【摘 要】
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气体膜分离在石油化工、环境保护等领域的应用越来越广泛,处理对象也由单一原料、单一回收目标的拟二元简单体系发展至多源头、多目标回收、多用途综合利用的复杂系统.这对气体分离膜和膜分离技术提出了更高的要求.围绕多源化工气体的膜分离资源化分离及利用这一重大需求,本团队在新体系中膜材料性能的准确预测,多源组分非理想膜过程的快捷、准确模拟,新型双膜分离组件及多技术整体协同设计,双膜-氢泵耦合协同资源化技术等领
【机 构】
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精细化工国家重点实验室,辽宁省工业挥发性有机物综合治理及利用工程技术研究中心,大连理工大学,大连,116024
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气体膜分离在石油化工、环境保护等领域的应用越来越广泛,处理对象也由单一原料、单一回收目标的拟二元简单体系发展至多源头、多目标回收、多用途综合利用的复杂系统.这对气体分离膜和膜分离技术提出了更高的要求.围绕多源化工气体的膜分离资源化分离及利用这一重大需求,本团队在新体系中膜材料性能的准确预测,多源组分非理想膜过程的快捷、准确模拟,新型双膜分离组件及多技术整体协同设计,双膜-氢泵耦合协同资源化技术等领域展开了系统研究,并取得了系列研究成果和工程应用.(1)建立基于气体临界性质的膜分离材料筛选方法,优选出含氟聚硅氧烷及离子液体等新型膜材料,提高了气体分离膜的耐溶胀性和分离性能.采用分子模拟指导共混复合膜开发,PEG@PTFPMS复合膜的CO2/N2选择性提高48％；研制出离子液体掺杂膜,CO2渗透速率及对CH4选择性分别达到104.7 GPU和43.2,高于同类膜的文献报道值.模拟结果表明,膜分离装置的四氟乙烯回收率达到91.5％,单耗仅0.08美元/千克,优于传统的单耗达0.19美元/千克的丙酮吸收装置.(2)引入大空间位阻、高聚集度离子基团,建立高性能膜材料设计制备方法,提出通过半互穿网络、两亲分子诱导,优化离子簇的取向及连通性,构建了具有高效离子传导通道的膜材料,应用于电化学氢泵等装置.设计出互穿网络膜电化学氢泵及加氢反应器,高效回收低氢富CO2化工气体中的H2,能耗低于传统氢气分离技术,酮类加氢速率达到传统高压加氢的6倍.(3)建立膜分离热力学模型和优化判据,充分发挥高性能膜的高效传质控制优势,提出双膜与精馏耦合、循环级联膜分离与低温精馏耦合等多种优势互补的新型分离技术.采用“并-逆流”流型的双膜分离器和双膜-精馏耦合分离等新工艺,设备投资和操作费用分别降低43％和63％；通过膜与变压吸附耦合工艺,实现了高纯度、高收率回收炼厂气中的氢气.研发的具有自主知识产权的工艺包,成功用于中石油大连石化80000Nm3/h多源富氢气体中氢气和轻烃的综合处理,是目前国内规模最大的炼厂气综合回收利用装置,经济效益超过1.74亿元/年.
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