JP2761471B2 - Nitrogen-selective zeolite adsorbent and nitrogen adsorption process using it - Google Patents
Nitrogen-selective zeolite adsorbent and nitrogen adsorption process using itInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術】本発明は空気等から窒素を分離す
るプロセスに使用する、窒素を選択的に吸着するゼオラ
イト性吸着剤並びにこの吸着剤を使用した窒素分離の循
環性プロセスに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a zeolitic adsorbent for selectively adsorbing nitrogen, which is used in a process for separating nitrogen from air or the like, and a recycle process for nitrogen separation using the adsorbent.
【0002】[0002]
【従来の技術】空気を構成しているの2つの主要成分で
ある窒素と酸素の分離は、毎年、数千億立方フィートも
作り出している重要な工業的プロジェクトである。例え
ば、製鉄業界における酸素のように、窒素と酸素のいず
れかの成分が大量に必要な場合には、その分離に低温シ
ステムを使用するための多額のコストが支払われてい
る。そのうちの1つの成分の必要量が少なくする場合
は、酸素と窒素は圧力スイング吸着(PSA)プロセス
により作り出すこともできる。このPSAプロセスにお
いては、圧搾空気を原料成分の1つに対して優先的な吸
着性を有する吸着剤の固定床を通して供給させる。そし
て、吸着されない又は吸着度が低い成分の濃度が増大し
た流出生成物ストリームを得る。このPSAプロセスは
低温プロセスに比べると、その装置が比較的簡単であ
り、維持管理も比較的容易であるが、製品回収率が低
く、またエネルギー消費量が高い等の理由によりこの解
決が課題となっている。BACKGROUND OF THE INVENTION Separation of the two major components of air, nitrogen and oxygen, is an important industrial project that produces hundreds of billions of cubic feet each year. If large amounts of either nitrogen or oxygen components are required, such as oxygen in the steel industry, for example, the cost of using a cryogenic system for their separation has been paid. Oxygen and nitrogen can also be created by a pressure swing adsorption (PSA) process if the required amount of one of the components is reduced. In this PSA process, compressed air is fed through a fixed bed of adsorbent that has preferential adsorption for one of the feed components. An effluent product stream having an increased concentration of non-adsorbed or low-adsorbed components is then obtained. The PSA process has relatively simple equipment and relatively easy maintenance compared to the low-temperature process, but the solution is a problem because the product recovery rate is low and the energy consumption is high. Has become.
【0003】窒素、特に空気からの窒素を選択的に吸着
する結晶性ゼオライト性分子ふるいは、この分野では知
られている。例えば、米国特許第3140931号には、4.6オ
ングストロームのタイプのゼオライトの使用が提案され
ている。米国特許第3140932号には、ストロンチウム、
バリウム或いはニッケルの少なくとも1つの陽イオンと
して含んでなるゼオライトXの使用が提案されている。
米国特許第3140933号には、ゼオライトXを含むゼオラ
イトの種々のアルカリ金属陽イオンの利点について検討
されている。米国特許第4557736号には、ゼオライトX
の2価イオン交換体が空気からの窒素の吸着に好ましい
吸着剤として教示されている。米国特許第4481018号に
は、フレームワークとフォージャサイトの多価陽イオン
形態のイオン加水分解を実質的にない活性化条件が開示
されている。これらの組成物は、特にMg2+,Ca2+,S
r2+及び/又はBa2+陽イオン形態の場合に、空気からの
窒素の分離に優れた吸着剤とされている。ガス・クロマ
トグラフィーによる研究から得られたN2及びO2の選択
性を示す値からは、上記米国特許第4481018号ではCa2+
交換の程度が高ければ高い程、空気からの窒素の分離の
ためのフォージャサイト吸着剤の選択性及び容量が大き
くなることを教示している。この特許で開示されたカル
シウムの最低含量は50%であり、好ましい吸着剤は80%
当量以上のカルシウム陽イオンを含んでいる。以上のよ
うに従来の技術においていは、カルシウム、ストロンチ
ウム、リチウム陽イオンは窒素分離のために用いるゼオ
ライト吸着剤の望ましい成分であると見られているが、
ナトリウム等の他の陽イオンは望ましいものとは見られ
ていなかった。[0003] Crystalline zeolitic molecular sieves which selectively adsorb nitrogen, especially nitrogen from air, are known in the art. For example, U.S. Pat. No. 3,409,931 proposes the use of a 4.6 Angstrom type zeolite. U.S. Pat.No.3140932 includes strontium,
The use of zeolite X comprising at least one cation of barium or nickel has been proposed.
U.S. Pat. No. 3,140,933 discusses the advantages of various alkali metal cations of zeolites, including zeolite X. U.S. Pat. No. 4,577,736 includes Zeolite X
Are taught as preferred adsorbents for the adsorption of nitrogen from air. U.S. Patent No. 4,481,018 discloses activation conditions that are substantially free of ionic hydrolysis of the framework and polyvalent cation forms of faujasite. These compositions are particularly suitable for Mg 2+ , Ca 2+ , S
In the case of r 2+ and / or Ba 2+ cation form, it is regarded as an excellent adsorbent for separating nitrogen from air. From the value indicating the selectivity N 2 and O 2 derived from the study by gas chromatography, Ca 2+ in the above U.S. Pat. No. 4,481,018
It teaches that the higher the degree of exchange, the greater the selectivity and capacity of the faujasite adsorbent for the separation of nitrogen from air. The minimum content of calcium disclosed in this patent is 50%, the preferred adsorbent is 80%
Contains more than equivalent calcium cations. As described above, in the prior art, calcium, strontium, and lithium cation are considered to be desirable components of the zeolite adsorbent used for nitrogen separation.
Other cations, such as sodium, have not been found to be desirable.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、酸素と窒素
の混合物、特に空気を用いたPSAプロセスにおいて使
用する窒素の選択的吸着力の優れた新規組成のゼオライ
ト性吸着剤を提供し、この吸着剤を使用して工業的に優
れた循環性窒素吸着プロセスを提供することを目的とす
るものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a novel composition of zeolitic adsorbent having excellent selective adsorptivity for nitrogen used in a PSA process using a mixture of oxygen and nitrogen, particularly air. It is an object of the present invention to provide an industrially excellent circulating nitrogen adsorption process using an adsorbent.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明者は上記課題を解
決するために、鋭意研究の結果、ゼオライトXのSi/A
l2のモル比が特に2.0〜2.4で、60〜89好適には60〜80当
量%のCa++陽イオン、10〜40当量%のNa+陽イオン及
び0〜10当量%のK+陽イオンで、Ca++,Na+及びK+
の総陽イオン当量が少なくとも90%である荷電均衡陽イ
オンを含んでいるゼオライトXが、50〜−20℃の温度、
5〜506.5kPa(0.05〜5.0気圧)の圧力スイング吸着プ
ロセスにおける空気の分離において、カルシウムの交換
量がこのカルシウムより低いかまたは高い交換量で交換
されたゼオライトXより、驚くべきことに遥かに効果が
あることを見出した。そして、更に上記ゼオライトXを
吸着剤として含んだ吸着床を設け、−20℃〜50℃の温度
で、床内の圧力が13.8〜506.8kPa(2〜73.5psia)に上
昇させ、窒素が該ゼオライト吸着剤に選択的に吸着され
るまで、窒素と酸素の混合物を該吸着床に送り込み、吸
着されなかった酸素を吸着圧力で吸着床から排出し、そ
して吸着された窒素を脱着させ、床から脱着された窒素
を排出させるため、床圧力を101.4〜0.7kPa(14.7〜0.1
psia)の最終脱着圧力に低下させる工程で、窒素と酸素
の混合物から窒素を分離する循環プロセスを行ったて極
めて工業的に優れた窒素分離法を達成することが出来
た。Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has conducted intensive studies and found that Si / A of zeolite X was used.
The molar ratio of l 2 are particularly at 2.0 to 2.4, 60-89 Suitable 60-80 equivalent percent Ca ++ cations, from 10 to 40 equivalent percent of Na + cations and 0 equivalent% of K + cations With ions, Ca ++ , Na + and K +
A zeolite X containing a charge-balanced cation having a total cation equivalent of at least 90% at a temperature of 50 to -20 ° C;
In the separation of air in a pressure swing adsorption process of 5 to 506.5 kPa (0.05 to 5.0 atm), the exchange rate of calcium is surprisingly far greater than that of zeolite X exchanged at a lower or higher exchange rate than this calcium. I found that there is. Further, an adsorption bed containing the above zeolite X as an adsorbent is provided, and at a temperature of -20 ° C to 50 ° C, the pressure in the bed is increased to 13.8 to 506.8 kPa (2 to 73.5 psia), and nitrogen is removed from the zeolite. A mixture of nitrogen and oxygen is pumped into the bed until the adsorbent selectively adsorbs, the unadsorbed oxygen is discharged from the bed at the adsorption pressure, and the adsorbed nitrogen is desorbed and desorbed from the bed The bed pressure should be 101.4-0.7 kPa (14.7-0.1
In the step of reducing the final desorption pressure of psia), a circulating process for separating nitrogen from a mixture of nitrogen and oxygen was carried out to achieve a very industrially superior nitrogen separation method.
