[發明專利]用于乙烯/乙烷分離的基于聚酰亞胺的碳分子篩膜

在審

• 申請號: 201280007692.1
• 申請日: 2012-02-28
• 公開（公告）號: CN103347596A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: W.J.科羅斯;M.朗格塔;徐立仁
• 申請（專利權）人: 佐治亞科技研究公司
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D69/02;B01D71/02;B01D53/22
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 吳培善

相關申請參考

本申請是非臨時申請，其要求2011年3月7日提交的標題為“POLYIMIDE-BASED?CARBON?MOLECULAR?SIEVE?MEMBRANE?FOR?ETHYLENE/ETHANE?SEPARATIONS”的美國臨時專利申請61/449,786的優先權，將該專利申請的教導通過參考并入本申請，就像它全文再現于下文中一樣。

背景

技術領域

本發明涉及碳分子篩膜領域。更具體地說，它涉及在乙烯/乙烷分離中表現出高度選擇性的碳分子篩膜。

背景技術

乙烯是全球生產的最大量的有機化學品之一。它通常從石油以及天然氣原料中商品化生產，遺憾地是大量的生產成本用于將乙烯從乙烷中分離出來。目前，C₂H₄/C₂H₆分離幾乎全部通過低溫蒸餾進行，低溫蒸餾是一個能源密集型過程，因為C₂H₄與C₂H₆的相對揮發性差別（1.75）較低。一般的蒸餾過程可能需要-25攝氏度（℃）的溫度和320磅/平方英寸（psig）的壓力（約（～）2.21兆帕（Mpa））。因此，需要非常巨大的蒸餾塔，在某些情況下需使用120至180層塔板以及高回流比的蒸餾塔，這使得分離過程非常昂貴。

膜技術給這類熱驅動分離提供了一個很有吸引力的選擇，因為它可能需要較低的能量并且減少了對環境的影響。膜被廣泛應用于液體和氣體的分離。通過這類膜的氣體傳輸一般采用吸附-擴散機理模型化，其中氣體分子吸附于膜的上游表面，在化學勢梯度的作用下擴散通過膜，并且最后在膜的下游側脫吸附。兩個本征性質用于評價膜材料的分離性能：其“滲透性”（permeability），即膜本征產率的量度；及其“選擇性”，即膜分離效率的量度?！皾B透性”一般以Barrer為單位，它按照流量（n_i）除以膜上游與下游之間的分壓力差（Δp_i），并乘以膜厚度（l）來計算。

p_i=(n_i*l)/Δp_i

另一術語，“滲透率”（permeance）此處定義為不對稱中空纖維膜的產率，且一般以氣體滲透單位（GPU）為單位，其通過以Barrer為單位的滲透性除以以微米（μm）為單位的膜厚來計算。

(p_i/l)=(n_i/Δp_i)

最后，“選擇性”此處定義為與另一種氣體的相同性質相比，一種氣體通過膜的滲透性或滲透率的能力。它作為無單位比例進行測量。

∝i/j=PiPj=(Pi/l)(Pj/l)]]>

目前，聚合物由于其可加工性以及對于各種氣體分離通用的選擇性成為用于氣體分離的主要膜材料。然而，這些聚合物膜的性能常常受限于產率（滲透性）與效率（選擇性）之間的平衡（trade-off）曲線上限。此外，聚合物膜可能不適合于吸附性氣體的高壓應用，例如烴，這是因為它們可進行塑化，這可能導致性能上的重大損失。塑化對于不對稱中空纖維構型可能是一個特別嚴重的問題。