KR20140130550A - 비-방향족 화합물로부터 방향족 화합물의 분리를 위한 촉진 수송막 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 어떤 구현 예는 방향족 탄화수소 피드 스트림으로부터 방향족 탄화수소를 분리하기 위한 장치를 제공한다. 상기 장치는 막 지지체, 및 상기 막 지지체 상에 배치된 친수성 고분자막 매트릭스를 포함한다. 상기 친수성 고분자막 매트릭스는 유효량의 폴리비닐알코올 및 유효량의 소듐 알지네이트를 포함한다. 상기 장치는 가교제를 사용하여 상기 친수성 고분자막 매트릭스에 결합된 캐리어제를 더욱 포함한다. 상기 캐리어제는 지방족 화합물과 비하여 방향족 화합물에 대해 더 큰 친화도를 나타낸다. 상기 장치는 상기 막 지지체를 유지하도록 구성된 막 하우징을 더욱 포함한다. 상기 막 하우징은 상기 방향족 탄화수소 피드 스트림을 수용하도록 작동가능한 주입구, 침투물 스트림을 방출하도록 작동가능한 침투물 배출구, 및 농축액 스트림을 방출하도록 작동가능한 농축액 배출구를 포함한다.
Description
본 발명의 구현 예는 방향족 및 지방족 화합물을 갖는 탄화수소 스트림으로부터 방향족을 분리하기 위해 작동가능한, 촉진 수송막 (facilitated transport membrane (FTM))에 관한 것이다.
방향족 탄화수소 (예를 들어, 벤젠, 톨루엔, 크실렌 (BTX))는 석유 화학의 생산에서 중요한 전구체로서 제공된다. 부가적으로, 방향족의 분리는 석유 정제장치에서 방향족-함유 스트림을 업그레이딩 및 조절하는데 유용하다. 따라서, 모든 스트림으로부터 방향족 화합물의 회수를 돕는 유용하고 경제적인 방법을 제공하는 것은 도움이 될 것이다.
석유 정제장치로부터 방향족을 분리하기 위한 통상적인 방법은 액체/액체 추출 및 추출식 또는 공비 증류를 포함할 수 있다. 그러나, 이러한 방법들은 통상적으로 매우 비싸고, 자본 집약형이다. 예를 들어, 증류탑 (distillation columns)은 통상적으로 300 피트 (feet)까지의 높이이고, 200 트레이 (trays) 이상을 함유할 수 있다. 환류비 (reflux ratio)는 일반적으로 10 초과이고, 따라서 상기 공정은 매우 에너지-집약적이다. 이로써, 더 많은 경제적 분리 공정이 필요로 된다.
막 투석증발 공정 (Membrane pervaporation processes)은 다양한 타입의 탄화수소를 분리하기 위해 사용되어 왔다. 그러나, 다수의 이들 종래의 막은 낮은 선택도 (selectivity) (즉, 5 내지 20) 및/또는 낮은 플럭스 속도 (flux rate) (0.03-0.3 kg/㎡/h)로 어려움을 겪고 있다. 따라서, 상업적으로 실행가능한 종래의 막은 제한되어, 추출식 증류 (extractive distillation)와 같은, 종래의 막 투석증발 공정과 경쟁하는 것을 불가능하게 한다. 따라서, 종래의 막에 대한 개선된 플럭스 속도 및/또는 선택도를 갖는 FTM을 갖는 것이 이로울 것이다. 이것은 또한 만약 상기 FTM이 종래의 막 보다 더 강한 강도 및 좀더 안정성을 제공한다면 이로울 것이다.
본 발명의 구현 예는 일반적으로 FTM 및 상기 FTM을 만들고 사용하는 방법에 관한 것이다. 하나의 구현 예에 따르면, 상기 FTM은 방향족 및 비-방향족 모두를 함유하는 탄화수소 스트림으로부터 고가의 방향족 화합물의 분리 및 회수를 돕는다. 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 FTM은 또 다른 분리를 제공하기 위해 추출식 증류와 조합된다.
