JP2001347123A - Adsorptive separation method for carbon dioxide - Google Patents

Adsorptive separation method for carbon dioxide

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JP2001347123A JP2001104654A JP2001104654A JP2001347123A JP 2001347123 A JP2001347123 A JP 2001347123A JP 2001104654 A JP2001104654 A JP 2001104654A JP 2001104654 A JP2001104654 A JP 2001104654A JP 2001347123 A JP2001347123 A JP 2001347123A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for adsorptively separating carbon dioxide from a gaseous mixture containing the carbon dioxide by using low-silica X type zeolite of high purity which has the excellent performance to adsorptively separate that race carbon dioxide and is made binderless. SOLUTION: The absorptive separation method for the carbon dioxide is characterized in that when a zeolite adsorbent and the gaseous mixture composed of >=2 kinds of components containing the carbon dioxide and gases having the polarity lower than the polarity of the carbon dioxide are brought into contact with each other, the partial pressure of the carbon dioxide ranges from 0.1 to 59 mmHg and the zeolite adsorbent is a low-silica X type zeolite which is 1.9 to 2.0 in SiO2/Al2O3 molar ratio and in which the content of the low-silica X type zeolite is >=95% and more preferably the absorbent is subjected to ion exchange at >=90% with lithium and/or sodium.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は二酸化炭素と二酸化
炭素より極性の低いガスを含む2種以上の成分からなる
混合ガスのガス流から二酸化炭素を吸着除去する方法に
関する、更に詳しくは、例えば空気を酸化するまで圧
縮、冷却した後、ガス成分を窒素、酸素、アルゴン等の
成分に分離する深冷分離方法において、前処理として不
純物あるいは工程上の不都合な成分として除去されるべ
き二酸化炭素を原料である空気などの混合ガスから吸着
除去する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for adsorbing and removing carbon dioxide from a gas stream of a mixed gas comprising two or more components containing carbon dioxide and a gas having a polarity lower than that of carbon dioxide. In a cryogenic separation method in which gas components are separated into components such as nitrogen, oxygen, and argon after being compressed and cooled until they are oxidized, carbon dioxide to be removed as impurities or inconvenient components in the process as a pretreatment is used as a raw material. The present invention relates to a method for adsorbing and removing from a mixed gas such as air.

【0002】[0002]

【従来の技術】二酸化炭素は燃焼排ガスをはじめ、天然
ガスあるいは微量ではあるが空気中にも含まれている。
また天然ガス、ナフサ、コークス、メタノール等を水蒸
気改質して水素を得る際にも二酸化炭素が副生する。燃
焼排ガスをはじめ、工業的に副生する二酸化炭素は、地
球温暖化の原因ともなる温室効果ガスであって近年注目
されている。また深冷分離法による空気分離において
は、冷却により空気中の約300〜400ppmの微量
の二酸化炭素が固体となり、熱交換器などを閉塞させる
などのトラブルの原因となっていた。
2. Description of the Related Art Carbon dioxide is contained not only in combustion exhaust gas but also in natural gas or in a small amount in air.
Also, carbon dioxide is by-produced when hydrogen is obtained by steam reforming of natural gas, naphtha, coke, methanol and the like. Industrially by-produced carbon dioxide, including combustion exhaust gas, is a greenhouse gas that causes global warming, and has attracted attention in recent years. In addition, in the air separation by the cryogenic separation method, a small amount of about 300 to 400 ppm of carbon dioxide in the air becomes solid by cooling, causing a trouble such as blocking a heat exchanger.

【0003】二酸化炭素の分離除去方法は、化学吸収法
としてアルカリ溶液やアミン類の溶液に吸収させる方法
や、物理吸着法として吸着剤に吸着させて除去する方法
が提案され、実施されていた。吸着剤としては活性炭や
ゼオライトが使用されている。ゼオライトなどの吸着剤
を使用する物理吸着法では、温度および圧力を変動させ
る温度・圧力スイング法(PTSA法)、あるいは圧力
のみを変動させる圧力スイング法(PSA法)により二
酸化炭素の吸着除去が行なわれる。一般的には、低い温
度及び高い圧力で吸着剤に二酸化炭素を吸着させ、吸着
温度より高い温度及び低い圧力で二酸化炭素を吸着剤か
ら脱着させて吸着剤を再生する。このとき二酸化炭素よ
り吸着しにくく、二酸化炭素を含まないガスを加温して
流通してパージを行なうこともある。
As a method for separating and removing carbon dioxide, there have been proposed and carried out a method of absorbing carbon dioxide in an alkaline solution or an amine solution as a chemical absorption method and a method of removing carbon dioxide by adsorbing it on an adsorbent as a physical adsorption method. Activated carbon or zeolite is used as the adsorbent. In a physical adsorption method using an adsorbent such as zeolite, carbon dioxide is adsorbed and removed by a temperature / pressure swing method (PTSA method) in which temperature and pressure are varied, or a pressure swing method (PSA method) in which only pressure is varied. It is. Generally, carbon dioxide is adsorbed on an adsorbent at a low temperature and a high pressure, and carbon dioxide is desorbed from the adsorbent at a temperature and a pressure higher than the adsorption temperature to regenerate the adsorbent. At this time, a gas that is less adsorbed than carbon dioxide and does not contain carbon dioxide may be heated and circulated for purging.

【0004】従来から知られている様に、ゼオライト吸
着剤はゼオライトに存在するカチオンと分子の相互作用
により分子が吸着され、吸着分子の極性が大きい方が相
互作用が大きくなり、吸着容量も多くなる。空気中に存
在する分子で考えれば、ゼオライトと分子の相互作用の
大きさは、水>二酸化炭素>窒素>酸素>アルゴンとな
り、吸着容量もこの順で多くなる。
As is conventionally known, zeolite adsorbents adsorb molecules by the interaction between cations and molecules present in zeolite, and the larger the polarity of the adsorbed molecules, the greater the interaction and the larger the adsorption capacity. Become. Considering molecules existing in the air, the size of the interaction between the zeolite and the molecules is water> carbon dioxide>nitrogen>oxygen> argon, and the adsorption capacity increases in this order.

【0005】空気中の二酸化炭素を吸着除去する場合、
二酸化炭素濃度は約300ppm、窒素濃度は約78%
であり、5〜10気圧の圧力で吸着剤と接触させる場
合、二酸化炭素の分圧は約2mmHg、窒素の分圧は約
4〜8atmとなる。二酸化炭素は極性が大きくゼオラ
イトへ低分圧でも多量に吸着するが、多量に共存する窒
素により二酸化炭素の吸着が阻害され、吸着量が低下し
てしまう。なお水はアルミナなどの吸着剤によりあらか
じめほとんど全て除去される。
When carbon dioxide in air is adsorbed and removed,
Carbon dioxide concentration is about 300ppm, nitrogen concentration is about 78%
When the adsorbent is contacted at a pressure of 5 to 10 atm, the partial pressure of carbon dioxide is about 2 mmHg, and the partial pressure of nitrogen is about 4 to 8 atm. Although carbon dioxide has a large polarity and is adsorbed in a large amount on zeolite even at a low partial pressure, adsorption of carbon dioxide is hindered by a large amount of coexisting nitrogen, and the adsorption amount is reduced. In addition, almost all of the water is removed in advance by an adsorbent such as alumina.

【0006】これまでに空気等の混合ガスから二酸化炭
素を除去するための吸着剤として使用されてきたゼオラ
イト吸着剤は、A型ゼオライトあるいはSiO2/Al2
3モル比が2.5以上のX型ゼオライトであった。し
かしながら、深冷分離法で空気分離を行なう場合、処理
する空気量が非常に多いために二酸化炭素を吸着除去す
るためのゼオライト吸着剤の使用量も多くなる。このた
め装置のコンパクト化あるいは電力原単位の低減から、
窒素が共存する時でも、二酸化炭素の吸着性能の高い吸
着剤が求められている。
A zeolite adsorbent which has been used as an adsorbent for removing carbon dioxide from a mixed gas such as air is A-type zeolite or SiO 2 / Al 2
It was an X-type zeolite having an O 3 molar ratio of 2.5 or more. However, when air separation is performed by the cryogenic separation method, the amount of air to be treated is very large, so that the amount of the zeolite adsorbent used to adsorb and remove carbon dioxide also increases. For this reason, from the downsizing of the equipment or the reduction of the power consumption unit,
Even when nitrogen coexists, an adsorbent having high carbon dioxide adsorption performance is required.

【0007】特開平8−252419号公報では、ガス
流から二酸化炭素を除去する方法として、1A族、2A
族、3A族、3B族、ランタニド系列およびこれらの混
合物のカチオンで交換されているケイ素−対−アルミニ
ウムの原子比約1.0〜約1.15を有するX型ゼオラ
イトを用いて約−50℃ないし約80℃の範囲で吸着さ
せることが提案されているが、その第6頁の表1に示さ
れている様に二酸化炭素ガスの圧力を変化させた時の二
酸化炭素吸収量のみを測定しており、二酸化炭素と窒素
ガスとの間の吸着選択率等の測定はしていない。
[0007] JP-A-8-252419 discloses a method for removing carbon dioxide from a gas stream.
-50 ° C. using a zeolite of type X having a silicon to aluminum atomic ratio of about 1.0 to about 1.15 which has been exchanged with the cations of the Group 3, 3A, 3B, lanthanide series and mixtures thereof. It has been proposed to adsorb in the range of about 80 ° C., but as shown in Table 1 on page 6, only the amount of carbon dioxide absorbed when the pressure of the carbon dioxide gas was changed was measured. It does not measure the adsorption selectivity between carbon dioxide and nitrogen gas.

【0008】又、交換カチオンとして各族イオンとして
好ましいイオンが列記されており、1A族イオンとして
ナトリウム及びリチウムが好まく、2A族イオンとして
カルシウムが好ましいと記載され、その第6頁の表1
に、NaLSXとLi,CaLSX(リチウム−カルシ
ウム交換吸着剤試料、95当量%リチウムイオンおよび
5当量%カルシウムイオンを含有)との二酸化炭素吸収
量を比較しており、Li及びCa交換した吸着剤の方が
二酸化炭素吸収量が大きい事は示されているが、二酸化
炭素と窒素ガスとの間の吸着選択率等の測定はされてい
ない。
Also, preferred ions as ions of each group are listed as exchange cations, sodium and lithium are preferred as Group 1A ions, and calcium is preferred as Group 2A ions, and Table 1 on page 6 thereof.
The comparison of the carbon dioxide absorption between NaLSX and Li, CaLSX (sample containing lithium-calcium exchange adsorbent, containing 95 equivalents of lithium ions and 5 equivalents of calcium ions) was performed. Although it is shown that the carbon dioxide absorption amount is larger, the adsorption selectivity between carbon dioxide and nitrogen gas is not measured.

【0009】特開平11−179137号公報では、ガ
スから水蒸気と二酸化炭素を除去する方法として、水蒸
気を除去した後に二酸化炭素を除去するためにナトリウ
ムLSXゼオライトを用いることが提案されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-179137 proposes a method for removing water vapor and carbon dioxide from a gas by using sodium LSX zeolite to remove carbon dioxide after removing water vapor.

【0010】しかしながら、二酸化炭素と窒素を含む混
合ガスから二酸化炭素を分離する方法については記載さ
れていない。
However, there is no description of a method for separating carbon dioxide from a mixed gas containing carbon dioxide and nitrogen.

【0011】特開平11−253736号では、低温蒸
留の前に吸着により空気を精製する方法として、カルシ
ウム、ナトリウム及びカリウムを含むSi/Al比1か
ら1.5のX型ゼオライトが提案されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-253736 proposes an X-type zeolite containing calcium, sodium and potassium and having an Si / Al ratio of 1 to 1.5 as a method for purifying air by adsorption before low-temperature distillation. .

