用于氣體深度脫水的分子篩整體式吸附劑的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于氣體深度脫水的分子篩整體式吸附劑的制備方法，解決分子篩吸附劑難以完全滿足氣體深度脫水要求的問題。本發(fā)明包括以下步驟：(1)將活性分子篩與鋁酸、助擠劑、干燥添加劑和無機(jī)纖維均勻混合；(2)將混合干粉與水混合，并捏合制成生坯料；(3)將生坯料進(jìn)行老化，得到熟坯料；(4)將熟坯料壓制成型，得到蜂窩狀坯體；(5)將蜂窩狀坯體定型干燥陳化；(6)將定型干燥陳化后的蜂窩狀坯體進(jìn)行二次干燥；(7)將二次干燥后的蜂窩狀坯體焙燒，然后爐冷，即得吸附劑。本發(fā)明具有抗壓耐磨強(qiáng)度高、氣體通過壓降小、脫水深度高的特點(diǎn)，并且成本低廉、制備方法簡單，因此其適于推廣應(yīng)用。
【專利說明】
用于氣體深度脫水的分子篩整體式吸附劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種吸附劑，具體涉及的是一種用于氣體深度脫水的分子篩整體式吸附劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)生產(chǎn)和技術(shù)的不斷發(fā)展，各種氣體原料或產(chǎn)品經(jīng)常需要進(jìn)行深度脫水以獲得高度干燥的氣體，如此方能滿足生產(chǎn)和使用需求。比如電子行業(yè)中，純度在99.999%(5N)以上的高純氨是一種重要的氮源，而由于水與氨的物化性質(zhì)相似并且相互之間存在氫鍵作用，兩者具有高親和性，因而最難去除;再例如制取超純金屬用的還原氣，金屬加工過程中的保護(hù)氣，石油氣深冷分離的原料氣等，也都要求盡可能降低其中的水含量；同時(shí)，一些化工生產(chǎn)中的酸性氣體也需要深度脫水，比如多晶硅產(chǎn)業(yè)中三氯氫硅的生產(chǎn)，水的存在會導(dǎo)致三氯氫硅水解，引起三氯氫硅收率降低裝置停工，液體二氧化硫的生產(chǎn)也需要將氣體二氧化硫進(jìn)行深度脫水以獲得高純度的干燥氣體二氧化硫;此外，如氯氣、二氧化碳、硫化氫、乙烯、乙炔等作為某些產(chǎn)品的原料時(shí)，也需要進(jìn)行深度脫水。因此在工業(yè)中對氣體進(jìn)行深度脫水是必不可少的工藝。
[0003]現(xiàn)有的文獻(xiàn)報(bào)道中，對于氣體中的水分的深度脫除采用的方法包括冷卻分離法、溶劑吸收法、固體吸附法、精餾法等，常用的深度脫水的干燥劑包括濃硫酸、硅膠、氯化鈣、氧化鋁、沸石、分子篩等。而在這些脫水的方法中，固體吸附法由于其是利用固體吸附劑對需干燥的氣體分子在不同的分壓下有不同的吸附容量、吸附速度和吸附力，并且在一定壓力下對水分子有選擇性吸附的特征而獲得廣泛應(yīng)用。
[0004]固體吸附法脫水精度高，易于再生，且具有對氣體溫度、壓力、流量變化不敏感，操作彈性大，占地面積小，操作易于程序化控制等優(yōu)點(diǎn)，而在固體吸附法中，目前分子篩深度吸附脫水技術(shù)是最為成熟，應(yīng)用最為普遍的。
[0005]現(xiàn)有的分子篩吸附深度脫水工藝基本使用的是利用沸石分子篩加工的顆粒吸附劑。但是，在大氣量高氣速條件下，由于存在著吸附劑顆粒因氣流產(chǎn)生相對運(yùn)動而容易出現(xiàn)破碎粉化的問題，因此在深度脫水的過程中，不僅氣體壓降較大，運(yùn)行能耗較高，而且對于大氣量低含水量氣體處理所需的設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用也比較高；同時(shí)，由于普通分子篩的脫水深度一般只能達(dá)到10—6級，因而對于一些需求極高的深度脫水過程如電子行業(yè)的氨氣深度脫水、核電行業(yè)含氚水氣體深度脫水、多晶硅行業(yè)氯化氫氣體深度脫水等過程不能完全適用。
