JP6545314B2 - C2−c3アルカン/アルケン分離に有用な新規炭素分子篩及びペレット組成物 - Google Patents
C2−c3アルカン/アルケン分離に有用な新規炭素分子篩及びペレット組成物 Download PDFInfo
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Description
の利益を主張するものであり、当該出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれ
る。
C2−C3アルカン及びアルケンを分離するプロセスにおいて使用することができる新規
炭素分子篩組成物に関する。
ての使用を提供するものとして以前から認識されている。用途の範囲は、炭素自体の性質
に起因していることころが大きく、それには概して、熱、酸、及びアルカリ;疎水性;及
び高い電気透過性への高い耐性が含まれる。細孔構造の制御は、それが選択性を決定する
ものであるため、分離プロセスにおける分子篩の有効性に極めて重要である。
てきた。Miura,K.,「Preparation of novel porou
s carbons supporting metal nanoparticles
and their applications to energy and en
vironment related issues」、J.Ind.Eng.Chem
.,Vol.11,No.6,(2005)797−817、及びMiura,K.,e
t al.「Control of micropore formation in
the carbonized ion exchange resin by uti
lizing pillar effect」、Carbon37(1999)1455
−1461を含む2つの文献において、イオン交換可能な基としてスルホン酸基を有する
0.5ミリメートル(500マイクロメートル)径のポリスチレン系イオン交換樹脂ビー
ズからのCMSの調製が考察されている。これらの研究は、スルホン酸基が、熱処理の結
果として細孔を形成する機構を提供することを認識している。
する。
イクロメートルの平均孔径及び少なくとも30%の大細孔率(%)を有する大細孔、なら
びにC2−C3アルケンを受け入れかつC2−C3アルカンを除外可能であり、10%〜
30%の範囲の総微細孔率を有する微細孔を含む、炭素系吸着剤ペレット組成物を提供す
る。
スを、本明細書に上述の炭素系吸着剤ペレットを含む分離床に通して供給することを含む
、圧力スイングまたは温度スイング吸着プロセスを提供し、本プロセスは、C2−C3ア
ルカン及びC2−C3アルケンが互いに実質的に分離されるように、圧力スイングまたは
温度スイング吸着条件下で実行される。
2−C3アルカンをC2−C3アルケンから、このようなガスが混合物中に一緒に存在す
る場合に分離するように効果的に使用される、特定のCMSの組み合わせを提供する。こ
のペレットの設計は、著しいC2−C3アルカン/アルケン選択性を有する分子篩微細孔
を含み、それが実際のガス分離を提供し、一方でこのペレットはまた、ペレットを通る所
望のレベルの拡散率を可能にする大細孔も含有する。そのペレット化構造のため、それは
また、ガス流拡散率を更に向上させる著しく密集した多孔度を提供する。これらの特性の
組み合わせは、これらに限定されないが圧力スイング及び温度スイング吸着プロセスを含
む、種々のプロセスへのペレットの効果的な適用を可能にする。
選択される。好適なポリスチレンは、イオン交換可能基としてスルホン酸基を有する任意
のポリスチレン系のイオン交換樹脂を含み得る。このような樹脂はまた、イオン交換樹脂
の重量に基づいて、望ましくは、2重量パーセント(重量%)〜16重量%の範囲で、ジ
ビニルベンゼン等の架橋試薬の比率を含み得る。概して、架橋が、ポリスチレンの熱分解
中細孔収縮のレベルを低下させ得るため、いくつかの非限定的な実施形態では、比較的高
い程度の架橋が、好ましい場合がある。特定の実施形態では、所望のイオン交換樹脂粒度
は、1マイクロメートル(μm)〜100μm、及びより望ましくは1μm〜50μmの
