CN107983178B - 一种用于轻烃分离的渗透膜 - Google Patents

一种用于轻烃分离的渗透膜 Download PDF

Info

Publication number
CN107983178B
CN107983178B CN201711316651.1A CN201711316651A CN107983178B CN 107983178 B CN107983178 B CN 107983178B CN 201711316651 A CN201711316651 A CN 201711316651A CN 107983178 B CN107983178 B CN 107983178B
Authority
CN
China
Prior art keywords
minutes
stirring
heating
permeable membrane
light hydrocarbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711316651.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107983178A (zh
Inventor
李东
王�华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Anhui Qidong Heat Energy Technology Co ltd
Original Assignee
Anhui Qidong Heat Energy Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Anhui Qidong Heat Energy Technology Co ltd filed Critical Anhui Qidong Heat Energy Technology Co ltd
Priority to CN201711316651.1A priority Critical patent/CN107983178B/zh
Publication of CN107983178A publication Critical patent/CN107983178A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107983178B publication Critical patent/CN107983178B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/02—Inorganic material
    • B01D71/024—Oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0039—Inorganic membrane manufacture
    • B01D67/0044—Inorganic membrane manufacture by chemical reaction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0039—Inorganic membrane manufacture
    • B01D67/0067—Inorganic membrane manufacture by carbonisation or pyrolysis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/02—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

本发明涉及轻烃分离富集技术领域，公开了一种用于轻烃分离的渗透膜，采用溶胶‑凝胶法制备纳米氧化镁和纳米二氧化钛粉体，经过改性处理后具有丰富的孔结构，形成更多的气体传质通道，减少气体扩散阻力，能把比孔径小的分子吸附到孔穴的内部中来，而把比孔径大的分子排斥在外，气体选择渗透性能高，能够得到纯度高的气体含量，通过较温和的操作条件和较低的能耗，以及较简便的组件分离，即能实现轻烃的分离富集，具有极大的应用价值。

