阅读说明：本技术 基于钡、锶、钾和钠的沸石吸附剂、其制备方法以及其用途 (Barium, strontium, potassium and sodium based zeolite adsorbents, method for their preparation and their use ) 是由 C.拉罗什 L.布维尔 J.佩雷斯-佩利特罗 M-L.拉贝德 于 2018-12-17 设计创作，主要内容包括：本发明涉及基于包含钡、钾、钠和锶的沸石X的附聚晶体的沸石吸附剂。这些吸附剂用于分离C8芳族异构体的级份并且特别是二甲苯。(The invention relates to a zeolite adsorbent based on agglomerated crystals of zeolite X comprising barium, potassium, sodium and strontium. These adsorbents are used to separate fractions of the C8 aromatic isomer and in particular xylene.)

基于钡、锶、钾和钠的沸石吸附剂、其制备方法以及其用途

技术领域

本发明涉及基于包含钡、锶和钾的沸石X的附聚晶体的吸附剂、生产其的方法以及其用途。

这些吸附剂可更特别地用于由含有包含8个碳原子的异构体的芳族烃的原料来液相或气相生产非常纯的对二甲苯。

背景技术

在现有技术中已知的是，可使用包含结晶铝硅酸盐的吸附剂从含有某些烃的混合物中分离它们。在芳族烃的分离领域并且特别是芳族C8异构体的分离领域中，通常公认的是，在结晶铝硅酸盐沸石的阳离子位点中使用特定的阳离子改进了沸石对于芳族C8异构体中的一种的选择性。沸石内的这种差异吸附使得能够分离各种芳族C8异构体，其在工业上用于由含有包含8个碳原子的异构体的芳族烃的原料来生产非常纯的对二甲苯。

因此，使用除钠阳离子外还包含钡、钾或锶离子(单独地或作为混合(物))的由沸石X或Y组成的沸石吸附剂用于选择性地在芳族烃混合物中吸附在液相中的对二甲苯，是现有技术中众所周知的。

专利US 3 558 730、US 3 663 638和US 3 960 774显示，包含基于钠和钡或基于钠、钡和钾的八面沸石(FAU)结构的铝硅酸盐的沸石吸附剂可有效地分离存在于芳族C8级份(包括包含8个碳原子的芳族烃的级份)中的对二甲苯。以上吸附剂优选在液相方法、特别是模拟逆流类型的液相方法中用作吸附剂，类似于专利US 2 985 589中描述的那些，并且其尤其适用于芳族C8级份。

专利US 3 558 730、US 3 626 020和US 3 997 620显示，包含基于钠和钡或基于钠、钡和锶的八面沸石(FAU)结构的铝硅酸盐的沸石吸附剂可有效地分离存在于芳族C8级份(包括包含8个碳原子的芳族烃的级份)中的对二甲苯。

然而，通常，沸石对于包含8个碳原子的芳族烃(二甲苯和乙苯)的吸附性质会根据孔的尺寸和形状以及结构内的阳离子的位置而非常细微地变化，所述阳离子对沸石内存在的静电场和孔中的可及(accessible)体积的形式这两者都具有影响。其他参数，例如阳离子和分子的可极化性或结构体的柔性，也可具有影响。因此，在理论上且准确地预测沸石相对于包含8个碳原子的芳族烃的吸附特性是极其困难的。

为了改进具有八面沸石结构的沸石对于芳族C8异构体的吸附选择性，许多研究已提及了沸石的Si/Al比、交换阳离子的性质以及其水含量的影响。类似地，预测改进的程度是非常困难的，因为这些因素对于沸石的吸附特性施加复合的作用。特别地，在八面沸石(FAU)结构的沸石的情况下，并且更具体地在X型的八面沸石(FAU)结构的沸石的情况下，难以预测选自钠、钡、锶和钾的阳离子的相对比例的影响。

专利US 3 997 620提出了附聚物，其中附聚粘合剂没有被沸石化，所述附聚物与钡或与锶交换，使得Ba/Sr的重量比在1:1和15:1之间。该专利的实施例显示，通过添加锶阳离子改进了提取物的纯度。然而，PX/MX和PX/OX选择性大大降低，这对于高纯度对二甲苯的生产是有问题的。

沸石的合成产生晶体(通常为粉末形式)，在工业规模上使用该晶体特别困难(在操作期间进料大量损失)。因此，优选的是这些晶体的附聚的形式，呈晶粒、纱线和其他附聚物的形式，这些所述形式可通过挤出、造粒和本领域技术人员已知的其他附聚技术获得。这些附聚物没有粉状材料中固有的缺点。

这些附聚物，无论其是片、珠、挤出物等形式，通常都由构成活性元素(在吸附意义上)的沸石晶体和粘合剂形成，所述粘合剂旨在确保附聚物形式的晶体的凝聚力以及赋予它们足够的机械强度以承受其在分离芳族C8级份的异构体的操作期间经历的振动和运动。然而，因为存在对于吸附呈惰性的附聚粘合剂，这些附聚物的吸附性质相对于晶体粉末明显降低。已经提出了各种方式来克服附聚粘合剂在吸附性能方面呈惰性的该缺点，其中包括使全部或至少一部分的附聚粘合剂转化为从吸附视角来看具有活性的沸石。如今，该操作对于本领域技术人员是众所周知的，例如以名称“沸石化”。为了容易地进行该操作，使用可沸石化的粘合剂，通常是属于高岭土家族的粘土，其优选已预先在通常在500℃和700℃之间的温度下煅烧。

专利申请FR 2 789 914描述了例如一种生产Si/Al比在1.15和1.5之间、含有钡和任选地钾的沸石X附聚物的方法。从吸附芳族C8级份中所含的对二甲苯的视角来看，在将粘合剂沸石化之后，由此获得的附聚物相对于由相同量的沸石X和粘合剂制备的但其粘合剂未被沸石化的吸附剂具有改进的性质。