範囲であり得る。
知られている任意の手段または方法であってもよい。例えば、カチオン交換樹脂が所望の
場合、H+、Ca2+、Zn2+、Cu2+、Fe2+、Ni2+、Fe3+、及びこれ
らの組み合わせ等のカチオンが、望ましくは選択され得る。これらの交換は、例えば、原
樹脂をカラムに包埋し、好適な条件下で例えば、塩化水素で処理することによって実行す
ることができ、まずH+型樹脂を調製する。異なるカチオンを最終的に所望する場合、H
+型樹脂は、次いで、続いて例えば、Na+、Ca2+、Zn2+、Cu2+、Fe2+
、Ni2+、Fe3+、またはこれらの組み合わせ等の所望のカチオンを含有する水溶液
で処理されて、新たなカチオンのためにH+カチオンを交換し得る。カチオン交換の有効
性は、HClの添加によるカチオン水溶液のpHの制御によって変化させることができる
。
で、所望の最終ゲル型スルホン化ポリスチレンを得ると、一実施形態では、分子篩組成物
を直接得るように熱分解され得る。この熱分解を達成するために、ゲル型スルホン化ポリ
スチレン前駆体は、そのほぼ完全なまたは完全な炭化をもたらすのに好適な条件下で加熱
され得る。好ましくは、最終CMS生成物中の炭素原子含有量は、90%よりも高いが(
X線光電子分光法によって測定される)、80%〜95%の範囲である炭素原子含有量を
用いて望ましいCMSの生成を確実にし得る。熱分解は、500℃〜1000℃、好まし
くは750℃〜1000℃、より好ましくは800℃〜900℃、及び最も好ましくは8
50℃〜900℃の範囲の温度で実行され得る。1分間(分(min))〜240分間、
好ましくは1分間〜30分間、及びより好ましくは1分間〜10分間の範囲の最終温度で
の時間が、用いられ得る。当該技術分野の当業者であれば、結果を変化させる手段として
知られているような他のプロセシングパラメータの変更に加えて、時間及び温度のバラン
スが用いられ得ることを認識するであろうが、本発明においては、標準気圧で(1atm
、約101キロパスカル、kPa)1分間〜30分間の範囲の時間に、800℃〜900
℃の温度、及び不活性窒素雰囲気が、本発明のCMSの好ましい実施形態の生成を確実に
するのに特に効果的であることがわかっている。
つつエタン及びプロパン分子から選択されるアルカンを除外可能である、微細孔を有する
と定義される。この性質は、C2−C3アルケン分子、すなわち、エチレン及び/または
プロピレンのうちの少なくとも1つの分離が、C2−C3アルカン分子、すなわち、エタ
ン及び/またはプロパンのうちの少なくとも1つから分離することがアルカン及びアルケ
ン分子の混合物がCMSの床を越える/通過するとき起こるかどうかを決定する、単純な
試験を通じて、当該技術分野の当業者によって容易に決定され得る。この分離は、約3.
8オングストローム(Å、0.38ナノメートル、nm)〜4.5Å(0.45nm)、
好ましくは3.9Å(0.39nm)〜4.2Å(0.42nm)の範囲の見かけ上の微
細孔平均孔径、及び10%〜30%、好ましくは15%〜25%、及びより好ましくは約
20%の範囲の総微細孔率を暗示している。本総微細孔率は、1立方センチメートル当た
り1.0グラム(g/cm3)〜2.0g/cm3の範囲の骨格密度に応じて決定される
。
MSが微細に分割された粉末を成すため、典型的な市販の分離プロセスにおいて使用する
ために常に実用的ではないことがわかっている。この形態は、拡散率の問題のため、極め
て高い圧力降下及び粉末含有充填床全体にわたる比較的緩徐な分離をもたらす。したがっ
て、本発明は、好ましくは、有用なペレットを調製するための基盤としてCMSを用いる
ことによって、この問題を解決した。これは、ゲル型スルホン化ポリスチレン前駆体材料
(未熱分解)を、炭素形成結合剤と好適な条件下で最初に組み合わせることによって行わ
れ、ペレット前駆体材料を形成する。
ゲル型スルホン化ポリスチレン粒子を最初に結合剤と組み合わせることが有用であること
がわかっている。好ましい実施形態では、本結合剤は、2重量%の水溶液中に存在し、例
えば、3000センチポアズ(cP、3パスカル秒、Pa*s)〜5000cP(5Pa
