Способ изготовления композиционной мембраны для разделения газовых смесей

 

Способ изготовления композиционной мембраны для разделения смесей углекислого газа с азотом. Композиционную мембрану получают путем нанесения покрывающего слоя метилцеллюлозы толщиной 0,032-0,064 мкм на асимметричную полисилоксанкарбонатную мембрану. 1 табл.

Изобретение относится к разработке композиционных полимерных мембран для разделения газовых смесей, например для выделения углекислого газа из его смесей.

В настоящее время считается, что разработка высокоселективных композиционных газоразделительных мембран ключ к мембранному разделению [1] Известны газоразделительные композиционные мембраны, состоящие из тонкого слоя полимера, нанесенного на диффузионный слой мембраны [2-4] К недостаткам аналогов следует отнести отсутствие высокой селективности по отношению к углекислому газу. Например, селективность CO₂/N₂ равна 10-15, поэтому для многих процессов необходимо разрабатывать двух- и трехступенчатые установки.

Наиболее близким техническим решением прототипом является полисилоксанкарбонатная газоразделительная асимметричная мембрана из кремнийорганического полимера, покрытая слоем метилцеллюлозы [5] К недостаткам прототипа относятся низкая стойкость полученной мембраны к углеводородам, если они содержатся в разделяемой газовой смеси.

Проницаемость такой мембраны по углекислому газу около 300 л/м²·ч·ата, а селективность по CO₂/N₂ до 50-60. Невысокая стойкость к углеводородам не позволяет использовать эту мембрану для многих процессов, т.к. многие газовые смеси содержат углеводороды, особенно в технологических процессах.

Решаемая задача выделение двуокиси углерода из газовых смесей, содержащих углеводороды. Согласно изобретению это достигается тем, что на мембрану, стойкую к углеводородам, со стороны газовой смеси наносят покрывающий слой метилцеллюлозы толщиной 0,032 0,064 мкм, что повышает селективность этой мембраны по отношению к двуокиси углерода.

Проведенный анализ уровня техники позволили установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, следовательно, оно соответствует требованию "новизны".

Пример конкретного выполнения.

Из мембраны, стойкой к углеводородам (карбосил), вырезают образцы и покрывают тонким слоем водного раствора метилцеллюлозы, затем производится сушка при температуре окружающего воздуха. Одновременно испытывалась мембрана из кремнийорганического полимера с нанесением слоя метилцеллюлозы (прототип).

Мембраны испытывались по чистым газам диоксиду углерода и азоту на специальной ячейке.

Результаты испытаний по определению зависимостей проницаемостей по диоксиду углерода и азоту приведены в таблице.

Как видно из таблицы, увеличение толщины слоя метилцеллюлозы приводит к резкому снижению проницаемостей диоксида углерода и азота, однако, в связи с тем, что проницаемость газов уменьшается на порядок, селективность увеличивается в шесть раз.

При толщине слоя метилцеллюлозы менее 0,032 мкм резко уменьшается селективность мембраны, т.к. нарушается сплошность покрывающего слоя.

При толщине слоя метилцеллюлозы выше 0,064 мкм селективность мембраны не возрастает, а проницаемость снижается. Поэтому оптимальным является толщина слоя метилцеллюлозы от 0,032 до 0,064 мкм.

При испытаниях мембран по прототипу в среде углеводородов через несколько часов они механически деформировались и теряли разделительные свойства, а мембрана по предлагаемому изобретению сохранила свои свойства.

Сравнение существенных признаков предложенного способа и известных решений дает основание считать, что предложенное техническое решение отвечает критериям изобретательского уровня и промышленной применимости.

Источники информации 1. CEN, Yune, 6, 1988 г. стр. 7-16.

2. Патент США N 4419284, B 01 D 13/04, 1982.

3. Заявка Японии N 58-72210, B 01 D 13/04, 1983.

4. Заявка Японии N 58-72210, B 01 D 13/04, 1983.

5. Авторское свидетельство СССР N 1809770, B 01 D 67/00, 15.03.93 (прототип).

Формула изобретения

Способ изготовления композиционной мембраны для разделения газовых смесей путем нанесения покрывающего слоя метилцеллюлозы на асимметричную мембрану из кремнийорганического полимера со стороны диффузионного слоя, отличающийся тем, что в качестве асимметричной мембраны из кремнийорганического полимера используют полисилоксанкарбонатную мембрану, а покрывающий слой метилцеллюлозы наносят толщиной 0,032 0,064 мкм.

РИСУНКИ

Рисунок 1