【0012】さらにWO00/01478号では、ガス
精製用吸着剤としてカリウムイオンが8%より少ないナ
トリウムタイプのSiO2/Al23比1.8−2.2
の低シリカフォージャサイトが提案されている。しかし
ながら、ここで使用されている吸着剤は、用いるゼオラ
イト結晶の純度が不十分であったり、吸着剤にバインダ
ーが含まれているためゼオライト結晶の含有率が少なく
なり、吸着剤が本来有している吸着性能を十分に発揮で
きていなかった。
Further, in WO 00/01478, a sodium type SiO 2 / Al 2 O 3 ratio of 1.8-2.2 containing less than 8% of potassium ions is used as an adsorbent for gas purification.
Has been proposed. However, the adsorbent used here has an insufficient purity of the zeolite crystals used, or the content of the zeolite crystals is reduced because the adsorbent contains a binder, and the adsorbent originally has Adsorption performance was not fully demonstrated.

【0013】一般的にゼオライト吸着剤はバインダーを
混合し、任意の形状に成形されている。しかしバインダ
ーには吸着性能がないために、それに相当する量だけ吸
着性能を低下させていた。そのためバインダー成分をゼ
オライトへ転化するための方法が提案されている。特開
平5−163015号公報では、SiO2/Al23
ル比が2.5よりも低いX型ゼオライト粉末、メタカオ
リンに転化されたカオリン型粘土、水酸化ナトリウム及
び水酸化カリウムを含む成形体を、水酸化ナトリウムと
水酸化カリウムの水溶液中で40〜100℃の温度で数
時間〜数日間保持して熟成、結晶化する低シリカX型ゼ
オライトバインダレス成形体の製造方法が記載されてい
る。特開平11−76810には、少なくとも95%の
SiO2/Al23モル比が2である低シリカX型ゼオ
ライト成形体について記載されている。しかしその製造
方法は、低シリカX型ゼオライト粉末をゼオライトに変
換可能なクレイを少なくとも80%含むバインダーで凝
集させ、得られた混合物を成形し、乾燥後に500〜7
00℃の温度で焼成し、得られた固体生成物を水酸化ナ
トリウムと水酸化カリウムの溶液で、水酸化ナトリウム
+水酸化カリウムの合計に対して水酸化カリウムの最大
含有率が30モル%である少なくとも0.5モル濃度の
苛性水溶液と接触させる方法である。これらの方法で得
られる低シリカX型ゼオライトバインダレス成形体は、
耐圧強度が非常に低く、またA型ゼオライトの混入があ
り、化学分析による全体のSiO2/Al23モル比が
低シリカX型ゼオライトの理論値である2.0よりも高
く、成形体中の低シリカX型ゼオライト純度も不十分で
あることが問題となっていた。
Generally, the zeolite adsorbent is mixed with a binder and formed into an arbitrary shape. However, since the binder has no adsorbing performance, the adsorbing performance is reduced by an amount corresponding thereto. Therefore, a method for converting the binder component into zeolite has been proposed. JP-A-5-163015 discloses an X-type zeolite powder having a SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio lower than 2.5, a kaolin-type clay converted to metakaolin, a molded product containing sodium hydroxide and potassium hydroxide. A low-silica X-type zeolite binderless molded body which is aged and crystallized in an aqueous solution of sodium hydroxide and potassium hydroxide at a temperature of 40 to 100 ° C. for several hours to several days. . Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-76810 describes a low silica X-type zeolite molded body having a SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of at least 95% of 2 . However, the production method is such that low-silica X-type zeolite powder is agglomerated with a binder containing at least 80% of a clay capable of being converted into zeolite, and the resulting mixture is formed, dried, and dried to form a mixture of 500 to 7%.
The solid product obtained is calcined at a temperature of 00 ° C., and the obtained solid product is a solution of sodium hydroxide and potassium hydroxide, and the maximum content of potassium hydroxide is 30 mol% with respect to the sum of sodium hydroxide and potassium hydroxide. This is a method of contacting with a certain caustic aqueous solution of at least 0.5 molar concentration. The low silica X-type zeolite binderless molded product obtained by these methods is:
The compressive strength is very low, the A-type zeolite is mixed, and the overall SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio by chemical analysis is higher than 2.0, which is the theoretical value of low-silica X-type zeolite. The problem was that the purity of the low-silica X-type zeolite in the inside was also insufficient.

【0014】WO99/05063では少なくとも95
%がLSXで構成されるゼオライト体の製造方法につい
て記載されている。その製造方法でも特開平11−76
810号公報と同様に少なくとも0.5モル濃度の苛性
溶液と接触させる方法であり、この様な比較的濃度の低
い苛性溶液と接触させる方法で得られたLSXゼオライ
ト体の耐圧強度が低いことが問題であった。また得られ
たLSXゼオライト体は二酸化炭素の吸着分離、特に空
気中の二酸化炭素の吸着分離には使用されてなく、二酸
化炭素と窒素の吸着選択性に優れたカチオン種に関する
検討もされていない。
In WO99 / 05063, at least 95
% Describes a method for producing a zeolite body composed of LSX. Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-76
No. 810, a method of contacting with a caustic solution of at least 0.5 molar concentration, and the pressure strength of the LSX zeolite obtained by such a method of contacting with a caustic solution having a relatively low concentration is low. It was a problem. Further, the obtained LSX zeolite is not used for adsorption and separation of carbon dioxide, particularly for adsorption and separation of carbon dioxide in the air, and no study has been made on a cation species excellent in adsorption selectivity between carbon dioxide and nitrogen.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、例え
ば空気を低温で分離する深冷分離法において、工程上の
不都合な成分として除去されるべき二酸化炭素を原料で
ある空気などの混合ガスから吸着除去する方法を提供す
ることである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a cryogenic separation method for separating air at a low temperature, for example, by using carbon dioxide to be removed as a disadvantageous component in the process as a raw material such as air or other mixed gas. It is to provide a method of adsorbing and removing from the water.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
について鋭意検討した結果、二酸化炭素と二酸化炭素よ
り極性の低いガスを含む2種以上の成分からなる混合ガ
スをゼオライト吸着剤と接触させて二酸化炭素を吸着分
離する方法において、前記ゼオライト吸着剤と前記混合
ガスを接触させる時の二酸化炭素の分圧が0.1〜50
mmHgの範囲であって、前記ゼオライト吸着剤はSi
2/Al23モル比が1.9〜2.1の低シリカX型
ゼオライトで、低シリカX型ゼオライトの含有率が95
%以上である低シリカX型ゼオライト成形体であり、好
ましくは90%以上のリチウム及び/又はナトリウムで
イオン交換されているゼオライトを吸着剤として用いる
ことが好ましく、更に好ましくは95%以上のリチウム
及び/又はナトリウムでイオン交換されているゼオライ
トを吸着剤として用いること、最も好ましくは90%以
上のナトリウムでイオン交換されていることにより、最
も高い二酸化炭素選択性が選られ、さらには前記低シリ
カX型ゼオライト成形体が、SiO2/Al23モル比
が1.9〜2.1の低シリカX型ゼオライトとSiO2
/Al23モル比が1.9〜2.1のカオリン質粘土を
用いて成形、焼成することにより低シリカX型ゼオライ
ト含有成形体を得、前記低シリカX型ゼオライト含有成
形体からのSiの溶解量がAlの溶解量よりも多い苛性
溶液と前記低シリカX型ゼオライト含有成形体を接触さ
せることにより、前記低シリカX型ゼオライト含有成形
体中のカオリン質粘土を低シリカX型ゼオライトに変質
させることにより製造されていることにより飛躍的に二
酸化炭素を除去する性能が向上でき、篩い分けにより粒
子径を1.4〜1.7mmに揃えた当該低シリカX型ゼ
オライト成形体の平均耐圧強度が1.0kgf以上であ
ることを達成することができることを見出し、本発明を
完成するに至った。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies on the above-mentioned problems, the present inventors have found that a mixed gas composed of two or more components including carbon dioxide and a gas having a polarity lower than carbon dioxide is brought into contact with the zeolite adsorbent. In the method of adsorbing and separating carbon dioxide, the partial pressure of carbon dioxide when the mixed gas is brought into contact with the zeolite adsorbent is 0.1 to 50.
mmHg, wherein the zeolite adsorbent is Si
A low silica X-type zeolite having an O 2 / Al 2 O 3 molar ratio of 1.9 to 2.1 and a low silica X-type zeolite content of 95
% Or less, and it is preferable to use, as the adsorbent, a zeolite which is ion-exchanged with 90% or more of lithium and / or sodium, and more preferably 95% or more of lithium and zeolite. And / or using zeolite ion-exchanged with sodium as the adsorbent, most preferably by ion-exchange with 90% or more of sodium, the highest carbon dioxide selectivity is selected. type zeolite shaped body, SiO 2 / Al 2 O 3 low silica molar ratio of 1.9 to 2.1 X type zeolite and SiO 2
A low-silica X-type zeolite-containing molded article is obtained by molding and firing using a kaolinous clay having a / Al 2 O 3 molar ratio of 1.9 to 2.1. By contacting the low-silica X-type zeolite-containing compact with a caustic solution in which the amount of Si dissolved is greater than the amount of Al-dissolved, the kaolinic clay in the low-silica X-type zeolite-containing compact is reduced to low-silica X-type zeolite. The performance of removing the carbon dioxide can be dramatically improved by being manufactured by denaturation, and the average of the low-silica X-type zeolite molded product whose particle diameter is adjusted to 1.4 to 1.7 mm by sieving. It has been found that a pressure resistance of 1.0 kgf or more can be achieved, and the present invention has been completed.

【0017】[0017]

【発明の効果】以上により、例えば上述の空気を低温で
分離する深冷分離法において、工程上の不都合な成分と
して除去されるべき二酸化炭素を原料である空気などの
混合ガスから吸着除去するに際して、ゼオライト成形体
をバインダーレス化することによってより吸着容量を増
大させるとともに工業的な使用圧力に耐えうる成形体強
度を持ち、かつナトリウムなどの特定のカチオンに好ま
しくは90%以上イオン交換することによって、二酸化
炭素選択性が高められ、より効率よく吸着除去すること
が可能となった。
As described above, for example, in the above-mentioned cryogenic separation method for separating air at a low temperature, carbon dioxide to be removed as an inconvenient component in the process is adsorbed and removed from a mixed gas such as air as a raw material. By increasing the adsorption capacity by making the zeolite molded body binderless, having a molded body strength capable of withstanding industrial use pressure, and preferably performing ion exchange with a specific cation such as sodium by 90% or more. As a result, the selectivity of carbon dioxide was improved, and it was possible to adsorb and remove more efficiently.

【0018】以下、本発明を詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail.

【0019】本発明で使用される吸着剤は、SiO2
Al23モル比が1.9〜2.1の低シリカX型ゼオラ
イトであり、低シリカX型ゼオライトの含有率が95%
以上である低シリカX型ゼオライト成形体であり、好ま
しくは90%以上のリチウム及び/又はナトリウムでイ
オン交換されており、更に好ましくは95%以上のリチ
ウム及び/又はナトリウムでイオン交換されており、最
も好ましくは90%以上のナトリウムでイオン交換され
ている吸着剤である。
The adsorbent used in the present invention is SiO 2 /
It is a low silica X-type zeolite having an Al 2 O 3 molar ratio of 1.9 to 2.1, and the content of the low silica X-type zeolite is 95%.
The low-silica X-type zeolite compact described above is preferably ion-exchanged with 90% or more of lithium and / or sodium, and more preferably ion-exchanged with 95% or more of lithium and / or sodium, Most preferably, the adsorbent is ion-exchanged with 90% or more of sodium.

