專利名稱：包含離子液體和絡(luò)合劑的烯烴選擇性隔膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及烯烴選擇性隔膜領(lǐng)域。更特別地，本發(fā)明涉及烯烴選擇性隔膜，該隔膜包括具有低烯烴吸附容量的離子液體以增加分離效果。
背景技術(shù)：
將烯烴從包含石蠟烴的混合物中分離是生產(chǎn)很多化工產(chǎn)品的重要工藝，所述化工產(chǎn)品包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、和其它基于烯烴類單體的聚合物。不幸地，烯烴/石蠟烴分離既耗資金又耗能量。目前，低溫蒸餾是用于按照聚合物工業(yè)所需的體積從含有具有相同碳數(shù)的石蠟烴的混合物中分離烯烴的商業(yè)上主要使用的方法。已經(jīng)測(cè)試過(guò)并且無(wú)法實(shí)現(xiàn)該類型分離的其它分離技術(shù)包括陶瓷隔膜、聚合物隔膜、和變壓吸附。不幸地，陶瓷隔膜往往易碎，因此無(wú)法容易制成足以分離的模塊；聚合物隔膜通常無(wú)法產(chǎn)生足夠純以滿足聚合物級(jí)原料的要求的產(chǎn)物流；和變壓吸附需要包含大量通常不足以滿足體積要求的介質(zhì)的復(fù)雜系統(tǒng)。工業(yè)中的那些已經(jīng)試圖克服上述缺點(diǎn)，特別是關(guān)系到純度和/或產(chǎn)量的那些缺點(diǎn)，這是通過(guò)在隔膜中添加某些具有與η-鍵相互作用的能力的金屬離子實(shí)現(xiàn)。例如，一種方法是使用負(fù)載在聚合物隔膜上的這樣的金屬離子的水溶液。但是，這些材料需要水以便于使得能夠發(fā)生促進(jìn)的運(yùn)輸，這導(dǎo)致無(wú)法接受的昂貴步驟以使進(jìn)料流與水化合并隨后干燥滲透流。某些離子液體已經(jīng)表現(xiàn)出改善高級(jí)烴(即，戊烯、己烯、和異戊二烯)的烯烴純度， 這已經(jīng)減輕了使進(jìn)料流與水化合和隨后干燥滲透流的需要。這些液體也消除了蒸發(fā)溶劑的需要，因?yàn)殡x子液體本身就具有固有低的蒸氣壓。但是，已經(jīng)試驗(yàn)的離子液體必須飽和有C5 和高級(jí)烴。當(dāng)不使用這樣的烴時(shí)，結(jié)果是不滲透性的鹽層。另一種方法包括，使用具有絡(luò)合金屬鹽的離子液體，該金屬鹽具有吸附比起石蠟烴而言較高濃度烯烴的能力。盡管這樣的高吸附物質(zhì)可以表示在混合的氣體分離中良好的純氣體選擇性，但是這些隔膜由于隔膜中高濃度的烯烴而傾向于增塑。這樣的增塑降低混合氣體系統(tǒng)中的烯烴/石蠟烴選擇性，這對(duì)隔膜性能有害。這些性能的損失源于常規(guī) Fickian擴(kuò)散和促進(jìn)的運(yùn)輸之間的競(jìng)爭(zhēng)，其中所述常規(guī)Fickian擴(kuò)散降低隔膜有助于烯烴的選擇性并增加在增塑過(guò)程中對(duì)于所有滲透氣體的滲透性。因此，本領(lǐng)域需要的是能夠使從包含石蠟烴的混合物中分離烯烴的方法，而該方法不具有上文所述的缺點(diǎn)和問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明是用于將烯烴與石蠟烴分離的隔膜，其包含作為基質(zhì)的離子液體， 該離子液體在選擇的隔膜操作溫度定義為乙烯的亨利定律常數(shù)的烯烴吸附容量大于130 巴(13000kPa)，所述基質(zhì)包含至少一種能夠有助于烯烴的金屬鹽；所述基質(zhì)是適當(dāng)?shù)?