[發明專利]一種碳分子篩膜用于C4

在審

• 申請號: 201811343663.8
• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN111171856A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 楊維慎;班宇杰;周應武
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C10G31/09
• 分類號: C10G31/09
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 鄭虹

本發明公開了一種碳分子篩膜用于C₄?C₆正異構烷烴的分離方法，包括如下步驟：(1)將碳分子篩膜密封于膜組件當中；(2)膜組件置于導熱器中維持恒溫；(3)原料側通入正異構烷烴飽和蒸氣混合物；(4)膜兩側施以壓差；(5)滲透側組分通過吹掃氣攜帶收集或于收集器中冷凝；(6)滲透側組分通過氣相色譜在線或離線檢測其組成及各組分濃度。本發明針對C₄?C₆正異構烷烴分子尺寸較大，飽和蒸氣壓極低，現有膜分離方法往往性能不高，壽命較短的問題，開發了高效碳分子篩膜并用于C₄?C₆正異構烷烴的分離應用。對石油基平臺化合物的高效分離與優化利用具有重要意義。

技術領域

本發明屬無機膜材料領域，具體涉及一種碳分子篩膜用于C₄-C₆正異構烷烴的分離方法。

背景技術

碳分子篩膜是由聚合物膜材料在一定的條件下經熱解碳化制備而成，是一種新型的無機膜材料。CMSMs具有較高的熱化學穩定性和超高的氣體分離選擇性，不存在聚合物膜的塑化現象，是成功突破Robeson上限的典型膜類型，被認為是氣體膜分離領域最具有工業應用前景的氣體分離膜材料之一(Burns R.L., KorosW.J.J.Membr.Sci.,2003,211:299-309)。多數具有分離性能的碳分子篩膜都具有短程有序的亂層碳結構，這類材料的孔道是由微晶之間的缺陷堆疊形成的。一般認為碳分子篩具有“狹縫型”(slit-like)孔結構分布。

目前大量的專利和文獻報道顯示，碳分子篩膜在永久小分子氣體(如氫氣、二氧化碳、氮氣、甲烷等)分離方面具有獨特優勢。專利(CN 107635646)公開了一種用于制造在永久小分子氣體之間，如氫氣(二氧化碳、氮氣)和甲烷之間，具有選擇透過性的碳分子篩膜的方法。文獻(Kiyono M.,Williams P.J., Koros W.J.Carbon,2010,48:4432-4441.)報道了碳分子篩膜用于永久小分子氣體二氧化碳與甲烷的篩分，文獻(Jiao W.M.,Ban Y.J.,ShiZ.X.,et al. Chem.Commun.,2016,52:13779-13782.)報道了碳分子篩膜用于永久小分子氣體氧氣與氮氣的高效分離。遺憾的是，碳分子篩膜的分離應用主要集中于永久小分子氣體，十分局限，對于4碳數以上正異構烷烴的分離并無涉及。

含4-6個碳原子數的正異構烷烴(即C₄-C₆正異構烷烴)是石油裂解過程中的重要產物，也是著名的石油基平臺化合物。其中，正構烷烴可做裂解制乙烯的原料，異構烷烴可做汽油抗暴組分。然而，C₄-C₆正異構烷烴的理化性質十分接近，傳統分離手段能耗極高。膜分離方法能耗低，效率高，是一種極具競爭力的分離方法。然而，C₄-C₆正異構烷烴分子尺寸較大，且飽和蒸氣壓極低，常在膜材料上發生吸附、凝聚現象，對微孔的堵塞極為嚴重，因此現有膜分離方法往往性能不高，壽命較短。若能基于碳分子篩膜開發一種高效膜分離方法，對石油基平臺化合物的優化利用而言，必將產生重要的工業應用價值。

發明內容:

本發明的目的首先在于突破現有技術的不足，提供一種碳分子篩膜用于 C₄-C₆正異構烷烴分離的應用。

本發明目的通過如下技術方案實現一種碳分子篩膜用于C₄-C₆正異構烷烴的分離方法，包括如下步驟：

(1)將碳分子篩膜密封于膜組件當中；

其中所述膜組件為不銹鋼材質，其上半部分有原料側進氣口和截留側出氣口，下半部分有吹掃側進氣口和滲透側出氣口，內部用于封裝膜片，整個膜組件置于導熱器中；滲透側出氣口與氣相色譜儀連接用于檢測滲透側組份含量。

(2)膜組件置于導熱器中維持恒溫；