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1、第5期韩跃斌等:变压吸附空分的吸附剂进展43专论变压吸附空分的吸附剂进展综述韩跃斌,王一平,边守军,郭翠梨,张金利(天津大学化工学院300072)摘要:介绍了沸石分子筛和碳分子筛(CMS)的改性情况。讨论了LiX和LiAgX沸石分子筛的吸附机理,对比了它们在工业应用中的优缺点;讨论了碳分子筛的制备条件对吸附性能的影响。展望了空分吸附剂的进一步发展。关键词:变压吸附(PSA);空分;吸附剂;沸石;碳分子筛+中图分类号:TQ028115文献标识码:A文章编号:100129219(1999)05243206子交换沸石研究较多,发现它具有优良的吸附0前言[2]性能。Bakl
2、h等人发现,用LiX沸石作吸附目前,变压吸附(PSA)空气分离装置因为剂对氮气的吸附容量,比用NaX(13X)沸石的[3]操作灵活方便、投资少、性能好,在中小规模空吸附容量高出50%。Lagree等人用两塔流分领域已经确立了它的优势,并且正不断向大程真空解吸制氮,常温操作,原料空气预干燥型化发展,其重要性日渐显著。对它的研究已后,用LiX和NaX作吸附剂进行实验,结果在成为化工领域的一个热点。纯度相同的情况下,产品氮的收率LiX沸石比[4,5]吸附剂是PSA空分技术的基础,吸附剂的NaX沸石高50%。此外Chao和Coe等[6]性能直接影响最终分离效果,甚至影响工艺
3、步人的研究也都验证了这些。Chao和Coe等骤的选择和PSA的生命力。当前对吸附剂的人同时发现,LiX沸石吸附容量的增长有一个+研究极为活跃,既有对原有吸附剂的改性,又有条件,就是Li的交换程度必须大于70%,高于新型吸附剂的合成,本文主要讨论沸石分子筛此值时,LiX沸石的吸附容量才会迅速增加。[7]和碳分子筛(CMS)的改性两方面的内容。而Rege和RTYang研究了LiX沸石的动态性能。1沸石分子筛吸附剂的研究Rege和RTYang研究了LiX沸石(Li+交111LiX沸石的研究换100%且Si/Al=1)的性能,并与NaX(13X)沸石优先吸附N2是因为与O2
4、相比,N2有沸石的性能作了对比。实验采用工业广泛应用[8]较大的四极矩,因而N2与沸石骨架中的阳离的五步PSA流程,包括:充压-吸附-顺向子之间的作用力较强[1]。以CaA沸石为例,降压-逆向流出-产品气冲洗。保持氧气的纯-1度9512%,产品流量01027kgO2·h1(kg吸附MonteCarol模拟的结果表明,就阳离子与N2-12+剂)不变,作出了收率随压力比(吸附压力四极矩之间的作用而言,Ca-N2的势能是2++(高压)与解吸压力(低压)的比值)变化的曲线Ca-O2的4倍。就此结论出发,Li是半径如图1所示。最小的阳离子,与N2更容易靠近,它与N2的首先由图
5、1可知,在相同的压力比下,LiX作用更强,LiX沸石对N2的吸附容量应该更沸石作吸附剂的收率明显比NaX沸石的高,前大。因此近几年来在沸石分子筛领域,对锂离者最大值是65%,而后者最大值只有52%,这收稿日期:1998212215已经是个很大的提高,然而对工业应用具有更44天然气化工1999年第24卷大价值的特点,是它的最优压力比可以降低至合起来,研究了AgX和LiAgX沸石的性[14,19]210。能。LiAgX沸石制备方法为:在125ml锥形瓶中移入10ml0101mol/LAgC2H3O2溶液,加入前面制好的LiX沸石011g,在20℃的震荡水浴中处理18h。
6、然后真空过滤,用去离子水洗净,在隔焰炉中依次于100℃下灼烧4h,200℃下灼烧4h,350℃下灼烧12h。这样制得+的最终产品中沸石阳离子组成为80%Li和+20%Ag。AgX沸石用011g13X沸石和80ml0105mol/L的AgC2H3O2溶液进行离子交换制得,具体步骤同上。图1压力比对收率的影响曲线图2给出了AgX等几种沸石的等温吸附(说明:用NaX沸石作吸附剂进行实验,当+曲线,可见,沸石中加入Ag后,对O2的吸附压力比低于410时,就不可能保持纯度不降低,容量变化不大,对N2的吸附容量明显增加。这几个数据点是在纯度有所降低的条件下作出+-10+Ag的半
7、径为1126×10m,比Li的半径的,因此这一段曲线用虚线表示。LiX沸石的-100168×10m大近一倍,显然不能用阳离子与情况相同。)[9]N2四极矩的作用来解释。除此之外,RTYangLeavitt指出,工业应用中PSA流程的能又注意到如下两点:11N2在AgX沸石上的吸量消耗的决定性因素是压力比。用5A沸石和-1附热高达35103kJ1mol,而在其它沸石上的13X沸石作吸附剂,工业上一般采用4或更高-1的压力比,低于此值时,氧的收率就会迅速下吸附热只有17～25kJ1mol左右;21N2在降,也即他们的最佳压力比为410,Kayser[10]和AgX沸
