184947. lajstromszámú szabadalom • Eljárás oxigént és nitrogént tartalmazó gázelegyek szétválasztására alkalmas abszorbens előállítására mordenitet tartalmazó riolittufákból
3 184947 4 A találmány tárgya eljárás adszorbens előállítására ásványi összetevőként mordenitet tartalmazó riolittufákból. A találmány szerinti eljárással átalakított kőzet (tufa) erősebben adszorbeálja a nitrogént mint az oxigént és ezáltal alkalmas töltete az oxigén és/vagy nitrogén, ill. oxigénben és/vagy nitrogénben dús gázok levegőből történő előállítására szolgáló adszorbereknek. A zeolitok adszorbensként történő alkalmazása nem újkeletű. Molekulaszita sajátosságaik alapján régóta használják ezeket az anyagokat különféle méretű molekulák szelektív szétválasztására. Abban az esetben, ha méretükben alig különböző molekulák pl. nitrogén és oxigén szétválasztására van szükség, olyan adszorbenst kell kialakítani, mely a gáz komponenseinek egyikét, vagy egy részét erősebben adszorbeálja, mint a többi komponenst. Néhány szintetikus zeolit és egyes természetben előforduló zeolittartalmú kőzetek egyaránt alkalmassá tehetők a nitrogén szelektív adszorpciójára a levegőből, ezáltal lehetővé válik hatékony adszorpciós technológiák kidolgozása a levegő komponenseinek szétválasztására. A gázok adszorpciós szétválasztására kidolgozott eljárások általában az adszorpcióképesség hőmérséklet vagy nyomásváltoztatás hatására történő megváltozásán alapulnak. A levegőszétválasztás adszorpciós technológiái többnyire nyomásváltoztatással érik el a kívánt hatást, általában rövid ad- és deszorpciós időket alkalmaznak. Az ilyen módszerek „pressure swing adsorption” (PSA) gyűjtőnéven ismeretesek. A PSA berendezések különböző megvalósításait leíró szabadalmi bejelentések esetenként kitérnek a levegőszétválasztásban alkalmazható adszorbensekre is. Az NSZK-beli 1 265 724 lajstromszámú szabadalmi leírás szintetikus A-típusú molekulaszita zeolit kalcium- vagy stronciumionokat tartalmazó formáját tartja alkalmasnak a nitrogén szelektív eltávolítására a levegőből. Az NSZK-beli 2 312 710 lajstromszámú szabadalom eljárásában adszorbensként szintetikus zeolitokat alkalmaz, elsősorban 5A-típusúakat, ill. nátrium mordenitet. A 835 005 lajstromszámú belga szabadalom CaA típusú szintetikus zeolitot használ levegőszétválasztásra. Foglalkoztak már a viszonylag drága szintetikus zeolitok olcsóbb adszorbensekkel történő helyettesítésével is. A 73 151/1965 számú Japán szabadalmi leírás szerint például aprított és előzetesen hőkezelt kőzeteket levegőszétválasztásra lehet alkalmazni. A levegőszétválasztásra szabadalmaztatott ismert eljárások a hatékonyságot a gépészeti technológiai megoldások javításával kívánják növelni, nem foglalkoznak viszont annak lehetőségével, hogy az adszorbens szelektivitásának javításával hatékonyabbá tegyék eljárásukat. A szakirodalomból ismeretes, hogy a zeolitok adszorpciós sajátosságai ioncserével módosíthatók. A Magyar Kémiai Folyóirat 1979, 85 (5) 195 közleménye a természetes zeolitok közül a mordenit, ill. a klinoptilolittartalom és az adszorpciós kapacitás közötti összefüggést mutatja be. A Magyar Kémiai Folyóirat 1977, 83 (3) 138 közleménye az adszorpciós kölcsönhatás erőssége és a zeolit kationösszetétele között mutat ki összefüggést szén-dioxid és kén-dioxid adszorpciójakor. A találmány azon a felismerésen alapul, hogy az adszorpciós szétválasztás hatékonysága, az adszorbens kémiai átalakításával javítható. Ilymódon a szintetikus zeolitoknál olcsóbb, megfelelő ásványi összetételű kőzetekből levegőszétválasztásra alkalmazható adszorbens állítható elő. Eljárásunk lényege, hogy bizonyos a természetben előforduló riolittufákat, melyek ásványi összetevőik között mordenitet is tartalmaznak nátriumionokat tartalmazó oldattal kezelünk. A kőzetet a kezelés után dehidratáljuk. Fenti eljárás során a kőzet nátriumion tartalma megnövekszik és nitrogénnel szemben mutatott szelektív adszorpcióképessége javul. Különösen előnyös az a kezelési mód, melyben az oldat Na-ion koncentrációja 36 s% vagy annál nagyobb és a kezelés tartós forralás közben történik. Az adszorbenst levegőszétválasztás előtt aktiválni kell. Az aktiválás célszerűen 625 K-es levegőáramban történik. Ilymódon a deszorbeálódó víz hatékonyan eltávolítható. A találmányunk szerinti eljárással, a mordenitet tartalmazó riolittufákból készült adszorbens lényegesen olcsóbb, mint a levegőszétválasztásra eddig alkalmazott szintetikus zeolitok és egyszerűen gazdaságosan előállítható. Alkalmazása az ismert adszorbensekhez képest azzal a nem várt, meglepő előnnyel jár, hogy sajátos textúrája következtében az ad- és deszorpció ideje rövidebb, szelektív adszorpcióképessége jobb, mint az ismert adszorbenseké. Ennek következtében előnyösen használható oxigénben és/vagy nitrogénben dús gáz előállítására, a legkülönbözőbb ipari, mezőgazdasági és környezetvédelmi feladatok megoldására. Az adszorbens kedvező sajátosságainak bemutatására, az eljárás lényeges pontjainak teljesebb megvilágítására szolgálnak a következő példák. 1. példa Egy a Tokaji-hegység területéről származó és eljárásunkhoz alkalmazható kőzetminta kémiai összetételét az I. táblázatban adjuk meg. I. táblázat Ä kőzetminta kémiai összetétele Komponens s% SÍO2 69,10 A12Oj 14,75 Fe2Og 1,20 NazO 1,50 k2o 1,65 MgO 0,52 CaO 2,02 MnO 0,32 tío2 0,08 Izz. veszt. 8,80 A kőzet röntgendiffrakciós adatait a II. táblázatban közöljük. A röntgendiffraktogram alapján megállapítható, hogy a kőzet mordenitet tartalmaz. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