Description

一种用于轻烃分离的渗透膜
技术领域
本发明属于轻烃分离富集技术领域，具体涉及一种用于轻烃分离的渗透膜。
背景技术
“烃”就是碳、氢两种元素以不同的比例混合而成的一系列物质。其中较轻的部分，就叫做轻烃。天然气的主要成份是C1甲烷，含少量的C2乙烷，液化石油气的主要成份是C3丙烷、C4丁烷，它们在常温常压下呈气态，叫气态轻烃。C5-C16的烃在常温常压下是液态，我们就叫它液态轻烃。液态轻烃中最轻的部分是C5、C6，饱和的C5 、C6是鼓泡制气的最好原料，再重一点的部分就是汽油、煤油和柴油等。轻烃燃气与天然气一样，可作为一次能源替代液化气、柴油、电等二次能源，是工业企业能源改造理想气源。轻烃燃气已通过了国家环境保护监测部门的检测，国家环保部将该燃气项目认定为“国家重点环境保护实用技术推广项目”，建设部将该新型燃气列为“城市补充燃气”，在全国推广应用。
在轻烃组分的分离中，乙烷、乙烯及丙烯、丙烷的分离由于相对挥发度低，通常用低温精馏的方法分离，能耗大，设备费用高，增加了成本。石油化工中轻烃的分离过程能耗较高，而轻烃如乙烷，乙烯，丙烷，丙烯等分子的尺寸恰在分离介质薄膜的孔径范围，如果能用膜过程实现分离，可极大程度的降低成本。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种用于轻烃分离的渗透膜，能够通过优异的气体渗透性能，达到轻烃分离目的。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用于轻烃分离的渗透膜，制备方法包括以下步骤：
（1）采用溶胶-凝胶法制备纳米氧化镁和纳米二氧化钛粉体，按照1:2.8-3.0的比例混合，向两种纳米粉体中加入8-10倍体积的无水乙醇，搅拌混合均匀后加入到离心机中,盖紧盖子，开始搅拌，转速为1200-1300转/分钟，边搅拌边加热至60-70℃；
（2）搅拌50-60分钟后加入配制好的浓度为45-50%的硬脂酸溶液，添加量为15-18%，然后升温至80-90℃反应1.5-2.0小时，接着加入配制好的钛酸丁酯溶液，继续反应40-50分钟后停止搅拌，继续加热至无水乙醇完全挥发, 待反应液成糊状后停止加热，将产物倒入表面皿中再放入烘箱90-100℃干燥，干燥时间为2-3小时，得到预处理的纳米粉料；
（3）将预处理的纳米粉料溶解于N，N-二甲基乙酰胺中，溶解比为1:4.0-4.5，在超声波中分散30-40分钟，形成均相悬浮溶液后，加入质量分数占悬浮液6.0-6.8%的聚酰胺酸溶液，使用机械搅拌后，静置除泡，用玻璃棒将脱泡后的溶液在玻璃板上刮制成膜，在35-38℃水平恒温台上干燥20-24小时，干燥后将薄膜剪成直径为适合大小的圆片，置于管式炭化炉中按照设定程序升温炭化，冷却后得到的所述渗透膜。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（1）所述纳米氧化镁和纳米二氧化钛粉体粒径大小在10-100纳米之间。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（2）所述配制好的钛酸丁酯溶液浓度为25-30%，添加质量分数为14-16%。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（3）所述炭化升温设定程序为：在15-20分钟内加热至300-340℃，停留5-10分钟后继续以10-12℃/分钟的速度加热至600-650℃，保温炭化3-5分钟。
本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决现有轻烃分离效果不佳的问题，本发明提供了一种用于轻烃分离的渗透膜，采用溶胶-凝胶法制备纳米氧化镁和纳米二氧化钛粉体，经过改性处理后具有丰富的孔结构，形成更多的气体传质通道，减少气体扩散阻力，能把比孔径小的分子吸附到孔穴的内部中来， 而把比孔径大的分子排斥在外，气体选择渗透性能高，能够得到纯度高的气体含量，通过较温和的操作条件和较低的能耗，以及较简便的组件分离，即能实现轻烃的分离富集，具有极大的应用价值。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种用于轻烃分离的渗透膜，制备方法包括以下步骤：
（1）采用溶胶-凝胶法制备纳米氧化镁和纳米二氧化钛粉体，按照1:2.8的比例混合，向两种纳米粉体中加入8倍体积的无水乙醇，搅拌混合均匀后加入到离心机中, 盖紧盖子，开始搅拌，转速为1200转/分钟，边搅拌边加热至60℃；
（2）搅拌50分钟后加入配制好的浓度为45%的硬脂酸溶液，添加量为15%，然后升温至80℃反应1.5小时，接着加入配制好的钛酸丁酯溶液，继续反应40分钟后停止搅拌，继续加热至无水乙醇完全挥发, 待反应液成糊状后停止加热，将产物倒入表面皿中再放入烘箱90℃干燥，干燥时间为2小时，得到预处理的纳米粉料；
