Получение этилена полимеризационной чистоты с помощью металлоорганических каркасов (MOF)

Этен (C2H4) и пропен (C3H6) являются важными прекурсорами для производства различных полимеров. Пропен является побочным продуктом парового крекинга жидкого сырья, такого как нафта и сжиженный нефтяной газ (СНГ), а также отходящих газов, образующихся в установках каталитического крекинга (ККК) на нефтеперерабатывающих заводах. Ключевыми этапами обработки сырья для производства полимеров являются разделение смесей C2H4/C2H6 и C3H6/C3H8, которые традиционно проводятся в дистилляционных колоннах. Из-за небольших различий в температурах кипения относительная летучесть смесей C2H4/C2H6 и C3H6/C3H8 находится в диапазоне от 1,1 до 1,2. Для обеспечения требуемой чистоты алкенов, поступающих в полимеризационные реакторы, более 99,95%, дистилляционные колонны имеют большую высоту (150–200 тарелок) и работают при криогенных температурах, высоком давлении и высоких коэффициентах рефлюкса (≈ 15). Использование адсорбционных методов разделения может привести к снижению энергопотребления. Каждый из ненасыщенных алкенов C2H4 и C3H6 обладает π-связью, и преимущественная адсорбция алкена из соответствующего алкана с тем же числом атомов углерода может быть достигнута путем выбора цеолитных адсорбентов с внекаркасными катионами (например, цеолит LTA-4A, цеолит NaX (= 13X)) или MOF с ненасыщенными «открытыми» металлическими центрами (например, M2(dobdc) [M = Mg, Mn, Co, Ni, Zn, Fe; dobdc4- = 2,5-диоксидо-1,4-бензендикарбоксилат] и CuBTC). Все атомы C2H4 лежат в одной плоскости, и его дипольный момент равен нулю; однако он обладает квадрупольным моментом. Следует отметить, что поляризуемость алкана (C2H6, C3H8) несколько выше, чем у соответствующего алкена (C2H4, C3H6). Важным недостатком разделения алкенов и алканов с использованием перечисленных выше адсорбентов является то, что желаемый продукт алкена, необходимый для производства сырья полимерного качества, может быть получен только на стадии десорбции. На практике возникает необходимость в работе с несколькими адсорбционными слоями, включающими пять различных стадий; продукт алкена желаемой чистоты извлекается на заключительной стадии путем противоточной вакуумной продувки. Ожидается, что степень извлечения высокочистого продукта алкена на заключительной стадии вакуумной продувки будет повышена, если алкан (почти) исключается во время цикла адсорбции под высоким давлением. Для разделения C2H4/C2H6 почти полное исключение C2H6 достигается с помощью ультрамикропористого металлоорганического каркаса [UTSA-280 = Ca(C4O4)(H2O)], обладающего жесткими одномерными каналами. Одномерные каналы имеют размер, схожий с молекулами C2H4 (все атомы которых лежат в одной плоскости), но из-за размера, формы и жесткости пор практически исключают C2H6. Для разделения C2H4/C2H6 ряд микропористых адсорбентов, таких как Fe2(O2)(dobdc), Cu(Qc)2,1 MUF-15, PCN-250, ZIF-7, ZIF-8, IRMOF-8, Ni(bdc)(ted)0.5, MAF-49, CPM-233 и CPM-733, избирательно адсорбируют насыщенный алкан, используя различия во взаимодействиях Ван дер Ваальса, возникающие из-за более высокой поляризуемости C2H6. Я утверждаю, что будущие исследования должны быть сосредоточены на разработке MOF, избирательно адсорбирующих C2H6. Для получения дополнительной справочной информации обратитесь к моим статьям: Р. Кришна, ACS Omega 5 (2020) 16987−17004. https://doi.org/10.1021/acsomega.0c02218 Кришна, Р. Синергические и антисинергические внутрикристаллические диффузионные влияния на разделение смесей в адсорберах с неподвижным слоем. Precision Chemistry 2023, 1, 83-93. https://doi.org/10.1021/prechem.2c00003. (Кришна, Р. Фундаментальные аспекты влияния внутрикристаллической диффузии на разделение смесей в адсорберах с неподвижным слоем. Химическая и биоинженерия 2024, 1, 53-66. https://doi.org/10.1021/cbe.3c00057. Р. Кришна, Метрики для оценки и скрининга металлоорганических каркасов для применения в разделении смесей, ACS Omega 5 (2020) 16987−17004. https://doi.org/10.1021/acsomega.0c02218 Р. Кришна, Анализ переходных прорывов в адсорберах с неподвижным слоем, Chemical Engineering Journal Advances 27 (2026) 101431. (https://doi.org/10.1016/j.ceja.2026.1...) Также смотрите моделирование переходных процессов и скрининг MOF для разделения смесей на моем канале YouTube https://www.youtube.com/@rajamanikris...