专利名称：利用离子液体与膜过程耦合工艺分离芳烃/烷烃的方法
技术领域：
本发明涉及一种分离石脑油中芳烃/烷烃的新エ艺技术，属于新型分离技术领域。
背景技术：
在蒸汽裂解制こ烯エ艺中，原料费用约占こ烯生产总成本的609Γ80%，原料性质对裂解结果有着决定性影响。目前，こ烯裂解原料的轻质化、优质化是降低こ烯生产成本和装置综合能耗最有效的途径。石脑油作为主要的こ烯裂解原料，是由C4-C12正构烷烃、异构烷烃、环烷烃、芳烃组成的复杂多元混合物，但并非石脑油中所有的组分都适合做裂解原料，不同烃类在蒸气裂解エ艺中的こ烯收率有显著差异。一般情况下，正构烷烃裂解制こ烯收率最高，其次是环烷烃、异构烷烃，而芳烃对こ烯生成则毫无贡献。鉴于此，应根据不同烃类的裂解結果，将石脑油组分进行适度的分离。富含烷烃的组分可作为蒸汽裂解制烯烃的原料，提高烯烃的产率，富含芳烃的组分则可作为催化重整原料。目前，将石脑油中芳烃和烷烃进行适度分离以提高裂解烯烃与重整芳烃收率的方法主要有四种吸附分离、萃取精馏、加氢饱和和渗透汽化等。吸附分离技术利用吸附剂与芳烃、烷烃分子之间相互作用力的差异进行分离，但吸附分离存在着吸附剂用量大，收率低等缺点。萃取精馏方法目前主要采用环丁砜、N-甲基吡咯烷酮(NMP)等作为溶剂萃取分离石脑油中的芳烃和烷烃，但环丁砜易挥发，容易带来环境污染，且需进行溶剂再生操作，增加了エ艺操作的复杂性，分离成本较高。加氢脱芳烃生产优质こ烯裂解原料的方法，采用单段或者串联エ艺流程，在一定的条件下，石脑油原料和氢气经催化加氢反应后得到低芳烃含量的石脑油，但该技术存在设备多、投资大、操作复杂等不足。渗透汽化膜分离技术，就是制备能选择性透过芳烃或烷烃的高聚物膜实现芳烃和烷烃的分离，尽管该方法能耗低、エ艺简単，但分离效率低，处理量很小，难以实现大规模应用。针对上述各种降低石脑油的芳烃含量、优化こ烯裂解原料的处理方法所出现的问题和缺陷，近些年，离子液体作为ー种緑色溶剂，在芳烃和烷烃分离的研究中得到了极大的关注。将离子液体与液膜分离技术进行耦合形成离子液体支撑液膜新型分离エ艺，该エ艺具有传质效率高，离子液体用量少，操作简单，便于エ业放大等优点。文献 I Akira Takafiashi, Frances H. Yang, Ralph T. Yang, Aromat ics/Aliphatics Separation by Adsorption: New Sorbents for Selective AromaticsAdsorption by δ-Complexation [J] · Ind. Eng. Chem. Res. 2000，39:3856-3867，将PdCl2或AgNO3分散在SiO2凝胶中而制备的吸附剂对苯的平衡吸附速率要高于环己烷，表现 出一定的分离性能。但分离过程吸附剂用量大，吸附收率低，实际应用所需成本较高。文献 2 :L Aouintij D. Roizardj F. Thomas, et. al. Investigation ofpervaporation hybrid polyvinylchloride membranes for the separation oi toluene/n-heptane mixtures case of clays as filler[J]. Desalination, 2009， 241;174-81.釆用PVC膜及其杂化膜以渗透汽化的方式分离甲苯/正庚烷，在温度为54°C，料液中甲苯的浓度为50 wt. %时，甲苯透过纯PVC膜的传质通量为IOg · m_2 · IT1,而透过PVC+10wt. %Nanocor的杂化膜时，甲苯的传质通量为37. 5 g ·πΓ2 -h^1,因此渗透汽化膜分离过程处理量有限，传质效率低，难以实现エ业化大規模应用。因此，针对传统エ艺过程存在的溶剂用量大，成本高，收率低，处理量有限等问题，需要开发ー种新型的分离エ艺。
发明内容
本发明为克服上述分离芳烃和烷烃方法的不足，提供了一种能耗和成本较低，分离选择性能较好的新型芳烃/烷烃分离方法。本发明采用亲水性中空纤维膜丝，利用离子液体自身粘度较大，在膜孔中毛细管作用力強的特性，使离子液体在充满膜孔形成萃取相相时不易流失，从而提高支撑液膜的稳定性。通过离子液体对芳烃和烷烃溶解性的差异，实现芳烃和烷烃分离的目的。本发明的具体步骤如下
A.采用中空纤维膜组件装置，将萃取剂流经中空纤维膜器的管程，使中空纤维膜丝的膜孔中充满萃取剂形成萃取相，然后使管程中剰余萃取剂流回储槽；
所述萃取剂为离子液体，所述的离子液体为咪唑类、吡啶类、吡咯烷酮类或季胺类离子液体；所述中空纤维膜丝为亲水性的聚偏氟こ烯、聚醚砜、聚砜，聚丙烯腈或聚醋酸纤维素；
