CN1530167A - 高性能变压吸附5a分子筛及其制备方法 - Google Patents

高性能变压吸附5a分子筛及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高性能变压吸附5A分子筛的制备方法，其包括如下工艺步骤：(1)80－90重量份的4A分子筛原粉与5－20重量份的高岭土类粘土混合，加入1－50重量份的添加剂植物纤维，在高速制粒机中造粒。(2)将造粒后的颗粒状中间产物根据产品细度要求进行筛分，烘干后经200℃－1000℃高温焙烧。(3)焙烧后的中间产物浸入4－25％(重量)的氢氧化钠溶液中进碱处理，洗涤后用2－20％(重量)的CaCl2溶液进行Ca2+交换，洗涤、烘干后将颗粒状产物在100℃－800℃进行二次焙烧，得高性能变压吸附5A分子筛产品。本发明的5A分子筛具有较大的吸附容量和较快的扩散速率，并具有较高的机械强度，用于变压吸附制氧，制氢及石油脱蜡等方面。

Description

高性能变压吸附5A分子筛及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于变压吸附(简称PSA)制氧，制氢及石油脱蜡的高性能变压吸附5A分子筛及其制备方法。
背景技术
变压吸附(PSA)过程的特点是通过改变压力和温度进行分子筛的吸附和解吸，吸附周期短，切换频繁，压为变化大。因此对分子筛的扩散速率要求高，对分子筛的机械强度要求也较高。
传统的PSA分子筛产品的制备方法，是用4A分子筛原粉经Ca2+交换后，加黏结剂滚球成型，再焙烧后制得。分子筛在成型后，经焙烧，使黏结剂与分子筛原粉黏结在一起，并具有一定的强度。而分子筛原粉颗粒之间也形成了所谓的二次孔(区别于分子筛晶体内部的微孔)。分子筛的二次孔结构对产品的机械强度和扩散速率有很大影响。用传统方法制备的分子筛往往在具有较好的机械强度时，其吸附量就较低，扩散速率也慢；而如果减少黏合剂使用量，可以在一定程度上提高吸附量，但机械强度又会降低，不能满足使用的要求。
美国专利USP3,394,989的方法是以粘土加少量4A分子筛原粉，预成型后经碱处理，以改善产品的孔结构。中国专利CN92111878，3中公开了一种5A分子筛的制备方法，它是采用4A分子筛粉加入15-35％的粘土和0.2-2％的植物淀粉成型，再经碱处理和Ca2+交换制成5A分子筛。由于粘土的加入量较大，因此其吸附量和扩散速率较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有较高扩散速率和较高机械强度的高性能变压吸附5A分子筛。
本发明变压吸附5A分子筛的制备方法包括如下工艺步骤：
(1)80-95重量份的4A分子筛原粉与5-20重量份的粘合剂混合，加入1-50重量份的添加剂植物纤维粉，在高速制粒机中高速搅拌造粒，高速制粒机的转速为200-1000转/分。
(2)将造粒后的颗粒状中间产物根据产品要求的细度进行筛分，烘干后经200℃-1000℃高温焙烧。
(3)焙烧后的中间产物浸入4-25％重量百分比的氢氧化钠溶液中进行碱处理，洗涤后用2-20％重量百分比的CaCl2溶液进行Ca2+交换，洗涤、烘干后，将该颗粒状产物在100℃-800℃进行二次焙烧，得到高性能变压吸附5A分子筛产品。
本发明中的粘合剂为高岭土类粘土，加入量为6-12重量份更好。
本发明中的植物纤维粉的细度为100目-1000目，添加量为2-10重量份更好。
本发明中的植物纤维粉是由植物壳、植物茎、植物杆中任选一种或两种以上经粉碎制得。
本发明的工艺步骤(3)中，焙烧后的中间产物用4-25％重量百分比的氢氧化钠溶液浸渍处理，洗涤后用2-20％重量百分比的CaCl2溶液进行Ca2+交换。其中所述的氢氧化钠溶液与中间产物的液料重量比为3-14∶1，所述的CaCl2溶液中所含的纯CaCl2与中间产物的重量为0.4-0.8∶1。
本发明中制得的变压吸附5A分子筛产品的颗粒直径为0.4-2.5mm。
在本发明的制备过程中减少粘结剂的加入量，可以提高产品的吸附容量，添加植物纤维粉，可以改善产品的多孔结构，提高产品的扩散速率。用高速制粒机造粒，保持高速搅拌，从而得到具有较高强度的中间产品，中间产品的颗粒直径在0.4-2.5mm之间较好；中间产品需经200℃-1000℃高温焙烧，以保证以后处理的顺利进行；焙烧后的产品用NaOH溶液进行处理，洗涤后用CaCL2溶液进行交换、洗涤、干燥后再经100℃-800℃焙烧得到产品。
