变压吸附空分富氧吸附剂进展资料.docVIP

变压吸附空分富氧吸附剂进展变压吸附法是20世纪50年代末才开发成功的，由于其独有的灵活方便、投资少、能耗低的优点，近年来变压吸附空分富氧技术在中小规模富氧应用领域得到越来越多的应用，并广泛应用于废水处理、玻璃加工、钢铁工业、造纸业、水产养殖、医药及家庭保健等行业。对其研究也日益增多，主要集中在两个方面：变压吸附空分富氧工艺过程的改进，使过程更加节能高效；变压吸附空分富氧吸附剂性能的改进。吸附剂是变压吸附技术的基础，吸附剂的性能决定着吸附分离效果，从而决定着吸附设备投资和分离的经济性。 1 离子改性 最先应用于变压吸附空分富氧的吸附剂是沸石分子筛。N2在沸石上优先吸附是因为它具有较大的四极矩，因而与沸石骨架中的阳离子之间的作用力较强。所以改变沸石分子筛的阳离子种类是改变沸石分子筛的吸附性能的一个重要方法。沸石分子筛的离子交换反应一般是在水溶液中进行的，有时也可以采用非水溶液离子交换法(一般使用有机溶剂)或用熔融盐交换。将待交换的沸石分子筛(一般为Na沸石)与待交换的金属盐溶液相接触，在一定温度下交换。为了获得一定的交换度，可以在特制的交换器中(常用固定床)连续交换或在一般的容器中多次交换。为了交换完全，往往要进行中间焙烧过程，以使晶格中的阳离子重新分布到容易交换的位置上，以利于下一步交换。一般情况下,经阳离子交换后，对沸石的骨架结构并无很大影响，但是可以显著改变沸石分子筛的吸附性能。目前对PSA空分富氧吸附剂的改性也主要集中在离子交换改性上。目前常用的PSA富氧吸附剂主要集中于5A沸石分子筛和13X分子筛及基于二者基础之上的改性吸附剂，A型、X型沸石是最早发现的具有N2/O2筛分作用的吸附剂，曾经得到广泛的应用。文献中对吸附剂的改性报道也主要是对这两种分子筛进行改性。早期的MaKee等提出用孔径至少为0.46nm的结晶沸石分子筛在低温下用于氧氮混合物的分离；同时考察了Sr、Ba、Ni等在X型分子筛上的吸附性能。Berlin等考察了碱土族元素离子在A型或X型分子筛上的改性。随后，关于A型、X型分子筛离子改性吸附剂的报道多起来，这些文献考察了不同离子改性对A型、X型分子筛吸附性能的影响，以及硅铝比、离子交换度等因素的影响。如Coe等提出了多种多价离子尤其是碱土金属交换的X沸石(硅铝比约为1～1.2)的改性吸附剂，这种沸石在活化脱去吸附的水后，可用于空气分离。进入20世纪90年代后，关于Li+离子改性的尤其是基于X沸石的Li+离子改性的报道多了起来，目前是见于报道最多的性能最优的吸附剂。这是因为Li+离子是半径最小的金属离子，有高的电荷密度，因此有较高的极化率，与N2的作用更强。Baksh等提出用LiX作为一种性能优良的吸附剂，这种吸附剂对氮气的吸附容量比NaX高约50%，分离系数从13X的3提高到7。并且用工业上常用的5步PSA流程作了考察，与NaX作对比发现，保持氧纯度不变，回收率可从NaX的30%提高到70%。Chao等用两塔真空解吸流程，也得到相同的结果。Kirner等和YOSHIDASATOSHI等对Li+离子的交换度作了探讨，发现只有当Li+的交换度大于70%，吸附容量才迅速提高，Kirner等给出的范围是70%～88%；YOSHIDASATOSHI等给出的范围是75%～90%。目前，比较一致的看法是88%左右的交换度最优。 LiX吸附剂的另一个优点是最优操作压力比较低(即吸附压力和解吸压力的比率)，而操作压力比是决定PSA过程能耗的一个重要因素，工业上常用的操作压力比是4或更高。Leavitt指出当使用LiX沸石时，压力比可以降到2，这样可以大大降低能耗。Rege等用工业上常用的五步循环PSA过程考察了LiX(100%Li+离子交换,硅铝比为1)沸石的性能，并与NaX(硅铝比为1.15)作了比较，在保持产品纯度和产量不变的前提下，做出了不同压力比条件下的回收率变化曲线。LiX的回收率明显比NaX的高，而且NaX吸附剂在操作压力比为5～10内回收率保持恒定，在低于4的情况下，回收率则急剧下降，同时产品的纯度难以保持在95%。相反，LiX沸石在降到3的时候，回收率基本保持恒定，即使在降低到2的时候,回收率仍然保持在50%左右，也是可以接受的。较低的操作压力比意味着解吸压力的提高，这就降低了真空装置的投资和操作费用。Rege等还对LiX、NaX的吸附床上的温度漂移进行了考察，发现LiX吸附床的温度漂移是NaX床的4倍，通过用部分惰性的高热容的物质替换吸附床中LiX沸石，有效地降低了温度漂移。结果表明加入5%～10%的惰性物质可以使O2的回收率增加2%。在LiX的基础之上，又发展了混合离子LiX沸石，从文献中看这主要是基于三方面的考虑。 1.1 提高热稳定性 众所周知，A型、X型分子筛都强烈地吸水，在所有可以被A型、X