【0006】本発明は、SiO2/Al2O3のモル比が2.0
〜2.4のフレームワークを有し、そして60〜89当量%の
Ca++陽イオンと、10〜40当量%のNa+陽イオンと、0
〜10(ただし、0を除く)%のK+陽イオンを含み、Ca
++,Na+及びK+の総陽イオン当量が少なくとも90%で
あるゼオライトX又はSiO2/Al2O3のモル比が2.0〜
2.35、のフレームワークと、65〜80当量%のCa++陽イ
オンと、20〜35当量%のNa+陽イオンでありK+を実質
的に含まないゼオライトXで構成されることを特徴とす
る循環性圧力スイング吸着プロセスに使用する酸素と窒
素の混合物から窒素を選択的に吸着するゼトライト性吸
着剤、及び(a)SiO2/Al2O3のモル比が2.0〜2.4の
骨格を有し、そして60〜89当量%のCa++陽イオンと、1
0〜40当量%のNa+陽イオンと、0〜10%のK+陽イオン
を含み、Ca++,Na+及びK+の総陽イオン当量が少なく
とも90%であるゼオライトXで構成されるゼオライト性
吸着剤を吸着床に設ける工程、(b)床内圧力が13.8〜
506.8kPa(2〜73.5psia)まで上昇させ、窒素が該吸着
剤に選択的に吸着されるまで−20℃〜50℃の温度で窒素
と酸素の混合物を吸着剤床内に送り込む工程、(c)実
質的に吸着圧力で上記吸着床から吸着されなかった酸素
を生成物として排出する工程、(d)吸着された窒素を
脱着させ、床圧力を101.4〜0.7kPa(14.7〜0.1psia)の
最終脱着圧力に低下させて床から窒素を排出する工程、
よりなることを特徴とする酸素と窒素の混合物から窒素
を選択的に吸着する循環性プロセスである。According to the present invention, the molar ratio of SiO 2 / Al 2 O 3 is 2.0
2.42.4 framework, and 60-89 equivalents of Ca ++ cation, 10-40 equivalents of Na + cation,
Containing ~ 10% (excluding 0)% K + cations and Ca
++, the molar ratio of the zeolite X or SiO 2 / Al 2 O 3 Total cation equivalents of Na + and K + is at least 90% 2.0
2.35, a framework comprising 65 to 80 equivalent% of Ca ++ cation, and 20 to 35 equivalent% of zeolite X which is a Na + cation and is substantially free of K +. A zeolite adsorbent for selectively adsorbing nitrogen from a mixture of oxygen and nitrogen used in a circulating pressure swing adsorption process, and (a) a skeleton having a SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of 2.0 to 2.4. And 60-89 equivalent% of the Ca ++ cation,
Consists of zeolite X containing 0-40 equivalent% Na + cations and 0-10% K + cations and having a total cation equivalent of at least 90% of Ca ++ , Na + and K +. A step of providing a zeolitic adsorbent on the adsorption bed,
Increasing to 506.8 kPa (2-73.5 psia) and feeding a mixture of nitrogen and oxygen into the adsorbent bed at a temperature of -20 ° C to 50 ° C until nitrogen is selectively adsorbed on the adsorbent; (c E) discharging the non-adsorbed oxygen as a product from the adsorbent bed at substantially the adsorbent pressure, and (d) desorbing the adsorbed nitrogen and bringing the bed pressure to a final pressure of 101.4-0.7 kPa (14.7-0.1 psia). Discharging nitrogen from the bed by reducing to desorption pressure,
A cyclic process for selectively adsorbing nitrogen from a mixture of oxygen and nitrogen.
【0007】[0007]
【発明の実施の形態】窒素が0.31A3の四重極モーメン
ト(quadrupole moment)を持っており、0.10A3程度の
四重極モーメントしかない酸素よりゼオライト性陽イオ
ンとより強く反応することは知られている。窒素は熱力
学的原理から、窒素と酸素の混合物からゼオライトに選
択的に吸着される。窒素吸着に関するこの選択性は、固
定床圧力スイング吸着−脱着サイクルを用いた多数の空
気分離プロセスの基礎となっている。これらゼオライト
性陽イオンの性質は窒素吸着の選択性及び吸着容量にか
かわる最も重要な要素である。また、ゼオライト性陽イ
オンとしてリチウム及びカルシウムは窒素に対し特に強
い親和性を示すことは知られている。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION nitrogen has a quadrupole moment of 0.31A 3 (quadrupole moment), to react more strongly than oxygen there is only quadrupole moment of about 0.10 A 3 and zeolitic cations Are known. Nitrogen is selectively adsorbed on zeolites from a mixture of nitrogen and oxygen by thermodynamic principles. This selectivity for nitrogen adsorption is the basis for many air separation processes using a fixed bed pressure swing adsorption-desorption cycle. The nature of these zeolitic cations is the most important factor related to the selectivity and adsorption capacity of nitrogen adsorption. It is also known that lithium and calcium as zeolite cations have a particularly strong affinity for nitrogen.
【0008】ゼオライトXのカルシウム交換体は、カル
シウム含有量を増大させた場合の効果が米国特許第4481
018号に報告されている。この特許では、カルシウム陽
イオン含有量が80当量%程度を越えると、より良い選択
性及び吸着容量を示すとされている。窒素吸着効率の改
良は用いられたゼオライトXのカルシウム及び他の多価
金属陽イオンが圧倒的に脱水/脱水酸基状態にあること
に理由があるとされている。これらの教示により、特定
の金属陽イオン形態のゼオライトが窒素に関して優れた
吸着性を示す場合、その特定の金属陽イオンの含有量が
高ければ高い程、空気分離の性能が優れたものとなるこ
とは、当業者の一般的な理解である。ところがカルシウ
ム交換形態のゼオライトXの場合、一定の温度及び圧力
条件下での空気の分離におけるピーク性能が、カルシウ
ム含有量が最大の時には得られず、カルシウム交換の程
度が60〜89当量%、特に、65〜80当量%の場合に得られ
ることが分かったことは予想外のことである。更に驚く
べきことは、カルシウム交換レベルを低下させることに
よってもたらされる効果はXゼオライトのSiO2/Al2
O3比が2.0〜2.4の時であることが分かったことであ
る。以上のことにより、従来の理論は、他の要素に正当
な考慮が払われずに、カルシウム陽イオンの電荷密度に
余りにも重点が置かれ過ぎたように考える。少なくと
も、CaNaXで表されるカルシウム交換形態のゼオライ
トXに関しては、窒素選択性及び容量は陽イオンを有す
る組成物とゼオライトの構造及び吸着剤並びに窒素含有
ガスが接触される場合の温度と圧力条件の複雑な関数で
ある。従って、従来文献に報告されているCaNaX組成
物の窒素選択性は、吸着剤上での窒素圧力を非常に低く
してクロマトグラフィー技術で測定されることが多い。
CaNaXの窒素選択性は圧力の影響を受けやすいので、
報告されている選択性を示す高い値は圧力が高い場合に
は適用できない。本発明は少なくとも部分的には、カル
シウム交換レベルに応じて、CaNaXの窒素選択性が圧
力の増大に伴って大幅に低下する場合があるという知見
に基づいている。更に、実際の、工業的な規模の空気分
離プロセスの分離工程において用いられる圧力はクロマ
トグラフィー技術による測定の場合の窒素圧力より相当
高くなっている。従って、クロマトグラフィー法により
測定される選択性は工業的な圧力スイング吸着プロセス
においける吸着工程とは殆ど関連性がない。PSA空気
分離プロセスにおいては、吸着は必要なプロセス中の工
程である。効率的な吸着剤は、その吸着剤を真空ポンプ
や酸素生成物の使用を最低にして再生するようにするた
めに、脱着間隔を最短にし、その間の窒素負荷を最も少
なくしなけれならない。いいかえると、PSA空気分離
プロセスにおいて効率的な脱着工程を実現するために
は、吸着剤が脱着、或いは排出圧力下で低い窒素親和性
を持つことが必要である。クロマトグラフィー測定によ
る窒素圧力は十分にPSA空気分離プロセスにおける脱
着圧力の範囲内にあるので、クロマトグラフィーで観察
される高い窒素選択性は、そうした吸着性がPSAプロ
セスでは低い脱着性を有することを示唆している。[0008] Calcium exchangers of zeolite X show the effect of increasing calcium content in US Pat.
Reported in Issue 018. The patent states that a calcium cation content of greater than about 80 equivalent% would provide better selectivity and adsorption capacity. The improvement in nitrogen adsorption efficiency is attributed to the fact that the calcium and other polyvalent metal cations of the zeolite X used are in a predominantly dehydrated / dehydrated state. According to these teachings, the higher the content of a particular metal cation, the better the performance of air separation, if the zeolite in the particular metal cation form exhibits excellent adsorptivity for nitrogen. Is a general understanding of those skilled in the art. However, in the case of zeolite X in the form of calcium exchange, peak performance in air separation under constant temperature and pressure conditions cannot be obtained when the calcium content is maximum, and the degree of calcium exchange is 60 to 89 equivalent%, particularly , 65-80 equivalent% is unexpected. Even more surprising is that the effect provided by lowering the calcium exchange level is due to the X 2 zeolite SiO 2 / Al 2
It was found that the O 3 ratio was between 2.0 and 2.4. From the above, the conventional theory considers that the charge density of the calcium cation was too much emphasized without giving due consideration to other factors. At least for the zeolite X in the calcium exchanged form represented by CaNaX, the nitrogen selectivity and capacity depend on the composition and zeolites of the cation and the temperature and pressure conditions when the adsorbent and nitrogen-containing gas are contacted. It is a complicated function. Thus, the nitrogen selectivity of CaNaX compositions reported in the prior art is often measured by chromatographic techniques at very low nitrogen pressures on the adsorbent.
Since the nitrogen selectivity of CaNaX is sensitive to pressure,
The reported high values of selectivity are not applicable at high pressures. The present invention is based, at least in part, on the finding that, depending on the level of calcium exchange, the nitrogen selectivity of CaNaX may decrease significantly with increasing pressure. In addition, the pressure used in the separation step of an actual, industrial-scale air separation process is considerably higher than the nitrogen pressure as measured by chromatographic techniques. Thus, the selectivity measured by chromatographic methods has little relevance to the adsorption step in an industrial pressure swing adsorption process. In the PSA air separation process, adsorption is a necessary step in the process. An efficient adsorbent must minimize the desorption interval and minimize the nitrogen load during it in order to regenerate the adsorbent with minimal use of vacuum pumps and oxygen products. In other words, in order to achieve an efficient desorption step in the PSA air separation process, the adsorbent needs to desorb or have a low nitrogen affinity at the discharge pressure. The high nitrogen selectivity observed by chromatography suggests that such adsorptive properties have low desorption properties in the PSA process, as the nitrogen pressure by chromatographic measurements is well within the desorption pressure in PSA air separation processes. doing.
