JPS62132542A - 吸着分離剤 - Google Patents

吸着分離剤

Info

Publication number
JPS62132542A
JPS62132542A JP60270757A JP27075785A JPS62132542A JP S62132542 A JPS62132542 A JP S62132542A JP 60270757 A JP60270757 A JP 60270757A JP 27075785 A JP27075785 A JP 27075785A JP S62132542 A JPS62132542 A JP S62132542A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
calcium
gas
ion
adsorption
zeolite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP60270757A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0685870B2 (ja
Inventor
Kazunari Igawa
井川 一成
Wataru Inaoka
稲岡 亘
Kiyoharu Hashiba
羽柴 清晴
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tosoh Corp
Original Assignee
Toyo Soda Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyo Soda Manufacturing Co Ltd filed Critical Toyo Soda Manufacturing Co Ltd
Priority to JP60270757A priority Critical patent/JPH0685870B2/ja
Publication of JPS62132542A publication Critical patent/JPS62132542A/ja
Publication of JPH0685870B2 publication Critical patent/JPH0685870B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は混合ガスの分離・精製に用いられる吸着分離剤
に関するものであり、特に動力学的直径が近似している
ガス分子の混合物を分離するのに適したゼオライト吸着
剤を提供するものである。
(従来の技術) ガスの利用分野は一般家庭から産業界に至るまであらゆ
る場所に及んでおり、また利用されているガスの種類も
多岐にわたっている。特に産業界の著しい発達に伴って
、高純度ガスあるいは濃縮ガスが多fiK要求される様
罠なってきた。
それに伴って主成分ガス中の微量の不純物ガス成分を除
去する技術、即ち精製技術または濃縮技術の開発が急務
となっている。また空気中の酸素あるいは窒素濃縮に代
表される分離に重点が置かれている分野に於ても、でき
るだけ分離効率の良い経済的なシステムが求められてい
る。いずれの場合に於ても、吸着剤の性能が極めて重要
な役割を果すことから、対象としている系に適した吸着
剤の開発が重要な鍵となっている。特に分子オーダーの
一定の細孔径を有するゼオライトはこれらの吸着剤とし
て有望であり、すでに実用化されているものもある。
通常のガス分離あるいは精製方法においては深冷分離法
がよく知られている。この方法では純度の高いガスが得
られるという利点はあるものの、多量のエネルギーを必
要とする欠点を有する。
一方、ゼオライトを吸着分離剤として用いた分離方法は
空気中の酸素と窒素の分離をはじめとして、空気中の炭
酸ガスの除去、天然ガスの脱硫など数多くのプロセスが
実用化されている。これに用いられるゼオライトは殆ど
の場合、対象としているガス分子の動力学的直径に比べ
その細孔径は大きい。例えば空気中の酸素−窒素の分離
に用いられているC!aA、X、モルデナイトがそれに
あたる。酸素と窒素の動力学的直径は各々五46Aと&
64Aであり、OaA、X、モルデナイトの細孔径は〜
5A、8A、7Aである。従ってこの分離方法は、ゼオ
ライトの細孔径による分子ふるいではなく、ガス分子の
ゼオライトへの吸着容量または吸着速度差を利用した分
離方法である。
ゼオライトの分子ふるい作用を利用した分離方法として
実用化されているものに1ナフサ分解ガスのエチレン中
の水分除去用にKAを、またイソパラフィンとn−パラ
フィンの分離にOaAのゼオライトを用いた例がある。
これらの場合には分離しようとするガス分子と主成分ガ