，使得?dāng)所述隔膜與烯烴和石蠟烴的混合物在選擇的隔膜操作溫度接觸時(shí)，該烯烴與該石蠟烴基本上分離。另一方面，本發(fā)明是制備隔膜的方法，該隔膜用于在烯烴與石蠟烴的混合物中將烯烴與石蠟烴分離，所述方法包括添加至少一種能夠有助于烯烴的金屬鹽到離子液體中以形成隔膜，其中所述離子液體在選擇的隔膜操作溫度定義為乙烯的亨利定律常數(shù)的烯烴吸附容量大于130巴(13000kPa)，其中所述隔膜當(dāng)與烯烴和石蠟烴的混合物在選擇的隔膜操作溫度接觸時(shí)能夠基本上分離烯烴和石蠟烴。再在另一方面，本發(fā)明提供將共同包含在混合物中的烯烴與石蠟烴分離的方法， 該方法包括在選擇的隔膜操作溫度，使包含烯烴和石蠟烴的進(jìn)料流與包含作為基質(zhì)的離子液體的隔膜接觸，其中所述離子液體在選擇的隔膜操作溫度定義為乙烯的亨利定律常數(shù)的烯烴吸附容量大于130巴(13000kPa)，所述基質(zhì)包含至少一種能夠有助于烯烴的金屬鹽，所述基質(zhì)是適當(dāng)?shù)模沟迷撓N與該石蠟烴基本上分離。
具體實(shí)施例方式通常，本發(fā)明是提供以下益處的隔膜能夠高度選擇性有助于烯烴分子的運(yùn)輸、和抑制Fickian擴(kuò)散，從而實(shí)現(xiàn)混合物的極好分離。由于不需要附加加工步驟例如水合和/ 或蒸發(fā)，并且隔膜不經(jīng)受由于增塑導(dǎo)致的烯烴/石蠟烴選擇性的降低，因此資金和能量都節(jié)省了。而且，隔膜組分容易合成。隔膜包含至少一種離子液體，該離子液體包含至少已知能夠有助于烯烴的金屬鹽。如本申請(qǐng)定義，短語(yǔ)“能夠有助于烯烴”表示金屬鹽能夠與烯烴以一定方式相互作用， 該方式使得該金屬鹽可促進(jìn)烯烴穿過(guò)隔膜運(yùn)輸。在一些實(shí)施方式中，可以使用深度低共熔溶劑(de印eutectic solvent)。如本申請(qǐng)使用，術(shù)語(yǔ)“離子液體”表示液態(tài)的離子物質(zhì)，和 “深度低共熔溶劑”表示形成低共熔物(即離子溶劑的化合物(其在環(huán)境溫度在它們純態(tài)或液態(tài)下可以是或可以不是離子的))的混合物，所述離子溶劑的熔點(diǎn)不同于包含在其內(nèi)化合物的任一種的熔點(diǎn)。因此，本申請(qǐng)使用的術(shù)語(yǔ)“深度低共熔溶劑”僅表示“離子液體”的一個(gè)子集并作為離子液體的可能性選擇而包括其中。離子液體可以選自烯烴和石蠟烴的吸附性差的任何離子液體?！拔叫圆睢北硎倦x子液體在隔膜操作溫度表現(xiàn)出的乙烯的亨利定律常數(shù)(“H乙烯”)大于130巴(13000kPa)。 通常這意味著，當(dāng)離子液體與含烯烴的混合物在200磅每平方英寸表壓(psig) (1379kPa) 和30°C接觸時(shí)，離子液體吸附等價(jià)于約2psig(13. 8kPa)的烯烴。吸附容量的測(cè)量由此取決于滲透物混合物和指定的烯烴本身兩者的特征，并使用“平行壓力反應(yīng)器”在隔膜將針對(duì)所需分離而進(jìn)行操作的溫度，即，隔膜操作溫度(在多種應(yīng)用可以為-100°C至400°C )測(cè)量。 “平行壓力反應(yīng)器(PPR) ”實(shí)際上是平行朝向并保持在恒定壓力的幾個(gè)反應(yīng)器的系統(tǒng)。由此獲得的壓力曲線表示任何所給滲透物質(zhì)在基質(zhì)中的溶解度。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，通過(guò)要求烯烴的吸附性差的離子液體，F(xiàn)ickian擴(kuò)散和隔膜的增塑降低，而由于Fickian擴(kuò)散降低，隔膜的促進(jìn)的運(yùn)輸和由此的選擇性隨之增強(qiáng)和穩(wěn)定。