通过沸石的受控结构塌陷进行的超小孔铝硅酸盐的合成制造技术

一种形成高选择性超小孔无定形吸附剂的方法，包括：向铝硅酸钠沸石中引入离子交换材料，从而形成离子交换沸石；在煅烧温度下对所述离子交换沸石进行煅烧，以使所述离子交换沸石塌陷并形成脱阳离子的无定形吸附剂；向所述脱阳离子的无定形吸附剂中引入背离子交换材料，使得形成所述高选择性超小孔无定形吸附剂。所述高选择性超小孔无定形吸附剂的孔洞尺寸能够有效地使二氧化碳吸附至所述无定形吸附剂内，并且能够有效地阻止甲烷被吸附至所述无定形吸附剂内。

Synthesis of ultra small pore Aluminosilicate by collapse of controlled structure of zeolite

The formation of a highly selective super pore method, amorphous adsorbent includes: to sodium silicate zeolite by ion exchange material, thereby forming ion exchange in zeolite; calcination temperature on the ion exchange of zeolite were calcined in amorphous adsorbent the collapse and the formation of energy-saving ion exchanged zeolite ion; to introduce back ion exchange adsorbent in the amorphous material energy-saving ion, which formed the high selectivity of super pore amorphous adsorbent. The high selectivity of super pore size without amorphous adsorbent can effectively make carbon dioxide adsorption to the amorphous adsorbent, and can effectively prevent methane is adsorbed to the amorphous adsorbent in.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过沸石的受控结构塌陷进行的超小孔铝硅酸盐的合成
本专利技术的
涉及沸石。更具体而言，本领域涉及用于天然气纯化的部分塌陷的沸石。
技术介绍
天然气的开采占全球能量开采总量的几乎四分之一。天然气的输送主要通过管道进行，而关于天然气输送的要求每个国家是不同的。通常对于惰性气体(主要为氮气形式)和二氧化碳的量有具体的限制。井口气(wellheadgas)中的氮气含量在约0.5摩尔％至约5摩尔％范围内；然而，在一些资源中，氮气含量可高达30摩尔％。质量较差的天然气的氮气浓度大于4摩尔％。井口气中的二氧化碳的含量通常在0.2摩尔％至约1摩尔％范围内。质量较差的天然气的二氧化碳浓度大于2摩尔％。不利的是，二氧化碳为酸性气体，其会与水形成碳酸，而碳酸会与碳钢以及其他易于酸化的金属发生反应，并将其腐蚀，尤其是在管道沿线中形成有水性液体的水洼(pool)的区域处更是如此。这两种气体不具有热值，因此其会降低井口气的热品质。通常通过气-液接触器中的323°K-333°K下的胺净化(aminescrubbing)从而除去二氧化碳。饱和烷醇胺在383°K-403°K下再生，并释放纯二氧化碳。该工艺为能量密集工艺，并且涉及使用具有腐蚀性和毒性的溶剂。从甲烷中除去氮气是非常困难的。从甲烷中分离出氮气的唯一商业化工艺是低温蒸馏，其中涡轮膨胀机将气体温度降至约220°K。必须将缺氮产品流(nitrogen-poorproductstream)再压缩以将其有效地输送通过管道。涡轮膨胀和再压缩均消耗大量的能量。利用沸石的吸附工艺显示出进行一定的CH4–CO2分离和CH4–N2分离的能力。