【0020】前述したように、ゼオライトへのガスの吸
着はゼオライトに存在するカチオンとガス分子の相互作
用により起こるため、このカチオン数が多い方がより多
くのガスを吸着することができる。ゼオライト中のカチ
オン数はゼオライトの結晶骨格を形成するAl数に依存
し、Al数が多くなれば、すなわちSiO2/Al2 3
モル比が小さくなればカチオン数も増加する。ゼオライ
トのSiO2/Al23モル比は2.0が最小であるこ
とがLoewenstein則により知られている。低
シリカX型ゼオライト結晶のSiO2/Al23モル比
は理論的には2.0であるが、化学組成分析の測定上の
誤差等を考慮した場合、1.9〜2.1の組成の低シリ
カX型ゼオライトが本発明の範囲に入ることは明らかで
ある。SiO2/Al23モル比が2.0のゼオライト
としては低シリカX型ゼオライト以外にA型ゼオライト
がある。しかしA型ゼオライトはその細孔径が約4〜5
Åと小さいのに対し、低シリカX型ゼオライトのそれは
約7〜8Åと大きくガス分離には有利である。低シリカ
X型ゼオライト結晶を合成する方法としては、種々の方
法が開示されており、特開平11−217212号公
報、特開平10−310422号公報、特開平11−3
43112号公報などに記載されている方法で製造すれ
ばよい。
As described above, gas absorption into zeolite
Deposition is the interaction between cations present in zeolite and gas molecules
The higher the number of cations, the more
Gas can be adsorbed. Kachi in zeolite
ON number depends on the number of Al that forms the crystal skeleton of zeolite
However, if the number of Al increases, that is, SiOTwo/ AlTwoO Three
As the molar ratio decreases, the number of cations increases. Zeory
G SiOTwo/ AlTwoOThreeThe molar ratio must be at least 2.0.
Are known by the Lawenstein rule. Low
Silica X-type zeolite crystal SiOTwo/ AlTwoOThreeMolar ratio
Is 2.0 theoretically,
In consideration of errors, etc., low series
It is clear that zeolite X falls within the scope of the present invention.
is there. SiOTwo/ AlTwoOThreeZeolite with a molar ratio of 2.0
A type zeolite besides low silica X type zeolite
There is. However, zeolite A has a pore size of about 4-5.
Å, while that of low silica X-type zeolite is
It is as large as about 7-8 °, which is advantageous for gas separation. Low silica
There are various methods for synthesizing X-type zeolite crystals.
Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-217212 is disclosed.
, JP-A-10-310422, JP-A-11-3
No. 43112, etc.
I just need.

【0021】ゼオライト結晶の粉末は自己結合性がない
ため、工業的に吸着剤として使用する場合は種々のバイ
ンダーを添加してビーズ、ペレットなどの形状に成形さ
れる。通常、バインダーはガスを吸着する性質がないた
め、工業的に使用されている吸着剤の吸着性能は、ゼオ
ライト結晶粉末の吸着性能よりもバインダーを含有して
いる量だけ低下してしまう。成形されたゼオライト吸着
剤においても吸着性能を低下させないために、バインダ
ー成分はゼオライト結晶へ転化(バインダレス化)され
る。
Since zeolite crystal powder has no self-bonding property, when it is used as an adsorbent industrially, it is formed into beads, pellets or the like by adding various binders. Usually, since the binder does not have the property of adsorbing gas, the adsorption performance of the adsorbent used industrially is lower than the adsorption performance of the zeolite crystal powder by the amount containing the binder. The binder component is converted into zeolite crystals (binderless) in order not to lower the adsorption performance even in the formed zeolite adsorbent.

【0022】高純度のバインダレス低シリカX型ゼオラ
イトは以下のようにして得ることができる。低シリカX
型ゼオライトの粉末としては、特開平11−21721
2号公報、特開平10−310422号公報、特開平1
1−343112号公報などに記載されている方法で製
造されたものを用いることができる。このゼオライト粉
末100重量部に対し、カオリン質粘土を10〜50重
量部、水分量を調節しながら均一に混練する。用いられ
るバインダーとしては低シリカX型ゼオライトへ転化で
きるカオリン質粘土が用いられる。カオリン質粘土の添
加部数が少な過ぎる場合は十分な成形体の強度が得られ
ず、多過ぎる場合は結晶化が十分進行せず、低シリカX
型ゼオライトバインダレス成形体中の低シリカX型ゼオ
ライト純度が低下する。混練物の調節すべき水分量は、
カオリン質粘土の添加部数およびその後の造粒方法によ
り異なる。また混練物の造粒性を高めるために、その後
の焼成、バインダレス化に著しい悪影響を及ぼさない範
囲で有機系、無機系の各種造粒助剤を添加してもよい。
得られた混練品は種々の造粒方法により造粒する。たと
えば、押出し造粒法によるペレット造粒、あるいは攪拌
造粒法や転動造粒法によるビーズ造粒が挙げられる。
A high-purity binderless low-silica type X zeolite can be obtained as follows. Low silica X
As the zeolite powder, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-21721
No. 2, JP-A-10-310422, JP-A-1
What was manufactured by the method described in 1-343112, etc. can be used. With respect to 100 parts by weight of the zeolite powder, 10 to 50 parts by weight of kaolin clay is uniformly kneaded while controlling the water content. As the binder to be used, kaolinous clay which can be converted into low silica X-type zeolite is used. If the added number of kaolin clay is too small, sufficient strength of the molded body cannot be obtained, and if it is too large, crystallization does not proceed sufficiently and low silica X
The low silica X type zeolite purity in the type zeolite binderless molded body is reduced. The amount of water to be adjusted in the kneaded material is
It depends on the number of kaolin clay added and the subsequent granulation method. Further, in order to enhance the granulation property of the kneaded product, various organic or inorganic granulation auxiliaries may be added within a range that does not significantly affect subsequent baking and binderlessness.
The obtained kneaded product is granulated by various granulation methods. For example, pellet granulation by an extrusion granulation method, or bead granulation by a stirring granulation method or a tumbling granulation method may be mentioned.

【0023】得られた造粒物を乾燥後、500〜700
℃好ましくは600〜650℃で焼成して、低シリカX
型ゼオライト含有成形体を得る。焼成は添加したカオリ
ン質粘土のその後のバインダレス化による低シリカX型
ゼオライトへの変質を容易にするために必須である。焼
成によりカオリン質粘土は非晶質のメタカオリンに変化
し、低シリカX型ゼオライトへの変質が容易になる。乾
燥、焼成は通常の方法、例えば熱風乾燥機、マッフル
炉、ロータリーキルン、管状炉等を用いて実施すること
ができる。
After drying the obtained granules,
Calcination at preferably 600 to 650 ° C.
A shaped body containing zeolite is obtained. Calcination is indispensable for facilitating the transformation of the added kaolinous clay into a low-silica X-type zeolite by binderless treatment. The calcination changes the kaolin clay into amorphous metakaolin, which facilitates the transformation to low silica X-type zeolite. Drying and baking can be performed by a usual method, for example, using a hot air dryer, a muffle furnace, a rotary kiln, a tubular furnace, or the like.

【0024】本発明に用いる高純度の低シリカX型ゼオ
ライトは、以上のようにして得られた低シリカX型ゼオ
ライト含有成形体と、低シリカX型ゼオライト含有成形
体からのSiの溶解量がAlの溶解量よりも多い苛性溶
液と接触させる、あるいは、予めAl分を添加した苛性
溶液と接触させることを特徴とする。例えば使用する苛
性溶液は水酸化ナトリウムと水酸化カリウムの混合溶液
が好ましい。水酸化ナトリウムと水酸化カリウムの混合
割合は、K/(Na+K)=0.1〜0.4が好まし
い。0.1以下でも0.4以上でもバインダレス化が不
十分で、A型ゼオライト、ソーダライト、F型ゼオライ
トおよびE型ゼオライト等の不純物が生成しやすく、低
シリカX型ゼオライトバインダレス成形体中の低シリカ
X型ゼオライトの含有率が低下するため好ましくない。
The high-purity low-silica X-type zeolite used in the present invention has a low-silica X-type zeolite-containing molded body obtained as described above and a low-silicon X-type zeolite-containing molded body having an amount of dissolved Si. It is characterized in that it is brought into contact with a caustic solution having a larger amount of Al dissolved therein, or is brought into contact with a caustic solution to which Al has been added in advance. For example, the caustic solution used is preferably a mixed solution of sodium hydroxide and potassium hydroxide. The mixing ratio of sodium hydroxide and potassium hydroxide is preferably K / (Na + K) = 0.1 to 0.4. When the content is less than 0.1 or more than 0.4, the binderless formation is insufficient, and impurities such as A-type zeolite, sodalite, F-type zeolite and E-type zeolite are easily generated. However, the content of the low silica X-type zeolite is undesirably reduced.

【0025】低シリカX型ゼオライト含有成形体からの
Siの溶解量がAlの溶解量よりも多い苛性溶液とは、
例えばアルミネートの溶解度よりもシリケートの溶解度
の方が高い状態の苛性溶液である。溶液の溶解度は、溶
液の組成や濃度および温度によって異なるため、バイン
ダレス化の温度により、使用すべき苛性溶液の組成と濃
度が異なる。
The caustic solution in which the amount of Si dissolved from the low-silica X-type zeolite-containing compact is larger than the amount of Al dissolved is:
For example, it is a caustic solution in which the solubility of silicate is higher than that of aluminate. Since the solubility of the solution varies depending on the composition, concentration and temperature of the solution, the composition and concentration of the caustic solution to be used differ depending on the binderless temperature.

【0026】バインダレス化の温度としては40℃以上
で実施でき、温度が高いほどバインダレス化の速度には
有利であるが、メタカオリンの低シリカX型ゼオライト
への変質は発熱反応であること、使用する装置材料の温
度限界や不純物の生成の抑制等を考慮すると70〜80
℃が好ましい。
The binderless temperature can be increased to 40 ° C. or higher. The higher the temperature, the more advantageous the binderless speed. However, metakaolin is converted to a low-silica X-type zeolite by an exothermic reaction. Considering the temperature limit of the equipment material to be used and the suppression of the generation of impurities, 70-80
C is preferred.

【0027】したがって、この温度領域でかつ上記のよ
うな水酸化ナトリウムと水酸化カリウムの混合割合の場
合、アルミネートの溶解度よりもシリケートの溶解度の
方が高い状態の苛性溶液とは、約6モル/リットル以上
であり、苛性溶液の濃度が高ければ高いほどこの度合い
は高まり、好ましくは約8モル/リットル以上がその効
果が著しくなり、バインダレス化の速度には有利である
ため好ましい。苛性溶液の濃度が6モル/リットル付近
の場合でも、バインダレス化の処理時間が短い場合に
は、バインダレス化の進行が不十分となり、苛性溶液の
濃度が高くなるほど短時間でバインダレス化が十分に進
行するため好ましい。したがって、バインダレス化に必
要な時間としては、苛性溶液の濃度が6モル/リットル
以上の場合には、少なくとも10時間以上、8モル/リ
ットル以上の場合には、少なくとも5時間以上の接触時
間が必要とされる。
Therefore, in this temperature range and at the above-mentioned mixing ratio of sodium hydroxide and potassium hydroxide, caustic solution in which the solubility of silicate is higher than that of aluminate is about 6 moles. Per liter or more, and the higher the concentration of the caustic solution, the higher the degree. Preferably, the concentration is about 8 mol / l or more because the effect becomes remarkable and the binderless speed is advantageous. Even when the concentration of the caustic solution is around 6 mol / l, if the treatment time for binderless treatment is short, the progress of binderless treatment becomes insufficient, and the higher the concentration of caustic solution, the shorter the binderless treatment. It is preferable because it proceeds sufficiently. Therefore, the time required for binderless conversion is at least 10 hours or more when the concentration of the caustic solution is 6 mol / l or more, and at least 5 hours or more when the concentration of the caustic solution is 8 mol / l or more. Needed.

【0028】また予めAl分を添加した苛性溶液とは、
例えば、アルミン酸ナトリウムのような水溶性Al分を
添加した苛性溶液や、低シリカX型ゼオライトやカオリ
ン質粘土その他固体のAl分を添加した苛性溶液であ
り、メタカオリンが低シリカX型ゼオライトに変質する
際に、積極的にAl分を取り込むような状態であれば、
固体その他Al分の形態については限定しない。また、
バインダレス化に一度以上使用した苛性溶液を再利用す
ることも好ましい。したがってこの様な予めAl分を添
加する場合は、予めAl分を添加しない場合に比較し
て、苛性溶液の濃度は低くても同様の効果が生じるた
め、バインダレス化の進行は十分となる。
The caustic solution to which Al is added in advance is
For example, a caustic solution to which a water-soluble Al content such as sodium aluminate is added, or a low-silica X-type zeolite or a caustic solution to which kaolin clay or other solid Al content is added, wherein metakaolin is transformed into a low-silica X-type zeolite. When doing, if it is a state that actively takes in the Al content,
The form of the solid and other Al components is not limited. Also,
It is also preferable to reuse the caustic solution that has been used once or more for the binderless process. Therefore, in the case where such an Al component is added in advance, the same effect is produced even when the concentration of the caustic solution is low as compared with the case where the Al component is not added in advance, so that the progress of binderlessness is sufficient.