与现有技术相比，本发明具有如下特点：一、由于在分子筛的制备中减少了粘合剂的用量，提高了产品的吸附容量。二、添加了植物纤维粉，改善了产品的多孔结构，提高了产品的扩散速率。三、通过高速造粒提高了产品的机械强度。
具体实施方式
现结合实施例，对本发明内容作进一步的说明。
实施例1
94份(重量)4A分子筛原粉与6份(重量)高岭土混合，加植物纤维粉(植物壳制，过320目)1.5份(重量)在高速制粒机中高速搅拌10分钟造粒，经筛分得Φ1.6-2.5mm的中间产物，烘干后经800℃焙烧，焙烧后的中间产物浸入5％(重量)的氢氧化钠溶液中碱处理，洗涤后用4％(重量)的CaCl2溶液进行Ca2+交换，洗涤烘干后在500℃下焙烧。得到的产品强度为33牛顿；用BET法测定其H2O吸附量，相对湿度50％时为26.02％；用色谱法测定其扩散速率O2为1.04×10-2cm2/秒，N2为1.03×10-3cm2/秒；用动态评价装置测定其富氧能力O2为92.6％时，纯O2产率为20.05标准升/小时公斤。
实施例2
92份(重量)4A分子筛原粉与8份(重量)高岭土混合，加植物纤维粉(植物壳制，过320目)1.5份(重量)，在高速制粒机中高速搅拌10分钟造粒，经筛分得Φ1.6-2.5mm的中间产物，烘干后经800℃焙烧，熔烧后的中间产物浸入10％(重量)的氢氧化钠溶液中碱处理，洗涤后用6％(重量)的CaCl2溶液进行Ca2+交换，洗涤烘干后在500℃焙烧，得到的产品强度为33牛顿；用BET法测定其H2O吸附量，相对湿度50％时为26.07％；用色谱法测定其扩散速率O2为1.05×10-2m2/秒，N2为1.04×10-3cm2/秒，用动态平价装置测定其富氧能力O2为92.7％时，纯O2产率为20.00标准升/小时·公斤。
实施例3
90份(重量)4A分子筛原粉与10份(重量)高岭土混合，加植物纤维粉(植物茎制，过400目)5份(重量)，在高速制粒机中高速搅拌10分钟，经筛分得到Φ0.4-0.85mm的中间产物，烘干后经700℃焙烧，焙烧后的中间产物浸入15％(重量)的氢氧化钠溶液中碱处理，洗涤后用10％(重量)的CaCl2溶液进行Ca2+交换，洗涤、烘干后在400℃下焙烧，得到的产品强度为35牛顿，用BET法测其H2O吸附量，相对湿度50％时为27.16％；用色谱法测定其扩散速率O2为1.14×10-2cm2/秒，N2为3.20×10-3cm2/秒，用动态平价装置测定其富氧能力O2为92.5％时，纯O2产率为23.10标准升/小时公斤。
实施例4
88份(重量)4A分子筛原粉与12份(重量)高岭土混合，加植物纤维粉(植物杆制，过250目)30份(重量)，在高速制粒机中高速搅拌20分钟，经筛分得到Φ1.6-2.5mm的中间产物，烘干后经800℃焙烧，焙烧后的中间产物浸入20％(重量)的氢氧化钠溶液中碱处理，洗涤后用15％(重量)的CaCl2溶液进行Ca2+交换，洗涤、烘干后在500℃下焙烧，得到的产品强度为41牛顿，用BET法测其H2O吸附量，相对湿度50％时为25.29％；用色谱法测定其扩散速率O2为4.38×10-3m2/秒，N2为1.04×10-3cm2/秒，用动态平价装置测定其富氧能力O2为93.1％时，纯O2产率为20.89标准升/小时公斤。
实施例5
82份(重量)4A分子筛原粉与20份(重量)高岭土混合，加植物纤维粉(植物茎制，过250目)50份(重量)，在高速制粒机中高速搅拌20分钟，经筛分得到Φ1.6-2.5mm的中间产物，烘干后经800℃焙烧，焙烧后的中间产物浸入25％(重量)的氢氧化钠溶液中碱处理，洗涤后用10％(重量)的CaCl2溶液进行Ca2+交换，洗涤、烘干后在600℃下焙烧，得到的产品强度为40牛顿，用BET法测其H2O吸附量，相对湿度50％时为26.05％；用色谱法测定其扩散速率O2为4.40×10-3m2/秒，N2为1.04×10-3cm2/秒，用动态平价装置测定其富氧能力O2为92.5％时，纯O2产率为20.05标准升/小时公斤。
对比实施例
82份(重量)4A分子筛原粉与18份(重量)高岭土混合后滚球成型得到Φ1.6-2.5mm的中间品，烘干后经700℃焙烧，焙烧后的中间产物浸入15％(重量)的氢氧化钠溶液中碱处理，洗涤后用10％(重量)的CaCl2溶液进行Ca2+交换，洗涤、烘干后在500℃下焙烧，得到的产品强度为20牛顿，用BET法测其H2O吸附量，相对湿度50％时为22.85％；用色谱法测定其扩散速率O2为6.26×10-4cm2/秒，N2为2.35×10-4cm2/秒，用动态平价装置测定其富氧能力O2为90.0％时，纯O2产率为15.4标准升/小时公斤。

