DE60011151T2 - Verfahren zur gastrennung - Google Patents

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung betrifft Verfahren zur Gastrennung unter Verwendung eines Li-rho-Zeoliths, insbesondere ein Verfahren zur Lufttrennung, wo das Li-rho-Zeolith ein sauerstoffselektives Adsorbens ist.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Das wichtigste Verfahren der Herstellung von Stickstoff und Sauerstoff, zwei der Chemikalien mit dem größten Volumen, verläuft durch Tieftemperatwdestillation von Luft. Während der letzten drei Dekaden sind Systeme zur Lufttrennung, die auf selektiver Adsorption von Stickstoff oder Sauerstoff beruhen, in den Handel gebracht worden, speziell für Anwendungen mit kleinerem Volumen. Ein üblicherweise verwendetes Adsorptionsverfahren zum Herstellen von Stickstoff aus Luft ist die Druckwechseladsorption (pressure swing adsorption: PSA). Die Zufuhr für dieses Verfahren ist typischerweise Luft, aber kann stickstoffangereicherte Luft sein. Typischerweise ist es ein Zweischichtverfahren, das mit einem ziemlich einfachen Zyklus arbeitet, der Unterdrucksetzen, Abziehen des Produkts bei hohem Druck, Druckausgleich der Schichten und Ablassen des Drucks einschließt. Andere Schritte wie beispielsweise eine Spülung des Produkts können verwendet werden. Die Gesamtzykluszeit ist in der Größenordnung von Minuten. Der hohe Druck beträgt typischerweise 4 bis 8 Atmosphären und das Ablassen des Drucks geht typischerweise bis zu atmosphärischem Druck, obwohl Vakuum angewendet werden könnte.
  • Gegenwärtig sind die bevorzugten Adsorbentien zum Ausführen von PSA-Lufttrennungen entweder Zeolithe oder Kohlenstoffmolekularsiebe. Typischerweise werden Zeolithe verwendet, wenn angereicherter Sauerstoff (etwa 95%) gewünscht wird, und werden Kohlenstoffmolekularsiebe verwendet, wenn angereicherter Stickstoff (etwa 99,5%) das gewünschte Gas ist.
  • Kohlenstoffmolekularsiebe (CMS) sind zum Trennen von Sauerstoff und Stickstoff praktisch, weil in diesen Materialien die Geschwindigkeit der Adsorption von Sauerstoff höher als die von Stickstoff ist, d.h., es wird eine kinetische Trennung bewikt. Der Unterschied in den Adsorptionsgeschwindigkeiten ist auf den Unterschied in der Größe der Stickstoff- und Sauerstoffmoleküle zurückzuführen; 0,364 nm bzw. 0,346 nm. Jedoch haben im Gleichgewicht Kohlenstoffmolekularsiebe weder für Sauerstoff noch für Stickstoff eine signifikante Selektivität. Weil der Größenunterschied der Moleküle so klein ist, muß die CMS-Porenstruktur fein abgestimmt sein, um O2 und N2 auf der Grundlage unterschiedlicher Diffusionsgeschwindigkeiten wirksam zu trennen. Die US-Patentschrift 5447557 offenbart ein verbessertes Verfahren für Lufttrennung unter Verwendung eines sauerstoffselektiven Adsorbens, umfassend ein Kohlenstoffmolekularsieb, imprägniert mit einer sauren Spezies.
  • Wenn Zeolithe verwendet werden, wird typischerweise eine Gleichgewichtstrennung von Sauerstoff und Stickstoff beobachtet. Diese ergibt sich aus dem Unterschied in dem Quadrupolmoment zwischen Stickstoff (0,31 Å3) und Sauerstoff (0,1 Å3). Die Wechselwirkung des Stickstoffs mit Zeolithkationen ist stärker als die des Sauerstoffs. Typischerweise werden für diese Verfahren Vakuumwechseladsorptions-(VSA)-Verfahren verwendet. Von Lithium und Calcium ist offenbart worden, daß sie eine besonders starke Affinität für Stickstoff zeigen (siehe US-Patentschrift 5417957 und US-Patentschrift 5454857).