影响通过吸附分离的方法的性能水平的重要因素包括特别是吸附选择性、吸附容量和物质转移动力学(其定义了各种化合物的吸附和解吸速率)。因此，吸附剂必须具有良好的物质转移性质，以确保足够数量的理论塔板来实现混合物质的有效分离，如Ruthven在题为“Principles of Adsorption and Adsorption Processes”的书,John Wiley&Sons,(1984),第326和407页中所指出的。Ruthven指出(同上，第243页)，在附聚吸附剂的情况下，总物质转移取决于晶体内扩散阻力和晶体间扩散阻力的加和(addition)。晶体内扩散阻力与晶体半径的平方成正比，并且与晶体内分子的扩散率成反比

晶体间扩散阻力(也称为大孔阻力)就其部分而言与附聚物半径的平方成正比，并且与大孔中分子的扩散率成反比。对于给定的沸石结构、给定的附聚物尺寸和给定的工作温度，扩散率是固定的，而改进物质转移的唯一方式在于减小晶体的直径。因此，通过减小晶体的尺寸，会获得关于总转移的增益(gain)。

因此，本领域技术人员预期，同时具有良好的二甲苯吸附能力(容量)和良好的对于对二甲苯的选择性的附聚沸石吸附剂，在其由小的沸石晶体所生产时，在分离芳族C8级份中所含的对二甲苯的液相方法(例如模拟逆流类型的)中具有非常良好的二甲苯分离性质。然而，对于本领域技术人员而言，不可能先验地或在理论上和准确地定义包含钡和钾以及任选地其他阳离子(例如钠和锶)的FAU沸石(特别是X型的)对于包含8个碳原子的芳族烃的吸附特性。

出人意料地，基于包含钡、钾、锶和钠并且具有特定的钡、钾、锶和钠组成的沸石X的新的吸附剂似乎使得可同时使分离芳族C8级份中所含的对二甲苯的方法的生产率最大化和生产成本最小化。本发明还提出了一种使用基于具有特定的钡、钾、锶和钠组成的沸石X的吸附剂分离二甲苯的方法，其允许由含有包含8个碳原子的异构体的芳族烃的原料以改进的生产率生产高纯度对二甲苯。

发明内容

本发明涉及一种包含沸石X晶体并且包含钡、钾、锶和钠的沸石吸附剂，其中氧化物形式的物质的K₂O/(K₂O+SrO+BaO+Na₂O)摩尔比在1.5％和8.0％之间，优选在2.0％和7.0％之间，并且优选在2.5％和6.0％之间，包括端值。在一个有利的变型中，氧化物形式的物质的K₂O/(K₂O+SrO+BaO+Na₂O)摩尔比在2.5％和4.0％之间，例如等于3.0％。氧化物形式的物质的SrO/(K₂O+SrO+BaO+Na₂O)摩尔比在0.5％和8.0％之间，优选在0.5％和7.0％之间，非常优选在1.0％和6.0％之间，并且甚至更优选在1.0％和4.0％之间，包括端值。在一个有利的变型中，氧化物形式的物质的SrO/(K₂O+SrO+BaO+Na₂O)摩尔比在1.0％和3.0％之间，例如1.5％。

优选地，氧化物形式的物质的SrO/K₂O摩尔比在0.3和2.0之间，优选在0.35和1.5之间，优选在0.4和1.0之间，包括端值。在一个有利的变型中，氧化物形式的物质的SrO/K₂O摩尔比例如等于0.5％。

氧化钠Na₂O含量有利地小于0.3重量％，并且优选小于0.2重量％，相对于吸附剂的总质量计。不同于氧化钡BaO、氧化钾K₂O、氧化锶SrO和氧化钠Na₂O的碱金属或碱土金属离子氧化物的总含量有利地小于1重量％，优选在0重量％和0.5重量％之间，并且非常优选在0重量％和0.3重量％之间，包括端值，相对于吸附剂的总质量计。

氧化钡BaO、氧化钾K₂O、氧化锶SrO、氧化钠Na₂O和任何其他碱金属或碱土金属氧化物的含量之和表示在吸附剂中存在的氧化物形式的物质的以重量％计的总含量。相对于吸附剂的总质量的以重量％计的氧化钡含量因此可直接由相对于吸附剂的总质量的以重量％计的其他的氧化物形式的物质的含量来计算。

在本发明中，应当理解，以氧化物的重量表示的重量含量是相对于无水吸附剂的总重量(对于烧失量校正的重量)表示的。

沸石X晶体的Si/Al原子比有利地在1.00和1.50之间，优选在1.00和1.45之间，更优选在1.05和1.50之间，更优选在1.05和1.45之间，并且更优选在1.10和1.50之间，并且甚至更优选在1.10和1.45之间，包括端值。

沸石X晶体的数均直径有利地小于或等于1.5μm，优选在0.1μm和1.2μm之间，更优选在0.1μm和1.0μm之间，包括端值。

根据标准NF EN 196-2在950℃下测量的根据本发明的吸附剂的烧失量有利地在4.0重量％和7.7重量％之间，并且优选在4.5重量％和6.5重量％之间，并且非常优选在4.8重量％和6.0重量％之间，包括端值。

根据本发明的吸附剂的数均直径可在0.2mm和2.0mm之间，特别地在0.2mm和0.8mm之间并且优选在0.2mm和0.65mm之间，包括端值。

本发明还涉及制备如上所述的吸附剂的方法，其包括至少以下步骤：

a)沸石X晶体的粉末与粘合剂的附聚，和成型，然后干燥和煅烧，

b)任选的粘合剂的沸石化，

c)通过与含有钡离子、钾离子或锶离子(单独地或作为混合物)的溶液接触一次或多次来同时、相继或交替进行的附聚物的阳离子交换，然后洗涤和干燥如此处理的附聚物，和

d)如此获得的沸石吸附剂的活化。

优选地，制备吸附剂的方法实施粘合剂的沸石化的步骤b)。

优选地，步骤c)的钡离子、锶离子、钾离子的溶液的浓度在0.5和2M之间。

本发明还涉及如上所述的吸附剂，其可根据以上制备方法获得。本发明还涉及根据本发明的所述吸附剂在以下方法中的用途：

·分离芳族C8异构体的级份并且特别是二甲苯，

·分离取代的甲苯的异构体，例如硝基甲苯、二乙基甲苯、甲苯二胺等，

·分离甲酚，

·分离多元醇，

并且特别地用于从包含8个碳原子的芳族异构体的级份中分离对二甲苯。

本发明还涉及通过在解吸剂的存在下借助于根据本发明的所述吸附剂吸附对二甲苯来在液相中从含有8个碳原子的芳族烃异构体的级份中收取对二甲苯的方法，所述解吸剂优选选自甲苯和对二乙苯。