（3）将预处理的纳米粉料溶解于N，N-二甲基乙酰胺中，溶解比为1:4.0，在超声波中分散30分钟，形成均相悬浮溶液后，加入质量分数占悬浮液6.0%的聚酰胺酸溶液，使用机械搅拌后，静置除泡，用玻璃棒将脱泡后的溶液在玻璃板上刮制成膜，在35℃水平恒温台上干燥20小时，干燥后将薄膜剪成直径为适合大小的圆片，置于管式炭化炉中按照设定程序升温炭化，冷却后得到的所述渗透膜。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（1）所述纳米氧化镁和纳米二氧化钛粉体粒径大小在10-100纳米之间。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（2）所述配制好的钛酸丁酯溶液浓度为25%，添加质量分数为14%。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（3）所述炭化升温设定程序为：在15分钟内加热至300℃，停留5分钟后继续以10℃/分钟的速度加热至600℃，保温炭化3分钟。
实施例2
一种用于轻烃分离的渗透膜，制备方法包括以下步骤：
（1）采用溶胶-凝胶法制备纳米氧化镁和纳米二氧化钛粉体，按照1:2.9的比例混合，向两种纳米粉体中加入9倍体积的无水乙醇，搅拌混合均匀后加入到离心机中, 盖紧盖子，开始搅拌，转速为1250转/分钟，边搅拌边加热至65℃；
（2）搅拌55分钟后加入配制好的浓度为48%的硬脂酸溶液，添加量为16%，然后升温至85℃反应1.8小时，接着加入配制好的钛酸丁酯溶液，继续反应45分钟后停止搅拌，继续加热至无水乙醇完全挥发，待反应液成糊状后停止加热，将产物倒入表面皿中再放入烘箱95℃干燥，干燥时间为2.5小时，得到预处理的纳米粉料；
（3）将预处理的纳米粉料溶解于N，N-二甲基乙酰胺中，溶解比为1:4.3，在超声波中分散35分钟，形成均相悬浮溶液后，加入质量分数占悬浮液6.4%的聚酰胺酸溶液，使用机械搅拌后，静置除泡，用玻璃棒将脱泡后的溶液在玻璃板上刮制成膜，在36℃水平恒温台上干燥22小时，干燥后将薄膜剪成直径为适合大小的圆片，置于管式炭化炉中按照设定程序升温炭化，冷却后得到的所述渗透膜。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（1）所述纳米氧化镁和纳米二氧化钛粉体粒径大小在10-100纳米之间。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（2）所述配制好的钛酸丁酯溶液浓度为28%，添加质量分数为15%。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（3）所述炭化升温设定程序为：在18分钟内加热至320℃，停留8分钟后继续以11℃/分钟的速度加热至630℃，保温炭化4分钟。
实施例3
一种用于轻烃分离的渗透膜，制备方法包括以下步骤：
（1）采用溶胶-凝胶法制备纳米氧化镁和纳米二氧化钛粉体，按照1:3.0的比例混合，向两种纳米粉体中加入10倍体积的无水乙醇，搅拌混合均匀后加入到离心机中, 盖紧盖子，开始搅拌，转速为1300转/分钟，边搅拌边加热至70℃；
（2）搅拌60分钟后加入配制好的浓度为50%的硬脂酸溶液，添加量为18%，然后升温至90℃反应2.0小时，接着加入配制好的钛酸丁酯溶液，继续反应40-50分钟后停止搅拌，继续加热至无水乙醇完全挥发, 待反应液成糊状后停止加热，将产物倒入表面皿中再放入烘箱100℃干燥，干燥时间为3小时，得到预处理的纳米粉料；
（3）将预处理的纳米粉料溶解于N，N-二甲基乙酰胺中，溶解比为1:4.5，在超声波中分散40分钟，形成均相悬浮溶液后，加入质量分数占悬浮液6.8%的聚酰胺酸溶液，使用机械搅拌后，静置除泡，用玻璃棒将脱泡后的溶液在玻璃板上刮制成膜，在38℃水平恒温台上干燥24小时，干燥后将薄膜剪成直径为适合大小的圆片，置于管式炭化炉中按照设定程序升温炭化，冷却后得到的所述渗透膜。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（1）所述纳米氧化镁和纳米二氧化钛粉体粒径大小在10-100纳米之间。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（2）所述配制好的钛酸丁酯溶液浓度为30%，添加质量分数为16%。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（3）所述炭化升温设定程序为：在20分钟内加热至340℃，停留10分钟后继续以12℃/分钟的速度加热至650℃，保温炭化5分钟。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，步骤（1）中纳米氧化镁和纳米二氧化钛粉体，按照1:1.5的质量比混合，其余保持一致。
对比例2
与实施例2的区别仅在于，步骤（2）中省略钛酸丁酯溶液的添加，其余保持一致。
对比例3
与实施例3的区别仅在于，步骤（3）中炭化温度为700℃，炭化时间为10分钟，其余保持一致。
对比实验
分别使用实施例1-3和对比例1-3的方法加工轻烃渗透膜，应用在甲烷、乙烯、丙烷的分离上，同时以现有的低温精馏的方法分离，将各组的分离富集率进行统计比较，结果如下表所示：
项目 甲烷提纯率（%） 乙烯提纯率（%） 丙烷提纯率（%） 成本降低率（%）
实施例1 98.2 97.8 99.4 47.2
实施例2 98.6 98.3 99.6 47.6
实施例3 98.4 98.0 99.5 47.5
对比例1 92.0 90.5 93.4 38.7
对比例2 93.6 91.9 94.7 40.5
对比例3 94.0 92.5 95.2 41.8
对照组 88.6 84.7 90.5 对照
由此可见：本发明能够得到纯度高的轻烃气体含量，通过较温和的操作条件和较低的能耗，以及较简便的组件分离，即能实现轻烃的分离富集，具有极大的应用价值。

