科学家开发新型膜技术有望减少炼油行业碳排放

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团队开发的新膜技术可以帮助减少与炼制原油相关的碳排放和能源消耗。实验室测试表明,这种聚合物膜技术在未来可以取代一些传统热蒸馏工艺。

利用热基蒸馏法对原油混合物进行分馏是一个大规模、高能耗过程,占世界能源使用量的近1%。每年1100太瓦时(TWh/yr),相当于纽约州一年消耗的能源总量。通过在蒸馏过程某些步骤中替代低能耗膜,这项新技术可能有一天可以实现一种混合炼油系统,与传统炼油过程相比,有助于大幅减少碳排放和能源消耗。这种膜技术可能会对全球能源消耗以及石油加工产生的排放产生重大影响。

该研究成果在7月17日出版的《科学》杂志上报道,该成果被认为是专门用于分离原油和原油馏分的合成膜的首次报道。要将这一技术推进到工业规模,还需要更多研究和开发。

膜技术已经广泛应用于海水淡化等领域,但到目前为止,石油精炼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,该聚合物被应用于坚固基材上,从而形成能够通过施加压力而非加热分离复杂烃混合物的膜。

在设计了新型聚合物,并在合成汽油、喷气燃料和柴油燃料混合物上取得了一些成功后,该团队决定尝试分离原油样品,并发现新膜在从复杂的混合物中回收汽油和喷气燃料方面相当有效。

研究人员合作,在佐治亚理工学院设计并测试了聚合物,然后将其转化为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,样品在三个组织进行测试,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。”

研究团队创建了一个创新管道,从基础研究一直延伸到可以在实际条件下测试的技术。

“我们汇集了基础科学和化学,应用膜制造基础,以及对膜如何工作的工程分析,”佐治亚理工学院化学和生物分子工程学院副教授和John H. Woody研究员Ryan Lively说。”我们能够从毫克级的粉末一直到商业形态的膜模块原型,用真正的原油进行挑战–看到这种创新管道的运作真是太棒了。”

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。”

科学家开发新型膜技术有望减少炼油行业碳排放
佐治亚理工学院的研究生研究助手Kirstie Thompson和Ronita Mathias装有一个装有聚合物材料的烧瓶,该烧瓶用于创建一种新型膜技术,该技术可以减少与精炼原油有关的碳排放量

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