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美能源部2006未来工业高效过滤分离材料研究结题
中国科学院国家科学图书馆武汉分馆 马廷灿 / 时间:2007-08-15 07:53:31
  据中国科技信息网2007年8月14日讯 未来工业材料(Industrial Materials for the Future,IMF)研究计划是美国能源部能效与可再生能源办公室(EERE)的工业技术计划(Industrial Technologies Program,ITP)的一项子计划,于2000年由美国能源部工业技术办公室(DOE’s Office of Industrial Technologies,OIT)的“先进工业材料(Advanced Industrial Materials,AIM)”和“连续纤维陶瓷复合材料(Continuous Fiber Ceramic Composites,CFCC)” 两个计划合并而成。
  IMF的使命是引领全国的工作,研究、设计、开发、制造和测试新型和改良材料,同时积极探索对现有材料的更为有效的利用,提升工业生产和制造过程的能源效率,满足未来美国工业对更强、更轻且抗高温疲劳、抗腐蚀、抗磨损等性能更加优良的材料的需求。IMF重点关注以下四个领域并优先开展相关研究:(1)抗衰退材料(材料开发与生产、涂层与表面改善、耐火材料);(2)热物理学数据库与模型;(3)分离材料;(4)工程应用材料。
  2005年,IMF开展的课题研究多达25项,结题12项。这25项课题分布于以下4个领域:(1)抗衰退材料(14项):先进生产与涂料、超硬材料、金属灰化预防;(2)能源系统材料(6项):耐火材料、能量回收材料;(3)分离材料(1项):薄膜、沸石、过滤材料;(4)热物理学数据库与模型(3项):衰退预测、转化与动力学建模及仿真。
  其中,“用于碳氢化合物高能效分离的新型改良沸石”是IMF的2006年结题项目。
  1、研究背景
  目前,C2-C5碳氢化合物的主流分离技术是萃取蒸馏和低温蒸馏。低温C2-C5蒸馏是一种不可再生且有害环境的高能耗工艺。这些高能耗的分离技术激发石化工业不断探索其它替代分离技术,体现在过去10年中授权的大量专利(仅美国就54项)。截至目前的所有这些专利技术也仅仅反映了蒸馏工艺在能耗方面的不断改进。利用块状或薄膜沸石的分离工艺主要是依靠体积排阻来实现分子的物理分离。然而,对于许多重要的商业碳氢化合物的分离来说,仅仅依靠体积排阻是不够的,因为这些化合物中包含着沸点和体积相似的不同分子。该项目研究小组意识到,可以通过改善沸石的吸附特性,改变扩散分子与沸石结构内孔及外表面的交互作用,以提升沸石的选择性。
  2、目标与意义
  该项目的目标是开发新型改良沸石,用于碳氢化合物馏分中的异戊二烯和其它类似烯烃的基于吸附的高能效分离。该项目的研究成果将为未来吸附剂、澳门新浦京8455com材料以及择形催化剂的进一步发展提供使能技术。
  本项目开发的技术应用于C2-C5碳氢化合物的分离,将为国家和工业带来以下潜在收益:(1)可以使美国碳氢化合物的分离能耗降低7.8%;(2)每年可以节省能量约39×1012Btu;(3)减少挥发性有机化合物、二氧化碳、一氧化碳和氮氧化合物(NOx)等。
  3、主要问题与研究方法
  该项目需要克服的技术障碍包括:(1)提升用于工业馏分分离的改良膜的选择性和生命周期;(2)确定沸石和积碳量的精确组合,以便更好地从异戊二烯及异戊烯中分离出n-戊烷。
    本项目将通过开展下述研究达到预期目标:(1)对现有商业沸石进行深入分析;(2)开发改良的沸石吸附剂和分离膜;(3)开展块体沸石吸附剂和分离膜的小型引导测试;(4)进行新技术推广应用的经济性分析;(5)利用高温二元和四元馏分对改良沸石分离膜进行研究。
  4、研究成果
  该项目的研究取得了以下成果:(1)进行了碳氢化合物的吸附/解吸试验,为改良的FAU型和MFI型沸石分离膜的开发和优化提供了引导;(2)针对有机质吸附/分解,利用块体碳化对沸石活性进行了钝化;(3)通过进行NH3-TPD(Temperature Programmed Desorption,程序升温脱附)试验,确定了沸石的酸位失活;(4)确定质子化的MFI型沸石分离膜为最有前景的异戊二烯/n-戊烷分离材料;(5)证实了使用改良和质子化的MFI型沸石分离膜对二元混合物进行蒸馏前预处理,分离出的n-戊烷比分离出的异戊二烯多4.1%;(6)证实了用过的分离膜可以恢复最初的分离性能;(7)证实了在四元馏分中,改良的MFI型沸石分离膜对n-戊烷和1,3-戊二烯的选择性优于对异戊二烯的选择性,但如果异戊二烯和2-甲基-2-丁烯混合在一起,则无法将它们分离。

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