  • PSA-Verfahren zur Lufttrennung verwenden im Vergleich mit Tieftemperaturverfahren relativ einfache Ausrüstung und stellen leichte Wartung bereit. Das Dokument US-A-5228888 betrifft die Abtrennung von Sauerstoff aus Luft unter Verwendung von Zeolithen in einem PSA-Verfahren. Einige Nachteile von PSA-Verfahren sind geringere Produktgewinnung und höherer Energieverbrauch als bei den Tieftemperaturverfahren. Auch sind die hohen Kosten der gegenwärtig erhältlichen Adsorbentien und die Produktvariabilität größere Probleme. Somit besteht ein Bedarf an Verfahren, die bessere Adsorbentien verwenden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung stellt ein Verfahren zum Abtrennen von Sauerstoff aus Luft bereit, umfassend die Schritte:
    • (1) Unterdrucksetzen einer Adsorbensschicht, enthaltend Li-rho-Zeolith;
    • (2) Führen eines unter Druck gesetzten Luftstromes über die Adsorbensschicht;
    • (3) Adsorbieren von Sauerstoff aus dem unter Druck gesetzten Luftstrom, um einen stickstoffangereicherten Produktstrom zu erzeugen;
    • (4) Abziehen des stickstoffangereicherten Stromes von der Adsorbensschicht; Stoppen des Flusses des unter Druck gesetzten Luftstromes;
    • (5) Ablassen des Druckes von der Adsorbensschicht (gegebenenfalls vor dem Ablassen des Drucks Ausgleichen des Drucks mit einer anderen Schicht); und gegebenenfalls Spülen der Adsorbensschicht mit dem stickstoffangereicherten Strom von Schritt (4) bei verringertem Druck; und
    • (6) Wiederholen der Schritte 1 bis 5 in einer zyklischen Weise.
  • BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • 1 zeigt die Stickstoff und Sauerstoffsorptionskurven für ein Kohlenstoffmolekularsieb.
  • 2 zeigt die Stickstoff und Sauerstoffsorptionskurven für das Li-rho von Beispiel 1.
  • 3 zeigt die Stickstoff und Sauerstoffsorptionskurven für das Li-rho von Beispiel 2.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Zeolithe können generell als komplexe Alumosilicate beschrieben werden, die durch eine dreidimensionale Gerüststruktur charakterisiert sind, die Hohlräume einschließt, die von Ionen und Wassermolekülen besetzt sind, von denen sich alle mit signifikanter Freiheit innerhalb der Zeolithmatrix bewegen können. In kommerziell verwendbaren Zeolithen können die Wassermoleküle aus dem Gerüst entfernt werden oder in ihm ausgetauscht werden, ohne dessen Geometrie zu zerstören. Zeolithe können durch die folgende Formel dargestellt werden: M2/nO·Al2O3·xSiO2·yH2O, wobei M ein Kation mit der Wertigkeit n ≥ 2 ist und y eine Zahl ist, die durch die Porosität und den Hydratationszustand des Zeoliths bestimmt ist, im allgemeinen von 2 bis 8. In natürlich vorkommenden Zeolithen wird M hauptsächlich durch Na, Ca, K, Mg und Ba in Anteilen dargestellt, die gewöhnlich ihre ungefähre geochemische Häufigkeit widerspiegeln. Die Kationen M sind locker an die Struktur gebunden und können häufig durch herkömmlichen Ionenaustausch vollständig oder teilweise mit anderen Kationen ersetzt werden.
  • Die Zeolithstruktur besteht aus eckenverbundenen Tetraedern mit Al- oder Si-Atomen in den Zentren der Tetraeder und Sauerstoffatomen an den Ecken. Derartige Tetraeder sind in einer gut definierten Grundstruktur vereinigt, die verschiedenartige Kombinationen von 4-, 6-, 8-, 10- und 12-gliedrigen Ringen umfaßt. Das resultierende Gerüst besteht aus regulären Kanälen und Käfigen, welche eine für Katalyse nützliche Porenstruktur vermitteln. Die Porendimensionen werden durch die Geometrie der Alumosilicat-Tetraeder bestimmt, die die Kanäle oder Käfige des Zeoliths mit nominellen Öffnungen von 0,26 nm für 6-Ringe, 0,40 nm für 8-Ringe und 0,55 nm für 10-Ringe (diese Zahlen nehmen Ionenradien für Sauerstoff an) erzeugen. Die Porendimensionen sind für die Leistung dieser Materialien in katalytischen und Anwendungen der Trennung kritisch, da diese charakteristische Eigenschaft bestimmt, ob Reaktant-/Adsorbentmoleküle eintreten können und Produktmoleküle (in dem Fall der katalytischen Anwendung) aus dem Zeolithgerüst austreten können. In der Praxis wurde beobachtet, daß sehr kleine Verminderungen in den Ringdimensionen die Bewegung spezieller Reaktanten, Adsorbate oder Katalyseprodukte innerhalb einer Zeolithstruktur wirksam behindern oder blockieren können.