*s)の範囲内に属する粘度を有する。結合剤溶液は、ゲル型スルホン化ポリスチレン前
駆体材料の重量に基づいて、好ましくは、2重量%〜10重量%、より好ましくは4重量
%〜6重量%の量でゲル型スルホン化ポリスチレン前駆体材料と組み合わされ、100,
000cP(100Pa*s)よりも大きい見かけ上の粘度を有するペーストとして概説
できるものを形成する。このペーストは、1つの特定の実施形態では、例えば、いくつか
の実施形態では、好ましくは1ミリメートル(mm)〜10mm、及びより望ましくは1
mm〜5mmの範囲の長さの全体的な最大寸法において20:1〜1:5の範囲の好まし
いアスペクト比(長さ対幅)を有する、所望の未熱分解ペレット(原ペレットまたはペレ
ット前駆体とも呼ばれる)を達成するようにダイを通じてラム押出成形することができる
。当該技術分野の当業者であれば、ペレットの形状、すなわち、形態が、様々であっても
よく、非限定的な実施例では、円柱状または球状ペレットを含むことができ、よって、こ
のような形態が周知の方法で分離床のペレットの全体的な充填性質に影響するであろうこ
とを理解する。順に、このことは、拡散率、及びしたがって、所与の床の達成可能な分離
の速度に影響するであろう。
条件下で熱分解される。このことは、熱分解されたペレット(ここでは炭素系吸着剤ペレ
ットと呼ばれる)が、個別的な、結合剤の認識可能面積及び個別的な、スルホン化ポリス
チレン前駆体の認識可能面積を、いずれもがここでは、本質的に炭化され、炭化スルホン
化ポリスチレン前駆体(効果的にここではCMS面積)の面積が、好ましくは、炭化結合
剤(すなわち、その個別的な面積の間)において比較的均一な様式で分布されているにも
かかわらず、更に呈することを意味する。この関係では、炭化結合剤表面は、CMS面積
を結合するように機能するが、結合剤がより少ない比率で存在するため、真の連続的なマ
トリックスを形成しないが、むしろ、簡単にかつ最小限により高い比率のCMS面積をペ
レット構造体内で一緒に保持するように機能する。得られる熱分解された炭素系吸着剤ペ
レットは、したがって、分子篩に関するCMS微細孔及びペレットを通した所望のガス拡
散率、すなわち、ガス輸送の所望の速度に関する大細孔の、両方の特性を効果的に有する
ことを特徴とすることができる。これらの大細孔は、ともに水銀圧入法によって測定した
とき、1μm以上の平均孔径及び少なくとも30%の総大細孔率を有すると定義される。
特定の実施形態では、総大細孔率は、好ましくは少なくとも35%である。当該技術分野
の当業者であれば、これらの性質を、従来の手段及び方法を用いて便宜上決定することが
できるであろう。
した場合、炭素系吸着剤ペレットが、充填床の重量の結果として著しく粉砕されないこと
を確実にするのに十分な構造の整合性を有し得る。炭素系吸着剤ペレットは、望ましくは
、1ミリメートル当たり少なくとも0.10ポンド(lbs/mm、約0.045kg/
mm)、好ましくは少なくとも1lbs/mm(約0.454kg/mm)、より好まし
くは少なくとも2lbs/mm(約0.907kg/mm)、及び最も好ましくは少なく
とも5lbs/mm(約2.268kg/mm)の粉砕強度を呈するであろう。粉砕強度
の所望のレベルに加えて、炭素系吸着剤ペレットは、ペレットが(未ペレット化)CMS
組成物と比較されない、すなわち、ペレット化プロセスが、ある特定の実施形態では、そ
こに含まれるCMS粒子の利用できる分離が可能である微細孔率を著しく妨害する場合、
最小限に増加した質量移動耐性及び最小限に損失した吸着動態を呈し得る。
における使用である。このようなプロセスは、ペレット間で、許容の圧力範囲内で工業的
に実行可能な分離速度を可能にするのに十分な拡散率を必要とする。当該技術分野の当業
者であれば、ペレットが床内に充填される方法から得られるこのようなペレット間の細孔
率が、各ペレットの大細孔率に影響するように質量輸送に影響し、したがって、それが、
圧力スイング吸着プロセスを設計する際に考慮されるべき更なる拡散率因子であることを
理解するであろう。このようなペレット間拡散率(用いられている総凝集ペレットの「ボ
