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      膜技術可以減少石油精煉過程中的排放和能源消耗

      發表日期:2020-07-22 14:10文章編輯:國初科技瀏覽次數: 標簽:    

      科技報告與資訊7月17日訊:由佐治亞理工學院、倫敦帝國理工學院和??松梨诠镜难芯繄F隊開發的新型膜技術可以幫助減少與煉制原油相關的碳排放和能源強度。實驗室測試表明,這種聚合物膜技術在未來可以取代一些傳統的基于熱的蒸餾工藝。

      利用熱基蒸餾法對原油混合物進行分餾是一個大規模、高能耗的過程,占世界能源使用量的近1%。每年1100太瓦時(TWh/yr),相當于紐約州一年消耗的能源總量。通過在蒸餾過程的某些步驟中替代低能耗膜,新技術有朝一日可能會允許實施混合煉油系統,與傳統煉油過程相比,有助于大幅減少碳排放和能源消耗。

      "我們現代生活中的很多東西都來自于石油,所以這些分子的分離使我們的現代文明成為可能,"佐治亞理工學院化學和生物化學學院教授和主席M.G.Finn說。"提供我們使用的產品所需的分離規模大得驚人。這種膜技術可以對全球能源消耗和石油加工產生的排放產生重大影響。"

      將在7月17日出版的《Science》雜志上報道,該論文被認為是專門用于分離原油和原油餾分的合成膜的首次報道。要將這一技術推進到工業規模,還需要更多的研究和開發。

      膜技術已經廣泛應用于海水淡化等領域,但到目前為止,石油精煉的復雜性限制了膜的使用。為了克服這一挑戰,研究團隊開發了一種新型螺環聚合物,并將其應用于堅固的基體上,以創建能夠通過應用壓力而非熱量來分離復雜碳氫化合物的膜。

      膜根據大小和形狀等差異將分子從混合物中分離出來。當分子的大小非常接近時,這種分離就變得更具挑戰性。利用一種在氮原子和碳原子之間成鍵的著名工藝,通過連接具有扭結結構的構件來構建聚合物,以創建具有內置空隙空間的無序材料。

      該團隊能夠平衡各種因素,創造出溶解性(使膜能夠通過簡單和可擴展的工藝形成)以及結構剛性(使一些小分子比其他分子更容易通過)的正確組合。出乎意料的是,研究人員發現,這些材料需要少量的結構柔韌性來提高尺寸辨別能力,以及對原油中豐富的某些類型的分子具有輕微 "粘性 "的能力。
      在設計了新型聚合物并在合成汽油、噴氣燃料和柴油燃料混合物上取得了一定的成功后,該團隊決定嘗試分離原油樣品,并發現新型膜在從復雜的混合物中回收汽油和噴氣燃料方面相當有效。

      "我們最初是想分餾一種很相似的分子混合物,"??松梨诠镜母呒壯芯恐?、該論文的共同作者之一Ben McCool說。"當我們對一個更復雜的進料,原油,我們得到了分餾,看起來就像它可能來自蒸餾柱,表明這個概念的巨大潛力。"

      研究人員合作,在佐治亞理工學院設計并測試了聚合物,然后將其轉化為200納米厚的薄膜,并在帝國公司使用卷對卷工藝將其納入膜模塊。然后在這三個組織對樣品進行測試,對膜的功能進行多實驗室確認。

      "我們擁有將有機溶劑納濾(一種正在廣泛用于制藥和化工行業的膜技術)推向市場的基礎經驗,"帝國大學化學工程教授Andrew Livingston說。"我們與??松梨诤妥糁蝸喞砉W院進行了廣泛的合作,以證明這項技術的可擴展性潛力達到了石油工業所需的水平。"

      論文標題為《N-Aryl Linked Spirocyclic Polymers for Membrane Separations of Complex Hydrocarbon Mixtures》。

       
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