所述方法可为模拟移动床类型，优选地以模拟逆流模式。

本发明还涉及通过在解吸剂的存在下借助于根据本发明的所述吸附剂吸附对二甲苯来在气相中从含有8个碳原子的芳族烃异构体的级份中收取对二甲苯的方法，所述解吸剂优选选自甲苯和对二乙苯。

本发明还涉及使用根据本发明的所述吸附剂分离多元醇的方法。

本发明还涉及使用根据本发明的所述吸附剂分离取代的甲苯的异构体(例如硝基甲苯、二乙基甲苯或甲苯二胺)的方法。

本发明最后涉及使用根据本发明的所述吸附剂分离甲酚的方法。

在下文中，除非另有说明，否则数值范围的端值包括在该范围中，尤其是在表述“在......之间”和“范围为从......至......”中。

具体实施方式

因此，本发明的第一主题是基于沸石X的沸石吸附剂。这些吸附剂特别适合用于在液相中分离对二甲苯的方法，优选模拟逆流类型。

因此，本发明涉及一种包含沸石X晶体并且包含钡、锶、钾和钠的沸石吸附剂，其中氧化物形式的物质的K₂O/(K₂O+SrO+BaO+Na₂O)摩尔比在1.5％和8.0％之间，优选在2.0％和7.0％之间，并且优选在2.5％和6.0％之间，包括端值。在一个有利的变型中，以氧化物表示的K₂O/(K₂O+SrO+BaO+Na₂O)摩尔比在2.5％和4.0％之间，包括端值，例如等于3.0％。氧化物形式的物质的SrO/(K₂O+SrO+BaO+Na₂O)摩尔比在0.5％和8.0％之间，优选在0.5％和7.0％之间，非常优选在1.0％和6.0％之间，并且甚至更优选在1.0％和4.0％之间，包括端值。在一个有利的变型中，氧化物形式的物质的SrO/(K₂O+SrO+BaO+Na₂O)摩尔比在1.0％和3.0％之间，包括端值，例如1.5％。

优选地，氧化物形式的物质的SrO/K₂O摩尔比在0.3和2.0之间，优选在0.35和1.5之间，优选在0.4和1.0之间，包括端值。在一个有利的变型中，氧化物形式的物质的SrO/K₂O摩尔比例如等于0.5％。

根据本发明的吸附剂还可包含非沸石相，也就是说非结晶相，其对于吸附基本上是惰性的。在根据本发明的吸附剂包含非沸石相的情况下，K₂O/(K₂O+SrO+BaO+Na₂O)摩尔比考虑了包括在所述非沸石相中的氧化物。

根据本发明的吸附剂中的氧化钠Na₂O含量有利地小于0.3重量％，并且优选小于0.3重量％，相对于吸附剂的总质量计。根据本发明的吸附剂中的不同于氧化钡BaO、氧化钾K₂O、氧化锶SrO和氧化钠Na₂O的碱金属或碱土金属离子氧化物的总含量有利地小于1重量％，优选在0重量％和0.5重量％之间，并且非常优选在0重量％和0.3重量％之间，包括端值，相对于吸附剂的总质量计。

根据本发明的沸石吸附剂是基于X型FAU沸石的晶体的吸附剂。术语“沸石X”旨在意指Si/Al原子比为以下的沸石：在1.00和1.50之间，包括端值，优选在1.05和1.50之间，包括端值，并且甚至更优选在1.10和1.50之间，包括端值。

在沸石X中，现在公认识别称为LSX沸石和MSX沸石的两个亚群。LSX沸石的Si/Al原子比等于约1，而MSX沸石的Si/Al原子比在约1.05和约1.15之间，包括端值。

在本发明的沸石吸附剂中，并且根据一个优选的实施方案，术语“X型FAU沸石”旨在意指以上定义的X型FAU沸石，所述沸石是层次化(hierarchically，分级/分层)多孔的，也就是说层次化多孔的X型沸石(或HPX)，层次化多孔的MSX型沸石(或HPMSX)和层次化多孔的LSX型沸石(或HPLSX)，并且更特别为层次化多孔的FAU沸石，其Si/Al原子比在1.00和1.50之间，优选在1.00和1.45之间，更优选在1.05和1.50之间，更优选在1.05和1.45之间，并且甚至更优选在1.10和1.50之间并且甚至更优选在1.10和1.45之间，包括端值。

本发明还包括包含两种或更多种刚刚定义的层次化多孔的FAU沸石的混合物的沸石吸附剂。

术语“层次化多孔的沸石”旨在意指既具有微孔又具有中孔的沸石，换句话说，既是微孔又是中孔的沸石。术语“中孔沸石”旨在意指这样的沸石，与微孔性一起，其中微孔沸石晶体具有纳米尺寸的内腔(中孔性)，其通过使用透射电子显微镜(TEM)观察而易于识别，如例如在US 7 785 563中所描述的：通过透射电子显微镜(TEM)的观察使得可验证沸石晶体是固体沸石晶体(即，非中孔的)或固体沸石晶体聚集体或中孔晶体或中孔晶体聚集体

本发明的沸石吸附剂中的X型FAU沸石的晶体结构可通过X射线衍射法(本领域技术人员以首字母缩略词XRD已知)识别。

根据一个优选的实施方案，沸石吸附剂的Si/Al原子比在1.00和2.00之间，优选在1.00和1.80之间，包括端值，更优选在1.15和1.80之间，包括端值，并且甚至更优选在1.15和1.60之间，包括端值。

在本文中，为沸石晶体和沸石附聚物使用术语“数均直径”或者“尺寸”。这些参数的测量方法将在以下描述中解释。根据本发明的一个优选的实施方案，沸石X晶体的数均直径小于或等于1.5μm，优选在0.1μm和1.2μm之间，更优选在0.1μm和1.0μm之间，包括端值。