亨利定律的應(yīng)用可以如下實(shí)施。大多數(shù)氣體(包括乙烯)的亨利定律常數(shù)(“H”) 可以使用下式確定H = A · Vb其中A和B是常數(shù)，V是以L/mol計(jì)的離子液體摩爾體積，和H的單位為巴。對(duì)于乙烯，A和B在25°C的值分別為15.7和-1.67。本領(lǐng)域技術(shù)人員往往能夠易于從認(rèn)可的參考來(lái)源獲得其它烯烴的A和B常數(shù)值。然后以單位L/(巴摩爾)計(jì)的溶解度S可以如下確定
權(quán)利要求
1.用于分離烯烴和石蠟烴的隔膜，其包含作為基質(zhì)的離子液體，該離子液體在選擇的隔膜操作溫度定義為乙烯的亨利定律常數(shù)的烯烴吸附容量大于130巴(13000kPa)，所述基質(zhì)包含至少一種能夠有助于烯烴的金屬鹽；所述基質(zhì)是適當(dāng)?shù)?，使得?dāng)所述隔膜與烯烴和石蠟烴的混合物在選擇的隔膜操作溫度接觸時(shí)，該烯烴與該石蠟烴基本上分離。
2.權(quán)利要求1的隔膜，其中所述離子液體包括選自下列的膽堿鹽氯化膽堿、氫氧化膽堿、酒石酸氫膽堿、卵磷脂、及其組合。
3.權(quán)利要求1的隔膜，其中所述離子液體是深度低共熔溶劑。
4.權(quán)利要求1的隔膜，其中所述能夠有助于烯烴的金屬鹽包含親η-鍵陽(yáng)離子，該陽(yáng)離子選自 Ag+、Cu+、Au+、Hg2+、Cd2+、Si2+、及其組合。
5.權(quán)利要求1的隔膜，其中所述能夠有助于烯烴的金屬鹽包含選自下列的陰離子氯離子、硝酸根、四氟硼酸根、三氟甲磺酸根、氰根、硫氰酸根、和四苯基硼酸根。
6.權(quán)利要求7的隔膜，其中所述能夠有助于烯烴的金屬鹽是氯化銀、硝酸銀或其組合。
7.制備隔膜的方法，該隔膜用于在烯烴與石蠟烴的混合物中將烯烴與石蠟烴分離，所述方法包括添加至少一種能夠有助于烯烴的金屬鹽到離子液體中以形成隔膜，其中所述離子液體在選擇的隔膜操作溫度定義為乙烯的亨利定律常數(shù)的烯烴吸附容量大于130巴 (13000kPa)，其中所述隔膜當(dāng)與烯烴和石蠟烴的混合物在選擇的隔膜操作溫度接觸時(shí)能夠基本上分離烯烴和石蠟烴。
8.將共同包含在混合物中的烯烴與石蠟烴分離的方法，該方法包括在選擇的隔膜操作溫度，使包含烯烴和石蠟烴的進(jìn)料流與包含作為基質(zhì)的離子液體的隔膜接觸，其中所述離子液體在選擇的隔膜操作溫度定義為乙烯的亨利定律常數(shù)的烯烴吸附容量大于130巴 (13000kPa)，所述基質(zhì)包含至少一種能夠有助于烯烴的金屬鹽，所述基質(zhì)是適當(dāng)?shù)?，使得該烯烴與該石蠟烴基本上分離。
全文摘要
一種隔膜，其用于將烯烴與共同包含在混合物中的石蠟烴分離，該隔膜作為基質(zhì)的離子液體，該離子液體在選擇的隔膜操作溫度定義為乙烯的亨利定律常數(shù)的烯烴吸附容量大于130巴(13000kPa)。基質(zhì)也包含至少一種能夠有助于烯烴的金屬鹽。該隔膜提供主要有助于烯烴的運(yùn)輸，同時(shí)降低Fickian擴(kuò)散和隨之的增塑。
文檔編號(hào)B01D53/22GK102574060SQ201080041292
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者J.T.戈克, P.N.尼基亞斯, S.D.費(fèi)斯特, S.T.馬圖西 申請(qǐng)人:陶氏環(huán)球技術(shù)有限責(zé)任公司