一种丙烯丙烷混合气分离用捕集剂及其制备方法与丙烯丙烷混合气分离方法与流程

本发明属于化工分离领域，具体涉及一种丙烯丙烷混合气分离用捕集剂及其制备方法与丙烯丙烷混合气分离方法。

背景技术：

1、丙烯是三大合成材料的基本原料之一，同时丙烯在工业中有着广泛的用途，可用于生产各种聚合物与塑料、丙烯酸及其酯类和叠合汽油等，还有燃料与催化剂等其他用途。目前，获得丙烯的主要方法是通过蒸馏石脑油或干气，但这种方法会产生杂质，需要去除以制造高纯度的聚合物级丙烯。为了满足高纯度丙烯的生产需求，工业上常用低温精馏分离丙烯和丙烷，低温精馏属于平衡分离过程，需要借助热能使丙烯、丙烷分子在平衡的气-液两相间达到不同的分配比例，从而实现分离。然而，由于丙烷与丙烯的动力学直径和物理性质相似以及冷凝性差异小，使得整个分离过程中需要配备120-180块塔板的大型蒸馏塔且采用较高的回流比，才能获得纯度较高的丙烯。因此，由于这种分离方法面临能耗巨大、成本高昂的问题，开发低能耗、高效率的丙烯/丙烷分离方法具有重要意义。

2、基于固体吸附剂的吸附分离因其易于回收利用和运行成本低等优势备受关注。在吸附分离中，吸附剂的选择需要同时考虑吸附容量和吸附选择性。迄今为止，已经有大量的吸附剂用于丙烯/丙烷分离，包括活性炭、碳分子筛和沸石分子筛等，然而这些材料因其稳定性差、再生重现性差等缺点，难以达到丙烯/丙烷分离的标准。传统多孔材料在分离丙烯/丙烷混合物时存在一些挑战，因为它们无法在分子尺度上调节孔隙环境。然而金属有机框架(mofs)材料因其活性位点多、活性表面积大、高孔隙率和孔隙形状可控等优点为丙烯/丙烷混合气的分离提供了新的机遇。

3、mofs是一类具有周期性网络拓扑结构的晶体材料，可以通过有机配体和无机中心自组装形成。研究发现，mofs比传统多孔吸附剂更有效，并且一些mofs甚至能够在吸附剂中同时具备高吸附容量和高选择性。但是，mofs材料本身是颗粒较细的粉末状固体，在与气体接触时容易被吹散，因而不能直接用于气体的捕集。

4、因此，如何使mofs材料更好的用于气体捕集，以实现更高、更快的分离选择性是当前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种丙烯丙烷混合气分离用捕集剂及其制备方法与丙烯丙烷混合气分离方法。通过将calf-20分散在有机溶剂中形成多孔浆液制备得到捕集剂，具有更高的分离选择性，能够用于分离丙烯丙烷混合气。

2、为达到上述目的，本发明提供了一种丙烯丙烷混合气分离用捕集剂，其中，该捕集剂包括固体吸附剂和有机溶剂；所述固体吸附剂为calf-20；以所述捕集剂的总质量为100％计，所述固体吸附剂的含量为5wt％-45wt％；所述有机溶剂的含量为55wt％-95wt％。

3、在一些具体实施方案中，优选地，以所述捕集剂的总质量为100％计，所述固体吸附剂的含量为20wt％-40wt％，具体可以为5％、20％、30％、35％、40％、45％等。

4、在一些具体实施方案中，优选地，以所述捕集剂的总质量为100％计，所述有机溶剂的含量为60wt％-80wt％，具体可以为55％、65％、75％、80％、90％、95％等。

5、在一些具体实施方案中，优选地，所述捕集剂中不含水。

6、在一些具体实施方案中，优选地，所述捕集剂由固体吸附剂和有机溶剂组成。

7、本发明的发明人发现，金属有机骨架材料calf-20为亲水材料，一旦和水复配，水会占据calf-20的孔道，降低其吸附效果，因此，本发明使用有机溶剂与calf-20复配得到mof浆液。在本发明中，有机溶剂与calf-20之间能够产生协同作用，使捕集剂对丙烯的吸收速率明显提高。与其他金属有机骨架材料的mof浆液相比，在大致相同的吸附时间内，本发明含有calf-20的捕集剂对丙烯吸附速率更快且选择性更高。

8、根据本发明的具体实施方案，优选地，所述有机溶剂包括n-甲基吡咯烷酮(nmp)、二甲基亚砜(dmso)、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(dmi)、n,n-二甲基丙烯基脲(dmpu)、异戊醇、环丁砜、邻二甲苯、乙二醇中的一种或两种以上的组合。

