使用具有双(吡唑基)乙烷二亚胺配体的MOF用于气体储存和运输的系统和方法技术方案

使包含轻质烃的流体与具有双(吡唑基)乙烷二亚胺配体和内孔的金属

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用具有双(吡唑基)乙烷二亚胺配体的MOF用于气体储存和运输的系统和方法


[0001]本申请涉及使用柔性金属
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有机框架(MOF)吸附剂来储存和运输轻质烃流体的系统和方法。

技术介绍

[0002]烃类气体如甲烷、乙烷和乙烯的产生位置通常在地理上与其在化学工业中用作燃料或原料的位置不匹配。因此，这种气体通常从生产设施运输到应用设施，优选通过管道。随着天然气量的增长和有限的当地需求，北美可能成为天然气甲烷到欧洲以及天然气液体例如乙烷、丙烷和丁烷到增长的亚太市场的最大出口地，亚太市场对由乙烯和丙烯制成的塑料和合成流体具有高度需求。由于管道运输的成本过高，特别是在海外，轻质气体主要以压缩或液化形式运输。压缩轻质烃气体如甲烷、乙烷或乙烯的输送存在若干挑战。实现实际能量/气体密度所需的高压需要坚固且昂贵的运输容器，并引入与高压容器相关的安全复杂性。由于需要资金密集的冷却/压缩系统以及隔热的运输容器，这些气体的低温运输也存在挑战。
[0003]另外，当分散压缩气体时，需要对系统进行减压以回收所有存储的气体。因此，任何需要可观压力的应用，例如供给到天然气管道中，都需要再压缩或在储罐中有意过量的气体以提供所需的压力。这可能导致运输能力急剧下降。压缩或液化运输的替代方案是使用微孔吸附剂，其可以产生与压缩气体相似的气体密度，尽管在低得多的压力下。然而，标准吸附剂将遭受类似的问题，包括需要再压缩以在可感知的压力下提供气体。因此，需要可以在减压下提供高容量烃气体储存而不需要压力损失的吸附剂材料。

