[發明專利]沸點接近烴組分混合物的膜分離

有效

• 申請號: 201080053433.3
• 申請日: 2010-09-22
• 公開（公告）號: CN102665863A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: P·V·尚布哈格;E·S·小桑德斯
• 申請（專利權）人: 喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司
• 主分類號: B01D53/22
• 分類號: B01D53/22;C07C7/144;C07C9/08;C07C11/06;B01D61/36
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 唐秀玲;林柏楠

發明背景

烯烴，特別是乙烯和丙烯是重要的化學原料。通常它們在自然中找到或以含有飽和烴和其它組分的混合物作為初級產物或副產物得到。在可使用粗烯烴以前，通常必須將它們從這些混合物中提純。在這類分離中經歷大量困難。由于它們類似的相對揮發度，通常使用能源密集、資本密集的多塔板蒸餾塔提純輕質烯烴。

用于分離丙烯和丙烷的現有技術蒸餾塔的實例闡述于圖1中。在典型操作方法中，將包含70%丙烯和30%丙烷的精煉級丙烯(RGP)原料沿著一個或多個進料管100引入蒸餾塔105中。蒸餾塔105一般包含多個塔板或階層。在一個實施方案中，蒸餾塔105包含135個塔板。蒸餾塔105的操作主要由塔板數和回流比的組合決定。一般而言，蒸餾塔105中的塔板越多，以恒定回流比的分離越大，但是資本成本也越大。相反地，如果回流提高，則可使用較少的塔板，但操作成本也提高。在蒸餾塔105中，較輕的組分傾向于上升，較重的組分傾向于下沉。將較輕的組分沿著管135萃取并送入冷凝器145以冷卻。可將一些冷凝的較輕組分注射回蒸餾塔105中。一些冷凝的較輕組分可用作丙烯產物流130如商品級丙烯(CGP標稱93%丙烯)。

可將包含丙烷和其它較重組分的第二料流沿著管115從塔105中萃取，在蒸發器125中再蒸發，并沿著管110注射回塔105中。一些第二料流可用作通常具有大于95%丙烷的丙烷產物120。

塔105僅為丙烯和丙烷蒸餾塔的一個實例。本領域技術人員容易地理解許多變型是可能的。

具有70%丙烯進料的單一蒸餾塔的典型結果是產生93%純度的丙烯產物和95%純度的丙烷產物。因此，改進的系統會產生至少與典型現有技術蒸餾塔同樣好的結果。

本領域已提出使用膜基系統。Robert?D.Hughes和Edward?F.Steigelmann名下的美國專利No.3,758,603和美國專利No.3,864,418描述了與金屬配合技術聯合使用的膜以促進乙烯從乙烷和甲烷中的分離。類似的金屬配合和膜混雜方法，所謂的促進傳輸膜已描述于Robert?L.Yahnke名下的美國專利No.4,060,566和Menahem?A.Kraus名下的美國專利No.4,614,524中。

已考慮其它膜作為蒸餾的選擇方案用于將烯烴從鏈烷烴中分離。然而，因為需要分離的組分的類似的分子大小和冷凝性，分離是非常困難的。膜必須在烴環境中在高壓和高溫下操作，通常產生塑化，這可產生選擇性和/或滲透速率的損失。這類苛刻條件傾向于對許多膜材料的分離性能的耐久性和穩定性有不利影響。具有足夠高烯烴/鏈烷烴選擇性、高生產力和在高壓和高溫下與烴料流長期接觸中的足夠耐久性的膜系統是非常理想的。

本領域充滿據說具有高選擇性和高通量的制造膜的方法。無足夠高的通量所需的所需膜面積如此大使得該技術不經濟。現在熟知大量聚合物膜對極性氣體(實例包括H₂O、CO₂、H₂S和SO₂)比對非極性氣體(N₂、O₂和CH₄)而言更可透，具有小分子大小的氣體(He、H₂)比大分子(CH₄、C₂H₆)更容易地透過聚合物膜。

然而，甚至考慮這些困難，膜分離的使用在化學技術中占有重要位置以用于寬范圍應用。氣體分離在過去15年中變為膜技術的主要工業應用。用于由空氣制備氮氣、從天然氣中除去二氧化碳和氫氣提純的膜基技術現在占據這些方法的明顯市場份額。

已報告了用于將烯烴從烯烴與飽和烴的混合物中分離的膜材料和系統，但不能容易或經濟地制造成提供高選擇性和在工業工藝條件下的耐久性的獨特組合以提供經濟可行性的膜。

例如，已研究了具有良好丙烯/丙烷選擇性的幾種無機和聚合物/無機膜材料。然而，將這些膜制造成實際工業膜證明是困難的。同樣，已證明液體促進傳輸膜具有在實驗室中有感興趣的分離性能，但難以規模擴大，且在通常具有工業丙烯/丙烷料流的環境中顯示出性能下降。

固體聚合物-電解質促進傳輸膜已顯示出能夠制成用于乙烯/乙烷分離的更穩定薄膜。參見Ingo?Pinnau和L.G.Toy，用于烯烴/鏈烷烴分離的固體聚合物電解質復合膜，J.Membrane?Science，184(2001)39-48。然而，這些膜嚴格受它們在烯烴/鏈烷烴工業環境中的化學穩定性限制。