專利名稱：高性能變壓吸附5a分子篩及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于變壓吸附(簡稱PSA)制氧，制氫及石油脫蠟的高性能變壓吸附5A分子篩及其制備方法。
背景技術：
變壓吸附(PSA)過程的特點是通過改變壓力和溫度進行分子篩的吸附和解吸，吸附周期短，切換頻繁，壓為變化大。因此對分子篩的擴散速率要求高，對分子篩的機械強度要求也較高。
傳統(tǒng)的PSA分子篩產(chǎn)品的制備方法，是用4A分子篩原粉經(jīng)Ca2+交換后，加黏結劑滾球成型，再焙燒后制得。分子篩在成型后，經(jīng)焙燒，使黏結劑與分子篩原粉黏結在一起，并具有一定的強度。而分子篩原粉顆粒之間也形成了所謂的二次孔(區(qū)別于分子篩晶體內(nèi)部的微孔)。分子篩的二次孔結構對產(chǎn)品的機械強度和擴散速率有很大影響。用傳統(tǒng)方法制備的分子篩往往在具有較好的機械強度時，其吸附量就較低，擴散速率也慢；而如果減少黏合劑使用量，可以在一定程度上提高吸附量，但機械強度又會降低，不能滿足使用的要求。
美國專利USP3,394,989的方法是以粘土加少量4A分子篩原粉，預成型后經(jīng)堿處理，以改善產(chǎn)品的孔結構。中國專利CN92111878，3中公開了一種5A分子篩的制備方法，它是采用4A分子篩粉加入15-35％的粘土和0.2-2％的植物淀粉成型，再經(jīng)堿處理和Ca2+交換制成5A分子篩。由于粘土的加入量較大，因此其吸附量和擴散速率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有較高擴散速率和較高機械強度的高性能變壓吸附5A分子篩。
本發(fā)明變壓吸附5A分子篩的制備方法包括如下工藝步驟(1)80-95重量份的4A分子篩原粉與5-20重量份的粘合劑混合，加入1-50重量份的添加劑植物纖維粉，在高速制粒機中高速攪拌造粒，高速制粒機的轉速為200-1000轉/分。
(2)將造粒后的顆粒狀中間產(chǎn)物根據(jù)產(chǎn)品要求的細度進行篩分，烘干后經(jīng)200℃-1000℃高溫焙燒。
(3)焙燒后的中間產(chǎn)物浸入4-25％重量百分比的氫氧化鈉溶液中進行堿處理，洗滌后用2-20％重量百分比的CaCl2溶液進行Ca2+交換，洗滌、烘干后，將該顆粒狀產(chǎn)物在100℃-800℃進行二次焙燒，得到高性能變壓吸附5A分子篩產(chǎn)品。
本發(fā)明中的粘合劑為高嶺土類粘土，加入量為6-12重量份更好。
本發(fā)明中的植物纖維粉的細度為100目-1000目，添加量為2-10重量份更好。
本發(fā)明中的植物纖維粉是由植物殼、植物莖、植物桿中任選一種或兩種以上經(jīng)粉碎制得。
本發(fā)明的工藝步驟(3)中，焙燒后的中間產(chǎn)物用4-25％重量百分比的氫氧化鈉溶液浸漬處理，洗滌后用2-20％重量百分比的CaCl2溶液進行Ca2+交換。其中所述的氫氧化鈉溶液與中間產(chǎn)物的液料重量比為3-14∶1，所述的CaCl2溶液中所含的純CaCl2與中間產(chǎn)物的重量為0.4-0.8∶1。
本發(fā)明中制得的變壓吸附5A分子篩產(chǎn)品的顆粒直徑為0.4-2.5mm。
在本發(fā)明的制備過程中減少粘結劑的加入量，可以提高產(chǎn)品的吸附容量，添加植物纖維粉，可以改善產(chǎn)品的多孔結構，提高產(chǎn)品的擴散速率。用高速制粒機造粒，保持高速攪拌，從而得到具有較高強度的中間產(chǎn)品，中間產(chǎn)品的顆粒直徑在0.4-2.5mm之間較好；中間產(chǎn)品需經(jīng)200℃-1000℃高溫焙燒，以保證以后處理的順利進行；焙燒后的產(chǎn)品用NaOH溶液進行處理，洗滌后用CaCL2溶液進行交換、洗滌、干燥后再經(jīng)100℃-800℃焙燒得到產(chǎn)品。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下特點一、由于在分子篩的制備中減少了粘合劑的用量，提高了產(chǎn)品的吸附容量。二、添加了植物纖維粉，改善了產(chǎn)品的多孔結構，提高了產(chǎn)品的擴散速率。三、通過高速造粒提高了產(chǎn)品的機械強度。
