專利名稱：含Li交換沸石的吸附劑介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及吸附體系。特別地，其是吸附體系中所用的吸附劑介質(zhì)。相關(guān)技術(shù)描述吸附體系，如HVAC體系、液體和氣體提純、溶劑和汽油蒸氣回收和脫臭、吸附制冷法、某些大批量(bulk)氣體分離等有時使用吸附介質(zhì)除去氣相雜質(zhì)或氣體混合物中的較強吸附的主要組分。吸附法和吸附制冷法通常使用置于金屬容器中的一些吸附劑介質(zhì)，它們可以是自承載的或包含在金屬網(wǎng)或表面上。吸附劑在吸附必需的條件范圍內(nèi)與含有可吸附組分的流體或氣流接觸。循環(huán)吸附法常用于分離氣體混合物的組分。通常，循環(huán)吸附法在一個或多個裝填有微粒吸附劑材料的吸附劑容器中進行，所述微粒吸附劑材料對氣體混合物的至少一種氣體組分的吸附強于其對該混合物的至少一種其它組分的吸附。該吸附法包括反復(fù)進行一系列步驟，該序列的具體步驟取決于所進行的特定循環(huán)吸附法。在任何循環(huán)吸附工藝中，吸附劑床具有有限的吸附指定氣體組分的容量，因此該吸附劑需要定期再生以恢復(fù)其吸附容量。再生吸附劑用的程序隨工藝而變。在VSA工藝中， 通過在吸附容器中建立真空來至少部分再生吸附劑，由此使吸附的組分從吸附劑中解吸， 而在PSA工藝中，在比用于吸附步驟的壓力低的壓力下再生吸附劑。在VSA和PSA工藝中， 吸附步驟都在比解吸或再生壓力高的壓力下進行。一些常規(guī)吸附介質(zhì)由薄片或?qū)?，如紙、金屬箔、聚合物膜等，和吸附劑材料，如硅膠、活性氧化鋁、活性炭和分子篩如沸石構(gòu)成。這些吸附劑片或?qū)优c常規(guī)珠粒、擠出物或顆粒相比相對較薄。由于較薄介質(zhì)提供較短的從氣相或液相進料到吸附位點的路徑長度，經(jīng)過這些吸附劑的傳質(zhì)比珠?；蝾w粒中快。此外，大孔尺寸分布，特別是在濕法成網(wǎng) (wet-lay)的含吸附劑的紙中，可以大致為比典型吸附劑珠粒中更大的量級。這種較大的大孔尺寸也與珠粒或顆粒相比提高介質(zhì)的傳質(zhì)。含鋰分子篩，如含Li沸石X(LiX)常用在空氣分離法中，與氧氣(O2)相比選擇性吸附氮氣(N2)。鋰(Li)具有比其它更大的一價陽離子(例如Na、K、Cs等)或二價陽離子 (例如Mg、Ca、Ba等)高的電荷密度。鋰的較高電荷密度增強其與氮的四極矩-來自氮分子中的N原子之間的共價三鍵的相互作用。相應(yīng)地，在使用例如LiX的空氣分離法中，N2優(yōu)先被LiX吸附并在吸附步驟過程中產(chǎn)生富&產(chǎn)物流。通常，分子篩(即沸石)含有質(zhì)子或一價陽離子，如Na，二價陽離子，如Ca，或三價陽離子，如La，以為它們的骨架，如SiO2Al2O3骨架提供電荷平衡。相應(yīng)地，為改進沸石對更高極性或可極化化合物如隊的選擇性，該沸石用Li鹽(例如LiCl、LiN03、LiOH等)水溶液進行離子交換(IEX)處理。但是，如果在Li-交換沸石的后繼加工中所用的水含有陽離子，如Na、Ca和Mg-常存在于許多供水中-這些陽離子優(yōu)先置換沸石中的Li。這又造成沸石的Li含量降低并因此降低交換沸石例如與A相比對N2的吸附選擇性和容量。例如，在使用LiX由水性漿料混合物制造吸附劑介質(zhì)，如含LiX的紙時，面臨這種特定問題。
因此，沸石IEX領(lǐng)域技術(shù)人員相信，使用去離子(“DI”)或蒸餾水對避免由競爭陽離子，如Na、Ca和Mg引起的不利IEX作用而言是重要的(例如參見US 6461412)。 根據(jù) American Chemical Society ( "ACS" ) Specifications(Reagent Chemicals, 8thEd. 1993)-化學(xué)試劑標(biāo)準(zhǔn)的主導(dǎo)權(quán)威-對DI和蒸餾水的要求是嚴(yán)格的。具體而言，根據(jù)下列分析測量，DI或蒸餾水依據(jù)ACS Specifications的最大容許