본 발명의 다양한 구현 예는 상기 FTM의 개발 및, 비용-효율이 높은 방식으로, 석유 정제시설의, 방향족-함유 스트림과 같은, 비-방향족 풍부 스트림으로부터 고가의 방향족 탄화수소를 분리 및 회수하는데 상기 FTM을 사용하고 만들기 위한 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 하나의 구현 예에 있어서, 상기 FTM은 중합체성 친수성 막의 백본 (backbone) 또는 막 매트릭스 (membrane matrix) 상에 착화제 (complexing agents) (즉, 방향족에 대해 강한 친화도를 나타내는 캐리어 (carriers))를 혼입시켜 얻어지고, 여기서 상기 착화제는 탄화수소 피드에서 방향족 화합물과 선택적으로 상호 작용하고, 이에 의해 종래의 중합체성 막과 비교하여 막의 분리 특성을 상당하게 향상시킨다. 상기 FTM은 종래의 막 보다 상당히 더 높은 선택도를 갖는 우수한 성능을 나타낸다. 구현 예에 따르면, 상기 FTM은 적어도 약 40의 선택도를 가지도록 작동가능하다.
또 다른 구현 예에 있어서, 상기 FTM은 폴리비닐알코올 (PVA) 및 소듐 알지네이트 (SA)과 같은, 유리질 친수성 고분자의 조합으로부터 제작된다. 질산은 (AgNO3)과 같은, 은 염은 지방족 화합물보다 방향족 화합물에 대해 강한 친화도를 갖기 때문에, 상기 착화제 (예를 들어, 캐리어)로서 사용된다.
또 다른 구현 예에 따르면, 방향족 탄화수소 피드 스트림 (feed stream)로부터 방향족 탄화수소를 분리하기 위한 장치는 제공된다. 상기 장치는 막 지지체 (membrane support), 상기 막 지지체 상에 배치된 친수성 고분자막 매트릭스, 가교제를 사용하여 상기 친수성 고분자막 매트릭스에 결합된 캐리어제 (carrier agent), 및 상기 막 지지체를 유지하도록 구성된 막 하우징 (membrane housing)을 포함한다. 상기 친수성 고분자막 매트릭스는 유효량의 PVA 및 SA를 포함한다. 상기 캐리어제는 지방족 화합물과 비교하여 방향족에 대해 더 큰 친화도를 나타낼 수 있다. 상기 막 하우징은 주입구, 침투물 (permeate) 배출구, 및 농축액 (retentate) 배출구를 포함한다. 상기 주입구는 상기 방향족 탄화수소 피드 스트림을 수용하도록 작동가능하고, 상기 침투물 배출구는 침투물 스트림을 방출하도록 작동가능하며, 상기 농축액 배출구는 농축액 스트림을 방출하도록 작동가능하다. 상기 장치는 상기 방향족 탄화수소 피드 스트림이 막 작동가능한 조건하에서 상기 막 하우징에 도입되는 경우, 비-방향족 탄화수소로부터 방향족 탄화수소를 분리하도록 작동가능하다.
또 다른 구현 예에 따르면, 상기 캐리어제는 금속염, 아민 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 캐리어제는 AgNO3를 포함한다. 바람직한 구현 예에 있어서, 상기 AgNO3는 유효량의 가교제, 바람직하게는 약 5 중량 퍼센트, 및 약 80 내지 약 93 중량 퍼센트 양의, 물, 바람직하게는 증류수와 혼합된 약 2 내지 약 15 중량 퍼센트 양의 AgNO3의 캐리어 용액 (carrier solution)을 생성시키는 단계, 및 그 다음 상기 친수성 고분자막 매트릭스와 캐리어제를 결합하기 위한 효과적인 시간 동안 상기 캐리어 용액과 친수성 고분자막 매트릭스를 접촉시키는 단계에 의해 친수성 고분자막 매트릭스에 혼입된다.
또 다른 구현 예에 따르면, 상기 막 지지체는 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile)을 포함한다. 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 친수성 고분자막 매트릭스는 PVA, SA, 폴리아크릴산, 키토산, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐아민 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 부가적인 친수성 고분자를 포함한다.
