膜技术可以减少炼油的排放和能源消耗


来源:   时间:2020-07-30 16:41:53


由佐治亚理工学院,伦敦帝国理工学院和埃克森美孚公司的研究人员开发的新膜技术可以帮助减少与精炼原油相关的碳排放和能源强度。实验室测试表明,这种聚合物膜技术可以在将来代替某些传统的基于热的蒸馏工艺。

使用基于热的蒸馏来分馏原油混合物是一种大规模的能源密集型过程,占世界能源使用量的近1%:每年1,100太瓦小时(TWh /年),相当于总能耗纽约州一年内消耗的能源。通过将低能膜替换为蒸馏过程中的某些步骤,这项新技术可能有一天可以实现一种混合精制系统,与传统的精制方法相比,该系统可以帮助减少碳排放和能源消耗。

膜技术可以减少炼油的排放和能源消耗

佐治亚理工学院化学与生物化学学院教授兼主席MG Finn说:“我们现代生活中的大部分来自石油,因此这些分子的分离使我们的现代文明成为可能。”Finn还担任James A. Carlos儿童技术家庭主席。“提供我们使用的产品所需的分离规模非常大。这种膜技术可能会对全球能源消耗以及由此产生的石油加工排放产生重大影响。”

该论文被认为是专门设计用于分离原油和原油馏分的合成膜的第一篇报道,该论文将于7月17日在《科学》杂志上发表。为了使该技术达到工业规模,还需要进行更多的研究和开发。

膜技术已被广泛用于海水淡化等应用中,但迄今为止,石油精制的复杂性限制了膜的使用。为了克服这一挑战,研究团队开发了一种新型螺环聚合物,该聚合物被用于坚固的基材上,从而能够通过施加压力而不是加热来分离复杂的烃类混合物。

膜根据大小和形状等差异从混合物中分离分子。当分子的尺寸非常接近时,分离变得更具挑战性。使用众所周知的在氮和碳原子之间形成键的方法,通过连接具有扭结结构的结构单元以产生具有内置空隙的无序材料来构建聚合物。

该团队能够平衡各种因素来创建正确的溶解度组合-使膜可以通过简单且可扩展的加工过程形成-并具有结构刚性-使某些小分子比其他分子更容易通过。出乎意料的是,研究人员发现这些材料需要少量的结构柔韧性才能改善尺寸辨别力,并且需要对原油中大量存在的某些类型的分子略有“粘性”。

在设计了新型聚合物并在合成汽油,喷气燃料和柴油混合物中取得了一些成功之后,研究小组决定尝试分离原油样品,并发现新的膜在从汽油中回收汽油和喷气燃料方面非常有效。复杂的混合物。

埃克森美孚(ExxonMobil)资深研究助理,论文的合著者之一本·麦库尔(Ben McCool)说:“我们最初试图分离出太相似的分子混合物。”“当我们使用一种更复杂的原料原油时,我们似乎可以通过蒸馏塔进行分馏,这表明该概念的巨大潜力。”

研究人员共同合作,使用了在乔治亚理工大学设计和测试的聚合物,然后将其转换为200纳米厚的薄膜,并采用卷对卷工艺将其并入Imperial的膜组件中。然后,在所有三个组织中对样品进行了测试,从而提供了多实验室对膜功能的确认。

帝国理工化学工程学教授安德鲁·利文斯顿(Andrew Livingston)表示:“我们具有将有机溶剂纳米过滤(一种膜技术广泛应用于制药和化工行业)推向市场的基础经验。”“我们与埃克森美孚公司和佐治亚理工学院进行了广泛的合作,以证明该技术可扩展到石油工业所需水平的潜力。”

研究团队创建了一条创新管道,从基础研究一直延伸到可以在实际条件下进行测试的技术。

佐治亚理工学院化学与生物分子工程学院副教授兼约翰H.伍迪教授Ryan Lively说:“我们汇集了基础科学和化学,应用了膜制造的基础知识,并对膜的工作原理进行了工程分析。”“我们能够从毫克级粉末一直到商业化的膜组件原型膜组件,这些组件都受到了真正的原油的挑战-看到这种创新管道正在运转,这真是太棒了。”

埃克森美孚与佐治亚理工学院的关系已有近15年的历史,并在其他分离技术方面进行了创新,包括一种新型的基于碳的分子筛膜,该膜可大大降低分离一类称为烷基芳烃的烃类分子所需的能量。

埃克森美孚研究与工程公司研发副总裁Vijay Swarup表示:“通过与乔治亚理工大学和帝国理工等强大的学术机构合作,我们一直在努力开发未来的低排放能源解决方案。”

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