[发明专利]一种渗透汽化杂化膜及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种杂化膜，尤其是涉及一种用于汽油脱硫的渗透汽化杂化膜及其用途。

背景技术

催化裂化汽油作为商业汽油的重要组成部分，主要由噻吩类化合物、链烷烃和环烷烃等组成。其中的噻吩类化合物属于带硫原子的杂环化合物，是二氧化硫等有害气体的主要来源物。所以，必须对汽油进行脱硫处理。随着近年来世界各国对环境的愈加重视，限制汽油中硫含量的法律也愈加严格，汽油的深度脱硫也成为一项亟待解决的难题。

传统的脱硫方法为加氢脱硫，这种方法虽然可以将硫含量降到任意小的程度，但其高昂的操作费用和造成大量的辛烷值损失是其不可克服的缺点。因此，人们试图研究和开发一些非加氢脱硫的技术，如微生物脱硫、氧化脱硫和吸附脱硫等。但是，这些方法的工业化进程都存在各种问题，使得难以实施。相对于这些脱硫方法，膜法脱硫具有高效率、低能耗、易于工业化及应变能力强等优点，是最有希望取代传统加氢脱硫的技术。因此，企业界和学术研究机构都对渗透汽化脱硫进行了大量研究。

渗透汽化（PV）利用组分通过膜的吸附与扩散速率的不同，借助液体混合物组分在原料侧和透过侧分压差实现分离，它是近三十年来研究开发的一种新型膜分离过程。其过程是：液体混合物流过膜的原料侧，在膜的透过侧抽真空、冷凝、惰性气体吹扫或者溶剂吸收使液体组分在膜的两侧形成蒸汽压差，组分在蒸汽压差的推动下透过膜，并以气相的形式从膜的透过侧逸出。渗透汽化推动力虽然是组分的蒸汽压差，但其分离作用不受组分气液平衡的影响。因此，各组分分子结构(如直链、支链、基团位置不同等)和极性等的不同，均有可能成为组分分离的依据。渗透汽化过程的选择性取决于组分透过膜的速率的差别，有两种表示方式：

1.分离因子(α)和富集系数(β)。

α=(y_i/y_j)/(x_i/x_j)；β=y_i/x_i

i—优先透过组分

y-透过液组分摩尔分率;x—原料液组分摩尔分率

2.渗透通量(J)

J=(Q×L)/(A×t)

Q—透过液质量(kg);A—有效膜面积(m²);t—渗透汽化时间(h);L—膜厚度(μm)

已经商品化的用于渗透汽化脱硫的膜主要来自美国的Grace Davison公司和ExxonMobil Research and Engineering公司。美国专利US0211706报道了Grace Davison公司用聚氨酯脲作为渗透汽化膜材料，以石脑油进料，具有非常高的富集因子，但其极低的通量使得这种膜不能适应于实际应用。美国ExxonMobil公司分别采用非离子膜和离子膜对渗透汽化汽油脱硫过程进行了研究。非离子膜是由聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或醋酸纤维素(CTA)作为活性分离层，聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜为支撑的复合膜；离子膜是Nafion RTM膜。PVP/PVDF复合膜可以将含硫1990ppm的原料液中的硫含量降至120ppm。CTA/PVDF复合膜的有机硫富集因子可达2.66，采用适当工艺，可将含硫1880ppm的汽油中硫含量降至150ppm。Nafion RTM膜可以通过离子交换反应将膜中的酸质子通过阳离子(如Na+、四烷基季铵盐和四烷基膦盐的有机离子等)置换出来，也可通过三乙醇胺、嘧啶等有机碱处理而形成有机盐，从而提高膜对含硫化合物的选择性。此方法的主要问题是需要添加甲醇作为渗透助剂，这样就增大了过程的复杂性。