9、本发明还提供了上述丙烯丙烷混合气分离用捕集剂的制备方法，其中，该制备方法包括：将固体吸附剂和有机溶剂混合，搅拌均匀，直至成为分散稳定的mof浆液，得到丙烯丙烷混合气分离用捕集剂。

10、本发明还提供了一种丙烯丙烷混合气分离方法，其中，该方法是利用上述丙烯丙烷混合气分离用捕集剂对丙烯丙烷混合气进行丙烯丙烷分离。

11、根据本发明的具体实施方案，优选地，所述丙烯丙烷混合气与所述捕集剂的体积比(初始气液比)为(5-50):1。所述丙烯丙烷混合气的体积指标准状态下的体积。

12、根据本发明的具体实施方案，优选地，在丙烯丙烷混合气中，以丙烯丙烷的总摩尔量为100％计，所述丙烯的含量为5mol％-80mol％。

13、根据本发明的具体实施方案，优选地，所述丙烯丙烷分离的吸附温度为273.15k-313.15k。

14、根据本发明的具体实施方案，优选地，所述丙烯丙烷分离的吸附时间为5-50min。

15、根据本发明的具体实施方案，优选地，所述分离方法还包括：在抽真空加热的条件下，对已吸附气体的捕集剂进行解吸，然后再生进行循环利用的步骤。

16、根据本发明的具体实施方案，优选地，所述加热的温度为323.15k-343.15k。

17、根据本发明的具体实施方案，优选地，所述抽真空的压力为2kpa以下。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

19、(1)本发明提供的mof浆液捕集剂对气体分离的效果优异，具有丙烯吸附容量高、丙烯/丙烷选择性高、平衡时间短、解吸速度快、再生性能高等优点，同时能实现连续操作和热集成，为工业实际应用中浆液法分离丙烷和丙烯提供了多样化的选择。

20、(2)本发明提供的捕集剂吸收气体饱和后，可以通过加热抽真空将气体解吸出来，实现浆液的再生，重复利用。该捕集剂的再生温度温和，再生时间短，能耗低，浆液重复利用性能优异，再生性能良好。

技术特征：

1.一种丙烯丙烷混合气分离用捕集剂，其中，该捕集剂包括固体吸附剂和有机溶剂；

2.根据权利要求1所述的捕集剂，其中，所述有机溶剂包括n-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、n,n-二甲基丙烯基脲、异戊醇、环丁砜、邻二甲苯、乙二醇中的一种或两种以上的组合。

3.权利要求1或2所述的丙烯丙烷混合气分离用捕集剂的制备方法，其中，该制备方法包括：将固体吸附剂和有机溶剂混合，搅拌均匀，直至成为分散稳定的mof浆液，得到丙烯丙烷混合气分离用捕集剂。

4.一种丙烯丙烷混合气分离方法，其中，该方法是利用权利要求1或2所述的丙烯丙烷混合气分离用捕集剂对丙烯丙烷混合气进行丙烯丙烷分离。

5.根据权利要求4所述的分离方法，其中，所述丙烯丙烷混合气与所述捕集剂的体积比为(5-50):1。

6.根据权利要求4所述的分离方法，其中，在丙烯丙烷混合气中，以丙烯丙烷的总摩尔量为100％计，所述丙烯的含量为5mol％-80mol％。

7.根据权利要求4所述的分离方法，其中，所述丙烯丙烷分离的吸附温度为273.15k-313.15k。

8.根据权利要求4所述的分离方法，其中，所述丙烯丙烷分离的吸附时间为5-50min。

9.根据权利要求4所述的分离方法，其中，所述分离方法还包括：在抽真空加热的条件下，对已吸附气体的捕集剂进行解吸，然后再生进行循环利用的步骤。

10.根据权利要求9所述的分离方法，其中，所述加热的温度为323.15k-343.15k；

技术总结
本发明提供了一种丙烯丙烷混合气分离用捕集剂及其制备方法与丙烯丙烷混合气分离方法。该捕集剂包括固体吸附剂和有机溶剂；所述固体吸附剂为CALF‑20；以所述捕集剂的总质量为100％计，所述固体吸附剂的含量为5wt％‑45wt％，所述有机溶剂的含量为55wt％‑95wt％。本发明提供的MOF浆液捕集剂对气体分离的效果优异，具有丙烯吸附容量高、丙烯/丙烷选择性高、平衡时间短、解吸速度快、再生性能高等优点。

技术研发人员：陈光进,汤涵,肖朋,孙长宇,蔡进,赵自营,赵志浩,覃海航
受保护的技术使用者：北京易墨砆材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23