Claims (3)

1.一种用于轻烃分离的渗透膜，其特征在于，制备方法包括以下步骤：
（1）采用溶胶-凝胶法制备纳米氧化镁和纳米二氧化钛粉体，按照1:2.8-3.0的比例混合，向两种纳米粉体中加入8-10倍体积的无水乙醇，搅拌混合均匀后加入到离心机中, 盖紧盖子，开始搅拌，转速为1200-1300转/分钟，边搅拌边加热至60-70℃；
（2）搅拌50-60分钟后加入配制好的浓度为45-50%的硬脂酸溶液，添加量为15-18%，然后升温至80-90℃反应1.5-2.0小时，接着加入配制好的钛酸丁酯溶液，继续反应40-50分钟后停止搅拌，继续加热至无水乙醇完全挥发, 待反应液成糊状后停止加热，将产物倒入表面皿中再放入烘箱90-100℃干燥，干燥时间为2-3小时，得到预处理的纳米粉料；
（3）将预处理的纳米粉料溶解于N，N-二甲基乙酰胺中，溶解比为1:4.0-4.5，在超声波中分散30-40分钟，形成均相悬浮溶液后，加入质量分数占悬浮液6.0-6.8%的聚酰胺酸溶液，使用机械搅拌后，静置除泡，用玻璃棒将脱泡后的溶液在玻璃板上刮制成膜，在35-38℃水平恒温台上干燥20-24小时，干燥后将薄膜剪成直径为适合大小的圆片，置于管式炭化炉中按照设定程序升温炭化，冷却后得到的所述渗透膜；
步骤（3）所述炭化升温 设定程序为：在15-20分钟内加热至300-340℃，停留5-10分钟后继续以10-12℃/分钟的速 度加热至600-650℃，保温炭化3-5分钟。
2.如权利要求1所述一种用于轻烃分离的渗透膜，其特征在于，步骤（1）所述纳米氧化镁和纳米二氧化钛粉体粒径大小在10-100纳米之间。
3.如权利要求1所述一种用于轻烃分离的渗透膜，其特征在于，步骤（2）所述配制好的钛酸丁酯溶液浓度为25-30%，添加质量分数为14-16%。
CN201711316651.1A 2017-12-12 2017-12-12 一种用于轻烃分离的渗透膜 Active CN107983178B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711316651.1A CN107983178B (zh) 2017-12-12 2017-12-12 一种用于轻烃分离的渗透膜

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711316651.1A CN107983178B (zh) 2017-12-12 2017-12-12 一种用于轻烃分离的渗透膜

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107983178A CN107983178A (zh) 2018-05-04
CN107983178B true CN107983178B (zh) 2021-06-29

Family

ID=62037387

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711316651.1A Active CN107983178B (zh) 2017-12-12 2017-12-12 一种用于轻烃分离的渗透膜

