[发明专利]改进的吸附剂组合物

说明书

发明领域

本发明提供了一种为用于气体混合物纯化和分离的如变压和变温吸附的循环吸附过程而设计的新的吸附剂。更具体地说，本发明提供了通过用有助于改进成品吸附剂颗粒固有吸附性能的粘合剂将活性组分加工成颗粒而制备的吸附剂。

发明背景

对于纯气体的生产，以及对于将气体和它们的混合物进一步进行物理和/或化学处理之前的纯化，和对于流体废物流的处理来说，吸附被认为是非常好的单元操作。大气的纯化和分离是吸附方法广泛应用的主要领域之一。为了提高效率，正在不断地寻找新的吸附剂组成和它们的使用方法。

有商业和技术价值的领域之一是在空气低温蒸馏之前的空气预纯化。用于通过空气的低温分离来生产氮气N₂和氧气O₂，同时也用于生产氩气Ar的传统的空气分离单元(ASUs)基本上分别由两个或至少三个在很低温度下操作的组合蒸馏塔组成。由于这些低温，所以必须从供给ASU的压缩空气中除去水蒸汽H₂O和二氧化碳CO₂。如果不这样做，该ASU的低温部分将被冻结，以致必需停止生产并加热堵塞部分以重新蒸发和移除讨厌的冻结气体的固体块。这个费用非常大。一般认为，为了防止ASU的冻结，在压缩空气原料物流中的H₂O和CO₂的含量必需分别低于0.1ppm和1.0ppm。此外，如低分子量烃和一氧化二氮N₂O的其它污染物也可能存在于供给低温蒸馏塔的空气中，它们也必需在指定的分离过程之前被移除，以避免危险的工艺状态。

用于空气预纯化的方法和装置必需具有不断满足污染物的上述标准的能力，同时希望超过要求的相应标准，并且必需以有效的方式来进行。这是特别重要的，因为预纯化成本被直接加入ASU的产品气体的成本中。

目前用于空气预纯化的商业方法包括热交换器反转、变温吸附、变压吸附和催化预纯化技术。

热交换器反转通过在其通道中将水蒸汽和二氧化碳交替地冷冻和蒸发来将它们移除。这种系统需要用大量的产品气体(典型地为50％或更多)来净化，即再生它们的通道。因此，产品的产率被限制在大约进料的50％。由于这一明显缺陷，并还存在特有的机械和噪音问题，在近年来，热交换器反转作为ASUs之前的空气预处理方法的使用不断地下降。

在空气的变温吸附(TSA)预纯化中，杂质在相对低的环境温度下被从空气中移除，典型地在大约(5-15)℃，吸附剂的再生是在高温下进行，例如，在大约(150-250)℃的区域。再生需要的产品气体的数量一般仅大约为产品气体的(10-25)％。这样，相对于热交换器反转，TSA方法提供了相当大的改进。然而，TSA方法需要蒸发冷却或致冷单元以急冷进料气体，以及加热单元以加热再生气体。因此，它们在投资成本和能耗方面都是不利的，尽管与上面提到的热交换器反转的原理相比成本效率更高。

变压吸附(PSA)(或变压真空吸附(PVSA))方法是TSA方法的一种很好的替代方法，例如，作为一种空气预纯化方法，这是因为吸附及经脱附的再生，一般均是在环境温度下进行。PSA方法一般确实比TSA方法要求更多的再生气体，如果低温分离的产品需要高回收率，这是不利的。如果PSA空气预纯化单元与低温ASU装置连接在一起，来自在接近于环境压力的压力下操作的低温部分的废物流被用作再生吸附床的净化气流。使进料空气加压通过活性氧化铝的颗粒层，以移除大部分的H₂O和CO₂，然后通过如FAU结构型的沸石颗粒层，例如，NaX沸石，以移除剩余的低浓度H₂O和CO₂。观察到吸附剂层的这种布置方式增加了在PSA床层中的温度影响，即在解吸过程中的温度降。在其它构型中，仅用活性氧化铝来从进料空气中既移除H₂O又移除CO₂。这种布置认为减少了温度的影响。

值得注意的是，虽然在文献中已经提出了很多基于PSA的预纯化方法，但是它们很少被用于实际商业生产中，这是由于与其相关的投资成本较高。

一般而言，公知的PSA预纯化方法需要最低25％，一般(40-50)％的进料作为净化气。作为具有低吸附剂与产品比的结果，这些方法的投资成本高。当设计大型装置时，降低空气预纯化系统的投资成本是特别重要的。因此，容易理解的是，对于大型装置，在预纯化系统操作上的改进能够节约相当大的成本。