具體實施例方式
現(xiàn)結合實施例，對本發(fā)明內(nèi)容作進一步的說明。
實施例194份(重量)4A分子篩原粉與6份(重量)高嶺土混合，加植物纖維粉(植物殼制，過320目)1.5份(重量)在高速制粒機中高速攪拌10分鐘造粒，經(jīng)篩分得Φ1.6-2.5mm的中間產(chǎn)物，烘干后經(jīng)800℃焙燒，焙燒后的中間產(chǎn)物浸入5％(重量)的氫氧化鈉溶液中堿處理，洗滌后用4％(重量)的CaCl2溶液進行Ca2+交換，洗滌烘干后在500℃下焙燒。得到的產(chǎn)品強度為33牛頓；用BET法測定其H2O吸附量，相對濕度50％時為26.02％；用色譜法測定其擴散速率O2為1.04×10-2cm2/秒，N2為1.03×10-3cm2/秒；用動態(tài)評價裝置測定其富氧能力O2為92.6％時，純O2產(chǎn)率為20.05標準升/小時公斤。
實施例292份(重量)4A分子篩原粉與8份(重量)高嶺土混合，加植物纖維粉(植物殼制，過320目)1.5份(重量)，在高速制粒機中高速攪拌10分鐘造粒，經(jīng)篩分得Φ1.6-2.5mm的中間產(chǎn)物，烘干后經(jīng)800℃焙燒，熔燒后的中間產(chǎn)物浸入10％(重量)的氫氧化鈉溶液中堿處理，洗滌后用6％(重量)的CaCl2溶液進行Ca2+交換，洗滌烘干后在500℃焙燒，得到的產(chǎn)品強度為33牛頓；用BET法測定其H2O吸附量，相對濕度50％時為26.07％；用色譜法測定其擴散速率O2為1.05×10-2m2/秒，N2為1.04×10-3cm2/秒，用動態(tài)平價裝置測定其富氧能力O2為92.7％時，純O2產(chǎn)率為20.00標準升/小時·公斤。
實施例390份(重量)4A分子篩原粉與10份(重量)高嶺土混合，加植物纖維粉(植物莖制，過400目)5份(重量)，在高速制粒機中高速攪拌10分鐘，經(jīng)篩分得到Φ0.4-0.85mm的中間產(chǎn)物，烘干后經(jīng)700℃焙燒，焙燒后的中間產(chǎn)物浸入15％(重量)的氫氧化鈉溶液中堿處理，洗滌后用10％(重量)的CaCl2溶液進行Ca2+交換，洗滌、烘干后在400℃下焙燒，得到的產(chǎn)品強度為35牛頓，用BET法測其H2O吸附量，相對濕度50％時為27.16％；用色譜法測定其擴散速率O2為1.14×10-2cm2/秒，N2為3.20×10-3cm2/秒，用動態(tài)平價裝置測定其富氧能力O2為92.5％時，純O2產(chǎn)率為23.10標準升/小時公斤。
實施例488份(重量)4A分子篩原粉與12份(重量)高嶺土混合，加植物纖維粉(植物桿制，過250目)30份(重量)，在高速制粒機中高速攪拌20分鐘，經(jīng)篩分得到Φ1.6-2.5mm的中間產(chǎn)物，烘干后經(jīng)800℃焙燒，焙燒后的中間產(chǎn)物浸入20％(重量)的氫氧化鈉溶液中堿處理，洗滌后用15％(重量)的CaCl2溶液進行Ca2+交換，洗滌、烘干后在500℃下焙燒，得到的產(chǎn)品強度為41牛頓，用BET法測其H2O吸附量，相對濕度50％時為25.29％；用色譜法測定其擴散速率O2為4.38×10-3m2/秒，N2為1.04×10-3cm2/秒，用動態(tài)平價裝置測定其富氧能力O2為93.1％時，純O2產(chǎn)率為20.89標準升/小時公斤。