【0009】理想的には、PSA空気分離を行うため
に、吸着剤は低い圧力では低い窒素親和性を、そして高
い圧力では高い窒素親和性を示す必要がある。理論的に
は、そのような窒素吸着剤を得ることは実験でも確かめ
られているように不可能である。そこで、次善のものと
しては、窒素選択性が吸着圧力を増大した場合に急激に
低下しないような吸着剤である。本発明において、Ca
NaX吸着剤の場合、窒素圧力の増大に伴う窒素親和性
の低下は、かなりカルシウムイオン交換のレベルに依存
している。90当量%又はそれ以上のような高カルシウム
Xは窒素親和性は急激に低下する。Ca++レベルが60〜8
9%のCaNaXの場合、非常に低い圧力での窒素に対す
る親和性は非常に高くなく、圧力が増大した場合にはそ
の親和性は低下しない。その結果、中程度のカルシウム
交換CaNaXの操作的窒素選択性はカルシウム交換のレ
ベルが高いCaXより高くなる場合がある。更に重要な
ことは、脱着圧力で、窒素はイオン交換レベルが中程度
CaNaXからは容易に脱着され、その吸着剤の再生がか
なり容易になることである。その結果、本発明で用いら
れる特定のCaNaX組成物の全体的な性能は、イオン交
換のレベルがより高いCaXの性能より一層高いものと
なる。PSA空気分離吸着剤としての物質の評価は以下
の3基準を考慮に入れる必要がある。 1.脱着圧力で窒素負荷量である残留窒素負荷量、優れ
たPSA空気吸着剤は残留窒素負荷量が低い。 2.吸着圧力での負荷量と脱着温度での負荷量との差で
ある窒素デルタ負荷量、優れたPSA空気分離吸着剤の
場合は窒素デルタ負荷量は高い。 3.窒素デルタ負荷量を酸素デルタ負荷量で割った値と
定義される操作的選択性。優れた空気吸着剤の場合は窒
素に対する操作選択性が高い。Ideally, to effect PSA air separation, the adsorbent should exhibit a low nitrogen affinity at low pressures and a high nitrogen affinity at high pressures. Theoretically, it is not possible to obtain such a nitrogen adsorbent, as has been confirmed in experiments. Thus, the next best are adsorbents whose nitrogen selectivity does not drop sharply with increasing adsorption pressure. In the present invention, Ca
For NaX adsorbents, the decrease in nitrogen affinity with increasing nitrogen pressure is highly dependent on the level of calcium ion exchange. High calcium X, such as 90 equivalent% or more, has a sharp decrease in nitrogen affinity. Ca ++ level 60 ~ 8
At 9% CaNaX, the affinity for nitrogen at very low pressures is not very high and does not decrease with increasing pressure. As a result, the operational nitrogen selectivity of moderate calcium exchanged CaNaX may be higher than CaX with higher levels of calcium exchange. More importantly, at the desorption pressure, nitrogen is readily desorbed from moderately ion exchanged CaNaX, making regeneration of the adsorbent much easier. As a result, the overall performance of the particular CaNaX composition used in the present invention is higher than that of CaX with higher levels of ion exchange. The evaluation of a substance as a PSA air separation adsorbent needs to take into account the following three criteria. 1. At the desorption pressure, the residual nitrogen load, which is the nitrogen load, the excellent PSA air adsorbent has a low residual nitrogen load. 2. The nitrogen delta loading, which is the difference between the loading at the adsorption pressure and the loading at the desorption temperature, is high for a good PSA air separation adsorbent. 3. Operational selectivity, defined as the nitrogen delta load divided by the oxygen delta load. In the case of an excellent air adsorbent, the operation selectivity to nitrogen is high.
【0010】このプロセスが実行される温度は、空気分
離における吸着剤の性能において重要な要素である。工
業的なPSA空気分離容器は普通非常に大きく、プロセ
ス循環時間は大量な吸着剤を加熱したり、冷却したりす
るに必要な時間と比べて短い。従って、プロセス循環は
断熱的或いは近断熱的条件で実行される、そしてCaNa
Xゼオライトへの窒素の吸着熱は注目される。吸着によ
って解放される熱は、原料及び生成ガスによって前方に
送られ、蓄積されて熱フロントを形成する。この熱フロ
ントの一部は生成ガスとともに塔からでいく場合もあ
る。フロントの残りの部分は、循環プロセスの脱着段階
中に押し戻される。脱着中、運動エネルギーは吸着剤か
ら窒素を解放するために消費される。従って、窒素と吸
着剤の温度が低下する。脱着熱は床内にコールドフロン
トを作り出し、その一部は排気ガスとともに床から出て
いく。コールドフロントの残りの部分は次の吸着工程中
に原料ガスによって塔を通じて押し戻される。多くの吸
着−脱着循環後、安定した状態が作り出される。定常状
態で、床の一部は周辺部より温度が相当に低くなってい
る。従って、その吸着性能が温度の変化によって著しく
損なわれない吸着剤を使用することが必要である。本発
明は部分的には、高度のカルシウム交換が行われた形態
のゼオライトXの吸着性能が温度の低下によって著しく
損なわれるのに、イオン交換が中程度のCaNaXではそ
のような低下が観察されないという知見に基づいてい
る。吸着温度の中程度の低下でも、残留窒素負荷量を大
幅に増大させ、カルシウム交換のレベルが高いXゼオラ
イトの窒素操作選択性の低下をもたらす。本発明は、ま
た断熱脱着がイオン交換レベルの高いCaXではCaNa
Xよりも大きな温度低下を引き起こす。The temperature at which this process is performed is an important factor in the performance of the adsorbent in air separation. Industrial PSA air separation vessels are usually very large and the process circulation time is short compared to the time required to heat and cool large volumes of adsorbent. Thus, the process circulation is performed under adiabatic or near adiabatic conditions, and CaNa
The heat of adsorption of nitrogen on X zeolite is noteworthy. The heat released by adsorption is forwarded by the feedstock and product gas and is accumulated to form a thermal front. Some of this thermal front may exit the tower with the product gas. The rest of the front is pushed back during the desorption phase of the circulation process. During desorption, kinetic energy is consumed to release nitrogen from the adsorbent. Therefore, the temperature of the nitrogen and the adsorbent decreases. The heat of desorption creates a cold front in the floor, some of which exit the floor with the exhaust gas. The remainder of the cold front is pushed back through the column by the feed gas during the next adsorption step. After many adsorption-desorption cycles, a stable state is created. In the steady state, a part of the floor has a considerably lower temperature than the surrounding area. Therefore, it is necessary to use an adsorbent whose adsorption performance is not significantly impaired by changes in temperature. The present invention is based in part on the finding that although the adsorption performance of zeolite X in a highly calcium-exchanged form is significantly impaired by lowering the temperature, such a decrease is not observed with moderately ion-exchanged CaNaX. Based on knowledge. A moderate decrease in the adsorption temperature also significantly increases the residual nitrogen load and results in a decrease in the nitrogen operation selectivity of X zeolites with high levels of calcium exchange. The present invention also provides that adiabatic desorption can be achieved with CaNa for CaX with high ion exchange levels.
Causes a greater temperature drop than X.
【0011】PSA空気分離プロセスにおいては、吸着
剤の生産性は窒素デルタ負荷と窒素操作選択性によって
だけでなく、循環時間の長さによって判定される。吸着
剤が短時間で機能を果たすことができればできる程、生
産性は向上する。循環時間は、吸着剤がどの程度の早さ
で再生し、次の吸着工程に使用できるかによって決めら
れる。窒素は交換レベルの高いCaXからよりも中程度
の交換レベルのCaNaXからの方が更に速く脱着するこ
とが判った。要するに、PSA空気分離条件を考慮に入
れて、カルシウム交換レベルが中程度のCaNaXの方が
交換レベルの高いCaXより優れた吸着剤であることが
判った。表1〜5と図1〜15のグラフに、本発明の特徴
と具体例を示す。このデータを得るために、以下の吸着
剤組成物、その製造方法、試験手段が用いられた。In the PSA air separation process, adsorbent productivity is determined not only by nitrogen delta loading and nitrogen operation selectivity, but also by the length of circulation time. The more the adsorbent can perform its function in a short time, the better the productivity will be. The circulation time is determined by how quickly the adsorbent regenerates and can be used in the next adsorption step. Nitrogen was found to desorb faster from medium exchange level CaNaX than from high exchange level CaX. In short, taking into account the PSA air separation conditions, it was found that CaNaX with a medium calcium exchange level was a better adsorbent than CaX with a high exchange level. The characteristics and specific examples of the present invention are shown in Tables 1 to 5 and graphs in FIGS. In order to obtain this data, the following adsorbent compositions, their production methods and test means were used.
【0012】出発ゼオライトX組成物の製造 フレームワークSi/Al2のモル比がそれぞれ、2.0,2.3
及び2.5のゼオライトXのサンプルを製造した。Si/Al
2モル比が2.0のサンプルはNa+−K+陽イオン混合形
態、例えば、NaKX2.0で、英国特許第1580928号に開
示されている技術に従って、水酸化ナトリウム、水酸化
カリウム、ケイ酸ナトリウム、水酸化アルミニウム及び
水を試薬として用い、70℃の温度で、水熱反応によって
合成された。最初に結晶化した時に、NaKX2.0は25当
量%程度のK+陽イオンを含んでおリ、残りはNa+陽イ
オンであった。NaCl溶液を用いた完全なイオン交換に
よって、K+陽イオンをほぼ全部除去しNa+陽イオンと
交換した。試験の手段の一部は、純粋な、即ち非結合の
ゼオライトサンプルを用いて行われ、他の試験は結合し
た塊状物を用いた。後者の場合の結合材料はMinugelと
いう商標名でFloridin社から得られるアタプルガイト・
タイプ粘土である。ビーズ及び押出し加工されたペレッ
ト状のこの塊状物は当該分野において知られている方法
で製造した。Preparation of Starting Zeolite X Composition The molar ratio of the framework Si / Al 2 is 2.0, 2.3, respectively.