限為
權(quán)利要求
1.吸附劑介質(zhì)組合物，其包含 第一介質(zhì)組分材料；第二介質(zhì)組分材料，其具有至少30重量％的包含終介質(zhì)鋰交換沸石X(LiX)的吸附劑組合物，該終介質(zhì)LiX具有終Li含量，其中該終介質(zhì)LiX源自具有介質(zhì)生產(chǎn)前Li含量的 LiX前體；其中(a)終介質(zhì)LiX的Li含量與LiX前體的Li含量相比降低，(b)終介質(zhì)LiX的Li含量為96%至83%，基于LiX中的總陽離子當(dāng)量，和(c)由包含水、介質(zhì)生產(chǎn)前的LiX和第一介質(zhì)組分材料的漿料混合物獲得所述吸附劑介質(zhì)組合物，其中(i)水具有2. 2微西門子/cm至150微西門子/cm的比電導(dǎo)；和 ( )終介質(zhì)LiX具有0. 05%至3%的一價陽離子含量，基于終介質(zhì)LiX中的總的可交換陽離子當(dāng)量，其中一價陽離子選自Na、K、Rb、Cs及其組合。
2.權(quán)利要求1的介質(zhì)，其中終介質(zhì)LiX具有0.05%至15%的二價陽離子含量，基于終介質(zhì)LiX中的總陽離子當(dāng)量，其中二價陽離子選自Ca、Mg、Sr、Ba及其組合。
3.權(quán)利要求1的介質(zhì)，其中用于制造所述漿料混合物的水分別具有一價陽離子濃度和二價陽離子濃度，其中水中的一價陽離子總摩爾數(shù)小于或等于原始沸石中的總鋰當(dāng)量的 3%，且水中的二價陽離子總摩爾數(shù)小于或等于所述沸石中的總鋰當(dāng)量的15%，以使終介質(zhì) LiX具有0. 05%至3%的一價陽離子含量，基于終介質(zhì)LiX中的總的可交換陽離子百分數(shù)。
4.權(quán)利要求1的介質(zhì)，其中所述第一介質(zhì)組分材料選自聚合物纖維、無機纖維、天然纖維、碳纖維及其混合物。
5.權(quán)利要求1的介質(zhì)，其中所述沸石X具有1.0至1. 5的Si/Al比。
6.權(quán)利要求1的介質(zhì)，包含至少60重量％的吸附劑。
7.權(quán)利要求1的介質(zhì)，具有0.10毫米至1. 00毫米的基本均勻厚度。
8.權(quán)利要求4的介質(zhì)，其中所述聚合物纖維是對芳族聚酰胺。
9.權(quán)利要求4的介質(zhì)，其中所述漿料混合物進一步包含有機膠乳和無機氧化物粘合劑。
10.分離具有至少第一氣體組分和第二氣體組分的氣體混合物的方法，該方法包括 將該氣體混合物引入至少具有權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9的吸附劑介質(zhì)組合物的吸附區(qū)，和回收富集所述至少第一氣體組分的氣體產(chǎn)物流，所述至少第一氣體組分不如所述至少第二氣體組分優(yōu)先被終介質(zhì)LiX吸附。
11.權(quán)利要求10的方法，其中所述氣體混合物是空氣，且所述至少第一氣體組分是氧氣，所述至少第二氣體組分是氮氣。
全文摘要
吸附劑介質(zhì)組合物具有終介質(zhì)鋰交換沸石X(LiX)，其終Li含量為96％至83％，基于LiX中的總陽離子當(dāng)量。由包含水、具有大于終介質(zhì)LiX的Li含量的介質(zhì)生產(chǎn)前Li含量的LiX前體和另一介質(zhì)組分材料如纖維的漿料獲得吸附劑介質(zhì)組合物。用于制造該介質(zhì)的水具有2.2微西門子/cm至150微西門子/cm的比電導(dǎo)。該終介質(zhì)LiX具有0.05％至3％的一價陽離子(Na、K、Rb、Cs及其組合)，基于終介質(zhì)LiX中的總的可交換陽離子當(dāng)量。
文檔編號B01J20/18GK102316977SQ200980156749
公開日2012年1月11日 申請日期2009年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月17日
發(fā)明者E·T·科列夫, R·L·貝達德 申請人:環(huán)球油品公司