  • Die Porendimensionen, die den Zugang zum Inneren des Zeoliths steuern, werden nicht nur durch die Tetraeder bestimmt, die die Porenöffnung erzeugen, sondern auch durch die Anwesenheit oder Abwesenheit von Ionen in oder in der Nähe der Pore. In dem Fall von Zeolith A zum Beispiel kann der Zugang durch einwertige Ionen, wie beispielsweise Na+ oder K+, begrenzt sein, welche sich in oder in der Nähe von 8-Ringöffnungen ebenso wie 6-Ringöffnungen befinden. Der Zugang wird durch zweiwertige Ionen, wie beispielsweise Ca2+, vergrößert, welche sich nur in oder in der Nähe von 6-Ringen befinden. So zeigen KA und NaA effektive Porenöffnungen von etwa 0,3 nm bzw. 0,4 nm, während CaA eine effektive Porenöffnung von 0,5 nm hat.
  • Zeolith rho, die Zeolithspezies, die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung angewendet wird, ist ein engporiger synthetischer Zeolith, der in der Form, wie er synthetisiert wurde, durch die Formel (Na,Cs),12Al12Si36O96·44H2O beschrieben werden kann. Die Struktur und Synthese dieses synthetischen Zeoliths sind von Robson et al., „Synthesis and Crystal Structure of Zeolite Rho – A New Zeolite Related to Linde Type A" („Synthese und Kristallstruktur von Zeolith rho – ein neuer Zeolith, verwandt dem Linde-Typ A"), Advances in Chemistry Series 121 (American Chemical Society, 102–115, 1973), und von Robson, US-Patentschrift 3904738 (hier durch Bezugnahme einbezogen), beschrieben. Kürzlich wurde ein rho mit hohem Siliciumdioxidgehalt von Chatelain, T., et al. offenbart, „Synthesis and characterization of high-silica zeolite RHO prepared in the presence 18-crown-6 ether as organic template" ("Synthese und Charakterisierung von Zeolith RHO mit hohem Siliciumdioxidgehalt, hergestellt in Anwesenheit von 18-Kronen-6-ether als organisches Templat"), Microporous Materials, 1995, 4(2–3); S. 231–238. Wie vorstehend für das Zeolith generell vermerkt, können die Na- und Cs-Kationen von Zeolith rho durch herkömmlichen Ionenaustausch teilweise oder vollständig ersetzt werden.