Molecular(EngelhardCorp.；位于美国新泽西州Iselin市)使用了掺杂有过渡金属的钛硅酸盐类沸石(结构为ETS和CTS)，其使得沸石的微孔能够基于活化温度而调节。其他吸附剂包括用于CH4–N2分离的碳分子筛。使用金属交换斜发沸石的变压吸附(PSA)体系在CH4–N2分离中也显示出一定的前景。也有人进行了使用CMS3A(碳分子筛3A)来进行CH4–CO2分离的试验。作为N2和CO2的选择性吸附剂，沸石类材料是有吸引力的选择。沸石13X(其为铝硅酸盐沸石)已显示出在低温下除去烟道气中的一些二氧化碳。沸石是热化学稳定的，能够从市场上获得，并且可通过对沸石的后处理(如离子交换)从而控制其表面。最重要的是，沸石具有被很好地限定的微孔结构，其平均直径范围为约0.3纳米(nm)至约1.5nm。对于这种平均直径范围的尺寸，沸石能够提供将特定天然气组分彼此分离的分子筛效果。尽管沸石具有这些优势，从CH4中分离出N2和CO2仍存在挑战。由于这些化合物的动力学直径间的差异非常微小(CO2：0.33nm；N2：0.36nm；CH4：0.38nm)，因此要求精确地形成沸石的孔。应注意到，难以将沸石(以及其他材料)的孔径控制在超小孔范围(平均直径小于0.38nm)以内。钛硅酸盐型ETS-4在小分子分离中的引人之处在于其孔尺寸的调节。钛硅酸盐材料存在两个显著问题。首先，其热稳定性较低，更加难以将其用在使用热循环以促进吸附和解吸附的工艺中。其次，其难以获得。铝硅酸盐类沸石更为常见，并且其价格远低于钛硅酸盐类沸石。
技术实现思路
一种形成高选择性的超小孔无定形吸附剂的方法，包括：向铝硅酸钠沸石中引入离子交换材料，从而形成离子交换沸石。该方法包括在煅烧温度下对离子交换沸石进行煅烧，以使离子交换沸石塌陷并形成脱阳离子的无定形吸附剂。该方法包括向脱阳离子的无定形吸附剂中引入背离子交换(backion-exchange)材料，使得形成高选择性的超小孔无定形吸附剂。这种高选择性的超小孔无定形吸附剂的孔洞尺寸能够有效地使二氧化碳吸附至无定形吸附剂内，并且能够有效地阻止甲烷被吸附至无定形吸附剂内。高选择性的超小孔无定形吸附剂包括由经过阳离子交换的塌陷的铝硅酸盐沸石构成的铝硅酸盐基体。该无定形吸附剂的孔洞尺寸能够有效地使二氧化碳吸附至无定形吸附剂内，并且能够有效地阻止甲烷被吸附至无定形吸附剂内。该无定形吸附剂具有二氧化碳/甲烷选择性。一种提质天然气流的方法，包括将天然气引入容纳有高选择性的超小孔无定形吸附剂的容器内。所引入的天然气为未提质的天然气，并且具有第一摩尔百分比的氮气和第一摩尔百分比的二氧化碳。该方法包括将天然气在所述容器内保持一定的停留时间，使得天然气与无定形吸附剂接触，并形成提质的天然气。提质的天然气具有第二摩尔百分比的氮气和第二摩尔百分比的二氧化碳。第一摩尔百分比的氮气大于第二摩尔百分比的氮气。第一摩尔百分比的二氧化碳大于第二摩尔百分比的二氧化碳。高选择性的超小孔无定形吸附剂可用于通过选择性地除去天然气流中的大量氮气和二氧化碳从而将质次的天然气提质，其可立即提升天然气流的质量。该材料是无定形的，而不像ETS沸石或CTS沸石那样是结晶性沸石，因此该材料具有更高的水热稳定性。这使得该无定形吸附剂可用于采用热循环作为部分吸附/解吸附工艺的系统中。此外，起始材料-林德A型沸石(LindeTypeAzeolite)-能够更广泛地获得，使得与钛类材料相比，所述无定形吸附剂在低价值地层的气体开采和更偏远位置的气体开采中的应用更为可行。最后，与许多盐类和溶剂类去除体系不同的是，无定形吸附剂是环境友好且无毒的。附图简要说明通过以下优选实施方式、随附权利要求书以及附图的详细说明，可以更清楚地理解本专利技术的上述及其他特征、方面和优点，其中：图1示出了用于确定样品的气体吸附能力的高压重量吸附分析系统的简化示意图；图2示出了比较例(CE)和样品1-5的三十分钟内的CO2和CH4吸附动力学曲线图。图3A示出了比较例(CE)和样品1-6在30分钟测量点处的CO2和CH4气体吸附能力的曲线图；并且图3B示出了比较例(CE)和样品1-4在30分钟测量点处的CO2和CH4气体吸附选择性的曲线图。图1-3B及其说明有助于更好地理解使用部分塌陷沸石进行天然气纯化的方法。图1-3B绝不应当限制或限定本专利技术的范围。图1为简单示意图以便易于说明。具体实施方式本说明书中包括