And 2.5 samples of zeolite X were prepared. Si / Al
2 The sample with a molar ratio of 2.0 is in Na + -K + cation mixed form, for example NaKX 2.0, according to the technique disclosed in GB 1580928, sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium silicate, It was synthesized by a hydrothermal reaction at a temperature of 70 ° C. using aluminum hydroxide and water as reagents. When first crystallized, NaKX 2.0 contained about 25 equivalent% of K + cations, the remainder being Na + cations. Almost all K + cations were removed and exchanged for Na + cations by complete ion exchange with a NaCl solution. Some of the testing procedures were performed with pure, ie, unbound, zeolite samples, while other tests used bound agglomerates. In the latter case, the binding material is Attapulgite, obtained from Floridin under the trade name Minugel.
It is a type clay. This agglomerate in the form of beads and extruded pellets was produced by methods known in the art.
【0013】部分的にカルシウム交換された吸着剤を製
造するために、バッチ交換技術を用いた。粉体又は塊状
物のゼオライトを撹拌しながら80〜95℃の塩化カルシウ
ム溶液に浸積した。この操作は、基本的に1〜2時間続
けられた。カルシウム交換レベルは用いられるゼオライ
ト及び塩化カルシウムの量によって、制御された。カル
シウム交換レベルが高いゼオライトX分体を製造するた
めには、塩化カルシウムを大量に使用した反復バッチ交
換技術を用いた。交換レベルが高い塊状物を製造するに
は、カラム交換法を用いた。ゼオライト塊状物を加熱し
たカラムに入れ、予備的に加熱された塩化カルシウム溶
液をカラム内を通過させて、交換されたナトリウム及び
カリウムを交換、フラッシュした。この交換手段の詳細
は、以下の実施例により示す。To produce a partially calcium exchanged sorbent, a batch exchange technique was used. The powdered or agglomerated zeolite was immersed in a calcium chloride solution at 80-95 ° C with stirring. This operation lasted basically 1-2 hours. Calcium exchange levels were controlled by the amount of zeolite and calcium chloride used. To produce high zeolite X fractions with high calcium exchange levels, a repetitive batch exchange technique using large amounts of calcium chloride was used. A column exchange method was used to produce a high exchange mass. The zeolite agglomerate was placed in a heated column and the preheated calcium chloride solution was passed through the column to exchange and flush the exchanged sodium and potassium. The details of this exchange means will be shown in the following embodiments.
【0014】[0014]
【実施例1】この実施例では、Si/Al2フレームワーク
比が2.0のCaNaX組成物の製造及び吸着剤特性につい
て述べる。これらの組成物はCaNaX2.0と称される。
CaNaX2.0のサンプルは8×12ビーズ状のNaX2.0粘
土と結合した塊状物をバッチ・イオン交換することによ
って製造し、一般的に、出発材料NaX2.0ビーズ(乾燥
重量)50グラムを、Ca(OH)2を用いてpHを9.0に調整
した0.15〜1モルのCaCl2水溶液1〜2リットルに添
加した。各例で、CaCl2溶液の正確な量と濃度は、達
成されるべきCa++イオン交換の目標程度に照らして選
択された。必要な場合、望ましい程度のイオン交換が行
われた生成物を得るために、複数回のイオン交換手段が
実施された。各バッチ交換で、ゼオライトを含有したビ
ーズをCaCl2溶液内で攪拌し、溶液を常温から90℃ま
で上昇させ、その後、1時間攪拌を続けた。イオン交換
されたビーズはバックナーじょうごでろ過して回収し、
Ca(OH)2を加えてpHを9.0に調整した熱水50mlで水洗
した。その後、ビーズを90℃、pHをCa(OH)2で9.0に
調整した水1リットルの水中で30分攪拌し、ろ過で回収
して、空気中で乾燥した。全部で、以下に1a〜1gと
して示す7通りのサンプルを製造し、これらの生成物の
製造、及び化学組成の具体的データを以下の表1及び表
2にそれぞれ示す。これらの塊状ビーズのすべては、12
重量%の粘土結合剤を含んでいた。Example 1 This example describes the preparation and adsorbent properties of a CaNaX composition with a 2.0 Si / Al 2 framework ratio. These compositions are called CaNaX 2.0.
Samples of CaNaX2.0 were prepared by batch ion exchange of agglomerates combined with NaX2.0 clay in the form of 8 × 12 beads, generally yielding 50 grams of starting material NaX2.0 beads (dry weight), It was added to 0.15 moles of aqueous CaCl 2 solution 1-2 liters was adjusted to pH 9.0 with Ca (OH) 2. In each case, the exact amount and concentration of the CaCl 2 solution was chosen in light of the target degree of Ca ++ ion exchange to be achieved. If necessary, multiple ion exchange steps were performed to obtain a product with the desired degree of ion exchange. At each batch exchange, the beads containing the zeolite were stirred in the CaCl 2 solution, the solution was raised from room temperature to 90 ° C., and then stirring was continued for 1 hour. The ion-exchanged beads are collected by filtration using a Buckner funnel.
The mixture was washed with 50 ml of hot water adjusted to pH 9.0 by adding Ca (OH) 2 . Thereafter, the beads were stirred for 30 minutes in 1 liter of water adjusted to pH 9.0 with Ca (OH) 2 at 90 ° C., collected by filtration and dried in air. In total, seven samples were prepared, shown below as 1a-1g, and the specific data for the preparation and chemical composition of these products are shown in Tables 1 and 2 below, respectively. All of these clumped beads are 12
It contained a weight percent of clay binder.
【0015】[0015]
【表1】 [Table 1]
【0016】[0016]
【表2】 [Table 2]
【0017】[0017]
【実施例2】Si/Al2モル比が2.3のカルシウム交換さ
れたNaXの6通りの粉体サンプル、及び2通りのビー
ズサンプルを、基本的には実施例1で述べた一般的手段
に従って製造した。手段における大きな違いはイオン交
換された媒体の温度で、これは実施例1では90℃であっ
たのに対して95℃に設定された。以下に2a〜2hの番
号を付して示すこれらイオン交換された生成物のイオン
交換手段及び化学組成を表1及び表2に示す。EXAMPLE 2 Six powder samples of calcium-exchanged NaX with a Si / Al 2 molar ratio of 2.3 and two bead samples were prepared essentially according to the general procedure described in Example 1. did. The major difference in the means was the temperature of the ion exchanged medium, which was set at 95 ° C. compared to 90 ° C. in Example 1. Tables 1 and 2 show the ion exchange means and chemical compositions of these ion-exchanged products, which are numbered 2a to 2h below.
【0018】[0018]
【実施例3】Si/Al2モル比が2.5の、合成されたまま
のナトリウム・ゼオライトXを用いて、粘土で結合させ
た8×12ビーズをCa++イオンでイオン交換した。以下
に3a〜3dの番号を付して示す4つのサンプルを製造
した。サンプル3a及び3bは、実施例1及び2のバッ
チ法を用いてイオン交換し、サンプル3c及び3dは、
CaCl2水溶液をゼオライト含有ビーズを含んだ加熱さ
れたカラムを通過させるカラム法を用いてイオン交換し
た。イオン交換された生成物のイオン交換手順及び化学
組成を表1及び2にそれぞれ示す。Example 3 As-synthesized sodium zeolite X having a Si / Al 2 molar ratio of 2.5 was used to ion exchange 8 × 12 beads bound with clay with Ca ++ ions. Four samples indicated below with reference numerals 3a to 3d were manufactured. Samples 3a and 3b were ion exchanged using the batch method of Examples 1 and 2, and samples 3c and 3d were
The aqueous solution of CaCl 2 was ion exchanged using a column method in which it passed through a heated column containing zeolite-containing beads. The ion exchange procedure and chemical composition of the ion exchanged products are shown in Tables 1 and 2, respectively.
【0019】[0019]
【実施例4】活性化された1a〜1gのサンプル及び実
施例1のNaX2.0出発材料の窒素及び酸素等温線はサル
トリアス・バランスを用いて、40℃、20℃、0℃及び−
20℃で決定した。サンプルをオイル拡散ポンプ及び液体
窒素トラップを備えたシステム内でガラス管内で、10時
間かけて常温から510℃までに加熱し、最終温度を6時
間維持することにより活性化させた。この活性化手段の
最終段階で、1.33×10~6kPa(1×10~5Torr)の圧力が
達成された。窒素及び酸素の等温線の測定では、各テス
ト・サンプルの温度はサンプル室を必要に応じて恒温
槽、あるいは管炉に配置することによって制御された。
0〜506.7kPa(0〜73.5psia)の範囲で、13のデータ・
ポイントを設定した。正確に10.7〜101.4kPa(1.55及
び14.7psia)での窒素負荷量は補間法(intrapolatio
n)を用いて判定した。これら2つの値の差が窒素デル
タ負荷量である。25.5kPa(3.7psia)での酸素負荷量も
同様に補間法で判定した。25.5kPa(3.7psia)から0kP
a(0psia)窒素デルタ負荷量の範囲での酸素デルタ負
荷量から得られた窒素デルタ負荷量は、いわゆる操作選
択性を示す。残留負荷量、デルタ負荷量、及び操作選択
性を示す値を以下の表3に示すと共に、図1,2及び3
に示す。Example 4 The nitrogen and oxygen isotherms of the activated 1a-1g sample and the NaX 2.0 starting material of Example 1 were determined using Sartorius balance, at 40 ° C., 20 ° C., 0 ° C. and −
Determined at 20 ° C. The sample was activated by heating from room temperature to 510 ° C. in a glass tube over 10 hours in a system equipped with an oil diffusion pump and a liquid nitrogen trap and maintaining the final temperature for 6 hours. At the final stage of this activation means, a pressure of 1.33 × 10 to 6 kPa (1 × 10 to 5 Torr) was achieved. In measuring the nitrogen and oxygen isotherms, the temperature of each test sample was controlled by placing the sample chamber in a thermostat or tube furnace as needed.