  • Das Gerüst von Zeolith rho besteht aus einer kubisch-raumzentrierten Anordnung von abgestumpften Kubooktaedern oder α-Käfigen, die durch Doppel-8-Ringe verbunden sind. Ausführliche Untersuchungen zur strukturellen Charakterisierung haben gezeigt, daß das RHO-Gerüst außergewöhnliche Flexibilität mit spezieller Empfindlichkeit für Kation, Temperatur und Hydratationsgrad zeigt. (Siehe „Flexibility of the Zeolite RHO Framework. In Situ X-Ray and Neutron Powder Structural Characterization of Divalent Cation-Exchanged Zeolite RHO" ("Flexibilität des Zeolith-RHO-Gerüsts. In-situ-Röntgen- und Neutronen-Pulver-Strukturcharakterisierung von mit zweiwertigen Kationen ausgetauschtem Zeolith RHO"), Corbin, D. R. et al., J. Am. Chem. Soc. 1990, 112 (12), 4821–4830). Zum Beispiel zeigt D-ausgetauschtes rho die größte Elementarzelle mit a=15,0976(4) Å (Raumgruppe Im-3m), während Ca,D-rho die kleinste berichtete Elementarzelle für eine Alumosilicat-RHO-Struktur mit a=13,9645(7) Å (Raumgruppe I·43m) zeigt. Dies entspricht einer Abnahme im Gittervolumen von mehr als 20% beim Übergang von D-rho zu Ca,D-rho. Diese Flexibilität des Gerüsts führt auch zu signifikanten Änderungen für die Natur der 8-Ring-Pore. Wenn der Parameter der Elementarzelle sich von etwa 15,10 Å auf etwa 13,96 Å ändert, ändert sich die Porenöffnung von einer im wesentlichen kreisrunden Natur in eine elliptische. Zum Beispiel beträgt die Porenöffnung in D-rho etwa 5,1 × 5,1 Å, im Vergleich zu etwa 2,9 × 7,8 Å für Ca,D-rho (diese Zahlen wurden aus den Strukturwerten für die zwei Formen bestimmt und nehmen kovalente Radien (0,75 Å) für Sauerstoff an). Diese Werte stellen die gegenwärtig bekannten Extreme für die Größen der größten Porenöffnung von Alumosilicat rho dar, die allein aus der Gerüstflexibilität resultieren (im Gegensatz zu der Porenblockierung, die vorstehend für Zeolith A beschrieben ist). Jedoch befindet sich für die meisten ionenausgetauschten Formen mit hohen Niveaus des Austauschs das Kation in dem 8-Ring. Diese Porenblockierung hindert adsorbierende Moleküle am Eintritt in die inneren Käfige und Poren des Zeoliths und am Austritt aus ihnen, was das Material für viele Anwendungen nutzlos macht (außer vielleicht für Gaseinkapselung). Es ist jedoch möglich, daß teilweiser Austausch von Zeolith rho mit H+ (z.B. H,Cs-rho) zumindest etwas von der gewünschten Verzerrung und der geringeren Porengröße ergibt.
  • Die bekannten Ausnahmen von dieser Porenblockierung bei hohen Niveaus des Kationenaustauschs sind H-rho, Cd-rho (bei einer Temperatur von mehr als etwa 300°C) und Li-rho. Von speziellem Interesse ist Li-rho. Strukturuntersuchungen haben gezeigt, daß die Li+-Kationen nur in den 6-Ringen, weit entfernt von den 8-Ringen, dieses Materials gelegen sind. Eine neuere Arbeit (siehe „Flexibility and Cation Distribution Upon Lithium Exchange of AlSi- and AlGe-RHO Framework Materials" („Flexibilität und Kationenverteilung bei Lithiumaustausch von AlSi- und AlGe-RHO-Gerüstmaterialien"), Johnson, G. M., et al., eingereicht bei Chem. Materials) hat von einer Zellkante von a=14,2610(3) Å für Li-rho der Zusammensetzung Li7,6Cs1,3Na2,0Al11,4Si36,6O96 berichtet. Dieses Kation verzerrt signifikant das rho-Gerüst, so daß die Porenöffnung des 8-Rings ungefähr 3,2 × 7,7 Å beträgt.
  • Na,Cs-rho, wie es typischerweise hergestellt wird, z.B. nach dem Verfahren von Robson, hat einen Cs-Gehalt der Elementarzelle von weniger als 6. Eine solche Herstellung, offenbart in dem vorstehend beschriebenen Dokument von Corbin et al., ergab eine Zusammensetzung der Elementarzelle von Na7,1CS3,8Al11,5Si36,5O96. Ohne zu wünschen, an eine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, daß, je geringer der Cs-Gehalt der Elementarzelle ist, desto wirksamer der rho-Zeolith für die Trennung von Gasen, insbesondere von Luft, ist. Andere Li-rho-Zeolithe, die auf dem Fachgebiet offenbart worden sind, haben die folgenden Zusammensetzungen der Elementarzelle: Li4,8Cs4,3Na1,3Al10,5Si37,5O96, Li4,98Cs0,08Na0,021(ND4)5,64Al11,9Si36,1O96,Li7,6Cs1,3Na2,0Al11,4Si36,6O96 und Li9,3Cs0,08Na0,77Al10,9Si37,1O96.Alle diese Zusammensetzungen können für die Trennung von Gasen, insbesondere Luft, verwendet werden.