또 다른 구현 예에 따르면, 상기 친수성 고분자막 매트릭스는 친수성 고분자 및 증류수를 포함하는 케스팅 용액 (casting solution)을 얻는 단계, 및 상기 케스팅 용액으로 막 지지체를 코팅시키는 단계에 의해 형성된다. 하나의 구현 예에 있어서, 상기 친수성 고분자는 PVA 및 SA을 포함한다. 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 케스팅 용액은 약 1 내지 약 5 중량 퍼센트 양의 PVA, 약 1 내지 약 5 중량 퍼센트의 SA 및 나머지는 물을 포함한다.
또 다른 구현 예에 따르면, 상기 가교제는 글루타르알데히드 (glutaraldehyde)를 포함한다. 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 막 하우징은: 나권형 하우징 (spiral wound housing), 판틀 하우징 (plate and frame housing), 및 중공-사 다발화 하우징 (hollow-fiber bundled housing) 중 어느 하나이다.
본 발명의 어떤 구현 예는 또한 상기 FTM을 제조하는 방법을 제공한다. 예를 들어, 본 발명의 구현 예에 따르면, 상기 FTM을 제조하기 위한 방법은 친수성 고분자 및 증류수를 포함하는 케스팅 용액을 얻는 단계, 친수성 고분자막을 형성하기 위해 상기 케스팅 용액으로 막 지지체를 코팅시키는 단계, 및 상기 친수성 고분자 막 지지체를 건조시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 캐리어제, 가교제, 및 증류수를 포함하는 상기 캐리어 용액을 얻는 단계; 상기 친수성 고분자 막 지지체에 캐리어 용액을 접촉하는 단계; 및 상기 막 지지체를 건조시키는 단계를 더욱 포함한다. 상기 FTM 생산물은 방향족 및 비-방향족 탄화수소를 갖는 탄화수소 스트림이 막 작동가능한 조건하에서 상기 FTM에 도입된 경우, 비-방향족 성분으로부터 방향족 성분을 분리하도록 작동가능하다.
하나의 구현 예에 따르면, 상기 캐리어 용액을 얻는 단계는, 나머지인 증류수와 함께, 약 5 중량 퍼센트 양의 글루타르알데히드로 약 2 내지 약 15 중량 퍼센트의 양의 AgNO3을 용해시키는 단계를 포함한다. 또 다른 구현 예에 따르면, 상기 친수성 고분자는 PVA, SA, 폴리아크릴산, 키토산, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐아민 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
또 다른 구현 예에 따르면, 상기 케스팅 용액을 얻는 단계는 증류수에서 5 중량 퍼센트까지의 친수성 고분자를 용해시키는 단계를 포함한다. 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 케스팅 용액을 얻는 단계는 나머지인 증류수와 함께, 1 내지 5 중량 퍼센트 양의 SA와 약 1 내지 약 5 중량 퍼센트 양의 PVA를 용해시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 어떤 구현 예는 탄화수소 스트림에서 비-방향족 성분으로부터 방향족 성분을 분리하는데 상기 FTM을 사용하는 방법을 더욱 제공한다. 하나의 구현 예에 있어서, 방향족 성분을 분리하는데 상기 FTM을 사용하는 방법은 상기 방향족 성분의 적어도 일부가 상기 친수성 고분자막 매트릭스를 가로질러 확산하도록, 막 작동가능한 조건하에서 본 명세서에 기재된 장치 중 어느 하나의 주입구로 방향족 성분 및 비-방향족 성분을 포함하는 탄화수소 스트림을 주입시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 침투물 배출구를 통하여 상기 탄화수소 스트림과 비교하여 방향족 성분이 풍부한 침투물 스트림을 빼내는 단계, 및 상기 농축액 배출구를 통하여 탄화수소 스트림과 비교하여 비-방향족 성분이 풍부한 농축액 스트림을 빼내는 단계를 포함한다.
또 다른 구현 예에 따르면, 상기 방법은 희박 비-방향족 스트림 (lean, non-aromatic stream) 및 희박 방향족 스트림 (lean aromatic stream)을 형성하기 위해 부가적인 방향족 성분이 제거되도록 증류 조건하에서 증류탑으로 상기 농축액 스트림을 도입시키는 단계를 포함한다. 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 막 작동가능한 조건은 투석증발 동안 정상적으로 접하는 작동 조건을 포함한다. 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 탄화수소 스트림은 액체 상 (liquid phase)이다.
