[发明专利]一种PVDC树脂衍生微孔碳材料在吸附分离二甲苯异构体上的应用

说明书

本发明公开了一种PVDC树脂衍生微孔碳材料在吸附分离二甲苯异构体上的应用；所述二甲苯异构体选自乙苯、对二甲苯、间二甲苯和邻二甲苯中的至少两种；所述PVDC树脂衍生微孔碳材料以PVDC树脂材料为原料，在惰性气体氛围中，以1‑10℃/min的升温速率上升至500‑1200℃进行高温活化，得到PVDC树脂衍生微孔碳材料。本发明提供的PVDC树脂衍生微孔碳材料的稳定性好、孔隙结构发达、比表面积大，应用在吸附分离二甲苯异构体上的吸附容量高、吸附分离选择性高。

技术领域

本发明属于吸附分离材料技术领域，特别涉及一种PVDC树脂衍生微孔碳材料在吸附分离二甲苯异构体上的应用。

背景技术

二甲苯异构体包括邻二甲苯(OX)、间二甲苯(MX)、对二甲苯(PX)和乙苯(EB)四种同分异构体，它们是生产对苯二甲酸(用于合成聚酯)、苯酐(用于合成增塑剂)、苯乙烯(用于合成树脂和橡胶)等大宗化学品的重要原料，主要来源于甲苯歧化、催化重整、汽油裂解、轻烃芳构化等石油加工过程中。然而，在甲苯工业上需要将混合二甲苯异构体进行分离以获得单一的异构体组分。由于这些同分异构体的结构相似、沸点相近，特别是间/对二甲苯沸点仅差0.75℃，萃取精馏技术难以实现高效分离与纯化。因此，亟需开发出高效的分离富集技术来满足甲苯工业的巨大市场需求。

工业上对于二甲苯异构体分离的技术主要有结晶法、模拟移动床技术、膜分离技术、吸附分离技术等。结晶法主要利用不同混合物组分在冷热情况下溶解度的显著差异进行结晶分离。美国专利(US 5448005)提出了由预冷却、结晶、离心分离和产品洗涤4部分组成的结晶工艺，为提高整个过程的PX回收率，可相应增设回收段，使结晶母液中的PX进行重结晶以回收，回收段的结晶级数可根据实际情况和需要达到的PX回收率采用多级或单级，各回收段的结晶器结晶温度依次降低。该工艺可以得到较高的PX收率，但是操作复杂、操作及设备投资费用大。模拟移动床技术是目前工业上二甲异构体分离应用最广泛的技术。美国UOP公司早在1969年便利用模拟移动床技术设计了Parex工艺(Chem.Eng.Prog.，1970，66：70-75.)用于间二甲苯与对二甲苯的分离。然而模拟移动床技术存在以下缺点，限制了它的发展：1)分离性能最好的色谱固定相是Ba²⁺交换的Y型沸石分子筛，它对二甲苯的吸附容量和分离选择性较小；2)工艺流程复杂，多达24根装填性质几乎完全一致的色谱柱相互串联并按一定周期进行切换，对色谱填料的粒径及装填均一性要求非常苛刻，否则易使分离过程失稳；3)需要引入第三组分作为洗脱剂(如对二乙苯)使饱和吸附的色谱柱得以再生，增加了洗脱剂和目标产品后续分离的工序。膜分离技术主要是利用不同组分通过膜时扩散系数的差异实现混合组分的分离。文献报道了一种单一b轴取向的高性能ZSM-5分子筛膜(Science，2003，300(5618)：456-460.)，将该膜用于混合二甲苯的分离，可在220℃下PX/OX的分离因子高达200～480，渗透通量达到2×10^-7mol/(m²·s·Pa)。膜分离虽然具有低能耗、高效率、工艺简单等优点，但是膜的制作复杂、成本高、难以实现高通量与高选择性的平衡，制约了其工业应用。

气相变压吸附具有操作灵活、流程短、设备投资少和操作能耗低等优点，被认为是未来最具工业应用前景的分离技术，近年来备受关注。变压吸附分离的核心在于吸附剂的性能。全球PX最大生产商BP公司发明了一种从混合二甲苯中变压吸附分离PX和EB的方法(US6600083B2)。该方法以MFI型非酸性介孔分子筛为吸附剂，在约200℃和3～20bar条件下将混合二甲苯原料直接通过固定床，吸附剂优先吸附物料中的PX和EB，待吸附饱和后，降低分压脱附得到富PX和EB物流，富MX/OX物流再进入异构化反应器进行异构体间的转化，吸附和脱附过程循环在几分钟的时间内迅速进行。CN 109529764A公开了一种以与对二甲苯形状及尺寸匹配的十元环孔分子筛为活性组分，通过特殊的金属氧化物择形改性处理，非金属氧化物的择形改性处理和积炭择形改性处理，制备出相应的择形吸附剂，该吸附剂对对二甲苯具有高的吸附容量及吸附速率，可分离得到高纯对二甲苯。但是制备过程中，择形改性处理较为复杂、操作困难。