本发明专利技术涉及气体分离技术，具体是一种材料TUT‑O2作为吸附剂在分离乙烯中低浓度乙烷中的应用及乙烷乙烯的分离方法与该材料的制备。本发明专利技术设计了在MOFs的不饱和金属空位上预先吸附氧分子，制备得到了TUT‑O2材料：通过氧分子对不饱和金属空位的占据，阻挡了金属空位与乙烯分子间的π键相互作用；同时，氧分子与乙烷中氢原子产生氢键作用，提高了材料对乙烷的吸附强度；实现了TUT‑O2材料能够选择性的吸附乙烷强于乙烯，最终将乙烯中低浓度的乙烷有效分离。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气体分离技术，具体是一种材料TUT-O2作为吸附剂在分离乙烯中低浓度乙烷中的应用及乙烷乙烯的分离方法与该材料的制备。
技术介绍
乙烯是最重要的石油化工基本原料，在石油化工产业中占据着十分重要的作用。2013年，我国乙烯当量消费量约为3510.6万吨，乙烯当量消费自给率约46.2％，存在较大的供应缺口，乙烯工业具有很大的发展潜力。目前，中国已成为世界上仅次于美国的第二大乙烯生产国。近年来，以石脑油为原料的乙烯生产装置竞争力大幅下降，乙烷裂解制乙烯工艺显示出更大的成本优势。乙烷裂解制乙烯具有成本低、收率高、污染小等优点，其中乙烷的收率和转换率都可超过80％。但是，乙烷裂解工艺得到的乙烯中常含有5％～15％的乙烷，为了得到聚合级的产品乙烯(浓度大于99.9％)，需要进行进一步的乙烯精制。由于乙烷和乙烯的物理性质非常接近，常规的精馏工艺能耗较大，成本过高，缺乏经济效益。而变压吸附方法分离乙烷/乙烯时，由于常规的吸附剂大多选择性吸附乙烯，对于乙烯中含有的低浓度乙烷分离效果不好，导致乙烯的回收率和纯度都不高。
技术实现思路
本专利技术为了解决乙烷与乙烯混合气难分离的问题，提供了一种材料TUT-O2作为吸附剂在分离乙烯中低浓度乙烷中的应用。本专利技术是通过以下技术方案实现的：材料TUT-O2作为吸附剂在分离乙烯中低浓度乙烷中的应用。本专利技术中所述低浓度即乙烷浓度低于乙烯浓度。另外，本专利技术提供了该材料TUT-O2的制备方法，是通过以下步骤实现的：将无水氯化亚铁溶解于二甲基甲酰胺溶液中，搅拌使其完全溶解；再加入与无水氯化亚铁摩尔比为2.6:1的2,5-二羟基对苯二甲酸继续搅拌直至完全溶解，然后混合溶液在惰性气体氛围下加热至120℃持续搅拌直至获得深绿色粉末沉淀物；用甲醇溶液洗涤，洗涤后自然干燥，然后置于真空烘箱中，抽真空至真空度10-5Pa并加热至150℃直至样品重量保持不变，得到黄绿色粉末；将黄绿色粉末在纯氧条件下加热至50℃，保温2h，得到TUT-O2。具体实施时，所述混合溶液在惰性气体氛围下加热至120℃持续搅拌18h。一般情况下混合溶液在被加热至120℃持续搅拌12h就会获得深绿色粉末沉淀物，但是加热至18h时，反应的产率能够达到90％以上。本专利技术所述吸附剂材料TUT-O2的制备方法，工艺简单，易于掌握，且无需用到任何高能设备，极易实施。金属有机骨架材料(MOFs)具有丰富的结构，较高的孔隙度和比表面积，近年来在气体吸附、气体分离、传感等方向显示出巨大潜力。其中一类结构中含有不饱和金属空位的MOFs，通过对烯烃中的π键产生较强的相互作用，显示出的吸附烯烃强于烷烃。本专利技术设计了在MOFs的不饱和金属空位上预先吸附氧分子，制备得到了TUT-O2材料：通过氧分子对不饱和金属空位的占据，阻挡了金属空位与乙烯分子间的π键相互作用；同时，氧分子与乙烷中氢原子产生氢键作用，提高了材料对乙烷的吸附强度；实现了TUT-O2材料能够选择性的吸附乙烷强于乙烯，最终将乙烯中低浓度的乙烷有效分离。另外，本专利技术提供了一种乙烷-乙烯混合气体的分离方法，乙烷-乙烯混合气体与材料TUT-O2相接触，利用吸附法实现乙烷乙烯的分离。优选的，乙烷-乙烯混合气体中乙烷的浓度百分比为15％以下。作为吸附剂的材料TUT-O2在常温常压(25℃，1bar)下对各浓度百分比乙烷-乙烯混合气体的分离结果见表1：表1为了更好的说明本专利技术所述材料TUT-O2作为吸附剂能够实现高效的乙烷/乙烯分离，专利技术人控制恒定温度和压力(常温常压)，将工业传统应用的吸附剂材料对乙烷(5％)-乙烯(95％)混合气体分离效果进行对比，参见图3至图7。具体实施时，所述的材料TUT-O2为颗粒状。