비록 하기 상세한 설명이 예시의 목적을 위해 다수의 특별한 상세를 함유할지라도, 관련 기술분야의 당업자들은 하기 상세한 설명에 대한 다수의 실시 예, 변형, 및 변경이 본 발명의 범주 및 사상 내에 있다고 인식할 것이다. 따라서, 본 명세서에 기재된 본 발명의 대표적인 구현 예는 어떤 일반론의 상실 없이, 및 규제의 부과 없이, 청구된 발명에 대하여 서술된다.
본 발명의 어떤 구현 예는 친수성 고분자로부터 제조된 FTM에 관한 것이다. 상기 FTM은 탄화수소를 함유하는 혼합물로부터 방향족 및 비-방향족 탄화수소의 분리에서 유용하다. 본 발명의 다른 구현 예는 상기 FTM을 제조하기 위한 공정에 관한 것이고, 이러한 공정은 상기 중합체의 가교 결합을 촉진하기 위한 막 작동가능한 조건하에서 유효량의 가교제로 상기 FTM의 중합체를 접촉시키는 단계를 포함한다. 본 발명의 다양한 구현 예에 따르면, 상기 가교-결합된 중합체 막은 방향족 탄화수소에 대한 선택도를 나타낸다.
구현 예에 따르면, 상기 FTM을 제조하는데 사용될 수 있는 적절한 친수성 고분자는 PVA 및 SA를 포함한다. 또 다른 구현 예에 있어서, 부가적인 친수성 고분자는: 폴리아크릴산, 키토산, 폴리아크릴아미드, 및 폴리비닐아민 중 하나 이상을 포함한다. 바람직하게는, 본 발명의 상기 친수성 고분자는 상기 친수성 고분자가 적절한 막 작동가능한 조건하에서 유효량의 가교제 존재에서 가교-결합을 수행하도록 선택된다.
어떤 구현 예는 상기 FTM의 개발에 집중한다. 선택적으로, 상기 FTM 막은 좀더 비용 효과적인 방식으로 고가의 방향족 화합물을 분리 및 회수하기 위한 추출식 증류 공정과 조합된다. 하나의 구현 예에 있어서, 석유 정제장치로부터의 방향족-함유 스트림은 탄화수소 피드로서 사용된다. 탄화수소 피드에 대한 다른 허용가능한 공급원은, 비-제한 예로서, 나프타 크래커 (naphtha cracker) 피드 스트림, 수송용 가솔린 연료 혼합물 공급원료 (feedstock) 및 개질유 유출 스트림 (reformate effluent streams)을 포함한다.
더군다나, 하나의 구현 예에 있어서, 상기 FTM은 상기 친수성 고분자 막의 백본 또는 막 매트릭스 상에 착화제 또는 (즉, 방향족에 대한 강한 친화도를 나타내는) 캐리어의 혼입에 의해 얻어진다. 상기 착화제는 상기 혼합물에서 방향족과 선택적으로 상호 작용하도록 작동가능하다. 구현 예에 따르면, 상기 FTM은 적어도 약 40의 선택도를 갖도록 작동가능하다.
또 다른 구현 예에 있어서, 상기 막 작동가능한 조건은 투석증발 및 투과추출 (perstraction)을 포함한다. 투석증발은 침투된 화합물을 제거하기 위하여, 상기 막의 침투면 상에 진공 (즉, 압력을 낮춘)을 사용하는 반면, 투과추출은 상기 침투물을 멀리 운반하기 위해 액체 또는 가스 스윕 스트림 (gas sweep stream)을 사용한다. 따라서, 종래의 증류 공정 및 다른 종래의 추출 공정과 달리, 투석증발 또는 투과추출에서 분리 메커니즘이 성분들의 상대적 휘발성에 기초한다기보다는, 오히려 분리 메커니즘은 상기 피드 물질의 흡수 및 확산 특성 및 상기 FTM의 투과선택도 (permselectivity) 사이의 차이에 기초한다.