B.将料液相和反萃相分别在中空纤维膜器的管程和壳程循环流动，控制管程中的流量为4-70mL/min，壳程中的流量为5_100mL/min，反萃相温度为10_90°C ;调节管程与壳程的压カ差防止相间渗透；经过8-16h循环处理后取出料液相和反萃相；反萃相经减压蒸馏分离，低沸点组分为富含芳烃的溜出液，高沸点组分为反萃相，可重复利用。料液相和反萃相在中空纤维膜器的管程和壳程的流动可以是逆流流动，也可以是并流流动。所述的料液相为芳烃和烷烃的混合液，其中芳烃为C6-C9芳烃、烷烃为C5-C9的烷烃，所述的反萃相为正癸烷、正十二烷或正十六烷。本发明的原理是采用亲水性的中空纤维膜丝，使离子液体充满膜丝的膜孔，利用芳烃和烷烃在离子液体中溶解度的差异，使芳烃优先透过萃取相传递至反萃相中，达到分离的目的。实验证明此分离方法对芳烃/烷烃具有很好的分离选择性。本发明中由于萃取剂ー离子液体自身特性，其会在膜孔中具有较强的毛细管作用力，使得膜孔中萃取相能够抵抗较大的跨膜压差；同吋，由于萃取剂与烷烃之间的相互溶解度很小，因此在分离过程运行时，膜孔中的萃取剂不易因溶解于所接触的两相而损失，从而解决支撑液膜技术中由于膜孔中萃取相流失而导致的液膜体系不稳定的问题，提高了液膜过程的稳定性，可以实现长期稳定操作。本发明的优点与传统エ艺相比，本发明具有传质通量大，选择性好，环境污染小，溶剂消耗量小，流程简单，操作弾性大，设备体积小，可有效地改善操作条件和劳动环境等优点。
图I中空纤维膜组件装置示意图，其中各序号代表(I)中空纤维膜器；(2)及(2’ )为输液泵；(3)料液相配制槽；(4)反萃相储罐；(5)及(6)为壳程接ロ；(7)及(8)为管程接ロ。
具体实施例方式实施例I
采用图I所示装置，其中所用中空纤维膜器的结构參数见下表
表I.中空纤维膜器结构參数
权利要求
1.ー种利用离子液体与膜过程耦合エ艺分离芳烃/烷烃的方法，具体步骤如下 A.采用中空纤维膜组件装置，将萃取剂流经中空纤维膜器的管程，使中空纤维膜丝的膜孔中充满萃取剂形成萃取相，然后使管程中剰余萃取剂流回储槽； 所述萃取剂为离子液体，所述的离子液体为咪唑类、吡啶类、吡咯烷酮类或季胺类离子液体；所述中空纤维膜丝为亲水性的聚偏氟こ烯、聚醚砜、聚砜，聚丙烯腈或聚醋酸纤维素； B.将料液相和反萃相分别在中空纤维膜器的管程和壳程循环流动，控制管程中的流量为4-70mL/min，壳程中的流量为5_100mL/min，反萃相温度为10_90°C ;调节管程与壳程的压カ差防止相间渗透；经过8-16h循环处理后取出料液相和反萃相；反萃相经减压蒸馏分离，低沸点组分为富含芳烃的溜出液，高沸点组分为反萃相，可重复利用； 所述的料液相为芳烃和烷烃的混合液，其中芳烃为C6-C9的芳烃中的ー种、烷烃为C5-C9的烷烃中的ー种，所述的反萃相为正癸烷、正十二烷或正十六烷。
2.根据权利要求I所述的利用离子液体与膜过程耦合エ艺分离芳烃/烷烃的方法，其特征是步骤B中料液相和反萃相在中空纤维膜器的管程和壳程的流动是逆流流动。
3.根据权利要求I所述的利用离子液体与膜过程耦合エ艺分离芳烃/烷烃的方法，其特征是步骤B中料液相和反萃相在中空纤维膜器的管程和壳程的流动是并流流动。
4.根据权利要求I所述的利用离子液体与膜过程耦合エ艺分离芳烃/烷烃的方法，其特征是步骤A所述离子液体是N- 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Bmim] [BF4] )、N- 丁基-4-甲基吡啶四氟硼酸盐[4-Mebupy] [BF4]、N-こ基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酸亚胺盐[Emim] [Tf2N]、N- 丁基-卩比唳四氟硼酸盐[Bupy] [BF4]。
5.根据权利要求I所述的利用离子液体与膜过程耦合エ艺分离芳烃/烷烃的方法，其特征是步骤A所述中空纤维膜丝的内径为O. 4-1. 5mm，外径为O. 8-2. Omm。
全文摘要
本发明提供了一种利用离子液体与膜过程耦合工艺分离芳烃/烷烃的方法，采用中空纤维膜组件为提取分离装置，使离子液体充满中空纤维膜的膜孔中形成萃取相，芳烃/烷烃混合液和反萃相分别在中空纤维膜器的管程、壳程并流或逆流流动，利用芳烃和烷烃在离子液体中溶解度的差异，使芳烃优先透过萃取相传递至反萃相中，达到分离的目的。本方法具有选择性好、传质效率高、萃取溶剂用量少，工艺流程简单，稳定性强等优点。
文档编号B01D63/02GK102688708SQ201210165100
公开日2012年9月26日 申请日期2012年5月24日 优先权日2012年5月24日
发明者任钟旗, 冯浩, 刘伟, 刘君腾, 张卫东, 张帆, 朱欣妍 申请人:北京化工大学