【0029】苛性溶液中の水酸化アルカリ金属の量とし
ては、低シリカX型ゼオライト含有成形体中のカオリン
質粘土が全て低シリカX型ゼオライトに変質するに足る
量の5倍以上が必要とされる。特に、低シリカX型ゼオ
ライトバインダレス成形体中の低シリカX型ゼオライト
の含有率を高く、迅速にバンダレス化するためには10
倍以上が好ましい。
The amount of the alkali metal hydroxide in the caustic solution is required to be at least 5 times the amount that is sufficient for all the kaolinous clay in the low silica X-type zeolite-containing compact to be transformed into the low silica X-type zeolite. You. In particular, in order to increase the content of low-silica X-type zeolite in the low-silica X-type zeolite binderless molded article and to rapidly reduce the binder, it is necessary to use 10%.
More than twice is preferred.

【0030】ただし30倍以上にすると、苛性溶液への
Al分、Si分の溶解量が増して、強度が低下、苛性溶
液の使用量が多いためにコストが高くなるなどのため好
ましくない。
However, if the ratio is more than 30 times, the amount of Al and Si dissolved in the caustic solution increases, and the strength decreases, and the amount of the caustic solution used is large.

【0031】低シリカX型ゼオライト含有成形体と苛性
溶液との接触方法は特に限定しないが、低シリカX型ゼ
オライト含有成形体を固定床カラムに充填して、苛性溶
液を循環流通させることが簡便で効率がよい。
The method for contacting the low-silica X-type zeolite-containing compact with the caustic solution is not particularly limited, but it is simple to pack the low-silica X-type zeolite-containing compact into a fixed-bed column and circulate the caustic solution. It is efficient.

【0032】さらに本発明の吸着剤を二酸化炭素の吸着
分離に使用するには、上記の方法で得られた高純度低シ
リカX型ゼオライト成形体は、好ましくは90%以上の
リチウム及び/又はナトリウムでイオン交換され、更に
好ましくは95%以上のリチウム及び/又はナトリウム
でイオン交換される。最も好ましくは90%以上のナト
リウムでイオン交換されることによって、最も高い二酸
化炭素選択性が選られる。ゼオライト中のカチオンは吸
着分離において、吸着選択性を左右する重要な因子の一
つである。例えば空気を極低温まで冷却して分離する深
冷分離において、前処理として空気中の二酸化炭素を吸
着除去する場合、低シリカX型ゼオライト吸着剤と混合
ガスを接触させる時の圧力は一般的には約5〜10気圧
である。この場合、空気中の二酸化炭素濃度が約300
ppmであることから分圧は約1〜2.5mmHg程度
であるが、共存する窒素は濃度が約78%であり、分圧
は約4〜8気圧となり多量存在することになり、ゼオラ
イトとの相互作用が窒素よりも二酸化炭素はかなり大き
いにも関わらず、二酸化炭素の吸着量は共存する窒素に
より低下することになる。このため例えば空気中の二酸
化炭素を吸着除去するための吸着剤としては、低分圧で
の二酸化炭素の吸着量が多く、共存する窒素によりその
吸着量が低下する割合が小さい吸着剤が好ましく用いら
れる。
Further, in order to use the adsorbent of the present invention for the adsorption and separation of carbon dioxide, the high-purity low-silica X-type zeolite compact obtained by the above-mentioned method preferably has a lithium and / or sodium content of 90% or more. And more preferably 95% or more of lithium and / or sodium. The highest carbon dioxide selectivity is chosen by ion exchange, most preferably with 90% or more sodium. Cations in zeolites are one of the important factors that determine adsorption selectivity in adsorptive separation. For example, in cryogenic separation in which air is cooled to cryogenic temperature and separated by adsorbing and removing carbon dioxide in air as a pretreatment, the pressure at which the low silica X-type zeolite adsorbent is brought into contact with the mixed gas is generally Is about 5 to 10 atmospheres. In this case, the concentration of carbon dioxide in the air is about 300
ppm, the partial pressure is about 1 to 2.5 mmHg, but the coexisting nitrogen has a concentration of about 78%, and the partial pressure is about 4 to 8 atm. Despite the fact that carbon dioxide has a much larger interaction than nitrogen, the amount of carbon dioxide adsorbed is reduced by the coexisting nitrogen. For this reason, for example, as an adsorbent for adsorbing and removing carbon dioxide in the air, an adsorbent that has a large amount of adsorbed carbon dioxide at a low partial pressure and a small rate of decrease in the amount of adsorbed carbon by coexisting nitrogen is preferably used. Can be

【0033】バインダレス化された高純度低シリカX型
ゼオライト成形体をイオン交換する方法は、バッチ法、
カラム流通法など通常知られた方法で行なうことができ
る。イオン交換する時の温度、溶液の濃度は任意な条件
で行うことができるが、温度は高いほうがイオン交換平
衡あるいは速度において有利であり、50℃以上が好ま
しく用いられる。溶液の濃度も高いほうがイオン交換に
は有利であり、通常は1モル/リットル以上の濃度の溶
液が用いられる。イオン交換に用いられる化合物は水溶
液として容易に提供できるものであれば特に制限はな
く、例えば塩化物、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩などを用い
ることができる。また例えばリチウムはナトリウムに比
べて高価なため、一度イオン交換に用いた溶液から、不
純物を除去して回収した溶液をイオン交換液として用い
ることもできる。
The method of ion-exchanging the binderless high-purity low-silica X-type zeolite molded product includes a batch method,
It can be carried out by a commonly known method such as a column flow method. The temperature and the concentration of the solution at the time of ion exchange can be set under arbitrary conditions. The higher the temperature, the more advantageous in ion exchange equilibrium or speed. A temperature of 50 ° C. or higher is preferably used. The higher the concentration of the solution, the more advantageous for ion exchange. Usually, a solution having a concentration of 1 mol / liter or more is used. The compound used for ion exchange is not particularly limited as long as it can be easily provided as an aqueous solution, and for example, chloride, nitrate, sulfate, carbonate and the like can be used. Further, for example, since lithium is more expensive than sodium, a solution obtained by removing impurities from a solution once used for ion exchange can be used as an ion exchange solution.

【0034】なおイオン交換を行う前のバインダレス化
された高純度低シリカX型ゼオライト成形体には、交換
可能なカチオンとして、通常ナトリウムおよびカリウム
が存在する。このためこの成形体をリチウム及び/又は
ナトリウムでイオン交換した場合は、これらの最初から
存在しているカチオンが残存する可能性がある。このよ
うに、イオン交換前に存在するカチオンがイオン交換後
に残存しても、本発明の吸着剤として使用することがで
きる。またリチウム及び/又はナトリウム以外のカチオ
ンとしてカルシウム、マグネシウムの2価イオン、亜鉛
など遷移金属イオンが交換されている吸着剤も用いるこ
とができる。
It is to be noted that sodium and potassium are usually present as exchangeable cations in the binderless high-purity low-silica X-type zeolite compact before the ion exchange. For this reason, when this compact is ion-exchanged with lithium and / or sodium, these originally existing cations may remain. As described above, even if cations existing before ion exchange remain after ion exchange, they can be used as the adsorbent of the present invention. Adsorbents in which transition metal ions such as divalent ions of calcium and magnesium and zinc are exchanged as cations other than lithium and / or sodium can also be used.

【0035】イオン交換後は、ある程度乾燥して、50
0〜550℃で除湿空気または窒素流通下で焼成活性化
を施すことにより吸着剤として使用することができる。
After ion exchange, dry to some extent
By performing calcination activation at 0 to 550 ° C. under a flow of dehumidified air or nitrogen, it can be used as an adsorbent.

【0036】以上のような方法により得られた高純度の
低シリカX型ゼオライト成形体は、従来技術で得られる
低シリカX型ゼオライトバインダレス成形体より著しく
耐圧強度が向上しており、粒子径1.4〜1.7mmの
範囲の粒子で1.0kgf以上の平均耐圧強度を達成す
ることができ、工業的にも十分使用することができる。
The high-purity low-silica X-type zeolite molded product obtained by the above-described method has a remarkably improved pressure-resistant strength as compared with the low-silica X-type zeolite binderless molded product obtained by the prior art, and the particle size is small. An average compressive strength of 1.0 kgf or more can be achieved with particles in the range of 1.4 to 1.7 mm, and can be used industrially sufficiently.

【0037】また本発明に使用する吸着剤の場合、二酸
化炭素の平衡吸着量が大きいことに加えて、吸脱着速度
が速い吸着剤が好ましい。例えば空気中の二酸化炭素を
吸着除去する場合の吸脱着速度は、一般にゼオライト吸
着剤のマクロ細孔構造に影響される。マクロ細孔はゼオ
ライト結晶粒子間に形成される細孔であり、粒子内の物
質移動速度を左右するため、細孔容積および細孔直径は
大きい方が好ましい。上記の方法により得られた高純度
のバインダレス低シリカX型ゼオライト成形体は、細孔
容積が0.25cc/g以上で、平均細孔直径が0.3
5μm以上を達成することができ、吸着剤が本来有する
吸着性能を低下させることがない物質移動速度が得られ
る。細孔容積、平均細孔直径がこれらより小さい場合
は、十分な物質移動速度が得られず、吸着剤本来の性能
が得られない。
In the case of the adsorbent used in the present invention, an adsorbent having a high adsorption and desorption rate in addition to a large equilibrium adsorption amount of carbon dioxide is preferable. For example, the rate of adsorption and desorption when adsorbing and removing carbon dioxide in air is generally affected by the macropore structure of the zeolite adsorbent. Macropores are pores formed between zeolite crystal particles and affect the mass transfer rate in the particles. Therefore, it is preferable that the pore volume and the pore diameter are large. The high-purity binderless low silica X-type zeolite compact obtained by the above method has a pore volume of 0.25 cc / g or more and an average pore diameter of 0.3.
5 μm or more can be achieved, and a mass transfer rate can be obtained without lowering the original adsorption performance of the adsorbent. If the pore volume and the average pore diameter are smaller than these, a sufficient mass transfer rate cannot be obtained, and the original performance of the adsorbent cannot be obtained.

【0038】成形体はビーズあるいはペレットなどの形
状のものを用いることができ、その平均粒子径は0.5
〜3mm、より好ましくは0.5〜2mmの範囲内のも
のである。平均粒子径が3mmより大きい場合、充填層
単位体積当りの表面積が小さくなり、粒子内の物質移動
速度が小さくなるため、好ましくない。平均粒子径が
0.5mmより小さい場合、充填層の圧力損失が大きく
なりすぎて、電力原単位が悪化し、好ましくない。平均
粒子径は一般的な方法で測定することができ、篩い分け
による方法、あるいはガス流通時の圧力損失とエルガン
式から求める方法などを用いることができる。
[0038] The molded article may be in the form of beads or pellets, and has an average particle diameter of 0.5.
33 mm, more preferably 0.5-2 mm. If the average particle diameter is larger than 3 mm, the surface area per unit volume of the packed bed becomes small, and the mass transfer speed in the particles becomes small, which is not preferable. If the average particle diameter is smaller than 0.5 mm, the pressure loss of the packed bed becomes too large, and the power consumption decreases, which is not preferable. The average particle size can be measured by a general method, and a method by sieving, a method of obtaining from a pressure loss at the time of gas flow and an Elgan equation, and the like can be used.