하나의 구현 예에 있어서, 상기 FTM은 석유 및 화학 스트림에서 비-방향족 화합물로부터, 황 및 질소 헤테로원자 고리 화합물을 포함하는, 방향족 화합물의 분리를 위해 유용하고, 포화물 (saturates)로부터 더 큰 치환된 방향족 화합물의 분리를 위해 특히 유용하다는 것을 확인되었다. 통상적인 피드 스트림은 포화물과 조합에서 회수가능한 양의 BTX 또는 다른 방향족 화합물을 함유하는, 중질 촉매성 나프타 스트림, 중간 촉매 나프타 스트림, 경질 방향족 화합물 함량 스트림, 경질 촉매성 고리 오일, 제트 연료, 디젤 및 화학 설비에서 스트림을 포함한다.
하나의 구현 예에 있어서, 상기 막 자체는 어떤 편리한 모듈 디자인을 활용하는 어떤 편리한 형태일 수 있다. 따라서, 막 물질의 시트는 나권형 또는 판틀 침투 셀 모듈 (cell modules)에서 사용될 수 있다. 막의 중공사 하우징은 튜브 또는 섬유의 내부 공간에서 피드 또는 스윕 액체 (또는 진공)을 갖는 다발화된 구조에 사용될 수 있고; 다른 물질은 다른 면 상에 있다.
부가적인 구현 예에 있어서, 상기 FTM의 사용은 분리 추출식 증류 공정 전 또는 후에 통합될 수 있다. 만약 상기 증류 공정 이전에 사용된다면, 상기 FTM은 처리될 공급스트림의 더 낮은 양에 부분적으로 기인하여 현존하는 컬럼으로부터 더 큰 생산 수율 또는 품질을 가능하게 한다. 만약 상기 증류 공정 후 사용된다면, 상기 FTM은, 특히 고순도 생산물이 요구된 경우, 상기 증류탑의 상부 또는 하부 생산물의 마감 단계 (polishing step)로서 작용한다.
본 발명의 다양한 구현 예에 따른 FTM은 종래의 막을 넘는 특출난 장점을 제공한다. 예를 들어, 본 발명의 적어도 하나의 구현 예에 따른 FTM은, 방향족 및 지방족 화합물 모두를 갖는 탄화수소 스트림으로부터 방향족 화합물을 분리하도록 작동가능한, FTM, 및 전체 공정에 의해 요구된 감소된 에너지 소비 및 막 대체에 대한 비용 감소로부터의 절약에 기인한 상기 탄화수소 스트림으로부터 방향족 화합물 분리와 연관된 투자 및 작동 비용을 감소시키는, 상기 FTM을 제조 및 사용하기 위한 공정을 제공한다.
실시 예
하기 실시 예들은 본 발명의 구현 예를 예시하기 위한 목적을 위해 제공된다. 그러나, 이들 실시 예들은 본질에서 주로 예시하는 것이지, 이에 본 발명의 공정 구현 예들이 제한되는 것은 아니라고 이해될 것이다.
방향족 및 지방족 화합물 모두를 함유하는 탄화수소 피드는 1:4의 벤젠 대 사이클로헥산 비를 갖도록 준비된다. 사이클로헥산은, 이의 크기 및 비등점이 벤젠과 유사하기 때문에, 지방족 화합물의 대표로서 사용된다. 상기 막 하우징은 다공성 금속 플레이트 상에 배치될 친수성 고분자막 매트릭스를 갖는 다공성 금속 플레이트 (즉, 막 지지체)에 의해 두 개의 격실 (compartments)로 분리된, 셀을 사용하여 생성된다. 상기 막 하우징은 벤젠-사이클로헥산 용액의 액체 혼합물로 채워진 5 L 저장 탱크를 통하여 펌프를 통해 부착된다. 알려진 조성의 피드 용액은 상기 막 셀의 피드 면을 지나 펌프되고, 그 다음 조절된 유속에서 저장 탱크에 다시 되돌아온다. 상기 저장조에서 벤젠 농도는 열 감지기 및 적분기 (integrator)가 장착된 가스 크로마토그래피 (예를 들어, Varian 3300)로 시간에 대해 측정된다. 막전이 플럭스 (Transmembrane fluxe)는 다운스트림 진공 펌프에 의해 발생되고, 상기 침투 측정은 상기 막의 다운스트림 면에 진공하에서 수행된다. 업스트림 압력은 대기압에서 유지된다. 상기 막 하우징의 다른 면은 상기 침투 증기를 응축 및 수집하기 위해 진공 펌프에 액체 질소 냉각 트랩을 통해 정상적으로 부착된다. 상기 냉각 트랩에서 축적된 침투물의 농도 및 중량은 또한 가스 크로마토그래피 분석에 의해 및 수집된 샘플 중량의 측정에 의해 각각 시간에 대해 결정된다. 통상적인 투석증발 실험에 있어서, 막 플럭스는 침투물 샘플이 약 1 내지 3 시간의 기간에 걸쳐 수집되기 전에 약 2 내지 3시간 동안 안정화시킨다. 상기 실험은 0.2 mmHg의 침투 압력, 30℃의 온도 및 다른 중합체성 막 타입에 대해 수행된다.
