[发明专利]用于空气净化的沸石组合物

说明书

本发明的目的是提供由大气空气构成的气流在所述空气的深冷分离（特别是通过低温蒸馏）之前的预处理或净化方法。

已知大气空气包含在将所述空气引入空气分离单元的冷箱的热交换器之前必须除去的化合物，特别是化合物二氧化碳（CO₂）、水蒸气（H₂O）、烃（C_nH_m）和氮氧化物。

这是因为，在不存在用于从中除去其CO₂和水蒸气杂质的这种空气预处理的情况下，在将空气冷却至低温的过程中这些杂质冷凝和凝固成冰，这导致设备、特别是热交换器、蒸馏塔等堵塞的问题。

此外，也通常除去空气中易存在的烃杂质以避免损坏该设备、特别是位于冷箱下游的蒸馏塔的任何危险。

目前，视情况而定，通过TSA（变温吸附）法，即温度改变的吸附法，或通过PSA（变压吸附法），即压力改变的吸附法，进行空气的这种预处理；术语“PSA法”被理解为是指PSA法本身、VSA（真空变压吸附）法或VPSA（真空/变压吸附）法，即在再生过程中置于真空下的吸附法。

本发明基本涉及TSA法。

照惯例，用于净化空气的TSA工艺循环包含下述阶段：

a）通过在超大气压（3×10⁵Pa至35×10⁵Pa（3巴至35巴绝对压力））和环境温度（5℃至50℃）下吸附杂质，净化空气，

b）将吸附器减压至大气压（实际上甚至低于大气压），

c）在大气压下，特别是通过来自空气分离单元并使用一个或多个热交换器再热至高于70℃的温度的残余气体或废气、通常是不纯氮气使吸附剂再生，

d）将吸附剂冷却至环境温度或低于环境温度，特别是通过在其中继续引入来自空气分离单元但没有再热的所述残余气体，

e）用例如来自在生产阶段的另一吸附器的净化空气将吸附器再增压。

根据下游工艺和/或运行条件，可存在许多其它形式；例如，可省略冷却阶段，可以用湿空气进行再增压，可以在中等压力下进行再生，等等。

通常，空气预处理装置包括交替运行的两个吸附器，即吸附器之一在生产阶段，同时另一个在再生阶段。

特别在文献US-A-3738084和FR-A-7725845中描述了这样的空气净化TSA法。

通常，在一个或多个吸附剂床、优选数个吸附剂床、即通常用于优先捕获水的第一吸附剂的床（例如活性氧化铝床、硅胶床或沸石床），和用于优先捕获CO₂的第二吸附剂的床（例如沸石上）进行CO₂和水蒸气的脱除。就此而言，可以特别提到文献US-A-5 531 808、US-A-5 587 003和US-A-4 233 038。

因此，通常使用13X类型的沸石除去CO₂，因为沸石13X被认为特别有效捕获少量CO₂和可能捕获水，因为其对这些极性分子表现出强的和选择性的亲合力。此外，沸石X表现出最大的微孔直径，这使得其可以以良好的动力学吸附动力学直径为最多0.8纳米的分子。

但是，沸石13X不能捕获气流中易存在的所有有害分子。

这是因为，被沸石13X吸附的气体分子基本是（按递增的亲合力）：甲烷、乙烷、丙烷、一氧化二氮、乙烯、二氧化碳、丁烷、丙烯（C₃H₆）、乙炔（C₂H₂）、甲苯和甲基环己烷。

因此，严格设计成用标准沸石13X捕获二氧化碳的工业单元仅部分捕获乙炔、丙烷和一氧化二氮。

Si/Al比为1的LSX市场能够显著改进CO₂的捕获，但上述其它杂质的捕获低得多。

就其本身而言，使用钙交换和/或钡交换的沸石能够改进乙烯和/或丙烷和/或一氧化二氮的捕获，但以牺牲CO₂的捕获为代价。

然后，术语沸石X（或NaX或13X）用于表示其大部分阳离子是钠阳离子的沸石X，术语沸石LSX用于表示，如上解释，Si/Al比为1或大约1、其大部分阳离子是钠和/或钾阳离子的沸石X。

为实现所需水平的残留杂质，如今使用三种类型的解决方案：

-使用在CO₂捕获方面超裕度设计的NaX（13X标准）或LSX床

-使用NaX的或LSX的双床，然后是钙交换或钡交换的沸石床