[發明專利]薄膜復合膜和用于從氣態進料混合物中分離烯烴的方法

在審

• 申請號: 202010147189.2
• 申請日: 2020-03-05
• 公開（公告）號: CN111804157A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: R·D·盧森博格;K·E·羅普雷特
• 申請（專利權）人: 卡姆帕特薄膜系統公司
• 主分類號: B01D69/12
• 分類號: B01D69/12;B01D61/00;B01D53/22
• 代理公司: 北京安杰律師事務所 11627
• 代理人: 王穎

本發明披露了一種改進的薄膜復合膜以及使用該膜用于分離包含烯烴的氣態混合物的方法。該膜特別是可用于將烯烴與烷烴分離或將烯烴與其他非烴氣體分離。該膜具有更機械耐用且無缺陷的氣體分離層，該氣體分離層是由基本上不含與離聚物無關的溶解的離子物質的離聚物溶液制造的并且該薄膜復合膜的平均氦氣滲透率比該氣體分離層的固有氦氣滲透率大小于兩倍。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2019年4月11日提交的美國專利申請號16/381,333 的優先權，其要求于2019年1月7日提交的美國臨時專利申請號62/789,276 的優先權權益。

政府權利

本發明是在美國政府支持下根據能源部授予的DE-SC0007510進行的。政府享有本發明的某些權利。

技術領域

披露了具有一個或多個某一類型的磺酸銀離聚物的層的薄膜復合膜；以及使用該膜用于分離包含烯烴的氣態進料混合物的方法。

背景技術

通過傳統的方法如蒸餾來工業分離通常氣態的烯烴與烷烴以及分離烯烴與其他非烴氣體可能是具有挑戰性的，因為其低的且經常相似的沸點。值得注意地，具有挑戰性的是分離具有相同數目的碳原子的化合物，如乙烯與乙烷、丙烯與丙烷以及丁烷與丁烷。相似的沸點需要大規模的資本密集型的設施和高能量輸入進行有效分離，這可能涉及低溫蒸餾條件。膜分離方法可能是較便宜的并且需要顯著少的能量。摻入了離聚物的薄膜復合膜可以用于促進烯烴的運輸。

已經示出包括含有聚合物、尤其是氟化聚合物的某一離聚物的銀鹽的氣體分離層的膜可用于分離烯烴與烷烴或其他非烴氣體。可以假定，至少僅由銀離聚物的氣體分離層組成的膜將是有用的。然而，摻入了銀的氟化離聚物可能是昂貴的并且為烯烴每單位面積滲透通過膜的速率的烯烴通量對于機械強的必然厚的膜將是不切實際地低的。膜復合物可以克服這些限制并且通常包括以組合接觸在一起的薄的氣體分離層和其他的不同材料層以形成單一復合構造，該復合構造優化并改進復合膜性能和耐用性。已經描述了包括銀離聚物的氣體分離層的各種膜和某些增強的復合物用于促進烯烴的運輸以及將烯烴與烷烴分離的用途。參見例如，A.van Zyl等人在Journal of Membrane Science[膜科學雜志]1997 133 15-26中、O.I.Eriksen等人在Journal of Membrane Science[膜科學雜志]199385 89-97中、A.van Zyl Journal of Membrane Science[膜科學雜志]1997 137 175-185和美國專利5,191,151。

Eriksen等人在美國專利5,191,151的發明的第三實施例中披露了用于分離烯烴與烷烴的復合膜。復合膜包含全氟化離聚物的氣體分離材料，這些全氟化離聚物是四氟乙烯和含有末端磺酸基團的全氟乙烯基醚的共聚物，如(科慕公司(Chemours)，威明頓市，特拉華州)。在低級醇/水中作為5％溶液的磺酸離聚物是通過與至少一種銀化合物在此類條件下混合以獲得包含銀交換的共聚物(以及還有來自銀化合物的陰離子的共軛酸)的溶液來改性。高度可溶的且“可電離的”銀化合物，如AgBF₄、AgClO₄、和AgNO₃ (優選的)以在0.5:1至50:1的范圍內、優選在約1:1至化學計量過量的約40:1的銀的克-當量與磺酸基團(存在于離聚物中)的克-當量的比率使用。披露了具有厚度從0.1至400-μm的膜并且在實例5中通過流延到具有0.2- μm平均孔徑的多孔層基底上使分別具有20和30-μm厚度的復合膜I和J成為可能。由于基底的相對大的孔，這些膜可能是互穿復合物。