イド率」とも呼ばれ得る)は、ペレットの構造及びアスペクト比に依存する。しかしなが
ら、多くの用途に関しては、少なくとも30%のボイド率が望ましく、より望ましいもの
は、少なくとも35%のボイド率である。
スイング吸着の4つの基本のステップを介して実行され得る:(1)分離されるガスの混
合物が分離床に供給される間の、加圧、(2)ガス混合物中に含まれるいくつかの定義さ
れたガスが、床内で例えばペレット等の分離媒体によって吸着される、吸着、(3)分離
床が減圧され、非吸着ガスが除去される間の、ブローダウン、及び(4)不活性ガスまた
は精製ガスを使用して、吸着剤床をパージして、その床から吸着ガスを脱着して除外する
間の、脱着。
離の場合、吸着段階では、プロピレンは、プロピレン含有流からの本発明の炭素系吸着剤
ペレット中に吸着され、精製/濃縮プロパン流(好ましい実施形態では、80容積v/v
%を超えるプロパン)が得られるであろう。次いで、脱着段階中、プロピレンは、少量の
精製プロパンまたは不活性ガスでパージすること、及び/または部分真空を適用すること
によって、炭素ペレット吸着剤から脱着され、精製/濃縮プロピレン流(好ましい実施形
態では、80v/v%を超えるプロピレン)として収集されるであろう。同様の展開をエ
チレン/エタン分離に適用することができる。
れた少なくとも2つのカラムを典型的に含んで半連続的プロセスを作製し得ることが言及
される。第5のステップである2つの分離カラムの圧力同等化は、次いで、分離性能を更
に改善させるように追加することができる。
スのための条件としては、好ましくは10℃〜200℃、より好ましくは50℃〜150
℃の範囲の温度;0.1バール(10キロパスカル、kPa)〜10バール(1000k
Pa)、より好ましくは0.5バール(50kPa)〜3バール(300kPa)の供給
範囲のアルケン部分圧力;及び1分間〜30分間、より好ましくは5分間〜15分間の範
囲の吸着サイクル時間が挙げられ得る。上述の条件ではあるものの、当該技術分野の当業
者であれば、効果的なC2−C3アルカン/アルケン分離を実行する際に効果的であろう
温度、圧力、及び吸着サイクル時間の条件における広い範囲の変更について認識するであ
ろう。
用である。温度スイング吸着プロセスは、概して、2つの吸着剤床を用いることを含む。
一方の床が吸着ステップを経る間に、他方の床が再生成ステップを経る。吸着ステップは
、吸着が脱着よりも支持される比較的低い温度で生じる。このステップ中、ガス混合物中
に含まれる標的ガスは、吸着されて、それにより混合物中の他のガスから分離される。再
生成ステップは、加熱及び冷却の両方を含む。加熱中、通常窒素等の不活性ガスである高
温再生成流は、吸着ステップを完了したばかりのカラム中に導入されそこを通って流動す
る。高温再生成流は、吸着剤床を所望の再生成温度まで加熱し、次いで、その床を所望の
期間その温度に維持する。このことは、吸着剤から脱着し再生成流と一緒にカラムを脱離
する、吸着ガスをもたらす。次のサイクルの吸着ステップのために吸着剤床を調製するた
めに、次いで、吸着剤は、供給混合物温度に近い温度で吸着剤床に通して流動させる流、
典型的には不活性ガスによって、冷却される。床が吸着ステップの温度まで冷却されると
、次のサイクルへの準備が整う。
は、望ましくは、規模に応じて数時間〜数十時間の範囲であり得る。吸着のための温度は
、望ましくは、周囲温度〜90℃、好ましくは周囲温度〜60℃、及びより好ましくは周
囲温度〜40℃の範囲であり得る。再生成温度は、好ましくは、150℃〜250℃、好
ましくは175℃〜225℃の範囲であり得る。
得る。具体的には、脱着は、より低圧かつより高温で、パージと一緒に実行されるが、温
度スイング吸着は、圧力スイング吸着、すなわち、吸着がより高圧かつ低温で実行される
ことと、組み合わせることができる。この組み合わされたプロセスでは、ブローダウンス
テップは、典型的に、吸着と再生成ステップとの間に追加され、再加圧ステップは、典型
的に、再生成と吸着ステップとの間に追加される。
本願発明には以下の態様が含まれる。
項1.