[0006]綜上所述，有必要設(shè)計(jì)一種新型的吸附劑，以滿足上述行業(yè)氣體深度脫水的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種用于氣體深度脫水的分子篩整體式吸附劑的制備方法，主要解決現(xiàn)有的分子篩吸附劑難以完全滿足氣體深度脫水要求的問題。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0009]用于氣體深度脫水的分子篩整體式吸附劑的制備方法，包括以下步驟:
[0010](I)將顆粒度小于60目的活性分子篩與鋁酸、助擠劑、干燥添加劑和無機(jī)纖維均勻混合，得到混合干粉，活性分子篩與鋁酸、助擠劑、干燥添加劑和無機(jī)纖維的質(zhì)量百分比分別為:活性分子篩40 %?90 %，鋁酸10 %?60 %，助擠劑I %?10 %，干燥添加劑0.5?10 %，無機(jī)纖維I?5% ；
[0011](2)將步驟(I)得到的混合干粉與占混合干粉總質(zhì)量的30?60%的水混合，并捏合10?120分鐘制成生坯料；
[0012](3)將生坯料在溫度低于20 °C的環(huán)境中進(jìn)行老化，得到熟坯料，老化時(shí)間為6?24h；
[0013](4)將熟坯料于5?30MPa的條件下壓制成型，得到蜂窩狀坯體；
[0014](5)將蜂窩狀坯體于18?25°C的條件下定型干燥陳化24?48h;
[0015](6)將定型干燥陳化后的蜂窩狀坯體進(jìn)行二次干燥，干燥溫度為O?1500C，干燥時(shí)間為I?2h;
[0016](7)將二次干燥后的蜂窩狀坯體于550°C以上的條件下焙燒6?24h，然后爐冷至常溫，即得吸附劑。
[0017]進(jìn)一步地，所述步驟(2)中，將水、混合干粉以及占混合干粉總質(zhì)量的5?15%的膠溶劑一起混合。
[0018]作為優(yōu)選，所述活性分子篩為3A、4A、5A沸石分子篩中的任意一種。
[0019]作為優(yōu)選，所述助劑為田菁粉、香豆粉、淀粉、乙醇胺中的任意一種。
[0020]作為優(yōu)選，所述干燥劑為硝酸鈣、氯化鈣、硝酸鋇、氯化鋇、硝酸鎂、氯化鎂、硝酸鍶、氯化鍶中的任意一種。
[0021]作為優(yōu)選，所述無機(jī)纖維為玻璃纖維、石英玻璃纖維、陶瓷纖維中的任意一種。
[0022]作為優(yōu)選，所述膠溶劑為硝酸、草酸、檸檬酸、酒石酸乙酸中的任意一種。
[0023]再進(jìn)一步地，所述步驟(3)中，將生坯料用塑料薄膜密封后進(jìn)行老化。
[0024]作為優(yōu)選，所述蜂窩狀坯體為方體或圓柱體結(jié)構(gòu)。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0026](I)本發(fā)明通過將分子篩吸附劑壓制為整體式吸附劑形式，能有效降低大氣量氣體通過吸附分子篩床層時(shí)的壓降，降低能耗，同時(shí)避免吸附劑之間的相對運(yùn)動，降低粉塵產(chǎn)率，避免堵塞現(xiàn)象。
[0027](2)本發(fā)明采用顆粒度小于60目的沸石分子篩作為主要原料，并輔以鋁酸、助擠劑、干燥添加劑和無機(jī)纖維等多種添加劑;其中干燥添加劑為堿土金屬鹽，由于水分子是極性分子，而上述堿土金屬鹽中陽離子的離子電荷半徑比較大，具有很強(qiáng)的極化能力，可增強(qiáng)與水分子的相互作用，增大對水的吸附能力，所以，將其引入作為分子篩整體式吸附劑主體的分子篩中，能夠使該整體式吸附劑在分子篩物理吸附脫水的基礎(chǔ)上，通過化學(xué)吸附脫水來強(qiáng)化其性能，因而所添加的干燥添加劑可有效增強(qiáng)吸附劑的吸附性能，顯著提高其脫水深度和吸附量;而制備過程中加入的無機(jī)纖維則能改善產(chǎn)品的多孔結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)整體式吸附劑的機(jī)械強(qiáng)度，提高其抗壓耐磨性能;而添加的助擠劑既可以調(diào)節(jié)整體式吸附劑的堆比，增加其容量，還可使該吸附劑得到較好的濕強(qiáng)度，保證其穩(wěn)定性，延長其使用的壽命，即使多次使用后，其性能也不會明顯降低；