【0039】上記の高純度のバインダレス低シリカX型
ゼオライト成形体は、圧力を上下させて分離を行なう圧
力スイング法、温度を上下させて分離を行なう温度スイ
ング法、あるいは圧力スイングと温度スイングの両方を
行なうことにより分離を行なう圧力−温度スイング法に
より二酸化炭素を吸着分離する場合に有効に使用するこ
とができる。特に上記の高純度のバインダレス低シリカ
X型ゼオライト成形体を用いて二酸化炭素の吸着分離を
行なった場合、二酸化炭素の選択性が高く、分離装置の
小型化、電力源単位の低減が可能である。
The above-mentioned high-purity binderless low-silica X-type zeolite molded body can be obtained by a pressure swing method in which separation is performed by increasing or decreasing a pressure, a temperature swing method in which separation is performed by increasing or decreasing a temperature, or a pressure swing and a temperature swing. It can be used effectively when carbon dioxide is adsorbed and separated by a pressure-temperature swing method in which separation is performed by performing both. In particular, when the carbon dioxide is adsorbed and separated using the high-purity binderless low-silica X-type zeolite molded body, the selectivity of carbon dioxide is high, the size of the separation apparatus can be reduced, and the power source unit can be reduced. is there.

【0040】[0040]

【実施例】以下、本発明について実施例を用いてさらに
詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるもので
はない。なお各評価は以下に示した方法によって実施し
た。 (1)化学組成の測定方法 試料を硝酸とフッ酸を用いて完全に溶解した後、ICP
発光分析装置(パーキンエルマー社製、型式optim
a3000)を用い、各種金属イオンの濃度を同定し、
イオン等量比、例えばLiイオン、Naイオン、Kイオ
ンが含まれるゼオライト中のLiイオンの等量比を求め
る場合は、Li/(Li+Na+K)として算出した。 (2)結晶構造の測定方法 X線回折装置(マックサイエンス社製、型式MXP−
3)を用いて測定した。 (3)水分平衡吸着量の測定方法 60℃以上で乾燥した試料を温度25℃、相対湿度80
%のデシケーター中で16時間以上放置し、900℃1
時間強熱し測定した。すなわち、水分吸着後の重量をX
1,これを900℃1時間強熱した後の重量をX2と
し、水分平衡吸着量(%)は、以下式から求めた。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto. In addition, each evaluation was implemented by the method shown below. (1) Method of measuring chemical composition After completely dissolving a sample using nitric acid and hydrofluoric acid, ICP
Optical emission spectrometer (PerkinElmer, model optim)
a3000) to identify the concentrations of various metal ions,
When an ion equivalent ratio, for example, an equivalent ratio of Li ions in a zeolite containing Li ions, Na ions, and K ions, is calculated as Li / (Li + Na + K). (2) Measurement method of crystal structure X-ray diffractometer (model MXP-, manufactured by Mac Science)
It measured using 3). (3) Measurement method of moisture equilibrium adsorption amount A sample dried at 60 ° C. or more was subjected to a temperature of 25 ° C. and a relative humidity of 80.
% Desiccator at 900 ° C
It was heated for an hour and measured. That is, the weight after moisture adsorption is X
1, the weight after igniting this at 900 ° C. for 1 hour was defined as X2, and the moisture equilibrium adsorption amount (%) was determined from the following equation.

【0041】水分平衡吸着量(%)={(X1−X2)
/X2}/100 (4)吸着容量 日本ベル社製 BELSORP 28SAおよびBEL
SORP HPにより25℃あるいは40℃における二
酸化炭素吸着量および窒素吸着量を測定した。なお前処
理として350℃、2hの真空活性化(1×10−3m
mHg以下)を行なった。それぞれの吸着等温線をDu
al−Site Langmuir式(Ind.En
g.Chem.Res.1996,35,2477−2
483)で近似した。
Water equilibrium adsorption (%) = {(X1-X2)
/ X2} / 100 (4) Adsorption capacity BELSORP 28SA and BEL manufactured by Nippon Bell Co.
The carbon dioxide adsorption amount and the nitrogen adsorption amount at 25 ° C. or 40 ° C. were measured by SORP HP. As a pretreatment, a vacuum activation (1 × 10 −3 m) was performed at 350 ° C. for 2 hours.
mHg or less). Du each adsorption isotherm
al-Site Langmuir formula (Ind. En.
g. Chem. Res. 1996, 35, 2477-2
483).

【0042】得られた吸着等温線を用いて2mmHgで
の二酸化炭素の単成分での吸着量、及び理想溶液理論
(A.I.Ch.E.J.1965,11,121−1
27)により、二酸化炭素−窒素の2成分系における2
mmHgでの二酸化炭素の吸着量と二酸化炭素の選択性
を算出した。二酸化炭素選択性はPを全圧、Y1を二酸
化炭素モル分率、X1をY1での二酸化炭素吸着量、Y
2を窒素モル分率、X2をY2での窒素吸着量として以
下の式により算出した。なおここではPは6.239気
圧、Y1は0.00042、Y2は0.99958とし
て算出した。
Using the obtained adsorption isotherm, the adsorption amount of carbon dioxide as a single component at 2 mmHg and the ideal solution theory (AIChEJJ 1965, 11, 121-1)
27), the two-component system of carbon dioxide-nitrogen
The carbon dioxide adsorption amount in mmHg and carbon dioxide selectivity were calculated. For carbon dioxide selectivity, P is the total pressure, Y1 is the molar fraction of carbon dioxide, X1 is the amount of carbon dioxide adsorbed on Y1,
2 was calculated as the nitrogen molar fraction, and X2 was calculated as the nitrogen adsorption amount at Y2 by the following formula. Note that, here, P was calculated as 6.239 atm, Y1 was calculated as 0.00042, and Y2 was calculated as 0.99958.

【0043】二酸化炭素選択性(−)=(X1/PY
1)/(X2/PY2) (5)マクロ細孔容積及び平均細孔直径 水銀圧入式ポロシメーター(マイクロメリティクス社
製、型式:ポアサイザー9310)を用い、活性化した
吸着剤を1〜30,000psiの圧力範囲(60Å〜
200μmの範囲の細孔直径)により測定した。 (6)平均耐圧強度の測定方法 JIS−R−1608に記載の試験方法を参考とし、木
屋式デジタル硬度計(藤原製作所製、型式KHT−20
N)を用い、常温、常圧の雰囲気にて、検体である活性
化した成形体を一定速度(1mm/秒)で加圧板(ステ
ンレス製、直径5mm)を押しつけて圧縮負荷を加えた
時、成形体が耐える事ができる最大荷重(単位:kg
f)を測定した。結果は測定値25個の単純平均値で示
す。耐圧強度は粒子径により依存性があるため、測定試
料は篩い分けにより粒子径を1.4〜1.7mmに揃え
たものを測定した。
Carbon dioxide selectivity (-) = (X1 / PY)
1) / (X2 / PY2) (5) Macropore volume and average pore diameter Using a mercury intrusion porosimeter (Micromeritics, Model: Poisizer 9310), activated activated adsorbent was 1 to 30,000 psi. Pressure range (60 ° ~
(Pore diameter in the range of 200 μm). (6) Method for measuring average compressive strength Referring to the test method described in JIS-R-1608, a Kiya type digital hardness tester (Model KHT-20, manufactured by Fujiwara Seisakusho)
N), at normal temperature and normal pressure in an atmosphere, the activated molded body as a specimen is pressed at a constant speed (1 mm / sec) against a pressure plate (made of stainless steel, 5 mm in diameter) to apply a compressive load. Maximum load that the compact can withstand (unit: kg
f) was measured. The results are shown as a simple average of 25 measured values. Since the compressive strength depends on the particle diameter, the measurement sample was measured by sieving to adjust the particle diameter to 1.4 to 1.7 mm.

【0044】実施例1 まず、低シリカX型ゼオライト粉末を以下の手順により
合成した。
Example 1 First, a low silica X-type zeolite powder was synthesized by the following procedure.

【0045】内容積20リットルのステンレス製反応容
器にケイ酸ナトリウム水溶液(Na 2O=3.8重量
%、SiO2=12.6重量%)10770g、水13
30g、水酸化ナトリウム(純度99%)1310g、
工業用水酸化カリウム水溶液(純度48%)3630g
を入れ100rpmで攪拌しながらウォーターバスを用
い45℃に保った。この溶液に40℃に保ったアルミン
酸ナトリウム水溶液(Na 2O=20.0重量%、Al2
3=22.5重量%)5390gを1分かけて投入し
た。投入直後より白濁しゲル化が始まった。投入終了直
前、ゲル全体の粘度は上昇し、反応容器上部でスラリー
の部分的停滞が生じたものの約3分後には全体が均一に
流動化した。スラリー全体が流動化した時点で低シリカ
X型ゼオライト粉末(強熱減少量22.5%)4.22
gを少量の水に分散し添加した。このとき加えた低シリ
カX型ゼオライトの量は、生成する低シリカX型ゼオラ
イトに対し0.1重量%である。添加終了後のスラリー
の組成は、3.39Na2O・1.31K2O・1.90
SiO2・Al23・74.1H2Oであり、理論的に生
成する低シリカX型ゼオライト濃度としては14.7重
量%である。このまま100rpmで攪拌を継続し、4
5℃で4時間熟成を行なった。熟成後、攪拌を継続しな
がら1時間かけて70℃に昇温した。昇温後、攪拌を停
止し、70℃で8時間結晶化を行なった。得られた結晶
をろ過し、純水で十分に洗浄した後、70℃で1晩乾燥
した。
Stainless steel reaction volume with internal volume of 20 liters
Sodium silicate aqueous solution (Na TwoO = 3.8 weight
%, SiOTwo= 12.6% by weight) 10770 g, water 13
30 g, sodium hydroxide (99% purity) 1310 g,
3630 g of industrial potassium hydroxide aqueous solution (purity 48%)
And use a water bath while stirring at 100 rpm.
At 45 ° C. Aluminium kept at 40 ° C in this solution
Sodium acid solution (Na TwoO = 20.0% by weight, AlTwo
OThree= 22.5% by weight)
Was. Immediately after the addition, the mixture became cloudy and gelation started. Immediately after loading
Before, the viscosity of the whole gel increased and the slurry
After about 3 minutes, the whole became uniform
Fluidized. Low silica when the entire slurry is fluidized
X-type zeolite powder (Ignition loss 22.5%) 4.22
g was dispersed in a small amount of water and added. The low silicide added at this time
The amount of the X-type zeolite depends on the amount of the low-silica X-type
It is 0.1% by weight based on the weight. Slurry after completion of addition
Has a composition of 3.39NaTwoO1.31KTwoO • 1.90
SiOTwo・ AlTwoOThree・ 74.1HTwoO and theoretically raw
The low silica X-type zeolite concentration to be formed is 14.7 times.
%. The stirring is continued at 100 rpm as it is,
Aging was performed at 5 ° C. for 4 hours. After aging, do not continue stirring.
The temperature was raised to 70 ° C. over 1 hour. After heating, stop stirring
The crystallization was stopped at 70 ° C. for 8 hours. The resulting crystal
Is filtered and thoroughly washed with pure water, and then dried at 70 ° C. overnight.
did.

【0046】得られた低シリカX型ゼオライト粉末は、
X線回折の結果フォージャサイト型ゼオライト単相であ
り、また組成分析の結果、このものの化学組成は0.7
2Na2O・0.28K2O・Al23・2SiO2、S
iO2/Al23モル比は2.0、水分平衡吸着量は3
3.5%であった。
The low silica X-type zeolite powder obtained is
As a result of X-ray diffraction, it was a faujasite type zeolite single phase, and as a result of composition analysis, the chemical composition was found to be 0.7
2Na 2 O · 0.28K 2 O · Al 2 O 3 · 2SiO 2 , S
The iO 2 / Al 2 O 3 molar ratio is 2.0, and the water equilibrium adsorption amount is 3
It was 3.5%.

【0047】このLSX粉末100重量部に対し,Si
2/Al23モル比が2.0のカオリン粘土(ドライ
ブランチカオリン社製、製品名ハイドライトPXN)2
0重量部をミックスマラー混合機(新東工業社製、型式
MSG−15S)で15分間混合後、必要量の水を15
分間で投入し、その後1.5時間混練した。得られた混
練物の水分量は約38重量%であった。
With respect to 100 parts by weight of the LSX powder, Si
Kaolin clay having a molar ratio of O 2 / Al 2 O 3 of 2.0 (manufactured by Drive Ran Kaolin Co., Ltd., product name Hydrite PXN) 2
After mixing 0 parts by weight for 15 minutes with a mix maller mixer (manufactured by Shinto Kogyo Co., Ltd., model MSG-15S), the required amount of water was added to 15 parts by weight.
And then kneaded for 1.5 hours. The water content of the obtained kneaded product was about 38% by weight.