本发明的沸石吸附剂优选为附聚物的形式，也就是说其由沸石的晶体和至少一种非沸石相组成，所述非沸石相为允许晶体彼此凝聚的附聚粘合剂。因此，本发明的沸石吸附剂在本公开内容中经常被称为“附聚物”。

根据本发明的吸附剂中的沸石X的质量分数可为至少80重量％的沸石X，相对于无水吸附剂的总重量计，优选至少90重量％，该质量分数可能最高达100重量％，并且典型地最高达99.5％。

根据一个优选的实施方案，根据本发明的沸石吸附剂的根据标准NF EN196-2在950℃下测量的烧失量在4.0％和7.7％之间，优选在4.5％和6.5％之间，并且有利地在4.8％和6％之间，包括端值。

优选地，根据本发明的沸石吸附剂的机械强度通常大于或等于1.8MPa，典型地大于或等于2.1MPa。该机械强度通过适用于尺寸小于1.6mm的附聚物的Shell系列SMS 1471-74方法来测量。

对于吸附能力部分而言，其通过测量吸附剂的微孔体积来测量，所述吸附剂的微孔体积在300℃下真空脱气16小时之后，通过在77K的温度下吸附氮气(N₂)根据Dubinin-Raduskevitch方程评估。由此测量的本发明的沸石吸附剂的微孔体积为在0.245cm³/g和0.300cm³/g之间，典型地在0.250cm³/g至0.290cm³/g的范围内，包括端值。

根据另一方面，本发明涉及制备刚刚定义的沸石附聚物的方法，所述方法包括至少以下步骤：

a)沸石X晶体的粉末与粘合剂的附聚，和成型，然后干燥和煅烧，

b)任选的所述粘合剂的沸石化，优选通过碱性碱溶液的作用，

c)通过与钡离子、钾离子或锶离子的溶液接触进行附聚物的阳离子交换。调节溶液中的钾离子、锶离子或钡离子浓度，以达到吸附剂中预期的钡、钾和锶含量，并且从而达到预期的K₂O/(K₂O+SrO+BaO+Na₂O)和SrO/(K₂O+SrO+BaO+Na₂O)摩尔比。附聚物与钡、钾和锶的阳离子交换可通过与含有单独的或作为2或3种离子的混合的钡离子、钾离子或锶离子的溶液接触而以同时、相继或交替的方式进行。

这些操作可进行一次或多次。

在每个交换步骤之间，将固体洗涤几次，以从其中除去过量的盐，并且在各个交换步骤结束时干燥，

d)沸石附聚物的活化。

优选地，制备沸石附聚物的方法实施粘合剂的沸石化的步骤b)。

优选地，步骤c)的钡离子、锶离子、钾离子的溶液的浓度在0.5和2M之间。

在步骤a)中使用的沸石X晶体的尺寸通过用扫描电子显微镜(SEM)观察或通过用透射电子显微镜观察(TEM)来测量。该SEM或TEM观察还使得可确认非沸石相的存在，所述非沸石相包含例如粘合剂，或在任选的沸石化步骤期间未转化的残余粘合剂，或附聚物中的任何其他无定形相。

根据一个实施方案，在步骤a)中使用的沸石X是层次化多孔的X型FAU沸石。具有大的外表面积的层次化多孔的X型FAU沸石的晶体可根据本领域技术人员已知的各种方法并且例如根据由Inayat等人描述的合成(Angew.Chem.Int.Ed.,(2012),51,1962-1965)而获得。

还可通过加种(seeding)合成和/或通过调节合成操作条件(例如合成混合物的SiO₂/Al₂O₃比、钠含量和碱度)或者根据X型FAU沸石的晶体的后处理方法(其是常规的并且是本领域技术人员已知的)来制备所述晶体。

后处理方法通常在于通过以下从已经形成的沸石网络中除去原子：通过一种或多种使固体脱铝(脱氧化铝/脱铝酸根)的酸处理，所述处理之后是一次或多次氢氧化钠(NaOH)洗涤以除去所形成的铝残留物，如例如D.Verboekend等人所述(Adv.Funct.Mater.,22,(2012),pp.916-928)，或者通过结合了酸的作用和改进酸处理效率的结构化试剂的作用的处理，如例如在申请WO2013/106816中所描述。

可根据本领域技术人员已知的所有技术(例如挤出、压实、附聚等)进行附聚和成型(步骤a)。所使用的任选地可沸石化的(参见以下定义)附聚粘合剂和沸石的比例典型地是现有技术中的比例，也就是说5重量份至20重量份的粘合剂/95重量份至80重量份的沸石。来自步骤a)的附聚物，无论其是球、挤出物(件)或类似物的形式，数均直径(或当其不是球形时的最大尺寸)都通常在0.2mm和2mm之间，并且特别地在0.2mm和0.8mm之间，并且优选在0.2mm和0.65mm之间，包括端值。

在步骤a)结束时，可通过旋风(cycloning)和/或筛分除去最细的附聚物颗粒，和/或可通过筛分或压碎除去太粗的颗粒，例如在挤出物(件)的情况下。

在步骤a)中使用的附聚粘合剂可为可沸石化的。其然后含有至少80重量％、优选至少90重量％、更优选至少95重量％、更特别是至少96重量％的可沸石化的粘土，并且还可含有其他矿物粘合剂例如膨润土、绿坡缕石等。术语“可沸石化的粘土”旨在意指通常在碱性碱溶液的作用下能够转化成沸石物质(即在吸附意义上为活性物质)的粘土或粘土(claims)混合物。可沸石化的粘土通常属于高岭土、高岭石、珍珠陶土(nacrites)、地开石、埃洛石(hallyosite)和/或偏高岭土的族。高岭土是优选的，并且是最常用的。

也可使用其他粘土，例如特别是海泡石或绿坡缕石。

在任何情况下，粘土都可以其原生形式使用或可预先经历一种或多种处理，例如选自煅烧、酸处理、化学改性等。

在步骤a)中使用的沸石X粉末可得自主要或甚至仅包含钠阳离子的沸石X晶体(例如NaX沸石)的合成，但是在合成之后且在步骤a)中使用之前，使用经历一次或多次阳离子交换的粉末将不会脱离本发明的范围。