炭素系吸着剤ペレット組成物を調製するプロセスであって、
炭素を形成する非溶解結合剤及び非多孔質ゲル型スルホン化ポリスチレン前駆体を含む、ペレット構造体を、
不活性雰囲気下、750℃〜1000℃の範囲の温度で、炭化結合剤及び炭化前駆体の個別的な面積を有する炭素系吸着剤ペレット組成物を形成するのに好適な条件下で熱分解することを含み、
前記炭素系吸着剤ペレット組成物が、
ともに水銀圧入法によって測定したとき、1マイクロメートル以上の平均孔径及び少なくとも30パーセントの総大細孔率を有する、大細孔と、
選択的にC2−C3アルケンを受け入れかつC2−C3アルカンを除外可能であり、10パーセント〜30パーセントの範囲の総微細孔率である、微細孔と、を含む、前記プロセス。
項2.
前記炭素を形成する非溶解結合剤が、セルロースエーテルである、項1に記載の前記プロセス。
項3.
前記非多孔質ゲル型スルホン化ポリスチレン前駆体が、スルホン化ポリスチレンイオン交換樹脂粒子であり、
前記ポリスチレンが、2重量パーセント〜16重量パーセントのジビニルベンゼン架橋試薬を含有し、前記粒子が、1マイクロメートル〜100マイクロメートルの範囲の平均径を有する、項1または2に記載の前記プロセス。
項4.
前記熱分解温度が、800℃〜900℃の範囲であり、前記条件が、1分間〜240分間の時間範囲を含む、項1〜3のいずれかに記載の前記プロセス。
項5.
前記微細孔が、0.38ナノメートル〜0.45ナノメートルの範囲の平均孔径を有する、項1〜4のいずれかに記載の前記プロセス。
項6.
前記ペレットが、最大寸法において1ミリメートル〜5ミリメートルの範囲であり、20:1〜1:5の範囲のアスペクト比を有する、項1〜6のいずれかに記載の前記プロセス。
項7.
炭素系吸着剤ペレット組成物であって、
炭化結合剤及び炭化ゲル型スルホン化ポリスチレンの個別的な面積を有するペレットを含み、
前記ペレットが、
ともに水銀圧入法によって測定したとき、1マイクロメートル以上の平均孔径及び少なくとも30パーセントの総大細孔率を有する、大細孔と、
選択的にC2−C3アルケンを受け入れかつC2−C3アルカンを除外可能であり、10パーセント〜30パーセントの範囲の総微細孔率である、微細孔と、を含む、前記炭素系吸着剤ペレット組成物。
項8.
炭素系吸着剤ペレット組成物であって、
炭素を形成する非溶解結合剤及び非多孔質ゲル型スルホン化ポリスチレン前駆体を含む、ペレット構造体を、
不活性雰囲気下、750℃〜1000℃の範囲の温度で、炭化結合剤及び炭化前駆体の個別的な面積を有する炭素系吸着剤ペレット組成物を形成するのに好適な条件下で熱分解することを含む、プロセスによって調製され、
前記炭素系吸着剤ペレット組成物が、
ともに水銀圧入法によって測定したとき、1マイクロメートル以上の平均孔径及び少なくとも30パーセントの総大細孔率を有する、大細孔と、
選択的にC2−C3アルケンを受け入れかつC2−C3アルカンを除外可能であり、10パーセント〜30パーセントの総微細孔率である、微細孔と、を含む、前記炭素系吸着剤ペレット組成物。
項9.