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107983178B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109351206A (zh) * 2018-10-23 2019-02-19 黄山学院 一种纳滤用沸石分子筛膜的制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1837035A (zh) * 2005-12-28 2006-09-27 大连理工大学 一种纳米杂化炭膜的制备方法
CN101306327A (zh) * 2008-07-08 2008-11-19 大连理工大学 一种卷式炭膜及其制备方法
US8608828B2 (en) * 2010-10-01 2013-12-17 Basf Se Process for producing carbon membranes
CN106861287A (zh) * 2017-02-15 2017-06-20 杭州创克洛环境科技有限公司 一种空调进风口过滤网用空气过滤无纺布及其制备方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9527043B2 (en) * 2012-05-17 2016-12-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Gas separation membrane and method of preparing the same
CN103525134A (zh) * 2013-09-22 2014-01-22 中国水产科学研究院东海水产研究所 一种纳米二氧化钛的表面修饰方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1837035A (zh) * 2005-12-28 2006-09-27 大连理工大学 一种纳米杂化炭膜的制备方法
CN101306327A (zh) * 2008-07-08 2008-11-19 大连理工大学 一种卷式炭膜及其制备方法
US8608828B2 (en) * 2010-10-01 2013-12-17 Basf Se Process for producing carbon membranes
CN106861287A (zh) * 2017-02-15 2017-06-20 杭州创克洛环境科技有限公司 一种空调进风口过滤网用空气过滤无纺布及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZSM-5和P25杂化炭膜的制备及轻烃渗透性能;孙美悦;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》;20121015;第17、32、41、43、44、46-50页 *
硬脂酸/钛酸四丁酯复合改性剂处理掺锑二氧化锡纳米粉体;吴湘伟等;《中南大学学报》;20060630;第444-449页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN107983178A (zh) 2018-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ma et al. Mixed-matrix membranes containing functionalized porous metal–organic polyhedrons for the effective separation of CO 2–CH 4 mixture
CN108057420B (zh) 用于分离甲烷/氮气的高性能椰壳活性炭吸附剂及其制备方法
MX2008012519A (es) Proceso con membrana para recuperacion lpg.
CN201952226U (zh) 低浓度氢气回收装置
CN104607000A (zh) 一种炼厂干气中c2、c3组分、轻烃组分及氢气的回收方法
CN108816190B (zh) 一种氧化铝-活性炭复合材料及其制备方法
CN107983178B (zh) 一种用于轻烃分离的渗透膜
CN105413383A (zh) 一种从石化厂尾气中回收轻烃的方法
CN105854516A (zh) 一种炼厂干气同时回收h2和c2及以上组分的全温程变压吸附方法
Lian et al. Improved CO2 separation performance and interfacial affinity of composite membranes by incorporating amino acid-based deep eutectic solvents
CN103254932A (zh) 提取轻石脑油中c4～c6正构烷烃联产异戊烷和异构己烷工艺
Gonçalves et al. Developments in downstream butanol separation from acetone, butanol, and ethanol fermentation
CN109651055A (zh) 一种乙烯乙烷的分离方法
CN101693169A (zh) 一种分离二氧化碳甲烷混合气体的复合膜的制备方法
CN113289456A (zh) 一种用于气体硫碳协同脱除提质的深共晶溶剂及其制备与应用方法
CN112827321A (zh) SiC-CVD无氯外延含低浓度硅烷/C2+尾气FTrPSA提氢与循环再利用方法
CN112717723B (zh) 一种用于气体分离的氨基碳点与聚酰亚胺混合基质膜的制备方法
Khan et al. Carbon molecular sieve membranes for natural gas purification: Role of surface flow
CN109704274B (zh) 有机液体储氢的原料体系
Jichang et al. Adsorption behaviour of normal paraffins in a fixed bed adsorber containing 5 Å molecular sieves
Xing et al. A High‐Performance N2‐Selective MXene Membrane with Double Selectivity Mechanism for N2/CH4 Separation
CN100506956C (zh) 一种采用物理方法分离焦炉气生产液化天然气的方法
CN104096453B (zh) 一种高选择性物理法脱碳吸收剂
CN204022773U (zh) 一种提高低压天然气轻烃回收率的装置
CN102675021A (zh) 一种高纯甲烷提纯方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant