[发明专利]MOF在压力摆动吸附中的应用

说明书

发明背景

本发明涉及吸附方法，且更特别地压力摆动吸附方法。该方法利用了 具有高孔隙率和高表面积的金属-有机骨架材料，且适用于从烃流中分离二 氧化碳。

经常必须将一种或多种组分从气体混合物中分离以产生纯化气体。其 可以用于从气体流中除去杂质或者用于浓缩气体流内的一种或多种组分。

一种用于将一种组分以气体形式从混合物中分离的技术使用了将一 种或多种组分从混合物中吸附到吸附剂上。这种方法进一步通过压力摆动 吸附(PSA)得以强化。压力摆动吸附要求将进料流在吸附剂之上通过，其 中进料流的一种、或多种组分选择地吸附在吸附剂上，且其中在较高压力 下进行该吸附过程。通过使吸附剂之上的压力降低使吸附剂再生，且在较 低压力下进行解吸过程。该解吸过程也可以伴随有通入具有低浓度的吸附 物的清洗气体来完成，由此加强解吸。

压力摆动吸附方法中通过吸附将气体从气体混合物中分离，通过该方 法中使用的压力和吸附剂对气体混合物中一种、或多种组分的容量来控 制。该方法通常要求压力范围、和吸附剂对于使用的多种材料的加载容量 之间的折衷。期望能够使用可以克服这些折衷的一些的材料。

发明概述

本发明为用于从烃流中除去二氧化碳的压力摆动吸附方法。该方法使 烃流在高吸附压力下在金属有机骨架材料之上通过，产生具有降低的二氧 化碳含量的流出物流。随后，该方法将金属有机骨架材料之上的压力降低 且从该材料中释放出二氧化碳，且产生具有二氧化碳的物流。随后重复该 工艺步骤。一种实施方式中，该方法使用了多个包含金属有机骨架材料的 吸附床且使压力循序地通过床循环以形成连续过程。

本发明的其它目的、实施方式和详细内容可以从本发明的下列详细描 述中获得。

图1为不同材料上CO2吸附的对比。

图2为碳和MOF-5上CH4吸附的对比。

图3为对于多种MOF和IRMOF的CO2吸附等温线的对比。

发明详述

压力摆动吸附方法中通过吸附将气体从气体混合物中分离，通过吸附 与解吸压力之间的差值和气体混合物中一种组分的容量来控制。该方法通 常要求压力差值和对于使用的多种材料的容量之间的折衷。该容量为吸附 剂吸附的材料的量。期望能够使用可以克服这些折衷中的一些的材料。

压力摆动吸附中，利用一种组分的选择性差异分离由至少两种组分组 成的气体。通常，通过选择地除去不期望的气体组分来纯化该气体。通常 将气体在升高的压力下喂入吸附单元中，其中一种组分优先吸附在吸附剂 上。一种优先被吸附的同时，其它组分也被吸附，且期望使用在期望组分 的吸附方面具有显著差别的吸附剂。

吸附剂通过将吸附过程反向而再生，由此将组分解吸。这点通过降低 压力改变吸附剂环境的条件的来进行。在规定时间或条件下，停止到吸附 单元的气体进料，并将吸附单元减压。优选地，当吸附单元处于具有期望 的组分的吸附剂的容量下或附近时停止气体进料。将吸附单元减压到特定 水平，其中吸附的组分解吸，产生相对富含更强吸附在吸附剂上的组分的 解吸物流。该解吸过程可以使用惰性气体、或者非烃的气体以促进该解吸 过程。将解吸气体在吸附剂之上通过以除去从吸附剂中解吸的吸附组分。 优选地，将解吸气以与进料气的方向相对的方向在吸附剂之上通过，由此 使吸附剂再生。

压力摆动吸附体系的一方面为吸附气体中组分的等温线(isotherm)控 制操作压力和吸附剂上的加载量。大多数材料具有等温线，其中快速地达 到饱和极限，且随后对于较大的压力增加存在小的改进。吸附剂的工作容 量定义为吸附压力与解吸、或者再生压力之间吸附剂上吸附的组分的量的 差值。降低再生压力可以提高吸附剂对于选择地从气体中除去组分的容 量，但是可能必须再加压再生步骤中的流出物流。但是，降低的再生压力 增加了再加压成本。

压力摆动吸附中，存在许多类适宜的吸附剂。选择取决于进料气组分 和本领域技术人员通常已知的其它因素。通常，适宜的吸附剂包括分子筛、 硅胶、活性碳、活性氧化铝、和其它多孔金属氧化物。当纯化含甲烷的物 流时，甲烷经常与希望除去的杂质一起被吸附。吸附剂的选择提出了在选 择甲烷与所选杂质之间具有最大吸附力差别的吸附剂方面的问题。