In the range of 0 to 506.7 kPa (0 to 73.5 psia), 13 data
Set points. Exactly 10.7 to 101.4 kPa (1.55 and 14.7 psia) nitrogen loading is calculated by the interpolation method (intrapolatio
The determination was made using n). The difference between these two values is the nitrogen delta load. The oxygen loading at 25.5 kPa (3.7 psia) was also determined by interpolation. 25.5kPa (3.7psia) to 0kP
The nitrogen delta loading obtained from the oxygen delta loading in the range of a (0 psia) nitrogen delta loading shows a so-called operational selectivity. The values indicating the residual load, the delta load, and the operation selectivity are shown in Table 3 below, and are shown in FIGS.
Shown in
【0020】[0020]
【表3】 [Table 3]
【0021】[0021]
【実施例5】実施例4に示した手段に従って、実施例2
のそれぞれ2a〜2hまでの番号が付されているNaX
2.3及びCaNaX2.3サンプルの窒素の残留負荷量、窒素
デルタ負荷量、及び窒素操作選択性を判定した。その結
果を表4に示した。これらのサンプルのすべては結合さ
れておらず、つまり、粘土及びゼオライト粉粒を含んで
いなかった。図4,5及び6はカルシウム交換レベル及
び吸着温度に相関する残留負荷量及び操作選択性を示し
ている。Embodiment 5 According to the means shown in Embodiment 4, Embodiment 2
NaX numbered 2a to 2h, respectively
The residual nitrogen loading, nitrogen delta loading, and nitrogen operation selectivity of the 2.3 and CaNaX 2.3 samples were determined. Table 4 shows the results. All of these samples were unbound, that is, free of clay and zeolite granules. FIGS. 4, 5 and 6 show the residual loading and operating selectivity as a function of calcium exchange level and adsorption temperature.
【0022】[0022]
【表4】 [Table 4]
【0023】[0023]
【実施例6】実施例4に示されている手段に従って、N
aX2.5及びCaNaX2.5サンプル3a,3b及び3cの
窒素残留負荷量、窒素デルタ負荷量及び窒素操作選択性
の判定を行った。結果を表5に示す。図7,8及び9は
カルシウム交換レベル及び吸着温度に相関する残留負荷
量及び操作選択性を示している。Embodiment 6 According to the means described in Embodiment 4, N
The aX2.5 and CaNaX2.5 samples 3a, 3b and 3c were tested for residual nitrogen loading, nitrogen delta loading and selectivity for nitrogen operation. Table 5 shows the results. Figures 7, 8 and 9 show the residual loading and operating selectivity as a function of calcium exchange level and adsorption temperature.
【0024】[0024]
【表5】 [Table 5]
【0025】[0025]
【実施例7】PSA循環において吸着剤に必要な脱着時
間について評価するため、サルトリアス・バランスを用
いて、窒素の脱着速度を測定した。活性化した吸着剤を
先ず101.3kPa(1気圧)の圧力下で窒素と接触させた。
吸着均衡に到達した後、真空ポンプでガスを急速に排気
した。圧力が1.4kPa(0.2psia)に低下した段階でポン
プ・ダウン・ステップを打ち切った。この圧力に到達す
る前に10秒程度かかった。次に、吸着剤を均衡状態に到
達させて、吸着剤の重量ロスを継続的に観察した。サル
トリアス・バランスでの最終圧力は吸着剤の吸着容量に
相関する。いろいろなシリカ対アルミナ比及び異なった
カルシウム交換レベルを有するCaNaXの場合、最終的
な圧力は1.72〜2.62kPa(0.25〜0.38psia)の範囲であ
る。窒素は大きな脱着熱を持っているので、断熱状態の
下で急速に脱着を行わせると、吸着剤の温度が急激に低
下する。サルトリアス・バランス内での真空脱着は断熱
脱着と非常によく類似している。しかしながら、サリト
リアス・バランス内でサンプル温度を直接測定すること
は非常に困難であり、従って、脱着後の温度を、残留負
荷量をそれぞれ20℃、0℃、そして−20℃の窒素等温度
線との比較によって推定した。Example 7 In order to evaluate the desorption time required for the adsorbent in the PSA circulation, the nitrogen desorption rate was measured using Sartorius Balance. The activated adsorbent was first contacted with nitrogen under a pressure of 101.3 kPa (1 atm).
After reaching the adsorption equilibrium, the gas was rapidly evacuated with a vacuum pump. The pump down step was aborted when the pressure dropped to 1.4 kPa (0.2 psia). It took about 10 seconds to reach this pressure. Next, the adsorbent was allowed to reach an equilibrium state, and the weight loss of the adsorbent was continuously observed. The final pressure at the Sartorius balance is related to the adsorption capacity of the adsorbent. For CaNaX with different silica to alumina ratios and different calcium exchange levels, the final pressure ranges from 1.72 to 2.62 kPa (0.25 to 0.38 psia). Since nitrogen has a large heat of desorption, if it is rapidly desorbed under adiabatic conditions, the temperature of the adsorbent will drop sharply. Vacuum desorption within the Sartorius balance is very similar to adiabatic desorption. However, it is very difficult to measure the sample temperature directly within the salitria balance, and therefore the temperature after desorption is determined by measuring the residual load with the nitrogen isotherms of 20 ° C, 0 ° C, and -20 ° C, respectively. Was estimated by comparison.
【0026】(a)実施例1のサンプル1gの窒素脱着
曲線カルシウム交換レベルの高い(97%)、そしてSi/
Al2モル比が2.0のゼオライトXのサンプル1gの窒素
脱着曲線を図1に示す。データを得るために、真空活性
化したサンプルを先ず112.4kPa(16.3psia)の圧力の下
で窒素を用いてサルトリアス・バランス内に均衡状態に
させた。このバランスを1.38kPa(0.2psia)の圧力まで
急速に減圧して、サンプルが均衡状態に達するように
し、その後、圧力が2.62kPa(0.38psia)まで上昇し
た。図10にはまた、10.3〜2.62kPa(1.5〜0.38psia)か
らの外挿によって、20℃、0℃、及び−20℃の温度下、
2.62kPa(0.38psia)の圧力での均衡窒素負荷量は示さ
れている。これらのデータから、サルトリアス・バラン
ス内で脱着させると、ゼオライト・サンプルが0℃程度
まで冷却される。 (b)上の(a)と基本的に同様の手段を用いて、75当
量%のカルシウム陽イオンを含んでいる実施例1のサン
プル1dの窒素脱着曲線を求めた。これらのデータを図
11に示す。バランス内での最終窒素圧力は1.72kPa(0.2
5psia)で、残留負荷量は0.09mmol/gm程度であった。こ
れも図11の示されている(10.3kPa(1.5psia)からの外
挿による)1.72kPa(0.25psia)の圧力の下での、それ
ぞれ20℃、0℃、そして−20℃の温度下での予想均衡窒
素負荷量から、このサンプルは脱着中に10℃程度の温度
まで冷却される。 (c)上記(a)と同じ手段を用いて、97当量%のカル
シウム陽イオンを含んだ実施例2のサンプル2hの窒素
脱着曲線を求めた。これらのデータを図12の示す。バラ
ンス内での最終的な窒素圧力は2.55kPa(0.37psia)
で、残留負荷量は0.38mmol/gm程度であった。これも図1
2に示されている2.55kPa(0.37psia)の圧力、及びそれ
ぞれ20℃、0℃、そして−20℃の温度下での均衡窒素負
荷量を10.34〜2.55kPa(1.5psia〜0.37psia)の範囲か
らの外挿で求めた。このサンプルは、脱着中に3℃程度
の温度まで冷却される。 (d)上記(a)と同様の手段を用いて、77当量%のカ
ルシウム陽イオンを含んだ実施例2のサンプル2gの窒
素脱着曲線を求めた。これらのデータを図13に示す。バ
ランス内での最終窒素手段は1.93kPa(0.28psia)で、
残留負荷量は0.07mmol/gmであった。10.34〜1.93kPa
(1.5psia〜0.28psia)の範囲からの外挿によって求め
た、1.93kPa(0.28psia)の圧力と、それぞれ20℃、0
℃、そして−20℃の温度下での予想均衡窒素負荷量を図
13に示す。これらのデータから、このサンプルは脱着中
に5℃程度の温度まで冷却される。 (e)上記(a)と同じ手段を用いて、(98当量%カル
シウム陽イオンを含む)実施例3のサンプル3dの窒素
脱着曲線を求めた。これらのデータを図14に示す。バラ
ンス内での最終窒素圧力は、2.62kPa(0.38psia)で、
残留負荷量は0.18mmol/gm程度であった。10.34〜2.62kP
a(1.5〜0.38psia)の範囲からの外挿によって求めた2.