ス分子の動力学的直径にはかなりの差があるので分離は
比較的容易である。
ところでゼオライトの有効細孔径は、結晶構造と含有陽
イオン種によって決まるので、任意の大きさの有効細孔
径をもつゼオライトを造ることは困難である。従って、
いがなる大きさの分子同志でもゼオライトを用いて分離
できるわけではない。
(本発明が解決しようとする問題点) 動力学的直径が、&7A7Aのガス分子と五7Å以上の
ガス分子を分離できるゼオライトは五7人の有効細孔径
を持つと定翰すると、従来A7Aの有効細孔径をもつゼ
オライトは存在しなかった。
ここでいうガス分子の動力学的直径とは、「Zeoli
te Mo1ecular 5ieves J (D、
W、 Break著、1974年)636ページに記載
されている数値に基づくガス分子の大きさである。
特定のゼオライトな用いてその有効細孔径を変える方法
としては、ゼオライトの陽イオン種を変えることがもっ
とも一般的ではあるが、ゼオライトと陽イオン種と組み
合わせただけでは、得られたものは室温においては厳密
な有効細孔径の制御が困難である。有効細孔径が大きい
場合には、細孔径を小さくする手段として吸着温度を下
げる方法がある。
温度を下げることにより、ゼオライトの格子酸素と、特
に陽イオンの熱振動が抑えられる為に細孔径をより小さ
くでき、かつ厳密にすることが可能になり目的の値に近
づけうる。その結果、室温に於ては分離不可能であった
分子同志が低温で分離可能になってくる。
例えば、前記[Zeolite Mo1ecular 
5ievesJの639ページに記述されている如(、
NaAをもちいて室温に於ては、その分子ふるい作用で
は分離不可能な窒素と酸素の分離が一100℃以下では
可能になる。
この考えを用いれば、本目的であるA7Aの細孔径を有
するゼオライトは、室温において4Aの有効細孔径をも
つNaAを用いて温度を下げれば実現可能であることが
推定できる。ところで、通常の工業的なガスの吸着分離
法として、室温あるいはそれ以上の温度で行う方法が、
運転に必要な装置類が少く、最も効率的である。
従ってNaAを低温まで冷却して吸着分離剤として用い
るシステムは経済的観点から実現は困難である。既存の
吸着分離剤としては前記したNa、AをはじめとしてO
aA、 X、 Y、モルデナイト等があるが、本発明の
目的に適するものはない。
このような事情から本発明者等は、特に工業的。
経済的合理性の観点から実現可能なi7Aの有効細孔径
をもつゼオライトを造り、動力学的直径が5.7A未満
のガス分子とA7A7Aのガス分子を分離すべく鋭意検
討の結果、本発明を達成した。
(問題点を解決する為の手段) 本発明の方法は、従来工業的吸着分離剤としてほとんど
用いられていなかった特定のゼオライトに、ある陽イオ
ン種を限定された割合で導入することによってそのゼオ
ライトの有効細孔径を五7AK調整することにある。窒
素分子とメタン分子の動力学的直径はそれぞれA64A
、3.8Aであることから、本発明のゼオライトがA7
Aの細孔径を有するとの判定は窒素とメタンの吸着特性
を測定することにより可能である。
本発明に用いられるゼオライトはクリノプチロライト型
ゼオライトである。クリノプチロライト。
は天然にも産出するが合成することも可能であり、その
典型的な組成は、一般式(Ma!、 Ke)O・ANA
・10SiO1・8B!0で表わされる単斜晶系に属す
るゼオライトで、その有効細孔径はA5Aであると言わ
れている。しかしながら、天然クリノプチロライトをそ
のままのカラムに充填して窒素とメタンの混合ガスを流
通すると、窒素もメタンも吸着される現象を示し、メタ
ンから窒素を有効に吸着分離することは不可能であった
本発明者らはゼオライトの結晶構造とイオン交換特性及
び吸着特性に関する研究結果をもとに鋭意検討を重ねた
結果、クリノプチロライト構造中にカルシウムイオンを
導入することにより、メタンガス中の窒素ガスを有効に
除去出来る事を見出し、本発明を完成するに至った。
以下本発明をさらに詳細に説明する。
本発明のゼオライト吸着分離剤はクリノプチロライト型
ゼオライトを基本としたものであり、天然産のもの、合
成品どちらでもよいが、陽イオンとして含有されるカル
シウム(Oa)イオンの量がC&0乃りへモル比で表わ
してα4〜α75であることが必須である。これにより
、メタンと窒素とを分離することができる。
更に好ましい範囲はoao/rりへモル比がα45〜Q
、60の範囲である。上記OaO/Al、O,モル比が
大きくなるに従って、有効細孔径は小さくなり、C&o
/A140111モル比がこの範囲を外れるとその有効
細孔径が五7Aより大きくずれる為、五7A未満の分子
とA7A以上の分子との分離性が極端に悪くなる。一方
