶段b)是在接近1个大气压下用部分富氧气体进行吹洗。在PVSA方法中，即用真空的PSA法，分离是在超大气压例如1.1-2巴下进行的而解吸是在200-500毫巴(最小压力)下进行的。这种方法的目的一直是为了获得相对于使用的沸石量高氧收率，和获得高生产率(=产品中的氧气量对引入空气中的氧气量的比值)。

由于上述三个阶段，一般有三种沸石填充物，即三个循环操作的吸附器。

这种设备的经济服务期限受基本投资例如吸附剂量，真空泵的大小的影响，尤其是生产费用例如真空泵的耗电量的影响。已经生产出这样的沸石，使用它有可能达到高含量的氮气吸附，以致于可以减少使用的沸石量。这种Ca沸石A在EP-A-128545中有描述。

在EP-A-78966中为了提高氮气的吸附效率使用了一种高交换的Ca沸石X。

在EP-A 109 063附图1中也介绍了一种用于富集空气中氧的高交换Ca沸石X，其中，已经陈述了当沸石X的钙含量提高时，N₂/O₂选择性和O₂收率会因此得到提高。

JP 87/148 304公开了一种氧的富集方法，其中使用具有各种类型沸石的特殊布置的吸附器代替具有单一沸石填充物的吸附器。在空气入口端，吸附器包含Na-X,Na-Y或Ca-X型的沸石而在空气出口端，包含Ca-Na-A型的沸石。

在EP-A-374 631的实施例3中，在空气入口区，使用一种具有低的N₂吸附作用的CaA沸石，而在出口区，使用一种具有高的N₂吸附作用的CaA沸石，实施例3中的沸石CaO/Al₂O₃含量大体相等(0.75 CaO/Al₂O₃)。不同的N₂填充量是由不同等级的活化作用引起的。

本发明的目的是提供一种有助于改进O₂收率的高效能VSA-PVSA富集空气中氧的方法，即改进全部填充物的N₂/O₂选择性。

现已经发现，通过特殊沸石填充物的某些组合，富集空气中的氧的过程可在20℃-50℃气温下以高O₂收率或减少能量消耗令人惊奇地完成。在吸附器的空气入口区使用一种CaO/Al₂O₃比为0.4-0.75的Ca沸石X。