介紹

分離過程是化學工業的關鍵組成部分。烯烴/石蠟分離是塑膠生產中工業上最相關的分離之一。全球每年生產 1.5 億噸乙烯和 1.3 億噸丙烯。變壓吸附、膜分離和低溫蒸餾是可用於從石蠟中分離烯烴以生產塑膠的三種方法。

低溫蒸餾是分離乙烷和乙烯最常用的方法。低溫蒸餾透過乙烷和乙烯的沸點差異來分離它們。乙烷的沸點為-89°C，乙烯的沸點為-103.7°C。由於這些沸點相似，透過低溫蒸餾分離乙烷和乙烯的成本極高，通常需要在蒸餾塔中使用數百個盤才能實現 作為產品的乙烯的必要純度。

乙烷和乙烯的膜分離的規模比低溫蒸餾小。乙烷和乙烯的尺寸和形狀再次相似，使得分離變得困難。成功分離兩種氣體需要很大的壓力梯度。此外，膜的分離性能無法達到與蒸餾塔中生產的乙烯相同的純度。因此，通常需要進一步加工才能達到所需的純度。

基於吸附的分離，例如變壓吸附，是乙烷和乙烯分離的最終方法。與低溫蒸餾相比，變壓吸附從乙烯中分離乙烷所需的能量較少。然而，與膜分離一樣，很難在一步中達到所需的純度，因此需要多個吸附塔。儘管如此，人們仍在不斷研究新材料，以提高乙烷和乙烯的吸附分離性能

實驗

採用5A分子篩進行乙烷-乙烯吸附分離實驗。分析前，MS 5A 在氦氣流下於 100 °C 啟動 1 小時，然後在 300 °C 下再加熱 10 小時。然後將樣品冷卻至室溫，然後開始突破性測量。

突破是在 25 °C 和大氣壓力下使用等摩爾流量的乙烷 (2 sccm) 和乙烯 (2 sccm) 在氦氣 (15 sccm) 載氣中進行的。使用氬氣 (1 sccm) 作為追蹤氣體來確定突破測量的開始。當測量的出口濃度達到平衡時，實驗被認為完成。突破後，將樣品在氦流下吹掃 20 分鐘，然後加熱至 100 °C 以除去所有吸附的乙烷或乙烯。在每個週期之前進行完全啟動的循環中總共進行了三個突破性測量。

分析結果

5A分子篩上的三個乙烷-乙烯吸附實驗的穿透曲線如下圖1所示。

圖 1 乙烷-乙烯在 5A 分子篩上吸附的突破曲線

所有三個測量結果一致，並且顯示的峰值形狀與乙烷（弱吸附劑）和乙烯（強吸附劑）之間的競爭吸附一致。乙烷捲起在突破曲線中很明顯，大量乙烷被乙烯吸附所取代。乙烷吸附的平衡量約為 0.3 mmol/g，乙烯吸附的平衡量約為 1.9 mmol/g，導致三個測量的選擇性在 5.5 – 6.5 之間。

在突破實驗中，氬氣（追蹤氣體）先突破，其次是乙烷。當乙烷突破時，由於出口氣體的濃度變化，氬氣濃度下降。實驗開始時，只有氬氣和載氣氦氣流向質譜儀。一旦乙烷突破，氬氣、氦氣和乙烷都會到達質譜儀。最初，由於累積，出口乙烷濃度高於進料濃度。乙烯達到飽和後，乙烷濃度下降至進料濃度。此時，所有物種都已達到平衡，突破實驗完成。下面的表 1 顯示了乙烷和乙烯的平衡吸附量以及所有三個實驗的選擇性。

表 1. 乙烷和乙烯的吸附與選擇性

結論

分子篩 5A 是一種有效的吸附劑，用於分離乙烯和乙烷，在這些突破性研究中選擇性達到約 6.5。另外，我們確定乙烯平衡吸附量為1.9 mmol/g。

 

資料來源:micromeritics官網

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