圧力スイングまたは温度スイング吸着プロセスであって、
C2−C3アルカン及びC2−C3アルケンを含むガスを、項1〜8のいずれかに記載の前記炭素系吸着剤ペレット組成物を含む分離床に通して供給することを含み、
前記プロセスが、C2−C3アルカン及びC2−C3アルケンが互いに実質的に分離されるように、圧力スイングまたは温度スイング吸着条件下で実行される、前記圧力スイングまたは温度スイング吸着プロセス。
DOWEX(商標)50X8(DOWEXはThe Dow Chemical Co
mpanyの商標である)(米国メッシュ200〜米国メッシュ100;74μm〜14
9μm)イオン交換樹脂を、ゲル型スルホン化ポリスチレン前駆体として使用する。この
前駆体は、樹脂の重量に基づいて、8重量%のジビニルベンゼン架橋試薬を有する。
)の流速で、窒素でパージした1インチ(2.54センチメートル、cm)石英管炉内で
熱分解する。温度を、5℃/分の速度で850℃まで上昇させる。次いで、温度を15分
間850℃に維持する。管炉を放置して室温まで冷却し、CMSを収集する。
ズよりもはるかに小さい、約80μmの平均サイズを呈する。
)の吸着を、10℃で実行する。動態径については、エチレンが3.9Åであり、エタン
が4.1Åであり、プロピレンが4.0Åであり、及びプロパンが4.3Åであることが
知られている。例えば、D.W. Breck,Zeolite Molecular
Sieves−Structure,Chemistry,and Use,John
Wiley&Sons,New York1974を参照されたい。4つ全てのガスは、
本発明のCMS中に拡散できるが、拡散速度は、著しく異なる。最も大きい分子であるプ
ロパンは、他の3つのガス、具体的には、プロピレンよりも著しくより緩徐にCMS中に
拡散するが、この差異は、2つの分子の分離のために特に有用なこの実施例1において調
製されるCMSを作製する。図2は、4つのガス間の吸着速度における相対的差異を示す
。
この実施例は、平均CMS微細孔径を、熱分解条件を変更することによって変化させる
ことができることを示す。熱分解温度が上昇するにつれてより多くの微細孔が生成される
が、ある特定の程度の熱処理において、部分的細孔崩壊、(「細孔収縮」とも呼ばれる)
が生じる。
μm)イオン交換樹脂を、ゲル型スルホン化ポリスチレン前駆体として使用する。この前
駆体は、樹脂の重量に基づいて、8重量%のジビニルベンゼン架橋試薬を有する。スルホ
ン化ポリスチレン(3g)を、50mL/分の流速で、窒素でパージした1インチ(2.
54cm)石英管炉内で熱分解する。温度を5℃/分の速度で550℃から1000℃ま
で上昇させる。次いで、最大温度を15分間維持する。管炉を放置して室温まで冷却し、
そのCMSを収集する。
、及びCO2吸着による1グラム当たりの立方ミリメートル(mm3/g)でBruna
uer−Emmett−Teller法によって測定される表面積を、まず850℃の熱
分解温度に上昇させ、次いで1000℃でわずかに下降させる。これを、図2に示す。
始めるが、一方でプロパン拡散率が700℃より高い温度での熱分解後に低下し始め、約
850℃で平坦域に達することを示す。したがって、熱分解が約850℃〜900℃の範
囲の温度で15分間実行された場合、プロピレン/プロパン拡散率選択性(アルファ−D
として測定される)は、100を超えるその最大値に達する。
100gの量の乾燥イオン交換樹脂(DOWEX(商標)50wX8、400米国メッ
シュ〜200米国メッシュのサイズの範囲、37μm〜74μm)、100gの脱イオン
水及び4gのMETHOCEL(商標)A4M(The Dow Chemical C
ompanyから入手可能なメチルセルロースエーテル)を、手動で混合して粘性ペース
トを作製する。このペーストを、3mmのダイを通して押出加工し、約2mmの長さの円
柱状炭素系吸着剤ペレットに自動的に切断する。本発明のペレットを、窒素パージしたオ
ーブン内で、70℃で一晩乾燥させる。10gの量の乾燥した原ペレットを、50mL/
分の窒素流動の下、1インチ(2.54cm)管炉内で熱分解する。炉温度を、550℃
〜1000℃の範囲の最終温度に上昇させ、その最終温度で15分間、30分間、または
60分間維持する。炉を放置して自然に冷却し、炭素系吸着剤ペレットを収集する。表1
は、5℃/分のランプ速度を用いて全てが調製されたこのような最終温度で様々な最終温
