[发明专利]利用沸石咪唑酯骨架结构材料分离氢和烃

说明书

技术领域

本发明涉及利用沸石咪唑酯骨架结构材料选择性分离在含氢和烃二者的物流中的氢和烃。优选地，将待分离的物流以基本上气相的形式进料到本发明工艺中。在本发明优选的实施方式中，将所述沸石咪唑酯骨架结构材料引入到变换吸附单元中，更优选变压吸附单元或变温吸附单元中，由所述单元从含氢和烃化合物二者的原料流中产生富氢物流。

背景技术

气体分离是应用于各种各样工业中的重要工艺，特别是应用于制造燃料、化学品、石化产品和特殊产品中的重要工艺。气体分离可以通过多种方法实现，所述方法借助于热、固体或其它手段，通常利用待分离组分的物理和/或化学性质的差异。例如，通过部分液化或通过利用固体吸附剂材料或通过在工业中已知的其它气体分离技术可以实现气体分离，其中所述的固体吸附剂材料相对于气体混合物中不太容易被吸附的组分优选保留或吸附更容易被吸附的组分。一种这样的商业上实践的气体分离工艺是变压吸附(“PSA”)。PSA工艺，当在某些条件下操作时，可以使得在气体混合物中选择性的一种或多种组分相对于所述气体混合物中的第二一种或多种组分优先被吸附在多孔吸附剂材料的孔结构内。在所述材料中的每一种组分的总吸附量(即，吸附容量)和对于特定组分相对于另外组分的吸附选择性通常可以通过在特定的压力和温度条件下操作所述工艺而改进，因为压力和温度二者都不同程度地影响所述组分的吸附负载量。所述PSA工艺的效率可以通过实施如下工艺步骤而进一步改进，所述工艺步骤例如使用具有最佳选择组成、压力和温度的一种或多种清洗物流。然而，相对而言几乎没有吸附剂材料具有分离选择性、吸附容量及其它有益的性质(例如化学和物理惰性和耐用性)以致于可以在PSA工艺中作为商业上可行的和有成本效益的吸附剂起作用。

一些吸附剂材料在某些条件下可以吸附比另一种组分更大量的一种组分。某些组分可能不被选择性地吸附或可能不被吸附到可接受的导致经济可行工艺的水平。然而，如果在吸附剂材料中对于选择性的组分存在吸附性质的相当大的差异，那么PSA工艺就可用于有效地从混合物中分离某些组分气体。例如，如果气体混合物，例如空气，在一定压力和温度下通过含有选择吸附氧比氮更多的吸附剂材料的容器时，包含在所述原料流中的至少一部分氧将保留在所述吸附剂中，并且从所述容器中排出的气体将富含氮。当床层达到其吸附氧总容量的选择分数时，它可以通过各种各样的变压技术再生，从而释放所吸附的氧(和任何其它的相关的气体组分)，它们然后可以被捕获并分离为单独的产物流。现在已经被“解吸”了氧的吸附剂材料可以然后被再利用，并且重复所述PSA工艺循环的多个步骤以使得可以连续运行。

然而，找到这样适当的特异性辨别难分离气体的材料是不易找到的，所述特异性辨别以不仅高效而且有效的方式(也就是说，它们不仅具有良好的分离选择性而且具有高的吸附容量)进行。另外，本领域已知的许多吸附剂材料不能很好地滞留在所述物流中另外的组分，或者不能承受工艺要求的苛刻的压力和/或温度条件，包括循环条件。因此，商业上适合的，而且更重要的，商业上有价值的吸附剂材料不能非常容易地获得。该行业中的研究人员不断地寻找改进的吸附剂材料、工艺配置和操作条件以使这些分离工艺经济上可行。

具有多床层体系的PSA工艺的早期教导见美国专利3,430,418，其中描述了具有至少四个床层的体系。该‘418专利描述了循环的PSA工艺序列，其包括在每一个床层中：(1)较高的压力吸附，其中从所述床层的产物端放出产物流出物；(2)顺流减压到中等压力，其中从其产物端释放空隙空间气体；(3)逆流减压到更低的压力；(4)清洗；和(5)再加压。在所述顺流减压步骤过程中释放的空隙空间气体通常用于压力平衡目的，并用于给位于其更低脱附压力的床层提供清洗气体。使用三个吸附剂床层的另一种常规PSA工艺公开在美国专利3,738,087中。