使用混合蒸气-液体原料的改良膜分离方法技术

本发明专利技术涉及一种通过将芳香族化合物选择性渗透通过膜从包括芳香 族化合物和非芳香族化合物的原料流中分离芳香族化合物的方法，包括将 混合相蒸气-液体原料供给膜，其中所述液相优先润湿膜的表面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本专利技术涉及从具有宽沸点范围的混合物中膜分离具有较高沸点的组分。特别地，本专利技术为一种膜以及从汽油，或类似的宽沸点混合物， 比如石脑油中分离芳香族化合物的方法。全蒸发是一种众所周知的膜方法。全蒸发已经被并且现在仍被 用于从精炼流中回收芳香族化合物。多组分液体原料可基于溶液-扩散机理 来分离，同时作为蒸气除去渗透物。通常在膜的渗透物一侧保持真空来加 速渗透。全蒸发是一种吸热的过程。需要输入热量来维持全蒸发过程。通 常地，进入全蒸发过程的原料要通过预加热达到某温度，该温度下原料预 选部分可以有效地渗透进膜，并使原料达到某一压力足以将原料保持为液 相。通过加热膜和/或重新加热原料来保持所需的操作温度和流量。在传统 的膜分离体系中的绝热操作会导致温度的明显下降和渗透物流量的损失。 传统使用级间重新加热渗余物/原料来保持温度。绝热操作是非常理想的， 并且最理想的是不会带来温度的明显下降。0003]汽油是一种由具有宽沸点范围的脂肪族和芳香族烃组成的复杂 的混合物。通过全蒸发可以从汽油中分离出芳香族化合物以获得较高辛烷 燃料。但是，宽沸点范围、多变的组分和市售汽油的挥发性使得简单地使 用全蒸发膜体系分离困难而且低效。汽油中的低沸点、低辛烷脂肪族组分 与高沸点、高辛烷芳香族化合物竟争渗透，因此限制了芳香族组分的渗透。 脂肪族化合物的竟争渗透同样限制了膜的选择性，因此降低了对芳香族化 合物的选择性。芳香族渗透物的高产率需要可观的能量，这降低了膜体系 的整体效率。现有技术膜体系还使用了预蒸馏步骤来从汽油中去除低沸点 脂肪族化合物，因此将芳香族化合物浓缩在高沸点液体中。复杂体系使用了预分馏、多级膜过程、和/或具有后分馏的循环来处理上述在高效膜体系 中通常不希望的问题。当分离宽沸点范围原料比如以汽油为例时，本专利技术能够相当可 观的简化全蒸发过程。这些简化可以如提高效率所需降低成本、重量和体 积以及体系复杂性，以实现本申请的商业化。专利技术概述通过使用通常包括液体原料操作的全蒸发膜体系，汽油中芳香 族化合物的分离过程缩短。当液体原料入口应用于宽沸点范围流时，例如 市售汽油，需要相对高的真空来达到渗透物中芳香族化合物的浓度。这是 由于汽油中的通常在芳香族化合物中含量较低的C6和低沸点组分优先渗 透过膜，除非膜的背压足够低以能减轻上述化合物在渗透速率上产生的高 蒸气压效应。附图说明图1是本专利技术的一个简化实施方式。图2是为改进的使用混合蒸气-液体原料的膜分离的装置的示意图。图3是为改进的使用混合蒸气-液体原料的膜分离的替代装置的 示意图。优选实施方式的详细说明在一个优选实施方式中，选择性全蒸发膜(5a)含有在多孔陶资载体上的交联的聚酰亚胺-聚己二酸酯膜聚合物。本专利技术的一个特点是全蒸发膜(5a)的基本绝热操作。全蒸发过程是吸热的。如上文所述，原料材料保持部分蒸发。蒸气相原料中高沸点成分在全蒸发膜上的逐渐冷凝为膜提供了热量，抵消了全蒸发过程中吸热造成的热量损失。本专利技术的另一特点是液体层(la)与分离膜(5a)的接触。保持膜的 原料侧的膜温度Tf和压力Pf以在膜表面冷凝出富含优选渗透物的相对薄 的层。尽管不希望受任何特定理论限制，在一个优选实施方式中，液体层 (la)保持为相对薄的层来促进获得和维持蒸气、液体和膜之间的热量和组 成平衡。在原料含有传统汽油或石脑油同时优选渗透物为原料中的芳香族 成分的实施方式中，通过控制Tf和Pf来保持液体层，以使富芳香族成分 的冷凝速度大致与上述成分的渗透速度相等。0019具有提高的优选渗透物浓度的渗透物(6)冷凝并通过所述泵设备 代表的传统设备进行收集。渗余物(7)通过传统方法收集。在实施例中还应注意使用了平板-框架(片盒)模块设计和内部加 热。聚合物涂层的厚度为7微米。将两块薄片面与背贴合在一起，所以 PEI-DECO公称聚合物的厚度为14微米，之后还有附加的0.05微米的多 孔Gortex涂覆层。将数块薄片摊平使用并用viton O型环密封来使其面积 为0.2 m2。实施例2图2为本实施例使用的装置的简化过程示意图。