在步骤a)期间，除了沸石X粉末和粘合剂之外，还可添加一种或多种添加剂，例如旨在促进附聚或改进所形成的附聚物的硬化的添加剂，例如木质素、淀粉、羧甲基纤维素，以及本领域技术人员已知的其他添加剂。也可添加二氧化硅。二氧化硅的任选来源可为作为沸石合成专家的本领域技术人员已知的任何类型，例如胶体二氧化硅、硅藻土、珍珠岩、飞灰、沙子或任何其他形式的固体二氧化硅。

在步骤a)中干燥之后，煅烧在通常在500℃和700℃之间的温度下进行。在用可沸石化的粘土进行成型的情况下，该步骤使得可将可沸石化的粘土(通常是高岭土)转化成偏高岭土，随后可在沸石化步骤(步骤b))期间将其转化成沸石。其原理阐述于D.W.Breck的“Zeolite Molecular Sieves”,John Wiley and Sons,New York,(1973),p.314-315。

附聚粘合剂的沸石化根据本领域技术人员已知的任何方法进行，并且可例如通过将步骤a)的产物浸入碱性碱溶液中来进行，所述碱性碱溶液通常是水性的，例如氢氧化钠和/或氢氧化钾的水溶液。

作为一般规则，碱性沸石化溶液的浓度优选在0.5M和5M之间，更特别地在0.5和2M之间。沸石化优选在高于环境温度的温度的热条件下进行，并且典型地在约80℃至100℃的温度下，例如在环境温度(即约20℃)和碱性沸石化溶液的沸点之间。沸石化过程的持续时间通常在几十分钟和几小时之间，优选在约1小时和8小时之间。

沸石X的阳离子与钡和/或锶和/或钾的交换的步骤c)根据本领域技术人员已知的常规方法进行，并且通常如下进行：在环境温度和100℃之间并且优选在80℃和100℃之间的温度下在水溶液中，使得自步骤a)或步骤b)的附聚物与盐接触，所述盐为例如用于与钡交换的氯化钡(BaCl₂)和/或用于与锶交换的氯化锶(SrCl₂)和/或用于与钾交换的氯化钾(KCl)。为了快速获得低氧化钠含量，即小于1％，优选用相对于期望交换的沸石的阳离子计大量过量的钡和/或锶和/或钾离子进行该方法，典型地过量约10至12，有利地通过实施相继的交换。优选地，步骤c)的钡离子、锶离子、钾离子的溶液的浓度在0.5和2M之间。

如前所述，也可在步骤a)中使已经含有钾离子的沸石X粉末附聚(在步骤a)之前，将在起始沸石X中存在的阳离子(典型地为钠阳离子)与钾离子进行预交换)并且在步骤c)期间可能省去钾交换。

然后进行洗涤(通常并且优选用水)，随后干燥如此获得的附聚物。

干燥之后的活化根据本领域技术人员已知的方法常规地进行，例如在通常在100℃和400℃之间、优选在200℃和300℃之间的温度下。该活化步骤d)的目的是以对于所设想的用途最佳的方式来固定水含量以及吸附剂的烧失量。一般的程序是热活化，其优选在200℃至300℃之间进行一定时间，这取决于期望的水含量和期望的烧失量，典型地为1至6小时。

本发明还涉及上述沸石吸附剂作为能够有利地代替文献中描述的用于以下所列用途的吸附试剂的吸附试剂的用途：

·分离芳族C8异构体的级份并且特别是二甲苯，

·分离取代的甲苯的异构体，例如硝基甲苯、二乙基甲苯、甲苯二胺等，

·分离甲酚，

·分离多元醇，例如糖。

本发明特别涉及从包含8个碳原子的芳族异构体的级份中收取高纯度对二甲苯的方法，其包括(在于)使用根据本发明的沸石吸附剂作为对二甲苯的吸附试剂，其用于液相以及气相方法中。术语“高纯度对二甲苯”旨在意指适合用于生产对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯的产品，也就是说纯度为至少99.5重量％，优选至少99.7重量％，优选至少99.8重量％，并且甚至更优选至少99.9重量％。对二甲苯的纯度可通过色谱法测定。可用于测定对二甲苯的纯度和杂质的具体含量的气相色谱法是ASTM D-3798方法。

因此，可通过(分批地)制备型的吸附液相色谱来分离期望的产品(对二甲苯)，并且有利地在模拟移动床中连续分离，也就是说以模拟逆流或模拟并流模式，并且更特别地以模拟逆流模式。

使用根据本发明描述的吸附剂的根据本发明的收取对二甲苯的方法的优点是使生产率最大化同时使该方法的运行成本最小化，也就是说既使待处理的原料的流量最大化并且使所需的解吸剂的流量最小化。对于模拟逆流型的工业吸附单元，在以下运行条件下特别如此：