[0028](3)本發(fā)明在制備過程中還添加了膠溶劑來對分子篩進(jìn)行改性，克服了傳統(tǒng)負(fù)載法的弊端，有效提高了吸附劑的比表面積和微孔孔容，增強(qiáng)其吸附的性能，并提高其脫水深度和吸附量。
[0029](4)本發(fā)明采用老化工藝制備熟坯料，可以充分將活性分子篩和各種添加劑的分子進(jìn)行結(jié)合，并充分發(fā)揮活性分子篩的核心作用。由于老化是一種不可逆的過程，因此，本發(fā)明通過合理的混合比例及制備工藝設(shè)計(jì)，可以確保后續(xù)分子篩整體式吸附劑的穩(wěn)定成型，并保證其對氣體深度脫水的效果。
[0030](5)本發(fā)明制備工藝簡單、成本低廉、易于批量生產(chǎn)，非常適于在工業(yè)氣體深度脫水方面廣泛應(yīng)用，因此，本發(fā)明具有很高的實(shí)用價(jià)值和推廣價(jià)值。
【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
[0032]圖2為利用本發(fā)明制備得到的分子篩整體式吸附劑的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖3為本發(fā)明采用3A分子篩時(shí)吸附劑的機(jī)械強(qiáng)度測試結(jié)果示意圖。
[0034]圖4為本發(fā)明采用3A分子篩時(shí)吸附劑的氣體壓降測試結(jié)果示意圖。
[0035]圖5為本發(fā)明采用3A分子篩時(shí)吸附劑的吸附脫附水結(jié)果示意圖。
[0036]圖6為本發(fā)明采用5A分子篩時(shí)吸附劑的吸附脫附水結(jié)果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合【附圖說明】和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，本發(fā)明的方式包括但不僅限于以下實(shí)施例。
[0038]本發(fā)明提供了一種分子篩整體式吸附劑的制備方法，其制備得到的吸附劑可用于空氣中微量水分的深度脫除。如圖1所示，本發(fā)明主要包括原料混合、老化、壓制成型、干燥和焙燒幾大過程。
[0039]一、原料混合
[0040]將顆粒度小于60目的活性分子篩與鋁酸(起粘合作用)、助擠劑、干燥添加劑和無機(jī)纖維在混合機(jī)中均勻混合，得到混合干粉?；钚苑肿雍Y與鋁酸、助擠劑、干燥添加劑和無機(jī)纖維的質(zhì)量百分比分別為:活性分子篩40%?90%，招酸10%?60%，助擠劑I %?10%，干燥添加劑0.5?10%，無機(jī)纖維I?5%。并且本實(shí)施例中，所述的活性分子篩可選用3A、4A、5A沸石分子篩中的任意一種(也可以是多種混合)，所述的助擠劑可選用田菁粉、香豆粉、淀粉、乙醇胺中的任意一種(也可以是多種混合)，所述的干燥添加劑可選用硝酸鈣、氯化鈣、硝酸鋇、氯化鋇、硝酸鎂、氯化鎂、硝酸鍶、氯化鍶中的任意一種(也可以是多種混合)，所述的無機(jī)纖維可選用玻璃纖維、石英玻璃纖維、陶瓷纖維中的任意一種(也可以是多種混合)。
[0041 ]而后，將步驟上述混合得到的混合干粉與占混合干粉總質(zhì)量的30?60%的水以及占混合干粉總質(zhì)量的5?15 %的膠溶劑混合，并放入捏合機(jī)中捏合1?120分鐘制成生坯料。本實(shí)施例中，所述的膠溶劑為硝酸、草酸、檸檬酸、酒石酸乙酸中的任意一種(也可以是多種混合)。
[0042] 二、老化
[0043]將生坯料用塑料薄膜密封后在溫度低于20°C的環(huán)境中進(jìn)行老化，得到熟坯料，老化時(shí)間為6?24h。
[0044]三、壓制成型
[0045]將熟坯料于5?30MPa的條件下放入壓制成型機(jī)中壓制成型，得到蜂窩狀坯體。本發(fā)明制備的蜂窩狀坯體形狀為圓柱體或方體，而采用的壓制成型機(jī)則是
