[發明專利]通過鈉沸石類沸石選擇性分離氫氣或氦氣的方法及新型鈉沸石類沸石

有效

• 申請號: 200980156384.3
• 申請日: 2009-09-21
• 公開（公告）號: CN102307645A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 洪錫鳳
• 申請（專利權）人: 浦項工科大學校產學協力團
• 主分類號: B01D53/02
• 分類號: B01D53/02;C01B39/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 謝順星

技術領域

本發明涉及一種新型鈉沸石類沸石及利用所述鈉沸石類沸石的氣體選擇性分離，更具體地涉及鈉沸石類沸石的氫氣或氦氣的選擇性分離及其方法。

背景技術

含有沸石的分子篩內部，由于在以下的誤差范圍內具有大小均一，并且根據骨架結構其形態也不同的極微細孔，因此顯示出了在無定形氧化物中觀察不到的特殊形態選擇性。并且，這些納米多孔性材料作為離子交換劑、分離劑、催化劑或催化劑載體正廣泛地應用于精細化工行業及石化行業等[Kirk?Othmer?Encyclo.Chem.Technol.，1996，16卷，888頁]。這種納米多孔性材料的成功是由于在過去的幾十年里持續發現了骨架結構或組成與現有的物質不同的新型沸石，因此多個重要的化學工藝能夠在商業上獲得劃時代的改善。骨架元素由鎵和硅組成的鎵硅酸鹽沸石因為具有與鋁硅酸鹽沸石不同的物理化學性質及催化劑性質[Oil?Gas?J.，1985，83卷，1288頁]，因此對于其合成方面的研究一直很活躍，到目前為止已有20多種具有相互不同的骨架結構的鎵硅酸鹽沸石的相關報道[Chem.Rev.2000，100卷，2303頁]。

本發明人為了合成一種骨架結構和組成與目前已知的沸石及分子篩不同的分子篩進行了不斷地研究，發現了一種具有新的組成的鎵硅酸鹽沸石，并發現了這一系列的沸石在氣體吸附方面具有特殊的性能。

從工業用的基礎材料到一般燃料、半導體、燃料電池等現有的能源體系，幾乎所有領域都會用到高純氫氣。因此，其作為能夠代替現有的以電和氣為主的基礎能源體系的下一代能源資源而受到關注。為了脫離現有的能源體系，建立氫氣能源體系，需要擴大到非工業用途市場、即商用、家庭用市場領域，因此需要生產大量氫氣的技術作為后盾。從更加長遠的經濟角度來看，氫氣生產的單位成本應低于化石燃料生產的單位成本。目前為止已知大量生產氫氣的方法包括：(1)通過電解水生產氫氣的方法；(2)水蒸氣重整制氫的方法。由于(1)中生產的氫氣和氧氣的制備價格對電力的依賴性大，因此如果電力成本高會完全沒有經濟效益。并且，雖然現在正在進行通過風力、太陽能等再生能源生產價格低廉的電，并利用所述電通過電解來制備氫氣的系統研究，但是技術上還存在很多問題，不能夠應用到實際當中。因此，在目前的情況下，為了大量生產氫氣采用(2)水蒸氣重整制氫的方法是最合適的方法。水蒸氣重整法是利用天然氣和煉油廠的副產物重石腦油來獲得氫氣氣體的方法，將這種碳氫化合物在800℃左右的高溫下，以氧化鎳作為催化劑使用，并與水蒸氣進行反應，從而轉化為CO、CO₂、H₂的合成氣。將這時候得到的合成氣通過氣體分離法按用途進行處理，為了最后得到高純度的氫氣，將通過重整法得到的合成氣體中的CO通過變換反應轉化成CO₂、H₂，分離CO₂，并從反應體系中剩下的CO、H₂O、CH₄等雜質中分離出H₂并進行純化。

在氫氣的分離純化工藝中具有代表性的為變壓吸附工藝(Pressure?Swing?Adsorption，PSA)和膜(Membrane)分離工藝。變壓吸附工藝是將原料氣體在高壓狀態下通過裝滿吸附劑的吸附塔，首先吸附選擇性高的成分并去除，作為希望得到的選擇性低的成分會被排出到吸附塔外。但是這個工藝是在800℃左右的高溫下進行平衡反應，因此除了裝置本身的復雜化和大型化，處理工藝及設備數量會增多，其設備費用也很昂貴，在裝置維護修理方面也有困難。此外，因得不到高純氫氣，從而不能夠充分地普及。膜分離工藝是現在實際應用的工藝，大部分是通過作為氫氣透過性金屬膜的Pd-Ag合金膜來實現氫氣的分離純化。但是，Pd價格昂貴，并且資源也不充足，會受到限制，因此期待開發出一種能夠代替它的物質。