[發(fā)明專利]通過碳化偏二氯乙烯共聚物氣體分離膜進行的氣體分離和用于制備所述膜的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780014731.3
• 申請日: 2017-03-14
• 公開（公告）號: CN108697994B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設計）人: 劉軍強;J·M·戈斯;E·M·卡爾弗利;D·E·拜爾
• 申請（專利權）人: 陶氏環(huán)球技術有限責任公司
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D69/02;B01D71/02;B01D71/80
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 吳亦華

一種適用于將烯烴與其相應鏈烷烴分離開的碳化PVDC共聚物，所述碳化PVDC共聚物可以通過以下來制得：將厚度是1微米到20微米的聚偏二氯乙烯共聚物膜或中空纖維加熱到100℃到180℃的預處理溫度以形成預處理聚偏二氯乙烯共聚物膜，然后將所述預處理聚偏二氯乙烯共聚物膜加熱到350℃到750℃的最高熱解溫度。一種用于在氣體混合物中將烯烴與其相應鏈烷烴分離開的方法，所述方法由以下組成：使所述氣體混合物流過上述碳化聚偏二氯乙烯(PVDC)共聚物以產(chǎn)生具有增加的所述烯烴濃度的滲透物第一物流和具有增加的其相應鏈烷烴濃度的第二保留物物流。

本發(fā)明涉及使用碳膜的氣體分離的領域。更具體地說，本發(fā)明涉及通過使氣體混合物通過碳化偏二氯乙烯共聚物膜(膜或中空纖維)來從氣體混合物中分離氣體，特別是將烯烴與其相應鏈烷烴分離開。

碳分子篩(CMS)和CMS膜已經(jīng)用于分離氣體。CMS可以由各種在各種溫度下和/或在各種條件下熱解的樹脂來制備。熱解將樹脂降解成碳，但在呈微孔形式的熱解產(chǎn)物中保持至少一些孔隙度。由此形成的CMS隨后可用于采用如填充床、柱等吸附特別氣體的常規(guī)氣體分離設備中，其中微孔尺寸確定吸附氣體混合物中的哪種氣體和不吸附哪種氣體。根據(jù)例如常規(guī)的變壓吸附法或變溫吸附法來交替進行吸附和解吸附技術以進行分離。CMS膜也已用于通過使氣體混合物流過CMS膜來分離氣體。

然而，對于某些特別的分離來說，在所屬領域中制備具有正確尺寸的微孔的CMS存在特殊的挑戰(zhàn)。由于使用CMS來完成分離，假定微孔至少與將進入微孔的特定分子一樣大或比其大，所以有必要知道分子的“尺寸”。已經(jīng)研發(fā)出測定分子尺寸的不同方法。一種常用的方法是測定給定分子的“動力學直徑”?；诟鞣N這些動力學直徑在沸石應用中的使用而列出其的參考文獻是D.W.Breck的《沸石分子篩：結構、化學物質(zhì)和用途(Zeolite MolecularSieves:Structure,Chemistry and Use)》，約翰威立公司(John WileySons,Inc.)(紐約NY 1974)，636，且這些測定經(jīng)常使用，即使對于已知具有狹縫狀孔隙的非沸石碳分子篩來說也是如此。鑒于上文和為此目的，以下從上文引用的Breck參考文獻中獲得的動力學直徑在本文中用作以下分子的代表性分子直徑：HeH₂N₂CO₂CH₄C₂H₄C₃H₈異C₄H₁₀SF₆(六氟化硫)和異C₈H₁₈(異辛烷)然而，由于參考文獻表缺乏乙烷的動力學直徑且至少一些研究人員認為其中給出的丙烯的動力學直徑對于CMS材料本身來說是不準確的，所以對于這兩種材料，本文中使用Lennard-Jones碰撞直徑而非Breck動力學直徑。這些Lennard-Jones碰撞直徑分別是C₂H₆和C₃H₆參見例如Staudt-BickelC.，Koros W.J.，《使用6FDA基聚酰亞胺膜的烯烴/鏈烷烴氣體分離(Olefin/paraffin gasseparations with 6FDA-based polyimide membranes)》，J.Membr.Sci.(2000)170(2)，205-214以用于進一步討論。動力學直徑和Lennard-Jones碰撞直徑一起被稱為“代表性分子直徑”。

聚偏二氯乙烯(PVDC)共聚物已經(jīng)熱解以形成碳分子篩，但其傾向于形成更大的孔隙。Lamond T.G.等人的《SARAN型碳的分子篩特性(molecular sieve propertiesof SARAN-type carbons)》”，Carbon(1965)3，59-63。此文章描述了由聚偏二氯乙烯(PVDC)共聚物制備CMS，這排斥新戊烷分子但非選擇性地吸附較小分子，如在非限制性實例中的CO₂、丁烷和異丁烷。鑒于此，所述文章的作者得出結論，其CMS具有微孔。