、カルシウムイオンを全く含有しないクリノプチロライ
トの有効細孔径は約4A近くにもなる。クリノプチロラ
イト型ゼオライトに含有されるカルシウムイオンの量が
前記範囲に入っていればその他の陽イオンの種類、量は
特に限定されない。
カルシウムイオンをクリノプチロライトに導入する方法
は通常、イオン交換法が採用される。カルシウムイオン
源としては塩化カルシウム、硝酸カルシウムなど溶解度
の大きい無機塩類などが用いられ、その濃度及び量は交
換後のカルシウム量が上記範囲に入るように選択される
。イオン交換の方式はバッチ式、カラム流通式、循環式
などいずれの方法でもよいが、イオン交換平衡状態でカ
ルシウム量が上記範囲内に入るような条件を設定する必
要がある。イオン交換平衡に達していないと細孔径にバ
ラツキが生じる原因となる為、交換液の温度を高め平衡
到達時間を出来るだけ早める方法が有利であり、50℃
以上の温度で交換することが好ましい。イオン交換終了
後は共存する陰イオンが検出されなくなるまで、水また
は温湯で十分洗滌する。洗滌後は100〜150℃の温
度で乾燥する。その後、加熱活性化して吸着分離剤とし
て用いる。
本発明の実施にあたり、カルシウムイオン交換を行う際
の、及び吸着分離剤として使用する際のクリノプチロラ
イト型ゼオライトの形状は、粉末th   ’rdrT
h、Lbk5−++什Δ女It L −44−17F−
a +、++   ?、献j+   &I& @+した
成形体のいずれのものでもよく、その性能が変わること
はない。
(作用) カルシウムイオンのみが本目的に有効な陽イオンである
ということに関しての正しい理論は、未だ明らかではな
いが、クリノプチロライトの構造を考慮することによっ
てその機構が推定できる。
クリノプチロライトの細孔構造は、10員酸素環と2つ
の8員酸素環から成り立っており、その大きさから考え
て、メタンは8員酸素環は通過しにくく、10員酸素環
のみを通過すると思われる。
一方窒素は10員、8員両酸素環を通過する。ゼオライ
ト結晶内に入ったカルシウムイオンは、優先的に10員
酸素環にとり込まれることによってその有効細孔径が五
7人となり、メタンの通過を不可能にしていると思われ
る。
本発明の方法によって得られる吸着剤の有効細孔径は、
一定温度、圧力下におけるそれぞれのガスの吸着特性か
ら判断することができる。メタンと窒素の吸着特性を測
定する方法は以下に詳記するが、一定条件下におけるそ
れぞれのガスの静的吸着容量を測定する方法と、メタン
と窒素の混合ガスを本発明のゼオライト吸着剤を充填し
た塔に流通して出口ガスの組成を分析する動的吸着特性
を測定する方法である。
即ち、静的吸着容量測定法においては、窒素を吸着する
と同時にメタンの吸着量が小さい程ゼオライトの有効g
&着着花孔径五7Aに近く、メタンの吸着量が大きい程
細孔径は五7Aより大きくなる。また動的g&着時特性
測定法おいてはメタンと窒素の分離性で評価することが
でき、分離性が良い程その吸着剤の有効吸着細孔径は五
7Aに近いと言える。
(発明の効果) 本発明の方法によって造られる有効細孔径がA7Aのゼ
オライト吸着剤は動力学的直径が!L7八未への分子と
i7A以上の分子を分離することができる。その−例と
してメタンガス中の微量成分である窒素ガスを効率的K
g&着除失することができ、上記の方法によって確認で
きる。この特性の応用例としてはOOGガスまたは炭鉱
排ガス中の窒素を効率的に除去してメタンガスを有効に
使用することができる。またこの例にとどまらず、例え
ばメタンガス中の硫化水素の除去またはキセノン中のア
ルゴンの除去などが可能である。
このように従来は困難であった混合ガス中の有効成分の
分離、精製、濃縮に適用できる。
(実施例) 以下実施例により本発明を説明するが、本発明はこれら
実施例に限定されるものではない。また実施例中で測定
した静的又は動的吸着容量法は以下の如くである。
静的吸着容量測定法: 定容性吸着量測定装置において、試料的19を550℃
で、2時間真空活性化処理後、50℃まで冷却してから
メタン(または窒素)ガスを装置内に導入して、760
wHgの圧力にしてから30分後の吸着容量(Ncc/
9)  を測定した。
動的吸着特性測定法: 内径2.8crnのステンレス製充填塔に吸着剤約30
0gを充填した後、350℃で2時間真空活性化した後
、ヘリウムガスを充填して20℃まで冷却する。その後
メタン85%、窒素15%の混合ガスを50 Ncc 
/ minの流鼠で流通して出口ガス組成をガスクロマ
トグラフで分析し、充填塔内のヘリウムガスが置換され
、出口メタンガス濃度が入口メタンガス濃度と等しくな
ってから出口ガス中に窒素ガスが検出されるまでの有効