【申請人】自行設(shè)計(jì)的蜂窩陶瓷成型裝置(授權(quán)公告號:204844428U)，具體做法是:通過進(jìn)料口向模體中通入坯料，然后控制螺桿旋轉(zhuǎn)加壓機(jī)構(gòu)推動上升板順著絲桿排往底板方向移動，使填裝于上升板與底板之間的坯料被壓實(shí)，然后保持該種狀態(tài)一定時(shí)間后，卸除螺桿旋轉(zhuǎn)加壓機(jī)構(gòu)的壓力，然后控制頂升裝置向承壓板底部施加作用力，將所制得的蜂窩狀坯體，以及上升板、底板和承壓板作為整體一并頂出，然后移除上升板。在上述過程中，可采用如刮刀等將坯體上表面毛刺修除平整;也可將承壓板再次下壓對坯體二次施壓以進(jìn)一步使坯體密實(shí)的同時(shí)確保表面光滑。
[0046]四、干燥
[0047]將脫模卸下的規(guī)整蜂窩狀坯體于18?25°C的條件下定型干燥陳化24?48h，然后再放入干燥箱中進(jìn)行二次干燥，其干燥溫度為O?150 0C，干燥時(shí)間為I?2h。
[0048]五、焙燒
[0049]將干燥后的蜂窩狀坯體于550°C以上的條件下焙燒6?24h，然后爐冷至常溫，即可得到分子篩整體式吸附劑，如圖2所示。
[0050]下面以活性分子篩選用3A和5A沸石分子篩時(shí)制備得到的分子篩整體式吸附劑為例，介紹本發(fā)明所取得的技術(shù)效果。
[0051 ] 3A分子篩整體式吸附劑
[0052]對不同煅燒溫度下制備得到的3A分子篩整體式吸附劑，采用螺桿壓制的方式測定其抗壓強(qiáng)度，并采用打磨機(jī)測試其失重量，結(jié)果如圖3所示，由圖3可以看出，本發(fā)明制備得到的3A分子篩整體式吸附劑，其耐壓強(qiáng)度可達(dá)到3.8N/mm，磨耗率為18%。而對制備的不同內(nèi)孔徑的3A分子篩整體式吸附劑填裝后通氣壓降的實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示，其中，Imm孔的規(guī)整吸附劑壓降為0.12MPa，而3mm孔規(guī)整吸附劑壓降為0.039MPa。對該樣品進(jìn)行吸附水能力實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果則如圖5所示，可以看出，其整體式吸附劑平衡吸水量大于15%。
[0053]5A分子篩整體式吸附劑
[0054]對不同煅燒溫度下制備得到的5A分子篩整體式吸附劑，其吸附水能力實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示，可以看出，其整體式吸附劑平衡吸水量大于10%。
[0055]本發(fā)明通過合理的制備工藝設(shè)計(jì)，使得制備得到的分子篩整體式吸附劑具備了優(yōu)異的抗壓耐磨性、氣體通過壓降小、脫水深度高的優(yōu)點(diǎn)，大幅優(yōu)化了吸附劑的性能，不僅能夠滿足各種氣體原料或產(chǎn)品的深度脫水，而且對于一些需求極高的深度脫水過程如電子行業(yè)的氨氣深度脫水，核電行業(yè)含氚水氣體深度脫水，多晶硅行業(yè)氯化氫氣體深度脫水也完全適用。因此，本發(fā)明相比現(xiàn)有的吸附劑來說，技術(shù)進(jìn)步十分明顯，其具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步。