需要进一步说明的是，该方法是在吸附床内实施的，且吸附床的进气端和出气端分别加入了多孔聚乙烯纤维作为弹性缓冲层。该弹性缓冲层有效的保证了气体流速的稳定和气路的通畅。该种材料具有很好的弹性和支撑性，并且不易吸潮。另外，乙烷-乙烯混合气体进入吸附床的流量及吸附床内的温度和压力均恒定。采用本专利技术所述方法，可以从混合气中得到浓度大于90％的乙烯，无原料损失，设备投资较小，开停车灵活，操作简便；同时可以全部脱除并得到较高纯度的乙烯。分离获得的两种气体可直接用于工业，高效便捷。附图说明图1为通过本专利技术制备方法获得的TUT-O2材料不同放大倍数下的扫描电镜图。从图中可以看出，制备出的TUT-O2材料呈棒状，长度为6微米左右，颗粒均一，纯净无杂质。图2为吸附剂材料TUT-O2分别在25℃和0℃两个条件下对乙烷和乙烯的动力学吸附曲线。从图中可以看出，材料TUT-O2都能够选择性的吸附乙烷强于乙烯，这种很高的吸附选择性预示着材料TUT-O2能够很好的分离乙烯中低浓度的乙烷。图3为常温常压下(25℃，1bar，20ml/min)TUT-O2对于乙烷(5％)-乙烯(95％)混合气体的分离曲线。图4为常温常压下(25℃，1bar，20ml/min)吸附剂材料5A-分子筛对于乙烷(5％)-乙烯(95％)混合气体的分离曲线。图5为常温常压下(25℃，1bar，20ml/min)吸附剂材料4A-分子筛对于乙烷(5％)-乙烯(95％)混合气体的分离曲线。图6为常温常压下(25℃，1bar，20ml/min)吸附剂材料13X-分子筛对于乙烷(5％)-乙烯(95％)混合气体的分离曲线。图7为常温常压下(25℃，1bar，20ml/min)吸附剂材料活性炭对于乙烷(5％)-乙烯(95％)混合气体的分离曲线。图8为固定床气体分离装置的结构示意图。图中：1-原料气储罐，2-一号吸附床，3-二号吸附床，4-乙烯储罐，5-乙烷储罐，6-质量控制流量计，7-多孔聚乙烯纤维。具体实施方式实施例一：一种吸附剂材料TUT-O2的制备方法，是通过以下步骤实现的：将0.33g(0.0026mol)无水氯化亚铁溶解于50ml的二甲基甲酰胺溶液中，搅拌2小时。再加入0.213g(0.001mol)的2,5-二羟基对苯二甲酸继续搅拌1小时。然后将溶液转移至三口烧瓶中，在氮气气氛下加热120℃搅拌18小时，得到深绿色粉末沉淀物。用甲醇溶液洗涤，洗涤后自然干燥，然后置于真空烘箱中，抽真空至真空度10-5Pa并加热至150℃维持6小时，直至样品重量保持不变，得到黄绿色粉末。将黄绿色粉末在纯氧气条件下加热50℃，保温2小时，得到TUT-O2。实施例二：为了更好的说明本专利技术所述吸附剂材料TUT-O2对乙烷-乙烯混合气体的分离效果，采用图8所示分离装置对乙烷(5％)-乙烯(95％)混合气体进行分离，其中该分离装置的工艺参数为：⑴吸附床内径均为1cm，长度15cm，全部装置管路采用外径3毫米不锈钢气路连接；⑵吸附床的进气端和出气端分别加入了多孔聚乙烯纤维7作为弹性缓冲层；⑶质量流量计6采用D08型流量显示仪(北京七星华创电子股份有限公司)控制气体流量；⑷吸附床内分别填充颗粒状的吸附剂材料TUT-O2、5A-分子筛、4A-分子筛、13X-分子筛以及活性炭作为吸附剂。吸附剂材料TUT-O2作为吸附剂的工艺流程：⑴通过控制进气阀使吸附床进口压力为1bar，控制质量控制流量计使混合气体的流量为20ml/min，控制室温保持恒定25℃；⑵控制乙烷(5％)-乙烯本文档来自技高网...
【技术保护点】
材料TUT‑O2作为吸附剂在分离乙烯中低浓度乙烷中的应用。
【技术特征摘要】
1.材料TUT-O2作为吸附剂在分离乙烯中低浓度乙烷中的应用。2.一种乙烷乙烯混合气体的分离方法，其特征在于，乙烷-乙烯混合气体与吸附剂材料TUT-O2相接触，利用吸附法实现乙烷乙烯的分离。3.根据权利要求2所述的分离方法，其特征在于，乙烷-乙烯混合气体中乙烷的浓度百分比为15%以下。4.根据权利要求2或...
【专利技术属性】
技术研发人员：李立博，李晋平，李顺，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14
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