  • Eine nützliche Anwendung des Li-rho-Zeoliths ist die als Sauerstoff selektives Adsorbens bei der Trennung von Sauerstoff und Stickstoff in einem Druckwechseladsorptions-(PSA)-Verfahren, vorzugsweise einem Zweischicht-PSA-Verfahren. In dem Druckwechselverfahren wird Luft, vorzugsweise trockene, bei Umgebungstemperaturen und Drucken von etwa 100 kPa bis etwa 1000 kPa durch eine Säule geleitet, die ein Festbett enthält, das mit dem Zeolith Li-Rho gepackt ist. Sauerstoff wird von der ersten Packungsschicht bei erhöhtem Druck selektiv adsorbiert, wobei ein Hochdruckproduktgas hergestellt wird, das mit Stickstoff angereichert ist. Der Druck zwischen den zwei Schichten wird dann ausgeglichen. Von der Schicht, die die Adsorption beendet, wird anschließend der Druck abgelassen und der Sauerstoff desorbiert, gewöhnlich mit einer Spülung, genommen von dem Produkt der anderen Schicht, aber gegebenenfalls unter Anwendung von Vakuum. Die Schicht, die die Desorption beendet, wird dann wieder unter Druck gesetzt und der Zyklus wiederholt. Die zwei Schichten werden nicht in Phase gefahren, so daß ein kontinuierlicher Fluß des Produkts erhältlich ist. Das Adsorbens kann so viel wie etwa 0,3 mmol Sauerstoff pro Gramm bei atmosphärischem Druck aufnehmen.
  • Die hier beschriebenen PSA-Verfahren können für die Herstellung von Sauerstoff oder Stickstoff aus Luft in großem Maßstab verwendet werden. Die Verfahren sind auch für die Entfernung restlicher kleiner Mengen von Sauerstoff aus Stickstoff, Argon und anderen Gasen verwendbar.
  • Ohne weitere nähere Angaben wird angenommen, daß der Fachmann unter Verwendung der hier vorliegenden Beschreibung die vorliegende Erfindung in ihrem vollsten Ausmaß nutzen kann. Die folgenden Ausführungsformen sind als veranschaulichend und in keiner Weise wie auch immer als den Rest der Offenbarung einschränkend anzusehen.
  • BEISPIELE VERGLEICHSBEISPIEL A
  • Kohlenstoffmolekularsieb
  • Eine Probe von im Handel erhältlichen Kohlenstoffmolekularsieben (CMS) wurde in die Versuchszelle einer D-110-Cahn-Hochdruckmikrowaage mit digitaler Aufzeichnung plaziert. Das Material wurde in der Zelle unter Vakuum (0,5–1 Torr (67–133 Pa)) auf 500°C erhitzt und bei diesen Bedingungen gehalten, bis sich das Gewicht der Substanz stabilisierte. Die Probe wurde dann auf 50°C abgekühlt und bei 50°C gehalten, bis sich das Gewicht stabilisierte. Stickstoff wurde mit einem Fluß von 1000 cm3/min in die Zelle gelassen, bis atmosphärischer Druck erreicht worden war. Der Stickstofffluß wurde dann auf 30 cm3/min verringert und der Druck wurde bei einer Atmosphäre gehalten, bis die Adsorption von Stickstoff abgeschlossen war (d.h., bis das Gewicht der Probe stabilisiert war). Der Fluß von Stickstoff wurde gestoppt und die Zelle wurde auf 0,5–1 Torr (67–133 Pa) evakuiert und über Nacht unter Vakuum gehalten, um den Stickstoff von der Probe zu desorbieren. Sauerstoff wurde mit einem Fluß von 1000 cm3/min in die Zelle gelassen, bis atmosphärischer Druck erreicht worden war. Der Sauerstofffluß wurde dann auf 30 cm3/min verringert und der Druck wurde bei einer Atmosphäre gehalten, bis die Adsorption von Sauerstoff abgeschlossen war (d.h., bis das Gewicht der Probe stabilisiert war). Der Fluß von Sauerstoff wurde gestoppt und die Zelle wurde aus Sicherheitsgründen eine Stunde lang mit Stickstoff gespült.