41kPa(0.35psia)の圧力、及びぞれぞれ22℃、30℃、
そして−20℃での予想均衡窒素負荷量を図14に示す。こ
のサンプルは脱着中に−13℃程度まで冷却される。 (f)上記(a)と同じ手段を用いて、77当量%カルシ
ウム陽イオンを含んだ実施例3のサンプル3bの窒素脱
着曲線を求めた。これらのデータを図15に示す。バンラ
ンス内での最終窒素圧力は56.88kPa(8.25psia)であ
り、残留負荷量は0.06mmol/gm程度であった。これも図1
5に示されているように、2.41kPa(0.35psia)の圧力と
それぞれ22℃及び0℃の温度下での予想均衡窒素負荷量
から、このサンプルは脱着中、3℃程度の温度まで低下
した。予想均衡負荷量は10.34〜1.72kPa(1.5psia〜0.2
5psia)の範囲からの外挿によって求めた。空気分離に
対する吸着剤の有効性は、窒素デルタ負荷量、窒素操作
選択性、及び脱着温度での残留窒素負荷量の3つのパラ
メータによって測定される。これらのパラメータを考慮
に入れて、以下の特殊な観察データも含めて、明細書の
表及び図面に示されているデータは本発明の優越性を明
瞭に示している。(A) Nitrogen desorption curve of 1 g sample of Example 1 High calcium exchange level (97%) and Si /
FIG. 1 shows a nitrogen desorption curve of a 1 g sample of zeolite X having an Al 2 molar ratio of 2.0. To obtain the data, the vacuum-activated sample was first equilibrated in a Sartorius balance using nitrogen under a pressure of 16.3 psia (112.4 kPa). The balance was rapidly reduced to a pressure of 1.38 kPa (0.2 psia) to allow the sample to reach equilibrium, after which the pressure increased to 2.62 kPa (0.38 psia). FIG. 10 also shows that by extrapolation from 10.3 to 2.62 kPa (1.5 to 0.38 psia), at temperatures of 20 ° C., 0 ° C., and −20 ° C.
The equilibrium nitrogen load at a pressure of 2.62 kPa (0.38 psia) is shown. From these data, the zeolite sample is cooled to around 0 ° C. when desorbed in Sartorius balance. (B) Using essentially the same procedure as in (a) above, a nitrogen desorption curve was determined for sample 1d of Example 1 containing 75 equivalent% calcium cations. Figure out these data
See Figure 11. The final nitrogen pressure within the balance is 1.72 kPa (0.2
At 5 psia), the residual loading was around 0.09 mmol / gm. This is also shown in FIG. 11 at a temperature of 20 ° C., 0 ° C., and −20 ° C., respectively, under a pressure of 1.72 kPa (0.25 psia) (by extrapolation from 10.3 kPa (1.5 psia)). From the expected equilibrium nitrogen loading of this sample, the sample is cooled to a temperature of the order of 10 ° C. during desorption. (C) Using the same means as in (a) above, the nitrogen desorption curve of sample 2h of Example 2 containing 97 equivalent% of calcium cation was determined. These data are shown in FIG. Final nitrogen pressure within the balance is 2.55 kPa (0.37 psia)
The residual load was about 0.38 mmol / gm. This is also Figure 1
The equilibrium nitrogen load at a pressure of 2.55 kPa (0.37 psia) and a temperature of 20 ° C., 0 ° C., and −20 ° C., respectively, in the range of 10.34 to 2.55 kPa (1.5 psia to 0.37 psia) as shown in Figure 2. Extrapolated from This sample is cooled to a temperature of the order of 3 ° C. during desorption. (D) Using the same means as in (a) above, a nitrogen desorption curve of 2 g of the sample of Example 2 containing 77 equivalent% of calcium cation was determined. These data are shown in FIG. The final nitrogen means within the balance is 1.93 kPa (0.28 psia)
The residual load was 0.07 mmol / gm. 10.34 to 1.93kPa
(1.5 psia to 0.28 psia) extrapolated from the range of 1.93 kPa (0.28 psia) and 20 ° C., 0
Figure Estimated equilibrium nitrogen loading at -20 ° C and -20 ° C
See Figure 13. From these data, the sample is cooled to a temperature on the order of 5 ° C. during desorption. (E) Using the same means as in (a) above, the nitrogen desorption curve of sample 3d of Example 3 (containing 98 equivalent% calcium cation) was determined. These data are shown in FIG. The final nitrogen pressure in the balance is 2.62 kPa (0.38 psia)
The residual load was about 0.18 mmol / gm. 10.34 ~ 2.62kP
a (1.5-0.38 psia) extrapolated from the range 2.
41 kPa (0.35 psia) pressure and 22 ° C, 30 ° C respectively
FIG. 14 shows the predicted equilibrium nitrogen load at −20 ° C. This sample is cooled to about -13 ° C during desorption. (F) Using the same means as in (a) above, the nitrogen desorption curve of sample 3b of Example 3 containing 77 equivalent% calcium cation was determined. These data are shown in FIG. The final nitrogen pressure in the vanlance was 56.88 kPa (8.25 psia) and the residual load was around 0.06 mmol / gm. This is also Figure 1
As shown in FIG. 5, from a pressure of 2.41 kPa (0.35 psia) and the expected equilibrium nitrogen loading at temperatures of 22 ° C. and 0 ° C., respectively, this sample dropped to a temperature of about 3 ° C. during desorption. . The expected equilibrium load is 10.34 to 1.72 kPa (1.5 psia to 0.2
It was determined by extrapolation from a range of 5 psia). The effectiveness of the adsorbent for air separation is measured by three parameters: nitrogen delta loading, nitrogen operation selectivity, and residual nitrogen loading at the desorption temperature. Taking these parameters into account, the data shown in the tables and figures of the specification, including the following specific observation data, clearly show the superiority of the present invention.
【0027】粘土結合X2.0の脱着データを表3に示
す。図1に窒素残留負荷量とカルシウム・イオン交換の
レベルとの関連を示す。これらのデータから、ゼオライ
ト吸着剤のカルシウム陽イオン・レベルが増大すると、
窒素の脱着が急激に困難になり、したがって、残留負荷
量が増大することが明確に示されている。カルシウム・
レベルが90%以上になると、残留窒素負荷量が非常に高
くなり、生成物の汚染が深刻な問題となる。残留窒素レ
ベルは温度に対しても敏感に反応する。90%カルシウム
・レベルと0℃の操作温度との組み合わせは、残留窒素
を受け入れがたい程高いレベルにする。PSAプロセス
では冷却が常に起きるので、これらのデータは、90%以
上のカルシウム交換が複数の方法でX2.0の効率を損な
う場合があることを示している。図2はカルシウム・レ
ベル及び脱着温度の関数としての、CaNaX2.0の、10
1.3〜10.69kPa(14.7及び1.55psia)の圧力範囲の窒素
のデルタ負荷量を示している。最初、カルシウム含有量
が増大すると、窒素のデルタ負荷量も増大する。デルタ
負荷量は最大値域(broad maximum)に到達すると、次
は低下し始める。これらのデータは、カルシウム交換レ
ベルが90%以上、あるいは60%以下が望ましいことを示
している。図3は、カルシウム交換及び温度の関数とし
てのX2.0の操作選択性を示している。これは、温度が
陽イオンの影響をどのように圧倒するかを明瞭に示して
いる例である。40℃で、窒素操作選択性はカルシウムの
含有量の増大と共に増大する。それはCa++交換レベル
が85%程度の時にピークに達し、以後、低下し始める。
20℃で、ピーク操作選択性はカルシウム含有量が60〜80
%程度の領域でもたらされる。温度が0℃以下の場合、
NaX2.0はCaNaX2.0より高い操作選択性を示す。−2
0℃では、CaNaX2.0の窒素選択性はNaX2.0よりかな
り低い。X2.3サンプルの吸着データを表4に示す。図
4,5及び6は、それぞれ、カルシウム交換レベル及び
吸着温度の関数としてのX2.3のデルタ負荷量及び操作
選択性データを示している。これらのサンプルは粘土を
含んでいないので、その負荷量は対応する結合サンプル
より高くなっている。X2.3サンプルの結果はX2.0の結
果とほぼ同様である。その陽イオンの90%以上がCa++
形態であるX2.3と、0℃のプロセス温度を用いるのは
明らかに望ましくない。そして、かなり大幅な温度の振
幅を伴った十分なプロセス循環を実現するためには、カ
ルシウム・レベルが少なくとも60%、そして90%未満の
CaNaX2.3を用いるのが望ましい。通常、CaNaX2.3
の操作選択性はCaNaX2.0吸着剤よりも低い。結合X
2.5の吸着データを表5に示す。これらのデータは、図
7,8及び9にそれぞれ示されているカルシウム交換レ
ベルとの関連で示されている残留負荷量、デルタ負荷
量、そして操作選択性と共に、PSA吸着剤の性能が単
一の構造的パラメータによってだけで決められるもので
はないことを明瞭に示している。シリカ:アルミナ比
は、通常、カルシウム・レベルと同様の重要な意味を有
している。カルシウム・レベルが増大すると、X2.5の
窒素デルタ負荷量は増大し、窒素操作選択性は減少す
る。これは、X2.0及びX2.3の場合に観察されるのと基
本的に同じであるが、細かな点では重要な違いがある。
60〜90%の範囲でのCaNaX2.5の窒素デルタ負荷量
は、対応するX2.3及びX2.0よりずっと低い。本発明の
実施においてCaNaX2.5が用いられないのは、基本的
にはこうした理由からである。Table 3 shows the desorption data of Clay Bond X2.0. FIG. 1 shows the relationship between the residual nitrogen load and the level of calcium ion exchange. From these data, as the calcium cation level of the zeolite adsorbent increases,
It is clearly shown that the desorption of nitrogen becomes rapidly more difficult, thus increasing the residual load. calcium·
Above 90% levels, the residual nitrogen load becomes very high and product contamination becomes a serious problem. Residual nitrogen levels are also sensitive to temperature. The combination of the 90% calcium level and the operating temperature of 0 ° C. results in unacceptably high levels of residual nitrogen. Since cooling always occurs in the PSA process, these data indicate that calcium exchange of 90% or more can compromise the efficiency of X2.0 in multiple ways. FIG. 2 shows the CaNaX 2.0,10 as a function of calcium level and desorption temperature.