상기 친수성 고분자막 매트릭스를 생성하기 위하여, 몇 가지 케스팅 용액은 각 중합체에 대한 균일한 용액을 만들기 위해 약 90℃에서 증류수에 개별적으로 다양한 양의 PVA 및 SA를 용해시켜 준비된다. 캐리어 용액은 증류수에 2 내지 15 중량 퍼센트 사이의 AgNO3 및 5 중량 퍼센트의 글루타르알데히드 (GA) 가교제를 혼합하여 준비된다. 상기 케스팅 용액은 그 다음 막 지지체 (PAN) 상에 코팅되고, 밤새 건조되도록 남겨둔다. 상기 코팅된 막은 그 다음 약 5분 동안 캐리어 용액에 담그고, 그 다음 밤새 건조하기 위해 방치된다. 상기 복합 막은 가교-결합 및 캐리어 용액에 이를 담근 경우 어두운 초록색이 된다. 상기 4개 막들의 조성은 하기 표 1에 제공된다:
| 막 제형 | 케스팅 용액 조성물 | 캐리어 용액 조성물 |
| A | 5 wt% PVA | 15% AgNO3 |
| B | 2.5 wt% PVA; 2.5 wt% SA | 2% AgNO3 |
| C | 1 wt% PVA; 2.5 wt% SA | 2% AgNO3 |
| D | 5 wt% SA | 2% AgNO3 |
상기 제조된 FTM은 진공하에서 유지된 침투면을 갖는 전술된 막 하우징에서 1:4 (wt/wt) 벤젠:사이클로헥산의 피드 농도로 시험된다. 상기 결과는 하기의 표 2에 제공된다:
| 막 제형 | 침투물에서 벤젠농도 (wt%) |
플럭스 (kg/(㎡hr)) |
분리 인자 |
| A | 93 | 0.018 | 53 |
| 88 | 0.017 | 29 | |
| 92 | 0.019 | 46 | |
| B | 89 | 0.014 | 32 |
| 90 | 0.013 | 36 | |
| 92 | 0.013 | 46 | |
| C | 32 | 0.1 | 1.9 |
| 29 | 0.05 | 1.6 | |
| D | 83 | 0.01 | 19.5 |
상기 플럭스는 하기 수학 식 1에 기초하여 계산된다:
[수학 식 1]
여기서 q는 플럭스이고, m은 침투물 유체의 질량 (kg)이며, A는 유효 막의 단면적 (㎡)이고, t는 시간 (hour)이다.
총 벤젠-사이클로헥산 플럭스는 냉각 트랩에서 수집된 액체, 수집 시간, 및 상기 피드 용액과 접촉한 막 표면적으로부터 결정된다. 개별적 벤젠 및 사이클로헥산 플럭스는 총 플럭스 및 벤젠 농도로부터 계산된다.
상기 공정의 분리 인자는 하기 수학 식 2에 의해 결정된다:
[수학식 2]
여기서 [Ca]p는 침투물에서 벤젠의 농도이고, [Cn]p는 침투물에서 사이클로헥산의 농도이며, [Ca]f는 피드에서 벤젠의 농도이고, 및 [Cn]f는 피드에서 사이클로헥산의 농도이다.