【0048】この混練物を羽根攪拌式造粒機ヘンシェル
ミキサー(三井鉱山社製、型式FM/I−750)で平
均粒子径1.6mm(粒径範囲1.2〜2.0mm)の
ビーズ状に攪拌造粒成形し、マルメライザー成形機(不
二パウダル社製、型式Q−1000)を用いて整粒した
後、60℃で1晩乾燥した。ついで管状炉(アドバンテ
ック社製)を用いて空気流通下において、600℃で3
時間焼成して造粒物中のカオリンをメタカオリン化して
低シリカX型ゼオライト含有成形体を得た。
The kneaded product was converted into beads having an average particle diameter of 1.6 mm (particle size range: 1.2 to 2.0 mm) using a blade stirring type granulator Henschel mixer (Model: FM / I-750, manufactured by Mitsui Mining Co., Ltd.). The mixture was subjected to stirring granulation molding, sized using a marmerizer molding machine (Model Q-1000, manufactured by Fuji Paudal Co., Ltd.), and then dried at 60 ° C. overnight. Then, at 600 ° C. under a stream of air using a tubular furnace (manufactured by Advantech Co.), 3
After firing for a period of time, the kaolin in the granulated product was metakaolinized to obtain a low silica X-type zeolite-containing molded product.

【0049】この低シリカX型ゼオライト含有成形体を
内容積13リットルのSUS304製カラムに9.0k
g充填し、40℃の純水で洗浄した。洗浄の後、40℃
の苛性溶液25.2リットル(NaOH:7.2モル/
リットル、KOH:2.8モル/リットル)をカラムの
下方から560cc/分で3時間循環流通した。その
後、苛性液を循環通液しながら温度を40℃から70℃
に昇温し、そのまま6時間循環通液により結晶化させ
た。この時の苛性溶液中の水酸化アルカリ金属の量は、
低シリカX型ゼオライト含有成形体中のカオリンが全て
低シリカX型ゼオライトに変質するに足る量の18倍で
あった。
The low-silica X-type zeolite-containing compact was charged to a SUS304 column having an internal volume of 13 liters by 9.0 k.
g, and washed with pure water at 40 ° C. After washing, 40 ° C
25.2 liters of a caustic solution (NaOH: 7.2 mol /
Liter, KOH: 2.8 mol / l) was circulated from the bottom of the column at 560 cc / min for 3 hours. Thereafter, the temperature was increased from 40 ° C. to 70 ° C. while circulating the caustic liquid.
, And crystallized as it was by circulation for 6 hours. At this time, the amount of the alkali metal hydroxide in the caustic solution is
The amount of kaolin in the low-silica X-type zeolite-containing molded article was 18 times the amount required to transform into low-silica X-type zeolite.

【0050】苛性溶液を回収した後、カラム内を純水で
十分に洗浄し低シリカX型ゼオライトバインダレス成形
体を得た。得られた低シリカX型ゼオライトバインダレ
ス成形体の水分平衡吸着量は33.4%であり、低シリ
カX型ゼオライトの水分平衡吸着量33.5%から逆算
すると、この低シリカX型ゼオライトバインダレス成形
体の低シリカX型ゼオライトの含有率は99.7%であ
った。X線回折の結果からもフォージャサイト型ゼオラ
イト単相であり、不純物に由来する回折線は確認されな
かった。
After recovering the caustic solution, the inside of the column was sufficiently washed with pure water to obtain a low silica X-type zeolite binderless molded product. The water-equilibrium adsorption amount of the obtained low-silica X-type zeolite binderless molded product is 33.4%, and the low-silica X-type zeolite binder is calculated from the water-equilibrium adsorption amount of the low-silica X-type zeolite 33.5%. The content of the low silica X-type zeolite in the molded article was 99.7%. The result of X-ray diffraction was a single phase of faujasite-type zeolite, and no diffraction line derived from impurities was confirmed.

【0051】この低シリカX型ゼオライトバインダレス
成形体を、水酸化リチウムでpHを約11に調整した塩
化リチウム水溶液と接触させイオン交換を行ない、Li
型低シリカX型ゼオライトバインダレス成形体を得た。
このLi型低シリカX型ゼオライトバインダレス成形体
を化学分析をした結果、Liイオン交換率は98.3
%、NaとKのイオン交換率はそれぞれ1.3%と0.
4%、SiO2/Al2 3モル比は2.0であった。得
られた低シリカX型ゼオライトバインダレス成形体を、
管状炉(アドバンテック社製)を用いて除湿空気流通下
において、500℃で3時間焼成活性化した。
The low silica X-type zeolite binderless
The molded body is prepared by adjusting the pH of the molded body to about 11 with lithium hydroxide.
Lithium chloride is brought into contact with an aqueous solution to perform ion exchange, and Li
A low-silica X-type zeolite binderless molded article was obtained.
This Li-type low silica X-type zeolite binderless molded body
Was subjected to chemical analysis, and as a result, the Li ion exchange rate was 98.3.
%, And the ion exchange rates of Na and K are 1.3% and 0.1%, respectively.
4%, SiOTwo/ AlTwoO ThreeThe molar ratio was 2.0. Profit
The obtained low silica X-type zeolite binderless molded body,
Dehumidified air flow using a tubular furnace (Advantech)
Was fired at 500 ° C. for 3 hours.

【0052】得られた低シリカX型ゼオライトバインダ
レス吸着剤の二酸化炭素及び窒素の吸着量を測定した。
上記の条件で2成分系での二酸化炭素吸着量および選択
性を表1に示す。また細孔容積と平均細孔直径を水銀圧
入法により測定した結果を表2に示す。粒子径1.4〜
1.7mmの平均耐圧強度は1.7kgfであった。
The adsorbed amounts of carbon dioxide and nitrogen of the obtained low silica X-type zeolite binderless adsorbent were measured.
Table 1 shows the carbon dioxide adsorption amount and selectivity in the two-component system under the above conditions. Table 2 shows the results of measuring the pore volume and the average pore diameter by the mercury intrusion method. Particle size 1.4 ~
The average compressive strength at 1.7 mm was 1.7 kgf.

【0053】実施例2 実施例1と同様にして得た低シリカX型ゼオライトバイ
ンダレス成形体を、炭酸リチウムを塩酸で溶解して得た
塩化リチウム溶液(pH約7)を水酸化リチウムでpH
を約11に調整した水溶液と接触させイオン交換を行な
い、Li型低シリカX型ゼオライトバインダレス成形体
を得た。このLi型低シリカX型ゼオライトバインダレ
ス成形体を化学分析をした結果、Liイオン交換率は9
5.3%、Naイオン交換率は2.3%、Kイオン交換
率は1.7%、Mgイオン交換率は0.3%、Caイオ
ン交換率は0.4%、SiO2/Al23モル比は2.
0であった。得られた低シリカX型ゼオライトバインダ
レス成形体を、管状炉(アドバンテック社製)を用いて
除湿空気流通下において、500℃で3時間焼成活性化
した。
Example 2 A low-silica X-type zeolite binderless compact obtained in the same manner as in Example 1 was prepared by dissolving lithium carbonate in hydrochloric acid.
Was brought into contact with an aqueous solution adjusted to about 11, thereby performing ion exchange to obtain a Li-type low silica X-type zeolite binderless molded article. As a result of chemical analysis of this Li-type low silica X-type zeolite binderless compact, the Li ion exchange rate was 9%.
5.3%, Na ion exchange rate 2.3%, K ion exchange rate 1.7%, Mg ion exchange rate 0.3%, Ca ion exchange rate 0.4%, SiO 2 / Al 2 The O 3 molar ratio is 2.
It was 0. The obtained low silica X-type zeolite binderless compact was fired and activated at 500 ° C. for 3 hours using a tubular furnace (manufactured by Advantech) under a flow of dehumidified air.

【0054】得られた低シリカX型ゼオライトバインダ
レス吸着剤の二酸化炭素及び窒素の吸着量を測定した。
上記の条件で2成分系での二酸化炭素吸着量および選択
性を表1に示す。粒子径1.4〜1.7mmの平均耐圧
強度は1.5kgfであった。
The amounts of carbon dioxide and nitrogen adsorbed on the obtained low silica X-type zeolite binderless adsorbent were measured.
Table 1 shows the carbon dioxide adsorption amount and selectivity in the two-component system under the above conditions. The average compressive strength at a particle diameter of 1.4 to 1.7 mm was 1.5 kgf.

【0055】実施例3 実施例1と同様にして得た低シリカX型ゼオライトバイ
ンダレス成形体を、水酸化ナトリウムでpHを約11に
調整した塩化ナトリウム水溶液と接触させイオン交換を
行ない、Na型低シリカX型ゼオライトバインダレス成
形体を得た。このNa型低シリカX型ゼオライトバイン
ダレス成形体を化学分析をした結果、Naイオン交換率
は97.9%、Kイオン交換率は2.1%、SiO2
Al23モル比は2.0であった。得られた低シリカX
型ゼオライトバインダレス成形体を、管状炉(アドバン
テック社製)を用いて除湿空気流通下において、500
℃で3時間焼成活性化した。
Example 3 A low-silica X-type zeolite binderless compact obtained in the same manner as in Example 1 was brought into contact with an aqueous solution of sodium chloride whose pH was adjusted to about 11 with sodium hydroxide to carry out ion exchange to obtain an Na-type zeolite. A low silica X-type zeolite binderless molded product was obtained. This Na-type low silica X-type zeolite binderless molded product was subjected to chemical analysis. As a result, the Na ion exchange rate was 97.9%, the K ion exchange rate was 2.1%, and SiO 2 /
The Al 2 O 3 molar ratio was 2.0. Low silica X obtained
The zeolite binderless molded body was placed in a tubular furnace (manufactured by Advantech) under a flow of dehumidified air at 500
Activated by firing at 3 ° C. for 3 hours.

【0056】得られた低シリカX型ゼオライトバインダ
レス吸着剤の二酸化炭素及び窒素の吸着量を測定した。
上記の条件で2成分系での二酸化炭素吸着量および選択
性を表1に示す。粒子径1.4〜1.7mmの平均耐圧
強度は1.5kgfであった。
The adsorbed amounts of carbon dioxide and nitrogen of the obtained low silica X-type zeolite binderless adsorbent were measured.
Table 1 shows the carbon dioxide adsorption amount and selectivity in the two-component system under the above conditions. The average compressive strength at a particle diameter of 1.4 to 1.7 mm was 1.5 kgf.

【0057】実施例4 実施例1と同様にして得た低シリカX型ゼオライトバイ
ンダレス成形体を、炭酸ナトリウム水溶液と接触させイ
オン交換を行ない、Na型低シリカX型ゼオライトバイ
ンダレス成形体を得た。このNa型低シリカX型ゼオラ
イトバインダレス成形体を化学分析をした結果、Naイ
オン交換率は95.6%、Kイオン交換率は3.6%、
Mgイオン交換率は0.3%、Caイオン交換率は0.
5%、SiO2/Al23モル比は2.0であった。得
られた低シリカX型ゼオライトバインダレス成形体を、
管状炉(アドバンテック社製)を用いて除湿空気流通下
において、500℃で3時間焼成活性化した。
Example 4 A low-silica X-type zeolite binderless compact obtained in the same manner as in Example 1 was contacted with an aqueous sodium carbonate solution to carry out ion exchange to obtain a Na-type low-silica X-type zeolite binderless compact. Was. As a result of chemical analysis of this Na-type low silica X-type zeolite binderless molded product, the Na ion exchange rate was 95.6%, the K ion exchange rate was 3.6%,
The Mg ion exchange rate is 0.3%, and the Ca ion exchange rate is 0.1%.
The molar ratio of SiO 2 / Al 2 O 3 was 2.0%. The obtained low silica X-type zeolite binderless molded body is
Using a tubular furnace (manufactured by Advantech), firing activation was performed at 500 ° C. for 3 hours under a flow of dehumidified air.