·床数：6至30，

·区域数：至少4个运行区域，每个区域位于进料点和取出点之间，

·温度在100℃至250℃之间，优选在150℃和190℃之间，

·工业单元的压力在工艺温度下的二甲苯起泡点压力和3MPa之间，

·对于单个(独立)吸附单元，解吸剂/原料流速的比在0.7和2.5之间，例如在0.91.8之间，以及对于与结晶单元组合的吸附单元，在0.7和1.4之间，

·再循环比(即平均再循环流速(相对于每个区域的床数加权的区域的平均流速)与进料流速的比)在2.5和12之间，优选在3.5和6之间。

本发明还涉及通过吸附对二甲苯而在液相中从含有8个碳原子的芳族烃异构体的级份中收取对二甲苯的方法，其包括以下相继步骤：

a)使原料与包含至少一种如上定义的沸石吸附剂的吸附剂床接触的步骤，

b)使吸附剂床与解吸剂接触的步骤，所述解吸剂优选选自甲苯和对二乙苯。

收取对二甲苯的方法可为模拟移动床类型，优选地以模拟逆流模式

本发明还涉及通过借助于以上定义的吸附剂吸附对二甲苯来在气相中从含有8个碳原子的芳族烃异构体的级份中收取对二甲苯的方法，其包括以下相继步骤：

a)使原料与包含至少一种如上定义的沸石吸附剂的吸附剂床接触的步骤，

b)使吸附剂床与解吸剂接触的步骤，所述解吸剂优选选自甲苯和对二乙苯。

在一个变型中，分离高纯度对二甲苯的方法在模拟的移动床中从含有包含8个碳原子的异构体的芳族烃原料开始进行，包括以下步骤：

a)以优先(优选)吸附对二甲苯的方式，使原料与包含至少一种如上定义的沸石吸附剂的吸附剂床接触的步骤，

b)使吸附剂床与解吸剂接触的步骤，所述解吸剂优选为甲苯或对二乙苯，

c)从吸附剂床中取出含有解吸剂和以最低选择性吸附的原料产物的物流的步骤，

c)从吸附剂床中取出含有解吸剂和期望的产物(即对二甲苯)的物流的步骤，

e)将得自步骤c)的物流分离为含有解吸剂的第一物流和含有以最低选择性吸附的原料产物的物流串(string)，

f)将得自步骤d)的物流分离为含有解吸剂的第一物流和含有纯度水平大于或等于90％、优选大于或等于99％并且非常优选大于或等于99.7％的对二甲苯的第二物流。

在这方面，可参考专利US 2 985 589、US 5 284 992和US 5 629 467的教导。

工业模拟并流吸附单元的运行条件与以模拟逆流模式运行的条件通常相同，不同之处在于再循环比通常在0.8和7之间。在这方面，可参考专利US 4 402 832和US 4 498991。

解吸溶剂可为本领域技术人员已知的并且沸点低于原料的沸点的任何解吸剂，例如甲苯，以及其沸点高于原料的沸点的解吸剂，例如对二乙苯(PDEB)。当在950℃下测量的烧失量通常在4.0％和7.7％之间、优选在4.5％和6.5％之间并且非常优选在4.8％和6.0％之间(包括端值)时，根据本发明的吸附剂对于C8芳族级份中所含的对二甲苯的吸附的选择性是最佳的。

本发明还涉及分离多元醇的方法，其包括使多元醇与如上定义的吸附剂接触的步骤。

本发明还涉及分离取代的甲苯的异构体例如硝基甲苯、二乙苯或甲苯二胺的方法，其包括使取代的甲苯的异构体与如上定义的吸附剂接触的步骤。

本发明还涉及分离甲酚的方法，其包括使甲酚与如上定义的吸附剂接触的步骤。

表征技术

晶体粒度：

在步骤a)中使用的沸石X晶体和附聚物中所含的沸石X的晶体的数均直径通过用扫描电子显微镜(SEM)观察或通过用透射电子显微镜观察(TEM)来估算。

为了估算样品上的沸石晶体的尺寸，以至少5000的放大倍数拍摄一组图像。然后使用专用软件(例如由LoGraMi发布的Smile View软件)测量至少200个晶体的直径。准确度为3％的级别。

沸石吸附剂的化学分析–Si/Al比和氧化物含量

可根据本领域技术人员已知的各种分析技术，对在上述步骤a)至d)结束时获得的最终产物进行元素化学分析。在这些技术中，可提及如标准NF EN ISO 12677:2011中所述的通过波长色散光谱仪(WDXRF，例如来自Bruker公司的Tiger S8机器)上的X射线荧光进行的化学分析技术。

X射线荧光是一种无损光谱技术，其利用在X射线范围内的原子的光致发光来建立样品的元素组成。原子的激发(通常用X射线束或通过电子轰击)在返回到原子的基态后产生特定的辐射。X射线荧光光谱的优点是几乎不依赖于元素的化学组合(结合)，这提供了定量和定性这两个方面上都为精确的测定。在对每种氧化物进行校准之后常规地获得小于0.4重量％的测量不确定度。在本发明中，钡、锶、钾、硅和铝的含量优选通过上述X射线荧光法测量。

另一方面，对于在原子量方面更轻(例如钠)并且存在于吸附剂中的元素，根据标准UOP 961-12的电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)是优选的，以获得更高的准确度。

ICP是一种通过原子发射光谱进行分析的方法，其来源是通过电感耦合产生的等离子体。在本发明中，钠含量优选根据标准UOP 961-12通过ICP方法测量。在这种情况下，对于钠，获得的对于吸附剂中的氧化钠重量含量的测量不确定度低于0.01％。

这些元素化学分析使得可既验证附聚物中的沸石的Si/Al原子比，也可验证在步骤c)中描述的离子交换的质量。在本发明的描述中，Si/Al原子比的测量不确定度为0.05％。

离子交换的质量与交换之后保留在沸石附聚物中的氧化钠(Na₂O)的摩尔数有关。更具体地，通过氧化钡(BaO)的摩尔数和组合(BaO+K₂O+SrO+Na₂O)的摩尔数之间的比率来确定与钡离子的交换度。同样，分别通过氧化钾(K₂O)的摩尔数和组合(BaO+K₂O+SrO+Na₂O)的摩尔数之间的比率或氧化锶(SrO)的摩尔数和组合(BaO+K₂O+SrO+Na₂O)的摩尔数之间的比率来确定与钾和锶离子的交换度。BaO、K₂O、SrO和Na₂O以氧化物的形式表示。与钡、钾和锶离子的总交换度从先前描述的三个交换度之和来估算，其对应于氧化钡、氧化钾和氧化锶(BaO+K₂O+SrO)的摩尔数之和与组合(BaO+K₂O+SrO+Na₂O)的摩尔数之间的比率。应当指出，各种氧化物的含量以相对于无水沸石吸附剂的总重量计的重量百分比给出。在本发明的说明书中，关于K₂O/(K₂O+BaO+SrO+Na₂O)摩尔比的测量不确定度为0.3％，并且关于SrO/(K₂O+SrO+BaO+Na₂O)摩尔比的测量不确定度为0.3％。

沸石吸附剂粒度：

在附聚和成型步骤a)结束时获得的沸石吸附剂的数均直径根据标准ISO13322–2:2006，使用允许样品通过相机镜头的前面的传送带，通过成像来分析附聚物样品的粒度分布来测定。

然后通过应用标准ISO 9276-2:2001从粒度分布来计算数均直径。在本文中，为沸石附聚物使用术语“数均直径”或者“尺寸”。对于本发明的附聚物的尺寸范围，准确度约0.01mm。

