[发明专利]一种天然斜发沸石类吸附剂及其应用

说明书

本发明属于变压吸附用吸附剂技术领域，具体公开了一种天然斜发沸石类吸附剂，以天然斜发沸石为原料，经选矿得到高纯度的天然斜发沸石，选矿采用破碎、磨矿得到矿浆，然后旋流分离、摇床重选分离，脱水后获得高纯度的天然斜发沸石产品。之后以制得的高纯度的天然斜发沸石为原料，经过两次铵盐改性，极大地提高了天然斜发沸石的比表面积，之后用锶盐或钡盐对铵型天然斜发沸石进行离子交换，得到钡型或锶型天然斜发沸石。本发明制得的天然斜发沸石类吸附剂的吸附量及选择性得到了大幅度提高，可以用于分离提纯煤层气或页岩气等CH₄/N₂混合物，并且相对于合成沸石，降低了沸石类吸附剂的生产成本。

技术领域

本发明涉及变压吸附用吸附剂技术领域，具体涉及一种天然斜发沸石类吸附剂，同时还涉及其分离提纯煤层气或页岩气等CH₄/N₂混合物的应用。

背景技术

吸附剂一般指能有效地从气相或者液相中吸附一种或几种组分的固态物质，吸附剂的共同特点是适宜的表面结构和孔结构、大的比表面积、对吸附质有较强的选择性吸附能力，一般不与吸附质或介质发生化学反应。工业上常用的吸附剂有以碳质为原料的活性炭、碳分子筛，金属和非金属氧化物类吸附剂如硅胶、氧化铝、沸石分子筛、天然黏土等。目前在N₂/CH₄分离领域最具前景的是天然斜发沸石和ETS-4。天然斜发沸石多见于侏罗纪以后第三纪火山碎屑岩中，特别是凝灰岩中。凝灰岩的沉积环境多种多样，有海洋、近海、泻海、淡水湖和路相等，主要是通过间隙溶液于火山玻璃蚀变形成的。天然斜发沸石常与长石、石英、蒙脱石矿等共生，从而影响了其中斜发沸石的纯度。由于用作吸附剂时主要是利用斜发沸石的特性，因此杂质长石、石英、蒙脱石矿的存在会影响斜发沸石的吸附性能。由于天然斜发沸石中斜发沸石的纯度问题，影响了天然斜发沸石在工业用吸附剂方面的应用，目前还处在实验室研究阶段。工业上目前吸附剂使用的一般为合成沸石，合成沸石是采用硅酸钠水溶液和铝酸钠水溶液按规定的比例混合生成铝硅酸凝胶，将其加热，结晶化合成。通过改变各成分的混合比例、加热温度和搅拌等合成条件可制得多种多样的合成沸石。合成沸石具有独特的结晶构造、细孔径、表面电场、吸附分离能、离子交换能、固体酸性等物理化学特性，故作为功能性物质被用作吸附剂、分子筛、离子交换剂、催化剂使用。合成沸石生产成本高，因此造成合成沸石类吸附剂价格昂贵。

煤层中的甲烷是一种优质的气态燃料和化工原料，同时它也是煤矿井下开采的灾害因素以及造成大气温室效应的一个重要有害源。随着人们对煤矿安全、环境保护意识的提高，近年来国内外十分重视煤层气的开发利用。我国每年因煤炭开采而释放的煤层甲烷高达60亿立方米，占全世界排放总量的30％，而利用率仅为7％～8％，资源损失十分巨大。其原因之一就在于，煤层气中CH₄的提纯分离没有得到解决。变压吸附(PSA)技术是有效的气体分离提纯方法，其新应用领域包括CH₄/N₂的分离，这将在煤层气利用领域获得发展，因为预净化后的抽放煤层气可看成是CH₄和N₂的混合气体。对PSA分离而言，吸附剂的选择是关键的一步。沸石分子筛具有适应工业气体分离要求的独特结构，同时可通过离子交换、改变硅铝比、调变骨架元素等方面对其改性，从而实现N₂/O₂、CH₄/N₂、CO/N₂及CO/CH₄等混合气体的有效分离。

如何有效利用天然斜发沸石，通过对天然斜发沸石进行提纯、去杂，得到高纯度的斜发沸石，以代替合成沸石，生产出天然斜发沸石类吸附剂，降低吸附剂的生产成本，使变压吸附(PSA)技术在煤层气等气体分离提纯领域得到广泛应用，是目前研究的重要课题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种天然斜发沸石类吸附剂，通过提纯天然斜发沸石矿，并进一步改变其化学组成和配比，制得的天然斜发沸石类吸附剂的吸附量及选择性得到了大幅度提高，并且相对于合成沸石，降低了沸石类吸附剂的生产成本。