  • Die Ergebnisse sind in 1 veranschaulicht und zeigen klar, daß CMS zwischen Sauerstoff und Stickstoff unterscheidet.
  • BEISPIEL 1
  • Li-rho
  • Eine 50-g-Probe von NH4-rho, hergestellt nach herkömmlichen Ionenaustauschverfahren aus Na,Cs-rho und synthetisiert nach dem in der US-Patentschrift 3904738 offenbarten Verfahren, wurde mit einer 10 %igen Lösung von NaNO3 – (10 ml/g Zeolith) dreimal für 1 Stunde jeweils bei 90°C in Kontakt gebracht, wobei zwischen jedem Kontakt filtriert wurde. Das so erhaltene Material (30 g) wurde dann mit einer 10 %igen Lösung von NaNO3 zusätzlich dreimal für jeweils eine Stunde bei 90°C in Kontakt gebracht, wobei zwischen jedem Kontakt filtriert wurde, um Na-rho zu ergeben. Die chemische Analyse durch Spektrometrie mit induktiv gekoppeltem chemischen Plasma (ICP) ergab eine Zusammensetzung der Elementarzelle von Si36,2Al11,8Na12,6Cs0,36O96 (mit angenommenem Sauerstoffgehalt). Eine Probe von Na-rho (20 g) wurde mit einer 10 %igen Lösung von LiNO3 dreimal für jeweils eine Stunde bei 90°C in Kontakt gebracht, wobei zwischen jedem Kontakt filtriert wurde, um Li-rho zu erzeugen. Die chemische Analyse durch Spektrometrie mit induktiv gekoppeltem chemischen Plasma (ICP) ergab eine Zusammensetzung der Elementarzelle von Si36,3Al11,7Na1,93Li7,1CS0,3O96 (mit angenommenem Sauerstoffgehalt). Die Probe wurde dann granuliert, indem eine 25-mm-Preßform mit dem Li-rho-Pulver gefüllt wurde. Die Preßform wurde in eine hydraulische Preco-Presse, Modell PA7-1, plaziert, die dann unter Druck gesetzt wurde, bis das Meßgerät 25000 Pound anzeigte. Der Druck wurde 5 Minuten aufrecht erhalten und dann abgelassen. Das so erhaltene Pellet wurde aus der Preßform entnommen, zerstoßen und zu einem Pulver von–20/+40 Mesh (–0,84 mm/+0,42 mm) gesiebt.
  • Eine Probe des Li-rho wurde in die Versuchszelle einer D-110-Cahn-Hochdruckmikrowaage mit digitaler Aufzeichnung plaziert. Das Material wurde in der Versuchszelle durch Erhitzen der Zelle auf 500°C unter Vakuum (0,5–1 Torr (67–133 Pa)) dehydratisiert und bei diesen Bedingungen gehalten, bis sich das Gewicht der Probe stabilisierte. Die Probe wurde dann auf 50°C abgekühlt und bei 50°C gehalten, bis sich das Gewicht stabilisierte. Stickstoff wurde mit einem Fluß von 50 cm3/min in die Zelle gelassen, bis atmosphärischer Druck erreicht worden war. Der Stickstofffluß wurde dann auf 30 cm3/min verringert und der Druck wurde bei einer Atmosphäre gehalten, bis die Adsorption von Stickstoff abgeschlossen war (d.h., bis das Gewicht der Probe stabilisiert war). Der Fluß von Stickstoff wurde gestoppt und die Zelle wurde auf 0,5–1 Torr (67–133 Pa) evakuiert und über Nacht unter Vakuum gehalten, um den Stickstoff von der Probe zu desorbieren. Sauerstoff wurde mit einem Fluß von 50 cm3/min in die Zelle gelassen, bis atmosphärischer Druck erreicht worden war. Der Sauerstofffluß wurde dann auf 30 cm3/min verringert und der Druck wurde bei einer Atmosphäre gehalten, bis die Adsorption von Sauerstoff abgeschlossen war (d.h., bis das Gewicht der Probe stabilisiert war). Der Fluß von Sauerstoff wurde gestoppt und die Zelle wurde aus Sicherheitsgründen eine Stunde lang mit Stickstoff gespült.
