[发明专利]应用二价阳离子交换的锂X-沸石的氮吸附方法

说明书

本发明是关于使用氮选择性吸附剂的气体分离。尤其，本发明是针对联合使用锂及不同二价阳离子的至少双重交换过的X-沸石从含有氧或氮的气体混合物(例如空气)中回收氧或氮。

使用沸石结构的吸附剂对气体混合物进行吸附分离为熟知的先有技术。此等分离是基于气体混合物组成及其组分对吸附剂(例如沸石)的吸附选择性的预见。

氮在工业气体应用中的用量已大大增长，尤其在非深冷气体混合物分离的发展。氮分离的一个主要领域包含从空气中分离氮。从空气移出氮得到富氧气体，对于氮吸附呈现选择性的合适沸石，此富氧气体被较弱地吸附。当氧是想要的产品(一般呈高压)时，较合适地是将空气送经一氮选择性吸附剂而吸附其中氮，于是获得未吸附的富氧产品。接着在脱附阶段移出氮，典型地采用低压。如此氧在进料空气的压力下被获得，而氮在低于进料空气的压力下被获得。于是，为了在空气吸附分离中生产氧产品并且压力损失不大，较理想的是使用氮选择性吸附剂例如沸石类吸附剂。

虽然多种沸石为天然来源且已知有多种合成沸石，其中一些对氮具有合适选择性而对氧及其它成分例如氢、氩、氦及氖等较不具吸附力，但是工业界已经尝试来增进多种沸石的功能以改良它们对氮(相对于该等较不易吸附物质例如氧)的选择性及容量。例如，于美国专利4,481,018号已知有不同的多价阳离子(尤其指碱土族元素镁、钙、锶及钡)X-沸石及八面沸石，它们具有约1至1.2的低硅/铝比。此专利的沸石当以特别技术活化后(可降低物质中所含水分)，具有氮吸附用途，尤其从空气这种混合物中吸附氮。

于英国专利1,580,928号中，描述了制造低氧化硅X-沸石(“LSX”；LSX为Si/Al＝1的X-沸石)的方法，包含制备钠、钾、铝酸盐及硅酸盐来源的含水混合物，及在低于50℃结晶该混合物，或在不高于50℃老化该混合物，再于60℃至100℃温度范围内结晶该混合物。

Gunter H.Kuhl于Zeolites(1987)7期刊第451页标题为“Crystallization of Low-Silica Faujasite”论文中公开了一制造低氧化硅X-沸石的方法，包含将铝酸钠溶于水并加入NaOH及KOH。硅酸钠用剩余的水稀释并快速的加到该NaAlO₂-NaOH-KOH溶液。胶凝混合物接着于一封闭塑料瓶内及特定温度下被老化一特定时间。产品被过滤及清洗。

还有其它低氧化硅X-沸石合成方法，例如美国专利4,606,899号所描述者。

于美国专利3,140,931号中，揭露了使用具有表观孔大小至少4.6埃的结晶沸石分子筛物质在低于室温对氧-氮混合物进行分离。

美国专利3,140,932号特别提出Sr、Ba或Ni离子交换过的X-沸石。

美国专利3,313,091号提出在吸附接近大气压力，及低于大气压的脱附压力下使用SrX-沸石。

从美国专利4,557,736号中知道，通过一些二价阳离子与X-沸石中可得的离子位置进行离子交换可修饰X-沸石，而制备双重离子交换的X-沸石，其中交换的两种离子包含钙及锶。此等使用钙及锶的两种离子交换的X-沸石据称在空气分离时具有较高氮吸附容量，氮吸附的低热量及良好氮选择性。

从美国专利4,859,217号知道，以锂交换X-沸石可提供改良氮选择性的吸附剂。此专利建议当X-沸石被以锂阳离子交换到大于88％的程度，可获得改良氮吸附剂。此专利沸石的起始物质为钠X-沸石。所以，此专利描述了用于氮吸附之锂-钠X-沸石。

记载于美国专利3,140,933号的先有技术锂X-沸石具有氮-氧分离的用途。

于J.Inorganic Nuclear Chemistry期刊第43卷10号第2533至2536页(1981)所载标题为“Investigations of the Arrangement and Mobility ofLi ions in X-and Y-zeolites and the Influence of Mono-and DivalentCations on It”论文中，著者H.Herden，W.D.Einicke，R.Schollner及A.Dyer，揭示了混合阳离子、锂及钙、钡及锌交换过的X-沸石。此交换沸石的物理参数以一般方式对沸石吸附性及催化用途作了普通讨论。