用泵(21)为传统 汽油原料(20)加压以获得所需的原料压力。用质量流量控制阀(22)来控制原 料流量。通过在热交换器(23)中与循环的热乙二醇-水混合物接触来将原料 加热至所需温度，对于本实施例，温度通常保持在120°C。作为替换，用 硅油浴将汽油原料的温度加热至最高大约160°C。在传输到膜模块(24)时预 加热的原料基本上为蒸气。通过压力调整器(25)对渗余物流(28)操作来控制 膜的背压，以提供所需的操作压力Pf。在真空泵(32)提供的真空下对渗透 物(26)进行回收。用热交换器(27)将渗透物蒸气冷却至大约30°C。用气体/ 液体真空分离器从剩余的渗透物蒸气(26b)中将重渗透物冷凝物分离出 来，并通过液体泵(29)进行回收，之后储存在汽油储罐(31)中，该储罐在本 实施例中为高辛烷燃料储罐。用真空泵(32)对剩余的渗透物蒸气(26b)进行 压缩，并通过热交换器(33)将其冷却至大约30。C，以从真空排气中得到附 加的轻液体渗透物(26c)。作为替换，可用热交换器(27)对全部渗透物(26) 进行冷却并用真空泵(32)对其进行压缩以得到高辛烷燃料。用强迫空气-翅 片热交换器(37)将热渗余物(28)冷却至室温20。C,并存放在储罐(39)中，该 储罐在本实施例中为低辛烷汽油储罐。在某些实施例中，在与热交换器(23)进行加热前，可用泵(36)将部分热渗余物(28)与膜原料(20)混合来进行循环。 实施例3对于本实施方式，通过如下方法来构造聚合物涂覆的块状陶乾将聚(己二酸乙二醇酯)PEA，，和苯均四酸二酐PMOA、 4，4，-亚甲基 二(2-氯苯胺)和1，2，5，6-双环氧环辛烷DECO和等量的DMF与丙酮混合， 形成大约2.0%重量比的聚合物溶液。组分的最终摩尔比为 l画PEA2000/2-PMDA/l-MOCA/2-DECO 。溶液保持在室温或者在加入 DECO后低于室温。该溶液用于涂覆多孔陶瓷块，方法是将液体聚合物浸 入块材的多孔表面。涂覆过的块材会因此在表面上形成如美国专利 5,670,052所述组合物的聚合物薄膜，包括多孔块材的内部表面，形成基本 上没有空隙和孔洞的聚合物涂层，表面积为大约O.lm2。膜用于图2中描述的简化过程和装置中。使用含有日本常规无 铅冬用级汽油的传统汽油作为原料(21)。对原料汽油进行检测以测定其辛 烷值和组成，具有大约卯,3RON,大约33.9%重量的芳香族化合物和大约 23.1%重量的C5-的轻质脂肪族烃。如图2所描述的方法在两个套条件下 运行，其一向膜体系提供液相原料，另一个提供根据本专利技术的混合液体/ 蒸气原料。通过在膜原料压力Pf为大约960kPa(绝对压力)，膜出口压力为 大约950kPa(绝对压力)下操作获得了液相原料条件。膜原料的温度保持在 大约140。C。上述压力基本上高于汽油原料在140°C时的泡点压力，这也 是膜原料保持在液态的原因。在第二套条件下液使用相同的装置来生成混合液体/蒸气相原 料。因此，膜的进口压力保持在大约465 kPa(绝对压力)，在控制阀(22)后 测得，膜出口压力保持在大约445 kPa(绝对压本文档来自技高网...

【技术保护点】
通过使芳香族化合物选择性渗透通过膜从包括芳香族化合物和非芳香族化合物并且沸程为至少５０℃的原料流中分离芳香族化合物的方法，其中包括将混合相蒸气－液体原料供给膜，其中所述液相优先润湿膜的表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.7.14 US 60/830,914;2007.7.10 US 11/827,0071.通过使芳香族化合物选择性渗透通过膜从包括芳香族化合物和非芳香族化合物并且沸程为至少50℃的原料流中分离芳香族化合物的方法，其中包括将混合相蒸气-液体原料供给膜，其中所述液相优先润湿膜的表面。2. 权利要求1所述的方法，其中选择性控制原料压力Pf和原料温 度Tf以在膜上冷凝出芳香族化合物浓度比原料流至少高10%的液体层。3. 权利要求2所述的方法，其中芳香族化合物浓度比原料流至少 高25%。4. 权利要求3所述的方法，其中芳香族化合物浓度比原料流至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·帕特里奇，W·魏斯曼，B·K·考尔，C·Y·萨博特克，S·K·巴蒂亚，
申请(专利权)人：埃克森美孚研究工程公司，
类型：发明
国别省市：US