沸石吸附剂的机械强度：

表征代表床或反应器中的吸附剂的压碎的机械强度的技术是整体(bulk)机械强度表征技术，如Shell Method Series SMS 1471-74中所述(Shell Method SeriesSMS1471-74 Determination of Bulk Crushing Strength of Catalysts.Compression-Sieve Method)，其与由Vinci Technologies公司销售的"BCS Tester”机器相关联。该方法(其最初旨在用于表征3至6mm的催化剂)基于使用425μm的筛，该筛会使得可特别地分离在压碎期间产生的细料。425μm的筛的使用仍然适用于直径大于1.6mm的颗粒，但必须根据期望表征的沸石吸附剂的粒度进行调整。标准ASTM D7084-04也描述了一种测量催化剂的整体压碎强度的方法("Determination of Bulk Crush Strength of Catalysts andCatalyst Carriers")，其将待使用的筛的通过尺寸(through-size)定义为等于待表征的催化剂的颗粒直径的一半。该方法提供了筛分待表征的催化剂或吸附剂样品的初步步骤。如果等于样品的10重量％的量通过筛网，则将使用通过尺寸更小的筛

通常呈球或挤出物形式的本发明的附聚物的数均直径或长度(即在非球形附聚物的情况下的最大尺寸)通常地在0.2mm和2mm之间，并且特别地在0.2mm和0.8mm之间，并且优选在0.2mm和0.65mm之间。因此，使用经调整使得在先前的筛分步骤期间小于10重量％的样品通过筛网的筛来代替在Shell SMS1471-74标准方法中提及的425μm的筛。

测量方案如下：将20cm³附聚吸附剂样品用适当的筛预筛分并且在烘箱中在250℃(而不是在Shell SMS1471-74标准方法中提及的300℃)下预干燥至少2小时，将其放入内部横截面已知的金属圆筒中。借助于活塞，通过5cm³的不锈钢钢球床，向该样品逐步施加增加的力，以更好地分配由活塞施加在吸附剂的附聚物上的力(使用直径2mm的球用于直径严格小于1.6mm的球形形状的颗粒)。在各个压力步骤中获得的细料通过筛分(用适当的筛)分离并且称重。

整体压碎强度由以兆帕斯卡(MPa)计的使得通过筛的累积的细料的量达到样品的0.5重量％的压力确定。通过在图表上将所获得的细料的质量作为施加至吸附剂床的力的函数而绘制并且通过相对于0.5质量％的累积的细料进行插值(interpolating)来获得该值。机械整体压碎强度典型地在几百kPa和几十MPa之间，并且通常在0.3MPa和4MPa之间。精度常规地小于0.1MPa

沸石吸附剂的沸石级份的测定：

各种沸石级分的性质和量通过本领域技术人员以首字母缩略词XRD已知的X射线衍射分析来测定。该分析在Bruker品牌的机器上进行，然后使用来自Bruker公司的TOPAS软件评估沸石级份的量。

微孔体积：

附聚物的结晶度还通过测量其微孔体积同时将其与合适的参比物(在相同的阳离子处理条件下为100％结晶的沸石或理论沸石)的微孔体积进行比较来评估。该微孔体积由在其液化温度下测量气体(例如氮气)的吸附等温线来测定。在吸附之前，将基于沸石的吸附剂在真空(P<6.7×10^-4Pa)下在300℃-450℃下脱气9小时至16小时的时间。然后在来自Micromeritics的ASAP2010M型的机器上进行在77K下的氮气吸附等温线的测量，在在0.002和1之间的相对压力P/P₀比取至少35个测量点。通过应用标准ISO 15901-3:2007，根据Dubinin和Raduskevitch由获得的等温线来确定微孔体积。根据Dubinin和Raduskevitch评估的微孔体积以液体吸附物的cm³数/1克吸附剂来表示。测量不确定度为±0.003。

沸石吸附剂的烧失量：

如在标准NF EN 196-2(2006年4月)中所述，通过在950℃±25℃的温度下在空气中煅烧样品来在氧化气氛下测定烧失量。测量标准偏差小于0.1％。

通过穿透(breakthrough)来表征在液相中的吸附：

用于表征在液相中的分子在多孔固体上的吸附的技术是“穿透”技术，由Ruthven描述于“Principles of Adsorption and Adsorption Processes”(第8章和第9章,JohnWiley&Sons,1984)，其将穿透曲线技术定义为对一定规模的可吸附成分的注入(injection)的响应的研究。对穿透曲线的平均退出时间(第一时刻)的分析提供了关于吸附量的信息，并且还使得可评估两种可吸附成分之间的选择性，也就是说分离因子。建议注入用作示踪剂的不可吸附成分，以估算非选择性体积。对穿透曲线的离散(dispersion)(第二时刻)的分析使得可评估理论板的等效高度，其基于由有限数量的理想搅拌的假设反应器(理论级)对塔的表示，其是轴向离散和系统对材料转移的阻力的直接衡量。

实施例

吸附剂沸石的制备

制备均匀的混合物，并且根据专利申请FR2 999 098中所述的程序(实施例B的合成)将800g的沸石NaX晶体用105g的高岭土(以煅烧的当量表示)和45g的以商品名

30销售的胶体二氧化硅(含有30重量％的SiO₂和0.5重量％的Na₂O)附聚，其中水的量允许混合物的挤出。将挤出物干燥、压碎，使得从而收取数均直径等于0.7mm的晶粒，然后在氮气流下在550℃下煅烧2小时。

将200g的所获得的附聚物置于配备有调节在100℃±1℃的温度下的夹套的玻璃反应器中，然后添加1.5l的浓度为2.5M的氢氧化钠水溶液，并且将反应介质搅拌4小时的时间。

