[发明专利]有非均匀吸附容量和/或选择性的吸附剂和变压吸附方法

说明书

本申请相应于1997年12月1日递交的法国申请9715090，其公开内容在此并入本文作为参考。

本发明包括一种具有非均匀吸附性能的吸附剂和一种PSA方法，具体地说，是一种VSA类型的方法，其中使用这样一种非均匀吸附剂分离气流、特别是主要含有氧气和氮气例如空气的气流。

由于它在不同的技术领域例如生产钢、玻璃或纸张、药品、金属焊接、燃烧或控制污染等中具有许多用途，空气在工业上引起人们的极大关注。

目前在生产这些气体中所使用的技术之一是通称为“PSA”技术(变压吸附)，该技术不仅包括“PSA”方法，而且还包括类似的方法，例如VSA方法(真空变压吸附)或MPSA(混合变压吸附)，按照这种PSA技术，当待分离的气体混合物是空气，待回收的组分是氧气时，通过在一种材料上至少优先吸附氮气，将所述的氧气从所述的气体混合物中分离出来，所述的材料是优先对氮气的吸附剂，所述的吸附是在含有所述吸附剂材料的分离区内应用压力变动进行的。在所述的分离区的出口回收比全部略少的(几乎没有被吸收)氧气，其纯度一般大于90％，甚至93％以上。

通常，PSA方法用于气体混合物的非深冷分离，该气体混合物包含被优先吸附到吸附剂材料上的第一组分和与第一组分相比很少被吸附到吸附剂材料上的第二组分，该方法被用于生产所述的第二组分，该方法包括一种循环方式：

-在被称为“高压”的一个吸附压力下、在吸附材料上优先吸附至少一种所述第一组分的步骤，回收至少一部分这样生产的第二组分；

-在低于吸附压力的、被称为“低压”的一个解吸压力下，对吸附剂如上截获的第一组分进行解吸的步骤；

-通过从低压到高压的渐进增压，使含有吸附剂的分离区再增压的步骤；

然而，人们知道，气体混合物例如空气的分离效率取决于许多参数，特别如高压、低压、所用的吸附剂物质的类型、用于分离待分离混合物的吸附剂的吸附力，待分离气体混合物的组分，待分离混合物的吸附温度，吸附剂颗粒的尺寸和形状，在所述吸附床内的颗粒组成和温度梯度。

直到现在，虽然一般还没有确定该过程的规律，因此要得到不同参数的相互联系是非常困难的。但人们已经知道，吸附剂的天然属性和性能在PSA型方法的总体效率中起着重要的作用。

目前，沸石、特别是A,X,Y或LSX(低硅石X)型是在PSA方法中使用的最普通的吸附剂。沸石颗粒通常含有一价，二价和三价阳离子，例如碱金属的、碱土金属的或镧系金属的，它们是在沸石颗粒合成中和/或通过离子交换技术其后掺入的阳离子。

离子交换一般是使非交换的或者新鲜的沸石颗粒与含一种或几种包括待掺入沸石结构中的阳离子的金属盐的溶液接触、并在其后回收交换了的沸石进行的，交换了的沸石即含有给定量金属阳离子的沸石。加入沸石结构中的金属阳离子的比例称为交换负载量。

通常，推荐尽量得到完全均匀的吸附剂，即不仅交换负载量、而且吸附容量和/或选择性没有变化或变化很小的吸附剂。吸附剂的吸附容量和选择性是在本领域中人们熟知的参数，有许多出版物中、特别是在US4481018,EP-A-0589406或EP-A-0598391中已描述了它们。

从EP-A-0589406和EP-A-0598391中可了解均匀吸附剂的概念，这些文献公开了使用吸附剂的PSA方法，所述的吸附剂具有给定的吸附容量和选择性，并可在一定值的范围内选择。换句话说，这些出版物既没有指出也没有考虑吸附剂的吸附容量和/或选择性可能存在波动，也就是说，这些吸附剂的非均匀性可使这二个参数之一或另一不符合要求。

作为结果，目前用于通过PSA型方法分离气体特别是分离空气的称为优良吸附剂的吸附剂是在吸附容量和/或选择性方面最可能均匀的。

直到现在，还没有现有技术出版物指出或强调过，给定吸附剂的吸附容量和/或选择性的非均匀程度具有重要意义，且这种非均匀程度对使用这种非均匀吸附剂的PSA方法的性能有重要影响。

此外，最好的、用于分离气体特别是空气的方法中的吸附剂是用非常昂贵的阳离子强烈交换过的沸石，交换率一般大于80％，例如特别是锂阳离子。有关描述可参见US5,268,023和US5,152,813。

由此马上变得显然的是，不能使用除沸石、特别是强交换沸石以外的吸附剂用于分离气体混合物-所述的强交换沸石具有均匀的吸附容量和吸附选择性-这种事实使得吸附剂在生产出来之后要进行严格的质量控制和仔细挑选。因此吸附剂的弃用率高，生产的整体费用和这样生产的气体分离方法的费用必然有相当大的提高。