[發明專利]一種沸石分子篩的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201710943405.2
• 申請日: 2017-10-11
• 公開（公告）號: CN107500307B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 楊江峰;劉佳奇;尚華;楊成蔭;李晉平
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C01B39/02
• 分類號: C01B39/02;B01D53/02;C10L3/10
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 張彩琴;李曉娟

本發明屬于分離材料技術領域，具體涉及一種沸石分子篩的制備方法。更具體地說，是一種對CH₄和CO₂具有“分子門”效應的氣體分離材料，該分離材料可廣泛應用于天然氣中CO₂的分離和回收。所述制備方法為進行硅鋁比調節，所采用的原料摩爾比為SiO₂/Al₂O₃=4.0?4.26得到ZK?5分子篩；將分子篩加入到鉀鹽溶液，加熱攪拌進行離子交換，并且在加熱過程中持續加入蒸餾水以保持溶液的總量不變；離子交換之后，用去離子水繼續洗滌過濾，干燥得到K?ZK?5沸石分子篩。由于硅鋁比的改變和K⁺的引入使得該分子篩表現出了“分子門”效應，即只吸附動力學直徑較小的CO₂，對CH₄和N₂等較大的氣體分子吸附量極低。

技術領域

本發明屬于分離材料技術領域，具體涉及一種沸石分子篩的制備方法。更具體地說，是一種對CH₄和CO₂具有“分子門”效應的氣體分離材料，該分離材料可廣泛應用于天然氣中CO₂的分離和回收。

背景技術

天然氣是一種以CH₄氣體為主的優質、高效、清潔的低碳能源，可分為常規天然氣和非常規天然氣。目前，常規天然氣已經廣泛應用于生產、生活的各個領域，且其需求量日益增加。此外亞質量天然氣儲量（包括酸性天然氣儲量）分布相當廣泛，儲量豐富。亞質量天然氣儲量被定義為含有大于2％的CO₂、4％的N₂和4 ppm的硫化氫（H₂S）的氣田。據估計一半以上的天然氣資源含有大于2％的CO₂，這就對亞質量、非常規和偏遠天然氣儲量的開發（包括通過LNG生產的開發）的氣體處理提出新的挑戰。CO₂、H₂S以及其它酸性氣體必須從天然氣中除去，因為在水的存在下，這些雜質可以形成腐蝕管道和其它設備的酸。雖然本發明并不關注H₂S的去除，但是從天然氣中脫除這些有毒的酸性氣體也是十分必要的。

天然氣脫除CO₂的工藝，主要包括以下幾種方法：

1.溶液吸收技術：利用CO₂與吸收劑在吸收塔內進行相互反應，使CO₂被吸收到化學溶劑中，之后在解析塔中加熱分解出，從而進行分離及回收。常規胺處理方法的工藝缺點包括：（1）胺再生所需的大量能量；（2）胺的相對較低的CO₂負載能力需要高溶劑循環速率和大直徑的高壓吸收塔；（3）腐蝕性胺溶液容易引起高的設備腐蝕速率；（4）胺容易降解形成有機酸。

2.低溫分離技術：低溫分離技術是利用天然氣原料氣中各氣體組分沸點的不同，通過低溫制冷將氣體中各組分按照工藝要求冷凝下來，然后采用蒸餾法將逐一加以分開。盡管CO₂的低溫分離作為高選擇性處理CO₂的天然氣具有很好的潛力，但該脫碳工藝也有一些缺點，如工藝設備成本高，能耗高。

3.CO₂選擇性膜技術：CO₂選擇性膜技術在大規模分離CO₂方面的應用在天然氣工業和燃燒煙氣中捕獲CO₂方面正在增加。在天然氣工業中使用的商業膜技術主要是通過溶液-擴散機制分離組分的無孔聚合物膜。 通過溶液擴散機制將氣體分子傳輸，通過膜首先通過將氣體分子吸收到膜中，然后通過膜材料的擴散或滲透而發生。因此，通過天然氣進料的組分的溶解度和遷移行為的差異來實現氣體組分的分離。但是膜分離法也存在其不可避免的缺點，如CH₄損失較多，難得到高純度CH₄，而且膜的成本比較昂貴且易受污染。