[发明专利]提高渗透物回收的膜分离方法和系统

说明书

本发明涉及用于提高所需渗透物(permeant)的回收的膜分离方法和系统。为此目的，渗透物是膜选择性渗透的组分。因此，流体进料和透过物(permeate)部分含有渗透物并且保留物(retentate)部分可能含有渗透物。渗余物(retentant)是由膜选择性排除的进料组份。流体进料可含有两种或多种组份并因此可能存在两种或多种渗余物和两种或多种渗透物。除非另外说明，在多于一种渗透物存在的情况下，渗透物意思是在透过物部分中最需要的组份，例如在进料为石脑油馏分的情况下是正链烷烃。类似地，在多于一种渗余物存在的情况下，渗余物意思是在保留物部分中最需要的组份，例如在进料为来自于C₅和C₆原料的异构化流出物的情况下为支化链烷烃。

已提议膜作为可选择的分离单元操作。在代替可选择的分离单元操作例如蒸馏、选择吸附、液化和结晶方面，膜分离具有有限的商业成就。在一些情况下，特别是对于大规模工业化生产过程而言，针对给定的渗透物回收膜的成本由于使用膜分离器而是明显的劣势因素。例如，精炼厂加工大量的烃类进料包括接近沸腾组份例如异构体和类似分子量的芳族和脂族化合物的困难分离。然而，对于上述困难的分离蒸馏和吸附分离方法仍是主要的方法。

对于精炼厂应用而言使用膜分离方法的缺点之一是必须提供极其大的膜表面积以便获得所需分离。对于精炼厂和化学加工应用已提议的许多膜制备有相对厚的阻挡层以便确保获得所需分离。参见，例如，US5,069,794，其公开了含有结晶分子筛材料的微孔膜；和US6,090,289，其公开了可以用作膜的含有分子筛的层状复合材料。膜的选择性可以相当高。例如，US6,818,333公开了沸石薄膜，据说该膜具有的正丁烷渗透率为至少6×10^-7mol/m²·s·Pa和正丁烷对异丁烷的选择性为至少250。最近，Bourney等在WO2005/049766中公开了一种使用膜从衍生自脱异己烷塔顶的异构化料流中除去特别是正戊烷来生产高级辛烷汽油的方法。在氧化铝膜上基于使用MFI的计算机模拟中，公布的实施例1指出需要5000平方米的膜表面积以从来自于脱异己烷蒸馏塔的塔顶馏出物中除去95质量％的正戊烷。在进料至渗透器的流速(75000kg/hr.，具有20.6质量％的正戊烷)方面，模拟中使用的正戊烷的流量在300℃下显示为0.01克分子/m²·s。

因此，对于工业上执行这样的膜分离系统而言，成本使得其与吸附分离系统相比即使在处理整个石脑油料流以除去对吸附剂可能有毒的污染物的情况下也是没有竞争性的。

另外，膜分离器具有固定的表面积，并且为了在进料速度和进料组成的范围内提供恒定纯度的产品，可能需要改变驱动力，例如分压或浓度梯度。类似地，如果膜被污染导致损失渗透性，则渗透物的回收将减少，除非改变驱动力以补偿上述损失。

例如，用于分离的蒸馏系统至少部分由于蒸馏方法的高能量消耗而需要替换方案。选择性吸附方法可能比蒸馏更有能量效率但通常比蒸馏系统包含更多的资本费用。膜分离系统由于渗透用驱动力典型地为分压或浓度的差异通常提供了能量有效的分离。

因此，存在对研发膜分离系统的需求，所述膜分离系统是对常规分离系统经济上有吸引力的替换方案，特别是在必须处理大量料流的情况下。还需要可以在大范围的进料速度和组成内提供恒定产品纯度而不存在改变分离用驱动力的复杂性的膜分离系统。

发明概述

根据本发明，提供了一些方法和系统，所述方法和系统提高了用于精炼厂和化学加工分离的膜的经济可行性并且在获得所需的渗透物回收方面提供了灵活性而不靠必须改变渗透用驱动力。因此，可容易地调节例如进料组成和膜条件例如结垢方面的变化以提供恒定的透过物回收。在优选的实施方案中，本发明的方法和系统即使在渗透物的体积改变的情况下也能使得保留物中渗余物的浓度基本上恒定。

本发明的膜方法和系统在其中透过物中渗透物的纯度并不重要的精炼和化学加工中特别有利。一种上述应用是在，特别是4-30个碳原子的烷烃和烯烃的异构化例如丁烷异构化和轻石脑油进料的异构化中制备高辛烷燃料、芳烃例如二甲苯等等。另一个实例是优化反应器进料例如处理含有正链和支化和环状烃类的原料以提供蒸汽裂化用富含正链烃类的料流和重整用正链烃类贫化的料流。即使有限的分离选择性也可通过实现部分分离或分离共沸混合物帮助蒸馏并且可帮助其它反应，例如通过取出至少部分所需产物以避免其进一步反应，例如在烷基化反应中。

在本发明的一个广义方面，该方法包括：