[发明专利]一种优先吸附乙烷的聚多巴胺‑沥青基复合多孔碳吸附材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及优先吸附乙烷的吸附材料领域，具体涉及一种优先吸附乙烷的聚多巴胺-沥青基复合多孔碳吸附材料及其制备方法与应用。

背景技术

乙烯是一种重要的基础化学品，乙烯产品占石化产品的75％以上，在国民经济中占有重要的地位。世界上已将乙烯产量作为衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志之一。

目前，乙烯生产主要由从烃类裂解气中分离而制得。由于目前用石脑油作为原料生产乙烯一次转化率一般为80％左右，远未能达到作为化工原料直接使用的纯度要求(99.95％)，还需进行分离纯化步骤，尤其是关键组分乙烯/乙烷的分离。目前乙烯和乙烷的工业分离通常采用高压低温蒸馏法(在高压23bar和低温-25℃蒸馏塔中进行)，此分离过程能耗很高，占乙烯生产成本的75～85％(Sholl D.S.,Lively R.P.Seven chemical separations to change the world[J]. Nature.2016；532:435-437.)。为了节省能源并降低乙烯生产成本，人们在积极的寻找开发可在常温常压下有效运行的新的分离方法。吸附分离法因能耗低，操作条件要求温和，安全性高等优点，是目前最具前景的替代方法之一。

在吸附分离法中，吸附剂是其关键，它的性能将决定这个分离过程的效率和能耗。近年来报道可应用于C₂H₄/C₂H₆分离的吸附剂主要有负载Cu(I)或Ag(I)的分子筛,活性炭以及金属有机骨架材料(MOFs)等，这是一类基于π键优先吸附乙烯的π键络合吸附剂，尽管有较高的乙烯/乙烷吸附选择性，但使用优先吸附乙烯的π键络合吸附剂有如下明显不足：

第一，裂解气是富含乙烯的混合气体，其中乙烯所占比例约在85-90％以上，若使用优先吸附乙烯的吸附剂，就需要大量的吸附剂和更大体积的床层，更致命的是：使用这类吸附剂时，需要在脱附过程得到的乙烯其纯度难以达到聚合级所要求的99.8％的纯度；第二，π键是一种弱化学键，因此相比于物理吸附作用，乙烯要从π络合吸附剂上脱附下来需要消耗更多的能量。针对这些问题，若能研发出一种优先吸附乙烷的高性能吸附剂，将会使分离过程变得简单，仅需通过吸附混合气中的乙烷就可以在固定床出口处得到高纯度的乙烯，此外，由于乙烷在混合气中是低含量组分，因此吸附剂用量相对较少，同时脱附过程(乙烷脱附) 所需能耗也较低(物理吸附)。因此研发具有优先吸附乙烷的高性能吸附剂已成为一个极具实用价值和经济效益的课题。