  • Die Ergebnisse sind in 2 veranschaulicht und zeigen klar, daß Li-rho zwischen Sauerstoff und Stickstoff unterscheidet.
  • BEISPIEL 2
  • Li-rho
  • Li-rho (2 g), wie in Beispiel 1 hergestellt, wurde in Luft durch Aufheizen mit 1°C/Minute auf 450°C calciniert. Die Probe wurde 10 Minuten bei 450°C gehalten, mit 1°C/Minute auf 500°C aufgeheizt, dann 5 Stunden bei 500°C gehalten, bevor auf 110°C abgekühlt wurde. Die getrocknete Probe wurde dann zum Transport in ein trockenes Gläschen überführt.
  • Eine Probe des getrockneten Li-rho wurde in die Versuchszelle einer D-110-Cahn-Hochdruckmikrowaage mit digitaler Aufzeichnung plaziert. Das Material wurde in der Versuchszelle durch Erhitzen der Zelle auf 200°C unter Vakuum (0,5–1 Torr (67–133 Pa)) erneut dehydratisiert und bei diesen Bedingungen gehalten, bis sich das Gewicht der Probe stabilisierte. Die Probe wurde dann auf 50°C abgekühlt und bei 50°C gehalten, bis sich das Gewicht stabilisierte. Stickstoff wurde mit einem Fluß von 50 cm3/min in die Zelle gelassen, bis atmosphärischer Druck erreicht worden war. Der Stickstofffluß wurde dann auf 30 cm3/min verringert und der Druck wurde bei einer Atmosphäre gehalten, bis die Adsorption von Stickstoff abgeschlossen war (d.h., bis das Gewicht der Probe stabilisiert war). Der Fluß von Stickstoff wurde gestoppt und die Zelle wurde auf 0,5-1 Torr (67–133 Pa) evakuiert und über Nacht unter Vakuum gehalten, um den Stickstoff von der Probe zu desorbieren. Sauerstoff wurde mit einem Fluß von 50 cm3/min in die Zelle gelassen, bis atmosphärischer Druck erreicht worden war. Der Sauerstofffluß wurde dann auf 30 cm3/min verringert und der Druck wurde bei einer Atmosphäre gehalten, bis die Adsorption von Sauerstoff abgeschlossen war (d.h., bis das Gewicht der Probe stabilisiert war). Der Fluß von Sauerstoff wurde gestoppt und die Zelle wurde aus Sicherheitsgründen eine Stunde lang mit Stickstoff gespült.
  • Die Ergebnisse sind in 3 veranschaulicht und zeigen klar, daß Li-rho zwischen Sauerstoff und Stickstoff unterscheidet.

Claims (3)

  1. Verfahren zum Abtrennen von Sauerstoff aus Luft, umfassend die Schritte: (1) Unterdrucksetzen einer Adsorbensschicht, enthaltend Li-rho-Zeolith; (2) Führen eines unter Druck gesetzten Luftstromes über die Adsorbensschicht; (3) Adsorbieren von Sauerstoff aus dem unter Druck gesetzten Luftstrom, um einen stickstoffangereicherten Strom zu erzeugen; (4) Abziehen des stickstoffangereicherten Stromes von der Adsorbensschicht; Stoppen des Flusses des unter Druck gesetzten Luftstromes; (5) Ablassen des Druckes von der Adsorbensschicht; und gegebenenfalls Spülen der Adsorbensschicht mit dem stickstoffangereicherten Strom von Schritt (4); und (6) Wiederholen der Schritte 1 bis 5 in einer zyklischen Weise.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Li-rho-Zeolith eine Zusammensetzung der Elementarzelle von Si36,3Al11,7Na1,93Li7,1CS0,3O96 hat.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Li-rho-Zeolith eine Zusammensetzung der Elementarzelle, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Li4,8Cs4,3Na1,3Al10,5Si37,5O96, Li4,98Cs0,08Na0,021(ND4)5,64Al11,9Si36,1O96, Li7,6Cs1,3Na2,0Al11,4Si36,6O96 und Li9,3Cs0,08Na0,77Al10,9Si37,1O96, hat.
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