【0058】得られた低シリカX型ゼオライトバインダ
レス吸着剤の二酸化炭素及び窒素の吸着量を測定した。
上記の条件で2成分系での二酸化炭素吸着量および選択
性を表1に示す。粒子径1.4〜1.7mmの平均耐圧
強度は1.4kgfであった。
The adsorbed amounts of carbon dioxide and nitrogen of the obtained low silica X-type zeolite binderless adsorbent were measured.
Table 1 shows the carbon dioxide adsorption amount and selectivity in the two-component system under the above conditions. The average compressive strength at a particle diameter of 1.4 to 1.7 mm was 1.4 kgf.

【0059】比較例1 カオリンを30重量部とし、実施例1と同様の操作で低
シリカX型ゼオライト含有成形体を得た。その成形体を
内容積3.1リットルのポリプロピレン製カラムに2.
2kgに充填した。苛性溶液8.1リットル(NaO
H:2.2モル/リットル、KOH:0.9モル/リッ
トル)を用いて、実施例1と同じ要領によりバインダレ
ス化処理した。なお、この時の苛性溶液中の水酸化アル
カリ金属の量は、低シリカX型ゼオライト含有成形体中
のカオリンが全て低シリカX型ゼオライトに変質するに
足る量の7.5倍であった。
Comparative Example 1 A low-silica X-type zeolite-containing compact was obtained in the same manner as in Example 1 except that kaolin was used in an amount of 30 parts by weight. The molded product was placed in a polypropylene column having an internal volume of 3.1 liters.
Filled to 2 kg. 8.1 liters of caustic solution (NaO
(H: 2.2 mol / L, KOH: 0.9 mol / L) and the binderless treatment was performed in the same manner as in Example 1. The amount of the alkali metal hydroxide in the caustic solution at this time was 7.5 times the amount that was sufficient for all the kaolin in the low silica X-type zeolite-containing compact to be transformed into the low silica X-type zeolite.

【0060】その後、カラム内を純水で十分に洗浄し低
シリカX型ゼオライトバインダレス成形体を得た。得ら
れた低シリカX型ゼオライトバインダレス成形体の水分
平衡吸着量は30.5%であり、低シリカX型ゼオライ
トの水分平衡吸着量33.5%から逆算すると、この低
シリカX型ゼオライトバインダレス成形体の低シリカX
型ゼオライトの含有率は91%であることが確認され
た。X線回折の結果では、フォージャサイト型ゼオライ
トに由来する回折線以外に、A型ゼオライトに由来する
回折線が確認された。このバインダレス低シリカX型ゼ
オライトを実施例1と同じ要領でLiイオン交換し、化
学分析をした結果、Liイオン交換率は97.9%、N
aとKのイオン交換率はそれぞれ1.9%と0.2%、
SiO2/Al23モル比は2.0であった。得られた
低シリカX型ゼオライトバインダレス成形体を、実施例
1と同様に焼成活性化した。
Thereafter, the inside of the column was sufficiently washed with pure water to obtain a low silica X-type zeolite binderless molded article. The water-equilibrium adsorption amount of the obtained low-silica X-type zeolite binderless molded product is 30.5%, and the low-silica X-type zeolite binder is calculated from the water-equilibrium adsorption amount of the low-silica X-type zeolite 33.5%. Low silica X
It was confirmed that the content of the zeolite was 91%. As a result of X-ray diffraction, diffraction lines derived from A-type zeolite were confirmed in addition to diffraction lines derived from faujasite-type zeolite. This binderless low silica X-type zeolite was subjected to Li ion exchange in the same manner as in Example 1 and subjected to chemical analysis. As a result, the Li ion exchange rate was 97.9%, and
The ion exchange rates of a and K are 1.9% and 0.2%, respectively.
The SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio was 2.0. The obtained low silica X-type zeolite binderless compact was fired and activated in the same manner as in Example 1.

【0061】得られた低シリカX型ゼオライトバインダ
レス吸着剤の二酸化炭素及び窒素の吸着量を測定した。
上記の条件で2成分系での二酸化炭素吸着量および選択
性を表1に示す。また細孔容積と平均細孔直径を水銀圧
入法により測定した結果を表2に示す。粒子径1.4〜
1.7mmの平均耐圧強度は1.4kgfであった。
The adsorbed amounts of carbon dioxide and nitrogen of the obtained low silica X-type zeolite binderless adsorbent were measured.
Table 1 shows the carbon dioxide adsorption amount and selectivity in the two-component system under the above conditions. Table 2 shows the results of measuring the pore volume and the average pore diameter by the mercury intrusion method. Particle size 1.4 ~
The average compressive strength at 1.7 mm was 1.4 kgf.

【0062】実施例5 実施例1と同様にして得た低シリカX型ゼオライトバイ
ンダレス成形体を、水酸化リチウムでpHを約11に調
整した塩化リチウム水溶液と接触させイオン交換を行な
い、Li型低シリカX型ゼオライトバインダレス成形体
を得た。このLi型低シリカX型ゼオライトバインダレ
ス成形体を化学分析をした結果、Liイオン交換率は8
6.0%、NaとKのイオン交換率はそれぞれ10.7
%と3.3%、SiO2/Al23モル比は2.0であ
った。なおCaとMgは検出されなかった。得られた低
シリカX型ゼオライトバインダレス成形体を実施例1と
同様に焼成活性化した。
Example 5 The low silica X-type zeolite binderless compact obtained in the same manner as in Example 1 was brought into contact with a lithium chloride aqueous solution whose pH was adjusted to about 11 with lithium hydroxide to carry out ion exchange to obtain a Li-type. A low silica X-type zeolite binderless molded product was obtained. As a result of chemical analysis of this Li-type low silica X-type zeolite binderless molded product, the Li ion exchange rate was 8%.
6.0%, the ion exchange rates of Na and K were 10.7, respectively.
% And 3.3%, and the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio was 2.0. Note that Ca and Mg were not detected. The obtained low silica X-type zeolite binderless compact was fired and activated in the same manner as in Example 1.

【0063】得られた低シリカX型ゼオライトバインダ
レス吸着剤の二酸化炭素及び窒素の吸着量を測定した。
上記の条件で2成分系での二酸化炭素吸着量および選択
性を表1に示す。粒子径1.4〜1.7mmの平均耐圧
強度は1.5kgfであった。
The adsorbed amounts of carbon dioxide and nitrogen of the obtained low silica X-type zeolite binderless adsorbent were measured.
Table 1 shows the carbon dioxide adsorption amount and selectivity in the two-component system under the above conditions. The average compressive strength at a particle diameter of 1.4 to 1.7 mm was 1.5 kgf.

【0064】実施例6 実施例1と同様にして得た低シリカX型ゼオライトバイ
ンダレス成形体をイオン交換しないで、(Na,K)型
低シリカX型ゼオライトバインダレス成形体を得た。こ
の(Na,K)型低シリカX型ゼオライトバインダレス
成形体を化学分析をした結果、Naイオン交換率は7
4.5%、Kのイオン交換率は25.5%、SiO2
Al23モル比は2.0であった。なおCa、Mgは検
出されなかった。得られた低シリカX型ゼオライトバイ
ンダレス成形体を実施例1と同様に焼成活性化した。
Example 6 A low-silica X-type zeolite binderless molded product (Na, K) was obtained without ion-exchanging the low-silica X-type zeolite binderless molded product obtained in the same manner as in Example 1. Chemical analysis of the (Na, K) type low silica X type zeolite binderless molded product showed that the Na ion exchange rate was 7%.
4.5%, K ion exchange rate 25.5%, SiO 2 /
The Al 2 O 3 molar ratio was 2.0. Note that Ca and Mg were not detected. The obtained low silica X-type zeolite binderless compact was fired and activated in the same manner as in Example 1.

【0065】得られた低シリカX型ゼオライトバインダ
レス吸着剤の二酸化炭素及び窒素の吸着量を測定した。
上記の条件で2成分系での二酸化炭素吸着量および選択
性を表1に示す。粒子径1.4〜1.7mmの平均耐圧
強度は1.4kgfであった 比較例2 実施例1と同じ低シリカX型ゼオライト含有成形体を、
苛性濃度3.0モル/リットル苛性溶液16.2リット
ル(NaOH:2.2モル/リットル、KOH:0.8
モル/リットル)で実施例1と同じ方法によりバインダ
レス化を行った。この時の苛性溶液中の水酸化アルカリ
金属の量は、低シリカX型ゼオライト含有成形体中のカ
オリンが全て低シリカX型ゼオライトに変質するに足る
量の7.5倍であった。
The adsorbed amounts of carbon dioxide and nitrogen of the obtained low silica X-type zeolite binderless adsorbent were measured.
Table 1 shows the carbon dioxide adsorption amount and selectivity in the two-component system under the above conditions. The average compressive strength at a particle diameter of 1.4 to 1.7 mm was 1.4 kgf. Comparative Example 2 The same low silica X-type zeolite-containing molded article as in Example 1 was obtained.
Caustic concentration 3.0 mol / L Caustic solution 16.2 L (NaOH: 2.2 mol / L, KOH: 0.8
(Mol / liter), and a binderless process was performed in the same manner as in Example 1. At this time, the amount of the alkali metal hydroxide in the caustic solution was 7.5 times the amount of all the kaolin in the low silica X-type zeolite-containing compact which was transformed into the low silica X-type zeolite.

【0066】苛性溶液を回収した後、カラム内を純水で
十分に洗浄し低シリカX型ゼオライトバインダレス成形
体を得た。得られた低シリカX型ゼオライトバインダレ
ス成形体の水分平衡吸着量は30.5%であり、低シリ
カX型ゼオライトの水分平衡吸着量33.5%から逆算
すると、この低シリカX型ゼオライトバインダレス成形
体の低シリカX型ゼオライトの含有率は91.0%であ
った。X線回折の結果では、フォージャサイト型ゼオラ
イトに由来する回折線以外にA型ゼオライトに由来する
回折線が確認された。
After recovering the caustic solution, the inside of the column was sufficiently washed with pure water to obtain a low silica X-type zeolite binderless compact. The water-equilibrium adsorption amount of the obtained low-silica X-type zeolite binderless molded product is 30.5%, and the low-silica X-type zeolite binder is calculated from the water-equilibrium adsorption amount of the low-silica X-type zeolite 33.5%. The content of the low silica X-type zeolite in the molded article was 91.0%. As a result of X-ray diffraction, diffraction lines derived from A-type zeolite were confirmed in addition to diffraction lines derived from faujasite-type zeolite.

【0067】この低シリカX型ゼオライトバインダレス
成形体を実施例3と同じ方法でナトリウムイオン交換を
行った。このNa型低シリカX型ゼオライトバインダレ
ス成形体を化学分析をした結果、Naイオン交換率は9
6.5%、Kイオン交換率は3.5%、SiO2/Al2
3モル比は2.0であった。得られた低シリカX型ゼ
オライトバインダレス成形体を、管状炉(アドバンテッ
ク社製)を用いて除湿空気流通下において、500℃で
3時間焼成活性化した。
The low silica X-type zeolite binderless compact was subjected to sodium ion exchange in the same manner as in Example 3. As a result of chemical analysis of this Na-type low silica X-type zeolite binderless molded product, the Na ion exchange rate was 9%.
6.5%, K ion exchange rate is 3.5%, SiO 2 / Al 2
The O 3 molar ratio was 2.0. The obtained low silica X-type zeolite binderless compact was fired and activated at 500 ° C. for 3 hours using a tubular furnace (manufactured by Advantech) under a flow of dehumidified air.

【0068】得られた低シリカX型ゼオライトバインダ
レス吸着剤の二酸化炭素及び窒素の吸着量を測定した。
上記の条件で2成分系での二酸化炭素吸着量および選択
性を表1に示す。粒子径1.4〜1.7mmの平均耐圧
強度は0.6kgfであった。
The adsorbed amounts of carbon dioxide and nitrogen of the obtained low silica X-type zeolite binderless adsorbent were measured.
Table 1 shows the carbon dioxide adsorption amount and selectivity in the two-component system under the above conditions. The average compressive strength at a particle diameter of 1.4 to 1.7 mm was 0.6 kgf.