Claims (6)

1、一种高性能变压吸附5A分子筛的制备方法，其特征在于包括如下工艺步骤：
(1)80-90重量份的4A分子筛原粉与5-20重量份的粘合剂混合，加入1-50重量份的添加剂植物纤维粉，在高速制粒机中高速搅拌造粒，高速制粒机的转速为200-1000转/分；
(2)将造粒后的颗粒状中间产物根据产品要求的细度进行筛分，烘干后经200℃-1000℃高温熔烧；
(3)焙烧后的中间产物浸入4-25％重量百分比的氢氧化钠溶液中进行碱处理，洗涤后，用2-20％重量百分比的CaCl2溶液进行Ca2+交换，洗涤、烘干后，将该颗粒状产物在100℃-800℃进行二次焙烧，得高性能变压吸附5A分子筛产品。
2、根据权利要求1所述的5A分子筛的制备方法，其特征在于：所述的粘合剂为高岭土类粘土，加入量为6-10重量份。
3、根据权利要求1或2所述的5A分子筛自制备方法，其特征在于：所述的植物纤维粉的细度为100目-1000目，添加量为2-10重量份。
4、根据权利要求1或2所述的5A分子筛的制备方法，其特征在于：所述的植物纤维粉是由植物壳、植物茎、植物杆中任选一种或两种以上经粉碎制得。
5、根据权利要求1所述的5A分子筛的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述的氢氧化钠溶液与中间产物的液料重量比为3-14∶1，所述的CaCl2溶液中所含的纯CaCl2与中间产物的重量比为0.4-08∶1。
6、根据权利要求1所述的5A分子筛的制备方法，其特征在于制得的5A分子筛产品的颗粒直径为0.4-2.5mm。
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