度及び保持時間で熱分解された炭素系吸着剤ペレットへのプロピレン及びエチレンの拡散
率(D)及び更にプロピレン/プロパン及びエチレン/エタン拡散率選択性(アルファD
)を示す。
100gの量の乾燥イオン交換樹脂(DOWEX(商標)50wX8、400米国メッ
シュ〜200米国メッシュのサイズの範囲、37μm〜74μm)、100gの脱イオン
水及び5gのMETHOCEL(商標)A4Mを、手動で混合して粘性ペーストを作製す
る。このペーストを、3mmのダイを通して押出加工し、約2mmの長さの円柱状ペレッ
トに自動的に切断する。このペレットを、窒素パージしたオーブン内で、70℃で一晩乾
燥させる。10gの量の乾燥した原ペレットを、50mL/分の窒素流動の下、1インチ
(2.54cm)管炉内で熱分解する。炉温度を、10℃/分のランプ速度で850℃に
上昇させ、15分間850℃に維持する。炉を放置して自然に冷却し、炭素系吸着剤ペレ
ットを収集する。炭素系吸着剤ペレットは、ともに水銀圧入法によって測定したとき1マ
イクロメートル以上である平均孔径及び少なくとも30パーセントの総大細孔率を有する
大細孔を有する。それらはまた、選択的にC2−C3アルケンを受け入れかつC2−C3
アルカンを除外可能であり、10パーセント〜30パーセントの総微細孔率である、微細
孔を有する。
2つの形態の吸着剤を、圧力スイング吸着試験に使用する:CMS粉末(すなわち、熱
分解前に結合剤と組み合わせない)及び炭素系吸着剤ペレット(すなわち、結合剤と組み
合わせて、ペレット化し、次いで熱分解されたもの)。CMS粉末は、400米国メッシ
ュ〜200米国メッシュ(37μm〜74μm)ゲル型、プロトン(H+)形態、DOW
EX(商標)50wX8と特定されるイオン交換樹脂由来である、前駆体を、5℃/分の
温度ランプ速度で、825℃で15分間熱分解する。ペレットを、まず樹脂をペレット化
して、結合剤として5重量パーセント(重量%)METHOCEL(商標)A4Mと混合
し、2.2mmのダイを備える押出加工機及び自動切断機を通して原ペレットを作製し、
その後に続いて、ペレットを、不活性雰囲気で、850℃で30分間熱分解して、6℃/
分の温度上昇速度で、炭素系吸着剤ペレットを形成する。
。CMS(未ペレット化)粉末または炭素系吸着剤ペレットを、1インチ(2.54cm
)内径のステンレス鋼カラム内に充填する。プロピレン/プロパン混合物流を、標準の時
間の量(吸着ステップ時間)の間、一定の流速で充填床カラム内に導入する。プロピレン
及びプロパンの濃度を、連続して監視する。次いで、一定の流速での窒素パージを、バル
ク相のプロピレン及びプロパンの部分圧力を減少させるために、標準の時間の量(脱着ス
テップ時間)の間、脱着ステップ中、導入する。(部分真空を、脱着ステップのため代替
的に選択することができる。)プロピレン及びプロパン濃度を、連続して監視する。次い
で、吸着/脱着を、連続して、何サイクルかにわたって切り替える。粉末が、ペレットが
呈するよりも大きい程度の圧力降下を呈するが、これは粉末の本質的により低いカラム内
のボイド率のため予期されることであり、粉末及びペレットが、結果が窒素を含まない基
盤と比較される図4、5、及び6に示されるような濃度に基づく、比較可能なガス選択性
を呈することがわかっている。
Claims (2)
- 炭素系吸着剤ペレット組成物であって、
炭化結合剤及び炭化ゲル型スルホン化ポリスチレンの個別的な面積を有するペレットを含み、
前記ペレットが、
ともに水銀圧入法によって測定したとき、1マイクロメートル以上の平均孔径及び少なくとも30パーセントの総大細孔率を有する、大細孔と、
選択的にC2−C3アルケンを受け入れかつC2−C3アルカンを除外可能であり、0.38ナノメートル〜0.45ナノメートルの範囲の平均孔径を有し、10パーセント〜30パーセントの範囲の総微細孔率である、微細孔と、を含む、前記炭素系吸着剤ペレット組成物。 - 圧力スイングまたは温度スイング吸着プロセスであって、
C2−C3アルカン及びC2−C3アルケンを含むガスを、請求項1に記載の前記炭素系吸着剤ペレット組成物を含む分離床に通して供給することを含み、
前記プロセスが、C2−C3アルカン及びC2−C3アルケンが互いに実質的に分離されるように、圧力スイングまたは温度スイング吸着条件下で実行される、前記圧力スイングまたは温度スイング吸着プロセス。
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