技术实现思路
、附图简要说明和优选实施方式的详细说明，以及所附的涉及本专利技术特定特征(包括过程或方法步骤)的权利要求。本领域技术人员应当理解本专利技术包括说明书中描述的特定特征的所有可能的组合和用途。本领域技术人员应当理解本专利技术不受限于说明书中所给出的实施方式的描述。本专利技术的主题仅受说明书和所附权利要求书的精神的限制。本领域技术人员应当理解用于描述具体实施方式的术语并不限制本专利技术的范围或宽度。在理解说明书和所附权利要求时，所有术语均应以符合每个术语上下文的尽可能宽泛的方式解释。除非另有定义，否则说明书和所附权利要求书中使用的所有技术和科学术语都具有与本专利技术所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。除非上下文另有明确说明，否则说明书和随附权利要求书中所使用的单数形式“一个”、“一种”和“所述”也包括复数指代。动词“包括”和其动词变化形式应理解为是指非排他方式的元件、组件或步骤，并且适当地示意性示出的本专利技术可以在缺少任何未具体披露的元件的条件下实施，包括“基本上由…构成”和“由…构成”。所引用的元件、组件或步骤可与其它未明确引用的元件、组件或步骤一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成高选择性超小孔无定形吸附剂的方法，该方法包括如下步骤：向铝硅酸钠沸石中引入离子交换材料，从而形成离子交换沸石；在煅烧温度下对所述离子交换沸石进行煅烧，以使所述离子交换沸石塌陷并形成脱阳离子的无定形吸附剂；向所述脱阳离子的无定形吸附剂中引入背离子交换材料，使得形成所述高选择性超小孔无定形吸附剂；其中所述高选择性超小孔无定形吸附剂的孔洞尺寸能够有效地使二氧化碳吸附至所述无定形吸附剂内，并且能够有效地阻止甲烷被吸附至所述无定形吸附剂内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.23 US 14/311,9801.一种形成高选择性超小孔无定形吸附剂的方法，该方法包括如下步骤：向铝硅酸钠沸石中引入离子交换材料，从而形成离子交换沸石；在煅烧温度下对所述离子交换沸石进行煅烧，以使所述离子交换沸石塌陷并形成脱阳离子的无定形吸附剂；向所述脱阳离子的无定形吸附剂中引入背离子交换材料，使得形成所述高选择性超小孔无定形吸附剂；其中所述高选择性超小孔无定形吸附剂的孔洞尺寸能够有效地使二氧化碳吸附至所述无定形吸附剂内，并且能够有效地阻止甲烷被吸附至所述无定形吸附剂内。2.权利要求1所述的方法，其中所述铝硅酸钠沸石为林德A型沸石。3.权利要求1或2所述的方法，其中所述离子交换材料的正离子为铵离子。4.权利要求1或2所述的方法，其中所述煅烧温度在473°K至773°K的范围内。5.权利要求1或2所述的方法，其中所述孔洞尺寸在0.33nm至0.38nm的范围内。6.权利要求1或2所述的方法，其中所述背离子交换材料的正离子选自由碱金属阳离子或碱土金属阳离子构成的组中。7.权利要求6所述的方法，其中所述正离子为钠阳离子。8.权利要求1或2所述的方法，其中在8巴的压力和298°K的温度下经过30分钟之后，所述无定形吸附剂的二氧化碳/甲烷选择性系数在大于2.5至6.5的范围内。9.权利要求1或2所述的方法，其中在8巴的压力和298°K的温度下经过2分钟之后，所述无定形吸附剂的二氧化碳/甲烷选择性系数在大于2.5至40的范围内。10.一种高选择性超小孔无定形吸附剂，包括由经过阳离子交换的塌陷的铝硅酸盐沸石构成的铝硅酸盐基体，其中所述无定形吸附剂的孔洞尺寸能够有效地使二氧化碳吸附至所述无定形吸附剂内...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·王，杰马尔·埃尔詹，拉什德·M·奥斯曼，M·崔，H·金，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，韩国科学技术院，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯,SA