然后在3次相继的洗涤操作中将附聚物在水中洗涤，随后排空反应器。当所测量的洗涤水的最终pH在10.0和10.5之间时，洗涤已知是有效的。

实施例1：与钡、钾和锶的阳离子交换

借助于0.5M的氯化钾、氯化锶和氯化钡的水溶液在95℃下在4个阶段中使所获得的附聚物的钠阳离子与钡、钾和锶离子交换。调节溶液中的氯化钾、氯化锶或氯化钡浓度，以达到吸附剂中预期的钡、钾和锶含量，并且从而达到预期的K₂O/(K₂O+SrO+BaO+Na₂O)和SrO/(K₂O+SrO+BaO+Na₂O)摩尔比。在每个步骤中，溶液体积与固体质量的比为20ml/g，并且每次交换持续3小时。在每次交换之间，将固体洗涤几次，以从其中除去过量的盐。然后将附聚物在80℃下干燥2小时，并且最后在氮气流下在250℃下活化2小时

对于每个样品，如上所述测量的烧失量为5.6％±0.1％。由如表征技术中所述通过X射线荧光和ICP对氧化钡、氧化钾、氧化锶和氧化钠进行的元素分析计算出的附聚物的钡+钾+锶交换度为99.7±0.2％。

实施例2：穿透测试

然后对实施例1中获得的附聚物进行穿透试验(迎头色谱法)，以评估其效率。用于该测试的吸附剂的量为约30g。

用于获取穿透曲线的程序如下：

用筛填充柱，并且放置在测试台中。

在环境温度下用溶剂(甲苯)填充。

在溶剂物流下(2cm³/min)逐渐提高至吸附温度。

当达到吸附温度时，以2cm³/min注入溶剂。

置换溶剂/原料以注入原料(2cm³/min)。

然后将原料的注入维持足以达到热力学平衡的时间。

在单个烧瓶中收集穿透产物，然后通过GC分析产物的组成

压力足以使原料保持处于液相，即1MPa。吸附温度为175℃。用于测试的原料的组成如下：

·对二甲苯:18重量％

·间二甲苯：18重量％

·邻二甲苯：18重量％

·乙苯：18重量％

·对二乙苯：18重量％

·异辛烷：10重量％(其用作示踪剂以估算非选择性体积并且不参与分离)。

由化合物i和k的吸附量q_i和q_k计算成对化合物的二元选择性(表示为二元选择性α_i/k)，化合物i和k的吸附量q_i和q_k通过来自对穿透产物的组成和原料的组成(在原料中化合物i和k的质量分数为y_i和y_k)分析的材料平衡来确定：

在适用于具有恒定选择性的多组分系统的平衡理论的基础上，在模拟逆流实施期间，进行这些吸附剂的潜力的评估，如由Mazotti、Storti和Morbidelli描述于RobustDesign of Countercurrent Adsorption Separation Processes:2.MulticomponentSystems,AIChE Journal 1994年11月Vol.40,No.11。特别地，在这种情况下参考方程8，其描述了为了获得完全分离，有关如所引用的文章的图1中所示意性地示出的逆流分离单元的4个部分(j＝1至4)的降低的流速m_j所要满足的条件。

该方程8涉及各种成分的吸附率K_i，并且也涉及由方程7定义的每个部分j的参数δ_j：

这里应当注意，根据定义，化合物i和k之间的二元选择性α_i/k等于吸附率K_i/K_k的比。

将单元的每个部分的降低的流速定义为液相的流速与被吸附的相的流速的比。方程8示出了每个部分的极限降低的流速。在4部分逆流分离单元中，原料流速对应于区域3中的流速和区域2中的流速的差，并且解吸剂流速对应于区域1中的流速和区域4中的流速的差。

因此，当期望评估用给定吸附剂可实现的最大生产率时，寻求评估最大原料量，同时也寻求运行成本最小化。有效的吸附剂是使得既可使待处理的原料的流速最大化又可使所需的解吸剂的流速最小化的吸附剂。

为了确定可被处理的最大原料量，评估区域3中的最大流速和区域2中的最小流速之间的差。通过比较两种吸附剂的由区域2和3的降低的流速(分别为m₂和m₃)确定的原料的最大的降低的流速，可比较两种吸附剂在最大生产率方面的性能水平，其根据以下关系：max(m_Feedstock)＝max(m₃)–min(m₂)。

如果考虑恒定选择性系统，则在区域2和区域3中给出最高应力的液相的组成是在原料注入到单元中的点的液相的组成。实际上，从该点开始，对二甲苯(其是被最多吸附的化合物)的浓度在区域2中的固体的循环方向上增加，并且在区域3中的液体的循环方向上减少。在该点处的组成可近似于待处理的原料的组成，并且正是该组成将用于评估方程8的项δ₂和δ₃；项δ₂和δ₃由上述方程7定义。

对于每种吸附剂，由实验测量的二元选择性值来计算该降低的流速max(m_Feedstock)。

为了确定待注入的解吸剂的最小量，评估区域1中的最小流速和区域4中的最大流速之间的差。通过比较两种吸附剂的由区域1和4的降低的流速(分别为m₁和m₄)确定的解吸剂的最小降低的流速，可比较两种吸附剂在可再生性方面的性能水平，其根据以下关系：min(m_Des)＝min(m₁)–max(m₄)。

对于恒定选择性系统，则在区域1和区域4中给出最高应力的液相的组成是在解吸剂注入到单元中的点的液相的组成。在该点处，液相基本上含有解吸剂。其组成用于评估方程8的项δ₁和δ₄；项δ₁和δ₄由上述方程7定义。

对于每种吸附剂，由实验测量的二元选择性值来计算降低的流速min(m_Des)。

max(m_feedstock)和min(m_Des)之间的比率使得可指示共同地使生产率最大化和使分离芳族C8级份中所含的对二甲苯的方法的运行成本最小化的吸附剂的能力。

表1使得可比较具有氧化物形式的物质的各种摩尔比K₂O/(K₂O+SrO+BaO+Na₂O)和SrO/(K₂O+SrO+BaO+Na₂O)的吸附剂的各种配方的max(m_Feedstock)和min(m_Des)之间的降低的流速的比率。还指示了氧化物形式的物质的SrO/K₂O摩尔比。

应注意，与根据本发明的所有阳离子相比，具有受控的锶和钾含量的吸附剂G、H和I使得可获得max(m_feedstock)和min(m_Des)之间的最佳比率。

另一方面，吸附剂A、B、D和F的含量不符合本发明，导致获得了max(m_feedstock)和min(m_Des)之间的比率的劣化的值。

这证实了使用本发明中描述的Sr和K含量的有益效果。