본 발명은 개시된 요소를 적절하게 포함하거나, 이루어지거나, 또는 필수적으로 이루어질 수 있고, 개시되지 않은 요소의 부재하에서 실행될 수 있다. 예를 들어, 이것은 어떤 단계들이 단일 단계로 조합될 수 있다는 것으로 기술분야의 당업자에게 인지될 수 있다.
특별한 언급이 없는 한, 모든 기술 및 과학적으로 사용된 용어는 본 발명에 속하는 기술분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 바와 같은 동일한 의미를 갖는다.
비록 "단수"일지라도, 특별한 언급이 없는 한, 적어도 하나 또는 하나 이상을 의미한다.
본 명세서 및 첨부된 청구항에 사용된 바와 같이, 용어 "포함한다", "갖는다" 및 "포함하는" 및 이의 모든 문법적으로 변형은 부가적인 요소 또는 단계를 배제하지 않는 개방된, 비-제한적 의미를 갖는 것으로 각각 의도된다.
"선택적으로"는 기재된 사건 또는 상황이 발생할 수 있거나 또는 발생하지 않은 수 있다는 것을 의미한다. 상기 기재는 사건 또는 상황이 발생하는 예 및 발생하지 않는 예를 포함한다.
범위는 "약" 하나의 특정 값으로부터, 및/또는 "약" 다른 특정 값으로 본 발명에서 표현될 수 있다. 이러한 범위로 표현된 경우, 또 다른 구현 예들은 상기 범위 내에 모든 조합에 따라, 하나의 특정 값으로부터 및/또는 다른 특정 값까지를 포함하는 것으로 이해될 것이다.
비록 본 발명이 상세하게 설명되었을 지라도, 다양한 변화, 치환, 및 변형은 본 발명의 원리 및 범주를 벗어나지 않고 만들어질 수 있는 것으로 이해될 것이다. 따라서, 본 발명의 범주는 하기 청구항 및 이들의 적절한 법적 균등물에 의해 결정될 수 있다.
Claims (20)
- 막 지지체;
상기 막 지지체 상에 배치되고, 유효량의 폴리비닐알코올 및 유효량의 소듐 알지네이트를 포함하는 친수성 고분자막 매트릭스;
상기 친수성 고분자막 매트릭스에 가교제를 사용하여 결합되고, 지방족 화합물과 비교하여 방향족 화합물에 대해 더 큰 친화도를 나타내는 캐리어제; 및
상기 막 지지체를 유지하도록 구성되고, 상기 방향족 탄화수소 피드 스트림을 수용하도록 작동가능한 주입구, 침투물 스트림을 방출하도록 작동가능한 침투물 배출구, 및 농축액 스트림을 방출하도록 작동가능한 농축액 배출구를 포함하는, 막 하우징을 포함하는 방향족 탄화수소 피드 스트림으로부터 방향족 탄화수소를 분리하기 위한 장치로서,
여기서 상기 장치는, 상기 방향족 탄화수소 피드 스트림이 상기 막 하우징으로 도입된 경우, 비-방향족 탄화수소로부터 방향족 탄화수소를 분리하도록 작동가능한, 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 캐리어제는 금속염, 아민 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 장치. - 청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 캐리어제는 캐리어 용액를 얻고 상기 캐리어 용액과 친수성 고분자막 매트릭스를 접촉시켜 친수성 고분자막 매트릭스에 결합되며, 상기 캐리어 용액은 약 2 내지 약 15 중량 퍼센트 양의 질산은 및 물 내의 5 중량 퍼센트의 양의 글루타르알데히드를 포함하는 장치. - 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 막 지지체는 폴리아크릴로니트릴을 포함하는 장치. - 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 친수성 고분자막 매트릭스는 폴리아크릴산, 키토산, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐아민, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 부가적인 친수성 고분자를 더욱 포함하는 장치. - 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 친수성 고분자막 매트릭스는 케스팅 용액으로 상기 막 지지체를 코팅시켜 상기 막 지지체 상에 배치되고, 상기 케스팅 용액은 약 1 내지 약 5 중량 퍼센트 양의 폴리비닐알코올 및 물 