[0056]上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式之一，不應(yīng)當(dāng)用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的主體設(shè)計(jì)思想和精神上作出的毫無實(shí)質(zhì)意義的改動或潤色，其所解決的技術(shù)問題仍然與本發(fā)明一致的，均應(yīng)當(dāng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.用于氣體深度脫水的分子篩整體式吸附劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將顆粒度小于60目的活性分子篩與鋁酸、助擠劑、干燥添加劑和無機(jī)纖維均勻混合，得到混合干粉，活性分子篩與鋁酸、助擠劑、干燥添加劑和無機(jī)纖維的質(zhì)量百分比分別為:活性分子篩40 %?90 %，鋁酸10 %?60 %，助擠劑I %?10 %，干燥添加劑0.5-10%,?機(jī)纖維I?5%; (2)將步驟(I)得到的混合干粉與占混合干粉總質(zhì)量的30?60%的水混合，并捏合10?120分鐘制成生坯料； (3)將生坯料在溫度低于200C的環(huán)境中進(jìn)行老化，得到熟坯料，老化時(shí)間為6?24h; (4)將熟坯料于5?30MPa的條件下壓制成型，得到蜂窩狀坯體； (5)將蜂窩狀坯體于18?25°C的條件下定型干燥陳化24?48h; (6)將定型干燥陳化后的蜂窩狀坯體進(jìn)行二次干燥，干燥溫度為O?1500C，干燥時(shí)間為I ?2h; (7)將二次干燥后的蜂窩狀坯體于550°C以上的條件下焙燒6?24h，然后爐冷至常溫，即得吸附劑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氣體深度脫水的分子篩整體式吸附劑的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，將水、混合干粉以及占混合干粉總質(zhì)量的5?15%的膠溶劑一起混入口 ο3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于氣體深度脫水的分子篩整體式吸附劑的制備方法，其特征在于，所述活性分子篩為3 A、4 A、5 A沸石分子篩中的任意一種。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于氣體深度脫水的分子篩整體式吸附劑的制備方法，其特征在于，所述助劑為田菁粉、香豆粉、淀粉、乙醇胺中的任意一種。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于氣體深度脫水的分子篩整體式吸附劑的制備方法，其特征在于，所述干燥劑為硝酸鈣、氯化鈣、硝酸鋇、氯化鋇、硝酸鎂、氯化鎂、硝酸鍶、氯化鍶中的任意一種。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于氣體深度脫水的分子篩整體式吸附劑的制備方法，其特征在于，所述無機(jī)纖維為玻璃纖維、石英玻璃纖維、陶瓷纖維中的任意一種。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于氣體深度脫水的分子篩整體式吸附劑的制備方法，其特征在于，所述膠溶劑為硝酸、草酸、檸檬酸、酒石酸乙酸中的任意一種。8.根據(jù)權(quán)利要求1?7任意一項(xiàng)所述的用于氣體深度脫水的分子篩整體式吸附劑的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中，將生坯料用塑料薄膜密封后進(jìn)行老化。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于氣體深度脫水的分子篩整體式吸附劑的制備方法，其特征在于，所述蜂窩狀坯體為方體或圓柱體結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】B01J20/16GK105944663SQ201610541749
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年7月11日
【發(fā)明人】鄭振華, 蔣煒, 黃志勇, 羅文華, 梁斌, 巫泉文, 邵正峰, 周麗鳳
【申請人】中國工程物理研究院材料研究所