ガス処理量(Nt/に9)を算出してメタンと窒素の分
離性を評価した。
実施例1 SiQ!7五4 wt%、 Al、01 12. ’+
 wt%、 Nan。
4、05 wt%、 MgO0,71wt%、 K、O
l 88 wt%。
OaO1,62wt%を成分として含有する天然クリノ
プチロライト破砕品1に9を、水10に9に塩化カルシ
ウム(含量74.34wt%)1.85JC9を溶解し
た水溶液中に入れ、60℃で5時間、攪拌下でイオン交
換を行った。次いで塩素イオンが検出されなくなるまで
洗浄し、110℃で乾燥して次の組成、81(47′5
. Ovt%、  Alto、  12.7 wt%、
  Na101.56wt%、Mg0(L 55 wt
%、に、OA25wt%、OaO五94 wt%のもの
を得た。OaO/AIAモル比はα56であった。この
うち3009を動的吸着特性測定法に従って、動的試験
に供した結果、有効ガス処理量は7.4Nt/に9であ
った。更に、この試料を静的吸着容量測定法にしたがっ
てメタンと窒素の吸着量を測定したところ、メタン4.
2Ncc/り、窒素1t1NQQ/9であった。
実施例2 実施側1で得たカルシウム交換クリノブチロライト破砕
品500gを、水500gに塩化カルシウム(含117
434wt%)9259を溶解した水溶液中に入れて、
実施例1と同一条件下でイオン交換を行い、5iOR7
’s 3 wt%、 Al、% 12.6 wt% 。
Is、01.05 wt%、 MgOα40 wt%、
に、02.74wt%、 0aO48f wt%の化学
組成のものを得た。
OaO/A1*On モル比はα69であった。このう
ち300gを動的吸着特性測定法にしたがって動的試験
に供した結果、有効ガス処理量は& IN t/に9で
あった。この試料を静的吸着容量測定法にしたがってメ
タンと窒素の吸着量を測定したところ、メタン2.7N
QQ/り、窒素&7Ncc/りであった。
実施例3 実施例1で使用した天然クリノプチロライトを200メ
ツシユ以下に粉砕し、この粉末をスラリー濃度15wt
%になるように2 wt%塩化カルシウム水溶液中に入
れ、60℃で3時間攪拌を行った。
次いで塩素イオンが検出されなくなるまで洗滌し、11
0℃で乾燥して次の組成81へ75.2wt%。
Al、0312.5 wt%、 NatO2,97wt
%、Mg0Q、50wt%、Kto3.34wt%、 
 OaO五42 wt%であり、aao/Alto、モ
ル比=α50の乾燥粉末を得た。
この粉末100重量部に結合剤10部と水を加えて十分
混練し、直径1.5〜五〇uの球状に成形した。この成
形体を105℃で乾燥後、550℃で2時間焼成を行っ
た。このうち3009を動的吸着特性測定法に従って、
動的試験に供した結果、有効ガス処理量は!5.4Nl
//に9であった。更にこの試料を静的吸着容量測定法
にしたがってメタンと窒素の吸着量を測定したところ、
メタンZ、0Ncc/9.窒素11.0 NQO/ 9
であった。
比較例1 実施例1で原料として使用したOaO/A%03モル比
=α24のクリノプチロライト破砕品5009をとり、
動的吸着特性測定法にしたがって動的試験に供した結果
、有効ガス処理量は2.8NL/に9であった。
比較例2 実施例1で原料として使用した。 a o/A ’に’
sモル比=[1L24のクリノプチロライト破砕品10
gを、水100gに塩化ナトリウム6gを溶解した水溶
液中に入れ、80℃で3時間攪拌下でイオン交換を行っ
た後・、塩素イオンが検出されなくなるまで洗浄した。
この操作を引き続いて2回繰返した。
次いで110℃で乾燥して次の組成Si0,64.8 
wt%。
AItOsll、0m%、  NatO5,63wt%
、MgOα18wt%、に!O[L65vt%、 0a
OQ、 19 wt%のものを得たoOaO/AlIO
3モル比は0.03であった。これを静的吸着容量測定
法にしたがってメタンと窒素の吸着量を測定したところ
、メタン15.5 Ice/り、窒素9.4 Ncc 
/ 9であった。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)陽イオンとして含有されるカルシウムイオンの量
    がCaO/Al_2O_3モル比で0.4〜0.75で
    あるクリノブチロライト型ゼオライトからなる吸着分離
    剤。
JP60270757A 1985-12-03 1985-12-03 吸着分離剤 Expired - Lifetime JPH0685870B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60270757A JPH0685870B2 (ja) 1985-12-03 1985-12-03 吸着分離剤

