PEBA2533/NaY杂化膜的制备及其对乙烯/丙烯体系渗透分离性能的研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:whsdht
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乙烯、丙烯是化学工业的重要原料,传统的烯烃生产工艺以石脑油为原料,而我国石油资源储量少,煤炭资源丰富,以煤炭替代石油作为烯烃生产原料,采用煤制烯烃技术生产乙烯、丙烯,对摆脱石油依赖,实现经济可持续发展具有重要意义。目前,煤制烯烃的产物分离采用传统的深冷工艺,其能耗占整个工艺的2/3,采用膜分离技术实现丙烯和乙烯的分离,可大幅度降低工艺能耗,实现节能减排。本论文以橡胶态聚合物PEBA2533为基体膜,以NaY分子筛为无机添加物,将二者共混制得PEBA2533/NaY有机-无机杂化膜,用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)及X射线衍射仪(XRD)等对膜材料及分子筛进行表征,并将该杂化膜应用于乙烯/丙烯体系的分离,研究了温度、压力、分子筛添加量、杂化膜厚度、乙烯/丙烯混合气体的组成等对其渗透性能的影响。具体结果如下:1.当气体分离的操作条件改变,温度在-35℃20℃范围内变化,压力在0.2MPa0.5Mpa内变化,乙烯/丙烯的体积组成为1:1时,对于Na Y含量为5wt%的PEBA2533/NaY有机-无机杂化膜,随着温度的升高,丙烯/乙烯的分离因子增大,渗透系数减小;随着压强的增大,丙烯/乙烯的分离因子降低,渗透系数增大。当温度为-35℃,压力为0.2mp时,α丙烯/乙烯最大,可达7.43,此时丙烯的渗透系数仅为233barrer。2.掺杂的nay分子筛的粒径为500600nm,当分子筛添加量低于6wt%时,无机粒子在有机介质中分散均匀,两相相容性较好;当分子筛含量高于6wt%时,无机粒子出现团聚现象,两相界面出现空腔。随着分子筛含量的增大,膜对丙烯/乙烯的分离因子先增大后减小,渗透系数是不断增大。当nay分子筛含量为6wt%时,在-35℃,0.2mpa,α丙烯/乙烯达到最大值,为8.84,此时丙烯的渗透系数为317barrer。3.当膜的厚度改变时(30μm130μm),在低温-35℃0℃,膜厚对丙烯/乙烯的分离因子没有明显影响,对渗透通量的的影响较为显著。在0.2mpa,-35℃,对于nay含量为6wt%的杂化膜,当膜厚为30μm时,丙烯/乙烯的分离因子为8.46,膜的总渗透通量为1.07×10-5cm3(stp)/(cm2scmhg);当膜厚为130μm时,丙烯/乙烯的分离因子变为9,但膜的总渗透通量减小到7×10-7cm3(stp)/(cm2scmhg)。在20℃下,随着膜厚度的增加,分离因子变化较大,由2.86增大到3.83,渗透通量则由4.4×10-5cm3(stp)/(cm2scmhg)减小到7×10-7cm3(stp)/(cm2scmhg)。4.当乙烯/丙烯混合气体中丙烯的体积分数从80vol%经70vol%、50vol%、30vol%逐渐减少到10vol%时,丙烯/乙烯的分离因子从19.23、11、8.84、3.11逐渐减小到1.22,乙烯的渗透系数随着丙烯体积分数的减小而不断增大(由23Barrer增大到103Barrer),丙烯的渗透系数随着丙烯体积分数的减小而减少(由430Barrer减小到126Barrer)。5.在0.2MPa,温度由-35℃升高到-25℃前后,体系存在一个非稳定状态,此时杂化膜对丙烯/乙烯的分离因子剧增。对于NaY含量为6wt%的杂化膜,其分离因子从9增大到21,丙烯的渗透系数从2000Barrer增大到4000Barrer,乙烯的渗透系数无明显变化。而在基膜中并未发现这个现象。
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