技术实现思路

[0004]本申请涉及使用基于包含二亚胺支架(scaffold)的多齿有机配体的柔性金属有机框架("MOF")吸附剂用于储存和运输轻质烃流体的系统和方法。
[0005]本申请所公开的方法包括使包含轻质烃的流体与具有多个内孔的金属
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有机框架吸附剂接触；在第一压力下和在第一温度下将该流体吸附在金属
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有机框架吸附剂的至少一部分内孔中，从而产生吸附的流体；在第二压力下和在第二温度下将该吸附的流体储存在金属
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有机框架吸附剂的内孔中；以及将该吸附的流体从金属
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有机框架吸附剂的内孔释放，其中金属
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有机框架吸附剂包含双(吡唑基)乙烷二亚胺配体，并且其中金属
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有机框架吸附剂在吸附该流体时进行可逆相变。
[0006]本申请所述的系统可包含具有多个内孔的金属
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有机框架吸附剂，其中该金属
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有机框架吸附剂包含双(吡唑基)乙烷二亚胺配体；其中该金属
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有机框架吸附剂在吸附和解吸包含轻质烃的流体时进行可逆相变，该吸附在第一压力下和在第一温度下进行；其中该流体在第二压力下和在第二温度下储存在该金属
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有机框架吸附剂的内孔中。
附图说明
[0007]包括以下附图以说明实施方案的某些方面，并且不应被视为排他性实施方案。所公开的主题能够在形式和功能上进行相当大的修改、改变、组合和等同，如本领域技术人员将想到的并且受益于本说明书。
[0008]图1示出了说明用于实施例1中所述不同储存和运输装置的乙烷密度与压力的函数关系曲线之间的比较。
[0009]图2给出了说明用于实施例2中所述不同各种储存和运输装置的乙烯密度与压力的函数关系曲线之间的比较。
[0010]图3示出了说明如实施例3中所述不同储存和运输装置的甲烷密度与压力的函数关系曲线之间的比较
[0011]图4示出根据实施例4如何使用温度来操纵等温线步骤的概念说明，例如降低装载温度和压力以提供较低的卸载压力或增加装载温度以提供较高的卸载压力。专利技术详述
[0012]本申请涉及使用基于包含二亚胺支架的多齿有机配体的柔性金属有机框架("MOF")吸附剂用于储存和运输轻质烃流体的系统和方法。更特别地，本申请的MOF吸附剂可以基于金属中心，例如二价金属中心，和多齿有机双(吡唑基)乙烷二亚胺配体。
[0013]柔性MOF作为用于输送和储存烃流体(例如轻质烃流体)的吸附剂材料的用途可以在吸附烃流体时进行从小孔相到大孔相的相变。该相变依照IV型等温线进行，其特征在于低吸附直到相变压力，在该相变压力下吸附剂材料的吸附容量是相变之前吸附剂材料的容量的数倍，例如倍数是约2至约6倍。这种相变是可逆的并且允许在相对恒定的压力下快速且几乎完全释放吸附的烃流体，包括释放约80％至约99％的吸附的烃流体，从而导致高烃流体回收率。
[0014]在更详细地公开本说明书的各种实施方案之前，下面列出术语以帮助更好地理解本说明书。
[0015]在本说明书的详细描述和权利要求书中的所有数值相对于所指示的值被"约"或"大致"修饰，并且考虑了本领域普通技术人员将预期的实验误差和变化。
[0016]除非另有说明，室温为约23℃。
[0017]如在本说明书和权利要求书中所使用的，单数形式"一"、"一个"和"该"包括复数形式，除非上下文另有明确规定。
[0018]本申请中短语如"A和/或B"中使用的术语"和/或"意思是包括"A和B"、"A或B"、"A"和"B"。
[0019]就本说明书而言，使用如Chemical and Engineering News，63(5)，第27页(1985)中所述的周期表族的新编号方案。在所述编号方案中，族(列)从左到右从1到18顺序编号，不包括f区元素(镧系元素和锕系元素)。
[0020]术语"烃"是指含有与碳键合的氢的一类化合物，并且包括(i)饱和烃化合物，(ii)不饱和烃化合物，和(iii)烃化合物(饱和和/或不饱和)的混合物，包括具有不同碳原子数的烃化合物的混合物。术语"C
n
"是指每分子或基团具有n个碳原子的烃或烃基，其中n是正整数。此类烃化合物可以是直链、支链、环状、无环、饱和、不饱和、脂族或芳族中的一种或多种。术语"轻质烃"是指具有1至6个碳原子的烃，例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷和己烷。
[0021]本文所用的术语"框架"是指由二级结构单元(SBU)组成的高度有序的结构，所述二级结构单元可以采用限定的、重复的和可控的方式连接在一起，使得所得结构的特征在于多孔的、周期性的和结晶的。通常，"框架"是二维(2D)或三维(3D)结构。"框架"的实例包括但不限于"金属
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有机框架"或"MOF"、"沸石咪唑盐框架"或"ZIF"、或"共价有机框架"或"COF"。虽然MOF和ZIF包含通过与有机连接部分上的连接簇形成共价键而连接在一起的金属或金属离子的SBU，但COF由通过经由连接簇形成共价键而连接在一起的有机连接部分的SBU组成。如本申请所用，"框架"不是指配位络合物或金属络合物。配位络合物或金属络合物由相对少量的中心配位的金属离子(即，少于4个中心离子)组成，其与分子或离子配位键合，也称为配体或络合剂。相比之下，"框架"是高度有序和延伸的结构，其不基于中心配位离子，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种方法，包括：使包含轻质烃的流体与具有多个内孔的金属
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有机框架吸附剂接触；在第一压力下和在第一温度下将该流体吸附在金属
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有机框架吸附剂的至少一部分内孔中，从而产生吸附的流体；在第二压力下和在第二温度下将该吸附的流体储存在金属
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有机框架吸附剂的内孔中；和将该吸附的流体从金属
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有机框架吸附剂的内孔释放，其中金属
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有机框架吸附剂包含双(吡唑基)乙烷二亚胺配体，并且其中金属
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有机框架吸附剂在吸附该流体时进行可逆相变。2.根据权利要求1所述的方法，还包括输送该吸附的流体的步骤。3.根据权利要求1所述的方法，其中该双(吡唑基)乙烷二亚胺配体是N,N
′‑
二(1H
‑
吡唑
‑4‑
基)乙烷
‑
1,2
‑
二亚胺。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中该金属
‑
有机框架吸附剂包含多个二价金属中心。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中该二价金属中心包含锌。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中该内孔的孔体积在约0.1cc/g至约1cc/g的范围内。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在吸附该流体时该孔体积可逆地增加约0.5cc/g至约0.9cc/g。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在吸附该流体时该金属
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有机框架吸附剂的晶体密度从约1.5cc/g可逆地降低至约0.5cc/g。9.根据权利要求1所述的方法，其中该相变是吸热的。10.根据前述权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：埃克森美孚技术与工程公司，
类型：发明
国别省市：