[发明专利]一种利用金属有机骨架材料分离丙烯和丙烷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及混合气分离技术领域，特别是一种利用金属有机骨架材料分离丙烯和丙烷的方法。

背景技术

目前工业分离丙烯/丙烷混合气体采用高压精馏技术。尽管传统的精馏方法已经比较成熟，但是采用高压精馏分离丙烯/丙烷成为一种高能耗的工业过程。科学家和工程师一直在寻求一种新的分离方法来替代传统的高压精馏方法。而吸附分离方法由于具有低能耗和操作简单等特点，使其成为分离混合气的首选。在吸附分离过程中，混合气中一个组分被吸附剂选择性吸附，另一个组分则通过吸附剂床层。

对于吸附方法分离丙烯/丙烷混合气，找到廉价并且有效的吸附剂至关重要。利用不同吸附质与吸附剂间吸附强度的差异即可实现对吸附质的选择性吸附。由于丙烯中的双键与一些过度金属离子能形成π键作用，从而含有过度金属元素的吸附剂对于丙烯/丙烷混合气可能存在选择性吸附。通常是将含有Cu+或Ag+的盐分散到具有大比表面积的载体上，载体可以是离子交换树脂（Wu等，Ind.Eng.Chem.Res.1997，36，2749-2756），γ-Al₂O₃（Yang and Kikkinides，AIChE J.1995，41，509；Blas等，Fluid Phase Equilibr.1998，150，117-124），黏土（Choudary等，Ind.Eng.Chem.Res.2002，41，2728-2734），活性炭（Mei等，New Carbon Mater.2002，17，33-37）和NaX（van Miltenburg等，Chem.Eng.Res.Des.2006，84，350-354），但吸附剂对丙烯的吸附饱和量一般都较小。虽然利用DD3R的择形选择性可实现对丙烯/丙烷混合气的分离（Zhu等，Chem.Commun.1999，2453-2454），但丙烯在DD3R的吸附受強传质限制且制备DD3R吸附剂过程十分复杂、原料成本十分昂贵。尽管4A沸石分子筛可实现对丙烯/丙烷混合气的分离（Yang等，AIChE J.1998，44，799-809），但吸附剂极易在操作条件下结焦，导致分离性能损失。

MIL-101（Férey等，Science2005，309，2040-2042）是以三核铬簇Cr₃O(CO₂)₆和H₂BDC连接形成的超四面体作为次级结构单元，最终形成具有MTN拓扑结构的三维金属有机骨架材料，该材料拥有非常高的比表面积和孔体积。由于MIL-101骨架中的Cr³⁺与丙烯中的双键有π键相互作用，使MIL-101对于丙烯/丙烷混合气的分离成为可能，但是至今未见其在丙烯和丙烷吸附分离方面应用的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用金属有机骨架材料分离丙烯和丙烷的方法。

本发明的技术方案是通过如下方式实现的：一种利用金属有机骨架材料分离丙烯和丙烷的方法，该利用金属有机骨架材料分离丙烯和丙烷的方法包括以下步骤：

⑴称取金属有机骨架材料；

⑵将金属有机骨架材料在压力作用下压制成片，打碎分筛成颗粒状作为分离丙烯和丙烷混合气的吸附剂；

⑶将步骤⑵中获得的吸附剂填装在固定床管式反应器中，对吸附剂进行预处理；

⑷配制含有丙烯和丙烷的原料气；

⑸将步骤⑷配制的原料气穿透装填吸附剂的固定床管式反应器，通过调变原料气各组分的分压、操作温度及吸附总压可达到分离丙烯和丙烷的目的。

在上述的一种利用金属有机骨架材料分离丙烯和丙烷的方法中，金属有机骨架材料采用MIL-101。

在上述的一种利用金属有机骨架材料分离丙烯和丙烷的方法中，在步骤⑵中，压片压力为2～10MPa，金属有机骨架材料的颗粒大小为30～40目。

在上述的一种利用金属有机骨架材料分离丙烯和丙烷的方法中，在步骤⑶中，固定床管式反应器采用不锈钢材料制成。

在上述的一种利用金属有机骨架材料分离丙烯和丙烷的方法中，在步骤⑶中，对吸附剂进行预处理的方法是：在温度373～573K的条件下，采用惰性气体对吸附剂进行吹扫4～9h；惰性气体优选采用氦气。

在上述的一种利用金属有机骨架材料分离丙烯和丙烷的方法中，在步骤⑸中，原料气各组分的分压范围在50～150kPa。

在上述的一种利用金属有机骨架材料分离丙烯和丙烷的方法中，在步骤⑸中，操作温度为298～348K。