Separation of Binary Mixtures of Propylene and Propane by Facilitated Transport through Silver Incorporated Poly(Ether-Block-Amide) Membranes

Séparation de mélanges binaires de propylène et de propane par transport au travers des membranes de poly(éther-bloc-amide) incorporant de l’argent

¹ Membrane Separations Group, Chemical Engineering Division, Indian Institute of Chemical Technology, Hyderabad 500 607 – India
² Process Dynamics and Control Group, Chemical Engineering Division, Indian Institute of Chemical Technology, Hyderabad 500 607 – India
³ College of Technology, Osmania University, Hyderabad 500 607 – India
⁴ Advanced Membrane Technology Research Centre (AMTEC), Universiti Teknologi Malaysia, 81310 Skudai, Johor – Malaysia
e-mail: suryaracha@yahoo.co.in – kyrani@iict.res.in – tsankarshana@yahoo.com – afauzi@utm.my – sridhar11in@yahoo.com

^* Corresponding author

Abstract

The separation of propylene and propane is a challenging task in petroleum refineries due to the similar molecular sizes and physical properties of two gases. Composite Poly(ether-block-amide) (Pebax-1657) membranes incorporated with silver tetra fluoroborate (AgBF₄) in concentrations of 0-50% of the polymer weight were prepared by solution casting and solvent evaporation technique. The membranes were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), Fourier Transform InfraRed (FTIR) and wide-angle X-ray Diffraction (XRD) to study surface and cross-sectional morphologies, effect of incorporation on intermolecular interactions and degree of crystallinity, respectively. Experimental data was measured with an indigenously built high-pressure gas separation manifold having an effective membrane area of 42 cm². Permeability and selectivity of membranes were determined for three different binary mixtures of propylene-propane at pressures varying in the range 2-6 bar. Selectivity of C₃H₆/C₃H₈ enhanced from 2.92 to 17.22 and 2.11 to 20.38 for 50/50 and 66/34 C₃H₆+C₃H₈ feed mixtures, respectively, with increasing loading of AgBF₄. Pebax membranes incorporated with AgBF₄ exhibit strong potential for the separation of C₃H₆/C₃H₈ mixtures in petroleum refineries.

Résumé

La masse moléculaire et les propriétés physiques similaires du propylène et du propane rendent problématique la séparation des deux gaz dans les raffineries de pétrole. Des membranes composites de poly(éther-bloc-amide) (Pebax-1657) incorporant du tétrafluoroborate d’argent (AgBF₄) dans des concentrations massiques allant de 0 à 50 % ont été préparées par enduction et évaporation du solvant. Les membranes ont été caractérisées par Microscopie Électronique à Balayage (MEB), par spectroscopie Infrarouge à Transformée de Fourier (IRTF) et par diffractométrie de rayons X aux grands angles (DRX) afin d’étudier respectivement la morphologie de surface et transversale, l’impact de l’intégration d’AgBF4 sur les interactions intermoléculaires et le degré de cristallinité. Les données expérimentales ont été collectées dans une chambre de séparation à haute pression conçue spécialement ayant une surface effective de membrane de 42 cm². La perméabilité et la sélectivité des membranes sont déterminées pour trois mélanges binaires de propylène-propane de ratios différents sous des pressions comprises entre 2 et 6 bar. En augmentant la charge d’AgBF4, la sélectivité entre C₃H₆ et C₃H₈ est améliorée et passe de 2,92 à 17,22 et de 2,11 à 20,38 pour des mélanges C₃H₆+C₃H₈ de ratio 50/50 et 66/34, respectivement. Les membranes Pebax incorporant de l’AgBF₄ présentent un fort potentiel pour les applications de séparation des mélanges de C₃H₆/C₃H₈ dans les raffineries de pétrole.