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60270757A JPH0685870B2 (ja) 1985-12-03 1985-12-03 吸着分離剤

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS62132542A true JPS62132542A (ja) 1987-06-15
JPH0685870B2 JPH0685870B2 (ja) 1994-11-02

Family

ID=17490560

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP60270757A Expired - Lifetime JPH0685870B2 (ja) 1985-12-03 1985-12-03 吸着分離剤

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0685870B2 (ja)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4964889A (en) * 1989-12-04 1990-10-23 Uop Selective adsorption on magnesium-containing clinoptilolites
US5019667A (en) * 1988-06-14 1991-05-28 Uop Process for purification of hydrocarbons
US5116793A (en) * 1988-06-14 1992-05-26 Uop Process for modifying clinoptilolite adsorbent
NL1001479C2 (nl) * 1995-10-23 1997-04-25 Holding Company Belgie Nv Werkwijze voor het bereiden van een gemodificeerd zeoliet en toepassing daarvan voor het zuiveren van water.
JP2011231007A (ja) * 2011-08-02 2011-11-17 Tosoh Corp クリノプチロライト及びそれを用いた窒素吸着剤
JP2014240345A (ja) * 2013-05-15 2014-12-25 東ソー株式会社 ストロンチウム型クリノプチロライトの製造方法
JP2019171286A (ja) * 2018-03-28 2019-10-10 東ソー株式会社 窒素の吸着分離方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5019667A (en) * 1988-06-14 1991-05-28 Uop Process for purification of hydrocarbons
US5116793A (en) * 1988-06-14 1992-05-26 Uop Process for modifying clinoptilolite adsorbent
US4964889A (en) * 1989-12-04 1990-10-23 Uop Selective adsorption on magnesium-containing clinoptilolites
NL1001479C2 (nl) * 1995-10-23 1997-04-25 Holding Company Belgie Nv Werkwijze voor het bereiden van een gemodificeerd zeoliet en toepassing daarvan voor het zuiveren van water.
JP2011231007A (ja) * 2011-08-02 2011-11-17 Tosoh Corp クリノプチロライト及びそれを用いた窒素吸着剤
JP2014240345A (ja) * 2013-05-15 2014-12-25 東ソー株式会社 ストロンチウム型クリノプチロライトの製造方法
JP2019171286A (ja) * 2018-03-28 2019-10-10 東ソー株式会社 窒素の吸着分離方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0685870B2 (ja) 1994-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6068682A (en) Small-pored crystalline titanium molecular sieve zeolites and their use in gas separation processes
US5868818A (en) Adsorbent for air separation, production method thereof, and air-separation method using it
JPH10212103A (ja) 水素精製でのpsa法の改良
US6423295B1 (en) Synthesis of aluminum rich AFI zeolite
JP2002154821A (ja) ガスの浄化装置および浄化方法
Flanigen et al. Commercial properties of natural zeolites
JP2013147415A (ja) ストロンチウム交換クリノプチロライト
KR870000267B1 (ko) 펠릿형 제올라이트 흡착제에 대한 기체 분리 카이네틱스를 향상시키는 방법
JPS62132542A (ja) 吸着分離剤
Schwochow et al. Zeolites—Their Synthesis, Structure, and Applications
US3001607A (en) Chlorine separation process
JPS61107941A (ja) 吸着分離剤
WO1991012885A1 (fr) Adsorbant selectif pour ions ammonium et pour ammoniac et preparation d'un tel agent
JPS62132727A (ja) クリノプチロライト型ゼオライトおよびその製造方法
CA2148773C (en) Gas separation with lithium-containing zsm-2 metallosilicates
Coughlan et al. Ion-Exchanged Zeolite A: Sorptive Properties of Carbon Dioxide and Ammonia: I. Sorbents and Sorption Equilibria
US2972516A (en) Crystalline zeolite z and method for preparing same
JP6303791B2 (ja) ストロンチウム型クリノプチロライトの製造方法
Nikolina et al. Molecular Sieves—Preparation, Properties, and Applications
JPS61291037A (ja) 溶融塩の精製方法
EP0136067A2 (en) Tailoring acid strength of ZSM-11
JPH10128106A (ja) 酸素psa用吸着剤、その製造法並びにそれを用いた酸素製造方法
JP7119494B2 (ja) 窒素の吸着分離方法
JP2775412B2 (ja) リチウム同位体分離剤
JPS6068052A (ja) ゼオライト系組成物からなる酸素と窒素との分離剤