The delta loading of nitrogen in the pressure range of 1.3 to 10.69 kPa (14.7 and 1.55 psia) is shown. Initially, as the calcium content increases, so does the delta loading of nitrogen. When the delta load reaches the broad maximum, it then begins to fall. These data indicate that calcium exchange levels above 90% or below 60% are desirable. FIG. 3 shows the operational selectivity of X2.0 as a function of calcium exchange and temperature. This is a clear example of how temperature overwhelms the effects of cations. At 40 ° C., the nitrogen operation selectivity increases with increasing calcium content. It peaks when the Ca ++ exchange level is on the order of 85% and then begins to fall.
At 20 ° C, peak operation selectivity is 60-80 for calcium content
%. If the temperature is below 0 ° C,
NaX2.0 shows higher operation selectivity than CaNaX2.0. −2
At 0 ° C., the nitrogen selectivity of CaNaX2.0 is much lower than NaX2.0. Table 4 shows the adsorption data of the X2.3 sample. FIGS. 4, 5 and 6 show delta loading and operating selectivity data of X2.3 as a function of calcium exchange level and adsorption temperature, respectively. Since these samples do not contain clay, their loading is higher than the corresponding combined samples. The results for the X2.3 samples are almost the same as the results for X2.0. More than 90% of the cations are Ca ++
It is clearly undesirable to use a form of X2.3 and a process temperature of 0 ° C. It is desirable to use CaNaX 2.3 with a calcium level of at least 60%, and less than 90%, in order to achieve sufficient process circulation with fairly large temperature amplitudes. Normally, CaNaX2.3
Is less selective than the CaNaX 2.0 adsorbent. Join X
Table 5 shows the adsorption data of 2.5. These data show that the performance of the PSA adsorbent is single, along with the residual loading, delta loading, and operating selectivity shown in relation to the calcium exchange levels shown in FIGS. 7, 8 and 9, respectively. It is clearly shown that it is not determined solely by the structural parameters of. The silica: alumina ratio usually has the same important significance as the calcium level. As the calcium level increases, the nitrogen delta loading of X2.5 increases and the nitrogen manipulation selectivity decreases. This is basically the same as observed for X2.0 and X2.3, but with important differences in detail.
The nitrogen delta loading of CaNaX2.5 in the range of 60-90% is much lower than the corresponding X2.3 and X2.0. It is for these reasons that CaNaX 2.5 is not used in the practice of the present invention.
【0028】図1のデータはゼオライト中のカルシウム
含有量が増大すると、10.7kPa(2.55psia)の残留負荷
量あるいは窒素負荷量が急速に増大することを示してい
る。増大の速度は吸着温度と逆比例している。0℃で、
カルシウム交換レベルが97%のX2.0の残留負荷量は0.7
9mmol/gmで、この値はそのデルタ負荷量(0.74mmol/g
m)よりずっと高い。従って、0℃でCaX2.0吸着剤を
用いて純粋な酸素をつくりだすことは一層困難であろ
う。20℃で、その残留窒素負荷量は0.39mmol/gmで、こ
の値は高いが、この吸着剤は適切なプロセス・サイクル
と用いれば十分に機能する。一方、カルシウム・レベル
が76当量%の場合,窒素残留負荷量は0℃で0.46mmol/g
mで、この値は20℃でのCaXの値とほぼ同様である。20
℃でのCaNaX2.0の残留負荷量は0.25mmol/gmである。
CaNaX2.0(76%)は0℃でも機能することができる
ので、ずっと望ましい。図2で、0℃での窒素デルタ負
荷量はカルシウム含有量が75%の場合に最大になってい
る。20℃及び40℃では、カルシウム含有量が90%程度の
場合にピークに達する。窒素デルタ負荷量に基づいて、
75%交換されたCaNaX2.0は、97%交換されたCaX2.
0より明らかに優れた利点を持っていると言える。図3
では、20℃及び0℃で、カルシウム交換レベルが76%の
CaNaX2.0が97%交換されたCaNaX2.0より高い操作
選択性を示している。これらのデータから、CaNaX2.
0を用いると、CaX2.0を用いた場合より、プロセス条
件の設定がずっと自由になる。図10及び図11の脱着曲線
を参照すると、脱着時間が1分経過すると、サンプル1
g[CaX2.0(97%Ca)]の残留負荷がサンプル1d
[CaNaX2.0(75%Ca)]の6倍になっていることが
分かる。これらのデータは高度に交換されたゼオライト
が、交換レベルの低い組成物と比較して、再生のために
より長い時間を必要としていることがわかる。これらの
データが示唆しているもうひとつの重要な点は、脱着
後、高度に交換された材料は交換レベルの低いゼオライ
トと比較して、温度が一層低くなっている場合があるこ
とである。吸着温度の低下は、それらが低温では非常に
効率が低いので、Ca++交換レベルが非常に高いゼオラ
イトの場合に経験したのと同様の問題を引き起こす。C
aX2.3(97%Ca)の窒素脱着曲線と2.55kPa(0.37psi
a)での予想均衡吸着容量を図12に示す。CaNaX2.3
(77%Ca)の脱着曲線と1.72kPa(0.25psia)での予想
均衡吸着容量とを図13に示す。CaX2.3の残留負荷量は
0.17mmol/gm程度であり、その脱着後の予想温度は3℃
程度である。CaNaX2.3の残留負荷量は0.05mmol/gm程
度であり、脱着後の予想温度は9℃程度である。この場
合も、77%交換X2.3の方が97%交換されたものより効
率がより高い吸着剤である。CaX2.5(97%Ca)の窒
素脱着曲線と262kPa(38psia)での予想均衡吸着容量を
図13に示す。CaNaX2.5(77%Ca)の脱着曲線と、1.
72kPa(0.25psia)でのその予想吸着容量を図14に示
す。CaX2.5の残留負荷量は0.17mmol/gm程度であり、
その脱着後の温度は−13℃程度と予想される。CaNaX
2.3の均衡負荷量は0.07mmol/gm程度であり、その脱着後
の温度は−3℃程度と予想される。CaNaX2.5が−3
℃の場合とほぼ同等の残留負荷量を示すのは驚くべきこ
とである。しかしながら、これはCaNaX2.5がCaNa
X2.0及びCaNaX2.3と比較してPSA吸着剤としては
より劣っているという事実と一貫している。The data in FIG. 1 shows that as the calcium content in the zeolite increases, the 10.7 kPa (2.55 psia) residual or nitrogen load increases rapidly. The rate of increase is inversely proportional to the adsorption temperature. At 0 ° C,
The residual load of X2.0 with a calcium exchange level of 97% is 0.7
9 mmol / gm, this value is the delta loading (0.74 mmol / g
m) much higher. Therefore, it would be more difficult to produce pure oxygen using a CaX2.0 adsorbent at 0 ° C. At 20 ° C., its residual nitrogen load is 0.39 mmol / gm, which is high, but the sorbent works well with proper process cycles. On the other hand, when the calcium level is 76 equivalent%, the residual nitrogen load is 0.46 mmol / g at 0 ° C.
At m, this value is similar to the value of CaX at 20 ° C. 20
The residual loading of CaNaX 2.0 at 0 ° C is 0.25 mmol / gm.
CaNaX 2.0 (76%) is much more desirable because it can work at 0 ° C. In FIG. 2, the nitrogen delta loading at 0 ° C. is greatest at a calcium content of 75%. At 20 ° C. and 40 ° C., the peak is reached when the calcium content is around 90%. Based on the nitrogen delta load,
A 75% exchanged CaNaX 2.0 is a 97% exchanged CaX2.
It has a distinct advantage over zero. FIG.
At 20.degree. C. and 0.degree. C. show higher operational selectivity than CaNaX 2.0 with 97% exchange of CaNa 2.0 with a calcium exchange level of 76%. Based on these data, CaNaX2.
When 0 is used, setting of process conditions is much more free than when CaX2.0 is used. Referring to the desorption curves in FIG. 10 and FIG.
g [CaX2.0 (97% Ca)] sample 1d
It can be seen that it is six times [CaNaX2.0 (75% Ca)]. These data indicate that highly exchanged zeolites require longer times for regeneration as compared to lower exchange level compositions. Another important point suggested by these data is that after desorption, the highly exchanged material may have a lower temperature compared to the lower exchange level zeolite. Lowering the adsorption temperature causes similar problems as those experienced with zeolites with very high Ca ++ exchange levels because they are very inefficient at low temperatures. C
aX 2.3 (97% Ca) nitrogen desorption curve and 2.55 kPa (0.37 psi)
The expected equilibrium adsorption capacity in a) is shown in FIG. CaNaX2.3
The desorption curve for (77% Ca) and the expected equilibrium adsorption capacity at 1.72 kPa (0.25 psia) are shown in FIG. The residual load of CaX2.3 is
0.17 mmol / gm, the expected temperature after desorption is 3 ° C
It is about. The residual loading of CaNaX2.3 is of the order of 0.05 mmol / gm and the expected temperature after desorption is of the order of 9 ° C. Again, 77% exchange X2.3 is a more efficient adsorbent than 97% exchange. The nitrogen desorption curve for CaX2.5 (97% Ca) and the expected equilibrium adsorption capacity at 262 kPa (38 psia) are shown in FIG. Desorption curve of CaNaX2.5 (77% Ca) and 1.
Its expected adsorption capacity at 72 kPa (0.25 psia) is shown in FIG. The residual load of CaX2.5 is about 0.17 mmol / gm,
The temperature after desorption is expected to be around -13 ° C. CaNaX
The equilibrium load of 2.3 is about 0.07 mmol / gm, and the temperature after desorption is expected to be about -3 ° C. CaNaX2.5 is -3
It is surprising that the residual load is almost the same as in the case of ° C. However, this is due to the fact that
Consistent with the fact that the PSA adsorbent is worse compared to X2.0 and CaNaX2.3.
