[发明专利]包含源自含邻位官能团的芳族聚酰亚胺的热重排聚合物的共混聚合物膜无效

专利信息
申请号: 201080022934.5 申请日: 2010-02-18
公开(公告)号: CN102449041A 公开(公告)日: 2012-05-09
发明(设计)人: 刘春青;M-W·唐 申请(专利权)人: 环球油品公司
主分类号: C08J5/22 分类号: C08J5/22;B01D53/22;C08L79/04
代理公司: 北京市中咨律师事务所 11247 代理人: 李颖;林柏楠
地址: 美国伊*** 国省代码: 美国;US
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摘要:
搜索关键词: 包含 源自 含邻位 官能团 聚酰亚胺 重排 聚合物
【说明书】:

发明背景

本发明涉及包含源自含邻位官能团的芳族聚酰亚胺的热重排聚合物的新型共混聚合物膜,以及这些共混聚合物膜的制造和使用方法。在本发明的一些实施方案中,共混聚合物膜可进行另外的交联步骤以增加膜的选择性。

与较早建立的技术如低温蒸馏、吸收和吸附相比,基于膜的技术兼具低资本成本和高能效的优点。膜单独地和与其它方法相结合提供了一种解决能源、环境资源回收、医药及许多其它技术问题的综合处理方法。在过去的30-35年,基于聚合物膜的气体分离法的技术发展水平得到了快速发展。石油生产商和提炼商、化学公司和工业用气供应商对膜气体分离特别感兴趣。已有多个应用获得了商业成功,包括从天燃气和生物气除去二氧化碳和提高石油回收,以及从氨吹洗气流的氮气、甲烷和氩气除去氢气。例如,UOP的SeparexTM乙酸纤维素聚合物膜是目前用于从天然气除去二氧化碳的国际市场领导产品。对于更大的经济和环境有效分离的推动将导致基于膜的分离未来具有更快速的增长。

在商业气体分离应用中最常用的膜是聚合无孔膜。分离基于溶解-扩散机理。该机理包括渗透气体与膜聚合物的分子级相互作用。该机理认为在具有两个相反表面的膜中,每种组分在一个表面被膜吸附,通过气体浓度梯度运输,并在相反的表面解吸。根据该溶解-扩散模型,通过两个参数测定膜在分离给定气体对(例如CO2/CH4、O2/N2、H2/CH4)方面的性能:渗透系数(以下缩写为PA)和选择性(αA/B)。PA是气体通量和膜的选择性表层厚度的乘积除以跨膜压力差的结果。αA/B是两种气体渗透系数的比(αA/B=PA/PB),其中PA是渗透性较高气体的渗透率而PB是渗透性较低气体的渗透率。由于高溶解系数、高扩散系数或由于两个系数都高,气体可具有高渗透系数。随着气体分子大小的增大,通常扩散系数降低而溶解系数增大。在高性能聚合物膜中,高渗透性和选择性都是所希望的,因为较高的渗透性降低了处理给定体积的气体所需的膜面积大小,从而降低了膜单元的资本成本,并且因为较高的选择性导致较高纯度的产品气体。

聚合物提供了对于气体分离具有重要性的一系列性质,包括低成本、良好渗透性、机械稳定性和易加工性。优选具有高玻璃化转变温度(Tg)、高熔点和高结晶度的聚合物材料。玻璃态聚合物(即处于低于其Tg的温度的聚合物)具有更加刚性的聚合物主链,因此与主链刚性较低的聚合物相比,玻璃态聚合物使更小的分子,例如氢和氦更快速地通过,而较大分子,例如烃的通过较慢。然而,渗透性较高的聚合物的选择性通常低于渗透性较低的聚合物。渗透性和选择性之间通常存在折衷(所谓聚合物上界限)。在过去的30年中,已经在克服该上界导致的限制方面投入了大量研究工作。已经使用了多种聚合物和技术,但并未获得多少成功。另外,传统的聚合物膜在热稳定性和耐污垢方面也具有局限性。

乙酸纤维素(CA)玻璃态聚合物膜广泛用于气体分离。目前,这种CA膜用于天然气的浓集,包括除去二氧化碳。尽管CA膜具有很多优点,但其受制于多种性质,包括选择性、渗透性以及化学、热和机械稳定性。例如,UOP的早期现场实践发现聚合物膜性能可快速恶化。膜性能损失的根本原因在于膜表面的液体冷凝。基于所计算的膜产品气体的露点,通过提供足够的露点操作裕度防止冷凝。UOP的MemGuardTM体系(使用分子筛的可再生吸附体系)被开发出来以从天然气料流除去水以及重质烃,由此以降低料流的露点。通过预处理系统选择性除去重质烃可显著改进膜的性能。尽管这些预处理系统可有效地从天然气料流除去重质烃以降低其露点,但成本非常高。一些项目表明:取决于进料组成,预处理系统的成本高达总成本(预处理系统和膜系统)的10-40%。减少预处理系统成本或完全省去预处理系统将显著降低用于天然气浓集的膜系统成本。另一方面,近年来越来越多的膜系统已被应用于大型的离岸天然气浓集项目。对于离岸项目,覆盖区(footprint)是一个大的限制。因此,对于离岸项目而言,减少覆盖区非常重要。预处理系统的覆盖区也很高,占整个膜系统的覆盖区的10-50%以上。从膜系统除去预处理系统具有很大的经济影响,尤其对于离岸项目。

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