[发明专利]通过碳化偏二氯乙烯共聚物气体分离膜进行的气体分离和用于制备所述膜的方法

说明书

一种适用于将烯烃与其相应链烷烃分离开的碳化PVDC共聚物，所述碳化PVDC共聚物可以通过以下来制得：将厚度是1微米到20微米的聚偏二氯乙烯共聚物膜或中空纤维加热到100℃到180℃的预处理温度以形成预处理聚偏二氯乙烯共聚物膜，然后将所述预处理聚偏二氯乙烯共聚物膜加热到350℃到750℃的最高热解温度。一种用于在气体混合物中将烯烃与其相应链烷烃分离开的方法，所述方法由以下组成：使所述气体混合物流过上述碳化聚偏二氯乙烯(PVDC)共聚物以产生具有增加的所述烯烃浓度的渗透物第一物流和具有增加的其相应链烷烃浓度的第二保留物物流。

本发明涉及使用碳膜的气体分离的领域。更具体地说，本发明涉及通过使气体混合物通过碳化偏二氯乙烯共聚物膜(膜或中空纤维)来从气体混合物中分离气体，特别是将烯烃与其相应链烷烃分离开。

碳分子筛(CMS)和CMS膜已经用于分离气体。CMS可以由各种在各种温度下和/或在各种条件下热解的树脂来制备。热解将树脂降解成碳，但在呈微孔形式的热解产物中保持至少一些孔隙度。由此形成的CMS随后可用于采用如填充床、柱等吸附特别气体的常规气体分离设备中，其中微孔尺寸确定吸附气体混合物中的哪种气体和不吸附哪种气体。根据例如常规的变压吸附法或变温吸附法来交替进行吸附和解吸附技术以进行分离。CMS膜也已用于通过使气体混合物流过CMS膜来分离气体。

然而，对于某些特别的分离来说，在所属领域中制备具有正确尺寸的微孔的CMS存在特殊的挑战。由于使用CMS来完成分离，假定微孔至少与将进入微孔的特定分子一样大或比其大，所以有必要知道分子的“尺寸”。已经研发出测定分子尺寸的不同方法。一种常用的方法是测定给定分子的“动力学直径”。基于各种这些动力学直径在沸石应用中的使用而列出其的参考文献是D.W.Breck的《沸石分子筛：结构、化学物质和用途(Zeolite MolecularSieves:Structure,Chemistry and Use)》，约翰威立公司(John WileySons,Inc.)(纽约NY 1974)，636，且这些测定经常使用，即使对于已知具有狭缝状孔隙的非沸石碳分子筛来说也是如此。鉴于上文和为此目的，以下从上文引用的Breck参考文献中获得的动力学直径在本文中用作以下分子的代表性分子直径：HeH₂N₂CO₂CH₄C₂H₄C₃H₈异C₄H₁₀SF₆(六氟化硫)和异C₈H₁₈(异辛烷)然而，由于参考文献表缺乏乙烷的动力学直径且至少一些研究人员认为其中给出的丙烯的动力学直径对于CMS材料本身来说是不准确的，所以对于这两种材料，本文中使用Lennard-Jones碰撞直径而非Breck动力学直径。这些Lennard-Jones碰撞直径分别是C₂H₆和C₃H₆参见例如Staudt-BickelC.，Koros W.J.，《使用6FDA基聚酰亚胺膜的烯烃/链烷烃气体分离(Olefin/paraffin gasseparations with 6FDA-based polyimide membranes)》，J.Membr.Sci.(2000)170(2)，205-214以用于进一步讨论。动力学直径和Lennard-Jones碰撞直径一起被称为“代表性分子直径”。

聚偏二氯乙烯(PVDC)共聚物已经热解以形成碳分子筛，但其倾向于形成更大的孔隙。Lamond T.G.等人的《SARAN型碳的分子筛特性(molecular sieve propertiesof SARAN-type carbons)》”，Carbon(1965)3，59-63。此文章描述了由聚偏二氯乙烯(PVDC)共聚物制备CMS，这排斥新戊烷分子但非选择性地吸附较小分子，如在非限制性实例中的CO₂、丁烷和异丁烷。鉴于此，所述文章的作者得出结论，其CMS具有微孔。