【0029】[0029]
【発明の効果】本発明のゼオライト性吸着剤はPSA空
気分離プロセスにおいて、極めて優れた窒素選択吸着性
を有する吸着剤である。これをPSA空気分離プロセス
の吸着剤として用いた場合極めて効率のよい窒素、酸素
分離を行うことができる工業的に極めて有用な発明であ
る。The zeolitic adsorbent of the present invention is an adsorbent having extremely excellent nitrogen selective adsorption in the PSA air separation process. When this is used as an adsorbent in a PSA air separation process, it is an industrially extremely useful invention capable of performing extremely efficient nitrogen and oxygen separation.
【図1】40℃、20℃、及び0℃でのカルシウム交換レベ
ルにそれぞれ相関する10.7kPa(1.55psia)への脱着後
のCaNaX2.0(例えば、シリカ/アルミナ比が2:1
でCa2+及びNa1+陽イオンを含むXゼオライト)の窒素
残留負荷を示したものである。FIG. 1. CaNaX 2.0 after desorption to 10.7 kPa (1.55 psia) correlating to calcium exchange levels at 40 ° C., 20 ° C., and 0 ° C., respectively (eg, a 2: 1 silica / alumina ratio).
1 shows the nitrogen residual load of X 2 zeolite containing Ca 2+ and Na 1+ cations.
【図2】40℃、20℃、そして0℃でのカルシウム交換レ
ベルにそれぞれ相関する14.7〜1.55psiaの範囲でのCa
NaX2.0の窒素デルタ負荷を示したものである。FIG. 2. Ca in the range of 14.7 to 1.55 psia correlating to calcium exchange levels at 40 ° C., 20 ° C., and 0 ° C., respectively.
The nitrogen delta load of NaX2.0 is shown.
【図3】40℃、20℃及び0℃でのカルシウム交換レベル
にそれぞれ相関するCaNaX2.0の窒素操作選択性を示
したものである。FIG. 3 shows the nitrogen manipulation selectivity of CaNaX 2.0 correlating to calcium exchange levels at 40 ° C., 20 ° C., and 0 ° C., respectively.
【図4】40℃、20℃及び0℃でのカルシウム交換レベル
にそれぞれ相関するCaNaX2.3の窒素残留負荷、デル
タ負荷、及び操作選択性を示したものである。FIG. 4 shows the residual nitrogen loading, delta loading, and operational selectivity of CaNaX2.3 correlated to calcium exchange levels at 40 ° C., 20 ° C., and 0 ° C., respectively.
【図5】40℃、20℃及び0℃でのカルシウム交換レベル
にそれぞれ相関するCaNaX2.3の窒素残留負荷、デル
タ負荷、及び操作選択性を示したものである。FIG. 5 shows the residual nitrogen loading, delta loading, and operational selectivity of CaNaX2.3 correlated to calcium exchange levels at 40 ° C., 20 ° C., and 0 ° C., respectively.
【図6】40℃、20℃及び0℃でのカルシウム交換レベル
にそれぞれ相関するCaNaX2.3の窒素残留負荷、デル
タ負荷、及び操作選択性を示したものである。FIG. 6 shows the residual nitrogen loading, delta loading, and operational selectivity of CaNaX2.3 correlated to calcium exchange levels at 40 ° C., 20 ° C., and 0 ° C., respectively.
【図7】40℃、20℃、及び0℃でのカルシウム交換レベ
ルにそれぞれ相関するCaNaX2.5の窒素残留負荷、デ
ルタ負荷、及び操作選択性を示したものである。FIG. 7 shows the residual nitrogen loading, delta loading, and operational selectivity of CaNaX2.5 correlated to calcium exchange levels at 40 ° C., 20 ° C., and 0 ° C., respectively.
【図8】40℃、20℃、及び0℃でのカルシウム交換レベ
ルにそれぞれ相関するCaNaX2.5の窒素残留負荷、デ
ルタ負荷、及び操作選択性を示したものである。FIG. 8 shows the residual nitrogen loading, delta loading, and operational selectivity of CaNaX2.5 correlated to calcium exchange levels at 40 ° C., 20 ° C., and 0 ° C., respectively.
【図9】40℃、20℃、及び0℃でのカルシウム交換レベ
ルにそれぞれ相関するCaNaX2.5の窒素残留負荷、デ
ルタ負荷、及び操作選択性を示したものである。FIG. 9 shows the residual nitrogen loading, delta loading, and operational selectivity of CaNaX2.5 correlated to calcium exchange levels at 40 ° C., 20 ° C., and 0 ° C., respectively.
【図10】22℃でのCaX2.0(97%Ca)の脱着速度を
示したものである。FIG. 10 shows the desorption rate of CaX2.0 (97% Ca) at 22 ° C.
【図11】22℃でのCaNaX2.0(75%Ca)の脱着速度
を示したものである。FIG. 11 shows the desorption rate of CaNaX2.0 (75% Ca) at 22 ° C.
【図12】22℃でのCaX2.3(97%Ca)の脱着速度を
示したものである。FIG. 12 shows the desorption rate of CaX2.3 (97% Ca) at 22 ° C.
【図13】22℃でのCaNaX2.3(77%Ca)の脱着速度
を示したものである。FIG. 13 shows the desorption rate of CaNaX2.3 (77% Ca) at 22 ° C.
【図14】22℃でのCaX2.5(97%Ca)の脱着速度を
示したものである。FIG. 14 shows the desorption rate of CaX2.5 (97% Ca) at 22 ° C.
【図15】22℃でのCaNaX2.5(77%Ca)の脱着速度
を示したものである。FIG. 15 shows the desorption rate of CaNaX2.5 (77% Ca) at 22 ° C.
Claims (4)
レームワークを有し、そして60〜89当量%のCa++陽イ
オンと、10〜40当量%のNa+陽イオンと、0〜10(ただ
し、0を除く)%のK+陽イオンを含み、Ca++,Na+及
びK+の総陽イオン当量が少なくとも90%であるゼオラ
イトXで構成されることを特徴とする循環性圧力スイン
グ吸着プロセスに使用する酸素と窒素の混合物から窒素
を選択的に吸着するゼオライト性吸着剤。1. A framework having a SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of 2.0 to 2.4, and 60 to 89 equivalent% of Ca ++ cation and 10 to 40 equivalent% of Na + cation. And zeolite X containing 0 to 10 (excluding 0)% of K + cations and having a total cation equivalent of at least 90% of Ca ++ , Na + and K +. A zeolitic adsorbent that selectively adsorbs nitrogen from a mixture of oxygen and nitrogen used in a circulating pressure swing adsorption process.
陽イオン成分が65〜80%のカルシウム及び20〜35%のナ
トリウム陽イオンであり、カリウム陽イオンを実質的に
含まないことを特徴とする請求項1記載のゼオライト性
吸着剤。2. The composition according to claim 1, wherein the molar ratio of SiO 2 / Al 2 O 3 is 2.0-2.35,
2. The zeolitic adsorbent according to claim 1, wherein the cation component is 65-80% calcium and 20-35% sodium cation and is substantially free of potassium cation.
2.4のフレームワークを有し、そして60〜89当量%のCa
++陽イオンと、10〜40当量%のNa+陽イオンと、0〜10
%のK+陽イオンを含み、Ca++,Na+及びK+の総陽イ
オン当量が少なくとも90%であるゼオライトX又はSi
O2/Al2O3のモル比が2.0〜2.35、のフレームワーク
と、65〜80当量%のCa++陽イオンと、20〜35当量%の
Na+陽イオンでありK+を実質的に含まないゼオライト
Xで構成されるゼオライト性吸着剤を吸着床に設ける工
程、(b)床内圧力が13.8〜506.8kPa(2〜73.5psia)
まで上昇させ、窒素が該吸着剤に選択的に吸着されるま
で−20℃〜50℃の温度で窒素と酸素の混合物を吸着剤床
内に送り込む工程、(c)実質的に吸着圧力で上記吸着
床から吸着されなかった酸素を生成物として排出する工
程、(d)吸着された窒素を脱着させ、床圧力を101.4
〜0.7kPa(14.7〜0.1psia)の最終圧力に低下させて床
から窒素を排出する工程、よりなることを特徴とする酸
素と窒素の混合物から窒素を選択的に吸着する循環性プ
ロセス。(3) The molar ratio of SiO 2 / Al 2 O 3 is 2.0 to 2.0.
With a framework of 2.4 and 60-89 equivalent% Ca
++ cation, 10-40 equivalent% of Na + cation, 0-10
% Of a K + cation and a total cation equivalent of Ca ++ , Na + and K + of at least 90%.
A framework with an O 2 / Al 2 O 3 molar ratio of 2.0 to 2.35, 65 to 80 equivalent% of Ca ++ cations, and 20 to 35 equivalent% of Na + cations and substantially K + Providing a zeolitic adsorbent composed of zeolite X not contained in the adsorbent bed, (b) pressure in the bed is 13.8 to 506.8 kPa (2 to 73.5 psia)
And feeding a mixture of nitrogen and oxygen into the adsorbent bed at a temperature of -20 ° C to 50 ° C until nitrogen is selectively adsorbed on the adsorbent, (c) substantially above the adsorption pressure Discharging oxygen not adsorbed from the adsorption bed as a product; (d) desorbing the adsorbed nitrogen and increasing the bed pressure to 101.4.
Discharging the nitrogen from the bed to a final pressure of ~ 0.7 kPa (14.7-0.1 psia), the process comprising selectively adsorbing nitrogen from a mixture of oxygen and nitrogen.
特徴とする請求項3記載の循環性プロセス。4. The recirculating process according to claim 3, wherein the mixture of oxygen and nitrogen is air.
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JP7235492A JP2761471B2 (en) | 1995-09-13 | 1995-09-13 | Nitrogen-selective zeolite adsorbent and nitrogen adsorption process using it |
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JPH0975720A JPH0975720A (en) | 1997-03-25 |
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