【0069】実施例7 実施例1と同様にして得た低シリカX型ゼオライトバイ
ンダレス成形体を、水酸化カルシウムでpHを約11に
調整した塩化カルシウム水溶液と接触させイオン交換を
行ない、Ca型低シリカX型ゼオライトバインダレス成
形体を得た。このCa型低シリカX型ゼオライトバイン
ダレス成形体を化学分析をした結果、Caイオン交換率
は94.4%、NaとKのイオン交換率はそれぞれ3.
5%と2.1%、SiO2/Al23モル比は2.0で
あった。なおMgは検出されなかった。得られた低シリ
カX型ゼオライトバインダレス成形体を実施例1と同様
に焼成活性化した。
Example 7 A low silica X-type zeolite binderless compact obtained in the same manner as in Example 1 was brought into contact with a calcium chloride aqueous solution whose pH was adjusted to about 11 with calcium hydroxide, and ion exchange was carried out. A low silica X-type zeolite binderless molded product was obtained. As a result of chemical analysis of the Ca-type low silica X-type zeolite binderless compact, the Ca ion exchange rate was 94.4% and the ion exchange rates of Na and K were 3.
5% and 2.1%, SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio was 2.0. Note that Mg was not detected. The obtained low silica X-type zeolite binderless compact was fired and activated in the same manner as in Example 1.

【0070】得られた低シリカX型ゼオライトバインダ
レス吸着剤の二酸化炭素及び窒素の吸着量を測定した。
上記の条件で2成分系での二酸化炭素吸着量および選択
性を表1に示す。
The adsorbed amounts of carbon dioxide and nitrogen of the obtained low silica X-type zeolite binderless adsorbent were measured.
Table 1 shows the carbon dioxide adsorption amount and selectivity in the two-component system under the above conditions.

【0071】比較例3 従来から二酸化炭素の吸着分離に使用されているバイン
ダレスNaXゼオライト(SiO2/Al23モル比
2.5:東ソー株式会社製)の吸着量を測定し、結果を
表1に示した。なおこのバインダレスNaXは、X線回
折の結果からもフォージャサイト型ゼオライト単相であ
り、不純物に由来する回折線は確認されなかった。
Comparative Example 3 The amount of adsorbed binderless NaX zeolite (SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio 2.5: manufactured by Tosoh Corporation) conventionally used for carbon dioxide adsorption separation was measured. The results are shown in Table 1. The binderless NaX was a faujasite-type zeolite single phase from the result of X-ray diffraction, and no diffraction line derived from impurities was confirmed.

【0072】[0072]

【表1】 [Table 1]

【表2】 [Table 2]

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】二酸化炭素と二酸化炭素より極性の低いガ
スを含む2種以上の成分からなる混合ガスをゼオライト
吸着剤と接触させて二酸化炭素を吸着分離する方法にお
いて、前記ゼオライト吸着剤と前記混合ガスを接触させ
る時の二酸化炭素の分圧が0.1〜50mmHgの範囲
であって、前記ゼオライト吸着剤はSiO2/Al23
モル比が1.9〜2.1の低シリカX型ゼオライトで、
かつ低シリカX型ゼオライトの含有率が95%以上であ
る低シリカX型ゼオライト成形体であることを特徴とす
る二酸化炭素の吸着分離方法。
1. A method for adsorbing and separating carbon dioxide by bringing a mixed gas comprising at least two components including carbon dioxide and a gas having a polarity lower than that of carbon dioxide into contact with a zeolite adsorbent. The partial pressure of carbon dioxide when contacting the gas is in the range of 0.1 to 50 mmHg, and the zeolite adsorbent is SiO 2 / Al 2 O 3
A low silica X-type zeolite having a molar ratio of 1.9 to 2.1,
A method for adsorbing and separating carbon dioxide, which is a low-silica X-type zeolite molded article having a low-silica X-type zeolite content of 95% or more.
【請求項2】請求項1に記載の二酸化炭素の吸着分離方
法において、篩い分けにより測定のため粒子径を1.4
〜1.7mmに揃えたときの当該低シリカX型ゼオライ
ト成形体の平均耐圧強度が1.0kgf以上であること
を特徴とする二酸化炭素の吸着分離方法。
2. The method for adsorbing and separating carbon dioxide according to claim 1, wherein the particle diameter is 1.4 for measurement by sieving.
A method for adsorbing and separating carbon dioxide, characterized in that the low silica X-type zeolite molded body has an average pressure resistance of 1.0 kgf or more when the molded body is made to have a size of about 1.7 mm.
【請求項3】前記低シリカX型ゼオライト成形体がリチ
ウム及び/又はナトリウムで90%以上イオン交換され
ていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の
二酸化炭素の吸着分離方法。
3. The method for adsorbing and separating carbon dioxide according to claim 1, wherein the low silica X-type zeolite compact is ion-exchanged with lithium and / or sodium by 90% or more.
【請求項4】前記低シリカX型ゼオライト成形体がリチ
ウム及び/又はナトリウムで95%以上イオン交換され
ていることを特徴とする請求項3に記載の二酸化炭素の
吸着分離方法。
4. The method for adsorbing and separating carbon dioxide according to claim 3, wherein said low silica X-type zeolite compact is ion-exchanged with lithium and / or sodium by 95% or more.
【請求項5】前記低シリカX型ゼオライト成形体がナト
リウムで90%以上イオン交換されていることを特徴と
する請求項1又は請求項2に記載の二酸化炭素の吸着分
離方法。
5. The method for adsorbing and separating carbon dioxide according to claim 1, wherein the low silica X-type zeolite compact is ion-exchanged with sodium by 90% or more.
【請求項6】前記低シリカX型ゼオライト成形体がナト
リウムで95%以上イオン交換されていることを特徴と
する請求項5に記載の二酸化炭素の吸着分離方法。
6. The method for adsorbing and separating carbon dioxide according to claim 5, wherein the low silica X-type zeolite compact is ion-exchanged with 95% or more of sodium.
【請求項7】前記低シリカX型ゼオライト成形体の低シ
リカX型ゼオライトの含有率が98%以上であることを
特徴とする請求項1〜6に記載の二酸化炭素の吸着分離
方法。
7. The method for adsorbing and separating carbon dioxide according to claim 1, wherein the low silica X-type zeolite molded article has a low silica X-type zeolite content of 98% or more.
【請求項8】前記低シリカX型ゼオライト成形体が実質
的に結合剤を含まず低シリカX型ゼオライトのみからな
ることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の二
酸化炭素の吸着分離方法。
8. The adsorption of carbon dioxide according to claim 1, wherein said low silica X-type zeolite molded body is substantially free of a binder and consists only of low silica X-type zeolite. Separation method.
【請求項9】前記低シリカX型ゼオライト成形体のマク
ロ細孔容積が0.25cc/g以上であり、平均細孔直
径が0.35μm以上であることを特徴とする請求項1
〜8のいずれかに記載の二酸化炭素の吸着分離方法。
9. The low-silica X-type zeolite molded body has a macropore volume of 0.25 cc / g or more and an average pore diameter of 0.35 μm or more.
9. The method for adsorbing and separating carbon dioxide according to any one of items 1 to 8.
【請求項10】前記低シリカX型ゼオライト成形体の平
均粒子径が0.5〜3mmの範囲内であることを特徴と
する請求項1〜9のいずれかに記載の二酸化炭素の吸着
分離方法。
10. The method for adsorbing and separating carbon dioxide according to claim 1, wherein the low silica X-type zeolite molded body has an average particle diameter in a range of 0.5 to 3 mm. .
【請求項11】前記低シリカX型ゼオライト成形体の平
均粒子径が0.5〜2mmの範囲内であることを特徴と
する請求項7に記載の二酸化炭素の吸着分離方法。
11. The method for adsorbing and separating carbon dioxide according to claim 7, wherein the low silica X-type zeolite molded body has an average particle diameter in a range of 0.5 to 2 mm.
【請求項12】吸着分離を圧力スイング法及び/又は温
度スイング法により行うことを特徴とする請求項1に記
載の二酸化炭素の吸着分離方法。
12. The method according to claim 1, wherein the adsorption and separation are performed by a pressure swing method and / or a temperature swing method.
【請求項13】二酸化炭素を吸着させる時の温度が0〜
70℃であることを特徴とする請求項1に記載の二酸化
炭素の吸着分離方法。
13. The temperature at which carbon dioxide is adsorbed is 0 to 10.
The method of claim 1, wherein the temperature is 70 ° C.
【請求項14】二酸化炭素を脱着させる時の温度が40
〜200℃であることを特徴とする請求項1に記載の二
酸化炭素の吸着分離方法。
14. The temperature for desorbing carbon dioxide is 40.
The method for adsorbing and separating carbon dioxide according to claim 1, wherein the temperature is from -200 ° C.
【請求項15】二酸化炭素と二酸化炭素より極性の低い
ガスを含む2種以上の成分からなる混合ガスをゼオライ
ト吸着剤と接触させて二酸化炭素を吸着分離する方法に
おいて、前記低シリカX型ゼオライト成形体が、SiO
2/Al23モル比が1.9〜2.1の低シリカX型ゼ
オライトとSiO2/Al23モル比が1.9〜2.1
のカオリン質粘土を用いて成形、焼成することにより低
シリカX型ゼオライト含有成形体を得、前記低シリカX
型ゼオライト含有成形体からのSiの溶解量がAlの溶
解量よりも多い苛性溶液と前記低シリカX型ゼオライト
含有成形体を接触させることにより、前記低シリカX型
ゼオライト含有成形体中のカオリン質粘土を低シリカX
型ゼオライトに変質させることにより製造されているこ
とを特徴とする請求項1に記載の二酸化炭素の吸着分離
方法。
15. A method for adsorbing and separating carbon dioxide by bringing a mixed gas comprising at least two components including carbon dioxide and a gas having a polarity lower than that of carbon dioxide into contact with a zeolite adsorbent. The body is SiO
2 / Al 2 O 3 low silica X-type zeolite and SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the molar ratio of 1.9 to 2.1 is 1.9 to 2.1
The low silica X-type zeolite-containing molded body is obtained by molding and calcining using kaolin clay of
By contacting the low-silica X-type zeolite-containing molded body with a caustic solution in which the amount of Si dissolved from the shaped zeolite-containing molded body is greater than the amount of Al dissolved, the kaolin content in the low-silica X-type zeolite-containing molded body is reduced. Clay low silica X
2. The method for adsorbing and separating carbon dioxide according to claim 1, wherein the method is produced by transforming into a zeolite.
【請求項16】前記低シリカX型ゼオライト成形体が、
6モル/リットル以上の苛性溶液と10時間以上接触さ
れることにより製造されていることを特徴とする請求項
15に記載の二酸化炭素の吸着分離方法。
16. The low-silica X-type zeolite molded product,
The method for adsorptive separation of carbon dioxide according to claim 15, wherein the method is produced by contacting with a caustic solution of 6 mol / liter or more for 10 hours or more.
【請求項17】前記低シリカX型ゼオライト成形体が、
8モル/リットル以上の苛性溶液と5時間以上接触され
ることにより製造されていることを特徴とする請求項1
5に記載の二酸化炭素の吸着分離方法。
17. The low-silica X-type zeolite molded product,
2. The method according to claim 1, which is produced by contacting with a caustic solution of 8 mol / l or more for 5 hours or more.
6. The method for adsorbing and separating carbon dioxide according to 5.
【請求項18】前記低シリカX型ゼオライト成形体が、
予めAl分を添加した苛性溶液と接触されることにより
製造されていることを特徴とする請求項15〜17のい
ずれかに記載の二酸化炭素の吸着分離方法。
18. The low-silica X-type zeolite molded product,
The method for adsorbing and separating carbon dioxide according to any one of claims 15 to 17, wherein the method is produced by being brought into contact with a caustic solution to which Al has been added in advance.
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