내에 약 1 내지 약 5 중량 퍼센트 양의 소듐 알지네이트를 포함하는 장치. - 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가교제는 글루타르알데히드를 포함하는 장치. - 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 막 하우징은 나권형 하우징, 판틀 하우징, 및 중공-사 다발화 하우징으로 이루어진 군으로부터 선택된 장치. - 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 적어도 약 40의 선택도를 갖도록 작동가능한 장치. - 친수성 고분자 및 증류수를 포함하는 케스팅 용액을 얻는 단계;
친수성 고분자 막 지지체를 형성하기 위해 상기 케스팅 용액으로 막 지지체를 코팅시키는 단계;
상기 친수성 고분자 막 지지체를 건조시키는 단계;
캐리어제, 가교제, 및 증류수를 포함하는 캐리어 용액을 얻는 단계;
상기 친수성 고분자 막 지지체에 캐리어 용액을 접촉시키는 단계; 및
촉진 수송막을 형성시키기 위해 친수성 고분자 막 지지체를 건조시키는 단계를 포함하고, 상기 촉진 수송막은 방향족 및 비-방향족 탄화수소를 포함하는 탄화수소 스트림이 막 작동 조건하에서 상기 촉진 수송막에 도입된 경우, 비-방향족 성분으로부터 방향족 성분이 분리되도록 작동가능한 촉진 수송막의 제조방법. - 청구항 10에 있어서,
상기 캐리어제는 금속염, 아민 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 촉진 수송막의 제조방법. - 청구항 10 또는 11에 있어서,
상기 캐리어 용액을 얻는 단계는 증류수 내의 약 5 중량 퍼센트 양의 글루타르알데히드로 약 2 내지 약 15 중량 퍼센트 양의 질산은을 용해시키는 단계를 더욱 포함하는 촉진 수송막의 제조방법. - 청구항 10-12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 친수성 고분자는 폴리비닐알코올, 소듐 알지네이트, 폴리아크릴산, 키토산, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐아민 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 촉진 수송막의 제조방법. - 청구항 10-13 중 어느 한 항에 있어서,
상기 케스팅 용액을 얻는 단계는 증류수에서 5 중량 퍼센트까지의 상기 친수성 고분자를 용해시키는 단계를 더욱 포함하는 촉진 수송막의 제조방법. - 청구항 10-14 중 어느 한 항에 있어서,
상기 케스팅 용액을 얻는 단계는 증류수 내의 약 1 내지 약 5 중량 퍼센트 양의 소듐 알지네이트로 약 1 내지 약 5 중량 퍼센트 양의 폴리비닐알코올을 용해시키는 단계를 더욱 포함하는 촉진 수송막의 제조방법. - 청구항 10-15 중 어느 한 항에 있어서,
상기 막 작동가능한 조건은 투석증발 조건을 포함하는 촉진 수송막의 제조방법. - 방향족 성분의 적어도 일부가 친수성 고분자막 매트릭스를 가로질러 확산하는 막 작동가능한 조건하에서 청구항 1의 장치의 주입구로 방향족 성분 및 비-방향족 성분 탄화수소 스트림을 포함하는 탄화수소 스트림을 주입시키는 단계;
침투물 배출구를 통하여 탄화수소 스트림과 비교하여 방향족 성분이 풍부한 침투물 스트림을 빼내는 단계; 및
농축액 배출구를 통하여 탄화수소 스트림에 비교하여 비-방향족 성분이 풍부한 농축액 스트림을 빼내는 단계를 포함하는 비-방향족 성분으로부터 방향족 성분이 분리되도록 작동가능한 촉진 수송막의 사용방법. - 청구항 17에 있어서,
상기 방법은 희박 비-방향족 스트림 및 희박 방향족 스트림을 형성하기 위해 부가적인 방향족 성분이 제거되도록 증류 조건하에서 증류탑으로 농축액 스트림을 도입시키는 단계를 더욱 포함하는 촉진 수송막의 사용방법. - 청구항 17 또는 18에 있어서,
상기 막 작동가능한 조건은 투석증발 조건을 포함하는 촉진 수송막의 사용방법. - 청구항 17-19 중 어느 한 항에 있어서,
상기 탄화수소 스트림은 액체 상인 촉진 수송막의 사용방법.
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