[其他]用于增强流体分离的复合膜

说明书

本发明涉及用于流体混合物分离的可渗透膜。更具体地说，本发明涉及具有提高了分离/渗透特性的复合膜。

在现有技术中，能选择性渗透流体混合物（气体或液体）一种组分的可渗透膜一般视为实现所需流体分离的一种便利的、可能非常优越的工具。对于实际工业生产，可透膜必须能够达到对原料流中所含气体或液体的一定的分离选择性，同时获得所期望的流体分离的高产率。

在现有技术中，已经提供了用于各种流体分离操作的可渗透膜。这些膜一般可分为：（1）均质型、（2）不对称型或（3）复合型。所谓的均质型和不对称型膜实际上包括一单层可渗透膜材料，它能有效地分离出流体混合物中的所需组分。均质膜在整个厚度上密度相同。这种膜一般有渗透率较低的缺点，即渗透流量低，这是由于所需的膜的厚度较大。不对称膜的区别在于在膜结构中存在两个形态不同的区域。其中一个区域是薄而密的半透膜层，它能有效地渗透流体混合物中的一种组分。另一个是不密的、多孔状的非选择性基质区域，在压力下，它支撑并阻止膜的细薄膜层塌陷。

复合膜一般包括在多孔性基质上的合适可渗透膜材料的一种薄层或涂层。决定复合膜分离特性的分离层是很薄的，因此有利于提供所需的高渗透性。基质层仅仅是对在其上的薄膜层提供支撑。

在现有技术中，可渗透膜越来越受重视，对膜的性能的要求也越来越高。因而，现有技术正向极薄膜方向发展，它应有所需的渗透性能而又不损失中空纤维或其它可渗透膜的分离度或选择性。因此，对于多种工业意义的流体分离，更加需要使渗透性和选择性更好地结合起来。正如上面所指出的，均质膜不能适应这种要求。另一方面，可以开发用于这种实际流体分离的不对称膜，但是对于特殊流体的分离，它没有迅速实现最佳化的固有适应性。特定的不对称膜材料的半渗透层可制得更薄，以增加所述材料的渗透性和选择性。但是，除非采用特殊的处理技术改性，对于特定应用中被处理流体混合物的组分分离，这也是不能满足要求的。

Loeb的专利US3，133，132已经描述了这种不对称膜的薄外层。已经发现，它不能有效地用于气体的分离操作，而且还具有很多不完善处或缺陷，如残留孔、微型针孔等等，包括流体混合物优先流过的较大尺寸的孔。因此，在膜结构中存在这些缺陷就大大降低了流体分离的数量。对于不对称聚砜中空纤维，这些缺陷导致了选择性〔如下面所定义〕仅为1～1.5，与此相反，无缺陷聚砜的选择性为6.0。作为一种解决该问题的提案，Heins等人在US4，230，463中描述了涂有一种有确定的固有分离因子的材料的不对称膜，该分离因子小于分离膜材料的分离因子，所显示的分离因子大于涂层材料和未涂层分离膜的固有分离因子。使用这种方法，可在聚砜中空纤维上涂敷选择性为2的硅，以使选择性从上面所述的1～1.5增加到2～6，通常接近于6。这种硅/聚砜复合膜的渗透率〔如下定义〕一般较低，大约为0.2呎³（标准温度和压力）/呎²·天·psi或更小，这就产生了对较薄膜的需求，即较薄的致密外层，尤其是由于现有技术中对于高流量操作日益增长的需要。但是，较薄膜导致了缺陷数目的增加，需要进行固化处理才能获得可接受的性能。努力改进这种方法时，为了提供一个实际工业操作所需的选择性和渗透率的结合，还要满足现有技术中对于其它方法的要求。由于这些理由，使用按所需的气体或流体分离所选择的膜材料的复合膜，对于工业意义的特定气体分离提供了最大的可能性，以获得所需的选择性和渗透率的结合。复合膜不仅要有很薄的分离层，而且要用对所说的流体分离最佳的分离层材料。在工业上有价值的应用之一是空气分离，特别是膜材料能选择性渗透氧气，适用于回收富氧渗透气体，而将富氮气体作为未渗透气体排出。现有技术中真正需要的是开发特别适用于空气分离、氢气-甲烷、氢气-氮气、二氧化碳-甲烷分离和其它所需气体分离操作的复合型膜。

在待分离混合物之一种或多种组分发生相变的流体分离方法中，同样需要这种复合膜。在这种方法中，进料和渗透流可为液态或气态，在膜的一侧则总有气体存在。这种方法的一个例子是通过膜的全蒸发过程，它特别适用于从共沸溶剂混合物分离液体，其中液体存在于所述膜的进料侧。另一个例子是全配置过程，其中，液体存在于膜的渗透侧。

因此，本发明的一个目的是提供一种选择性和渗透率很好结合的复合膜，它能用于所需气体的全蒸发或全配置（Perstruction）分离操作。

本发明的另一个目的是提供一种选择性和渗透率很好结合的复合膜的制备方法，该复合膜能用于所需气体的全蒸发或全配置（Perstruction）分离操作。