實施例582份(重量)4A分子篩原粉與20份(重量)高嶺土混合，加植物纖維粉(植物莖制，過250目)50份(重量)，在高速制粒機中高速攪拌20分鐘，經(jīng)篩分得到Φ1.6-2.5mm的中間產(chǎn)物，烘干后經(jīng)800℃焙燒，焙燒后的中間產(chǎn)物浸入25％(重量)的氫氧化鈉溶液中堿處理，洗滌后用10％(重量)的CaCl2溶液進行Ca2+交換，洗滌、烘干后在600℃下焙燒，得到的產(chǎn)品強度為40牛頓，用BET法測其H2O吸附量，相對濕度50％時為26.05％；用色譜法測定其擴散速率O2為4.40×10-3m2/秒，N2為1.04×10-3cm2/秒，用動態(tài)平價裝置測定其富氧能力O2為92.5％時，純O2產(chǎn)率為20.05標準升/小時公斤。
對比實施例82份(重量)4A分子篩原粉與18份(重量)高嶺土混合后滾球成型得到Φ1.6-2.5mm的中間品，烘干后經(jīng)700℃焙燒，焙燒后的中間產(chǎn)物浸入15％(重量)的氫氧化鈉溶液中堿處理，洗滌后用10％(重量)的CaCl2溶液進行Ca2+交換，洗滌、烘干后在500℃下焙燒，得到的產(chǎn)品強度為20牛頓，用BET法測其H2O吸附量，相對濕度50％時為22.85％；用色譜法測定其擴散速率O2為6.26×10-4cm2/秒，N2為2.35×10-4cm2/秒，用動態(tài)平價裝置測定其富氧能力O2為90.0％時，純O2產(chǎn)率為15.4標準升/小時公斤。
權利要求
1.一種高性能變壓吸附5A分子篩的制備方法，其特征在于包括如下工藝步驟(1)80-90重量份的4A分子篩原粉與5-20重量份的粘合劑混合，加入1-50重量份的添加劑植物纖維粉，在高速制粒機中高速攪拌造粒，高速制粒機的轉速為200-1000轉/分；(2)將造粒后的顆粒狀中間產(chǎn)物根據(jù)產(chǎn)品要求的細度進行篩分，烘干后經(jīng)200℃-1000℃高溫熔燒；(3)焙燒后的中間產(chǎn)物浸入4-25％重量百分比的氫氧化鈉溶液中進行堿處理，洗滌后，用2-20％重量百分比的CaCl2溶液進行Ca2+交換，洗滌、烘干后，將該顆粒狀產(chǎn)物在100℃-800℃進行二次焙燒，得高性能變壓吸附5A分子篩產(chǎn)品。
2.根據(jù)權利要求1所述的5A分子篩的制備方法，其特征在于所述的粘合劑為高嶺土類粘土，加入量為6-10重量份。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的5A分子篩自制備方法，其特征在于所述的植物纖維粉的細度為100目-1000目，添加量為2-10重量份。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的5A分子篩的制備方法，其特征在于所述的植物纖維粉是由植物殼、植物莖、植物桿中任選一種或兩種以上經(jīng)粉碎制得。
5.根據(jù)權利要求1所述的5A分子篩的制備方法，其特征在于步驟(3)中所述的氫氧化鈉溶液與中間產(chǎn)物的液料重量比為3-14∶1，所述的CaCl2溶液中所含的純CaCl2與中間產(chǎn)物的重量比為0.4-08∶1。
6.根據(jù)權利要求1所述的5A分子篩的制備方法，其特征在于制得的5A分子篩產(chǎn)品的顆粒直徑為0.4-2.5mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高性能變壓吸附5A分子篩的制備方法，其包括如下工藝步驟(1)80－90重量份的4A分子篩原粉與5－20重量份的高嶺土類粘土混合，加入1－50重量份的添加劑植物纖維，在高速制粒機中造粒。(2)將造粒后的顆粒狀中間產(chǎn)物根據(jù)產(chǎn)品細度要求進行篩分，烘干后經(jīng)200℃－1000℃高溫焙燒。(3)焙燒后的中間產(chǎn)物浸入4－25％(重量)的氫氧化鈉溶液中進堿處理，洗滌后用2－20％(重量)的CaCl
文檔編號B01J20/18GK1530167SQ0311574
公開日2004年9月22日 申請日期2003年3月11日 優(yōu)先權日2003年3月11日
發(fā)明者張永全, 顧曉明, 章少俊 申請人:中美合資上海錦中分子篩有限公司