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在化工與石油化工、冶金、能源、環(huán)保等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用前景的氣固分離,因在分離效率和使用壽命上遲遲未能突破,而未能大規(guī)模應(yīng)用。南京工業(yè)大學(xué)聯(lián)合江蘇久朗高科技股份有限公司等單位研發(fā)的高效氣固分離膜技術(shù)及裝備,不僅破解了上述難題,還將這一技術(shù)規(guī)模化應(yīng)用在了燃煤鍋爐、生物質(zhì)鍋爐、廢棄物焚燒等煙氣凈化,催化劑、鈦白粉、染料等高價值超細(xì)粉體產(chǎn)品回收領(lǐng)域,也因此獲得了中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會技術(shù)發(fā)明獎一等獎。 膜透氣速率提高30% 高效氣固分離膜技術(shù)及裝備屬于化工新材料和節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域,具體涉及分離膜材料制備及其在氣固分離過程中的應(yīng)用。氣固分離主要涉及煙氣除塵、粉體回收、氣固相反應(yīng)等過程,在化工與石油化工、冶金、能源等工業(yè)以及環(huán)保領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。此前制約膜技術(shù)在氣固分離領(lǐng)域應(yīng)用的主要原因有兩個,一是膜透氣速率低,二是吸附污染嚴(yán)重。而且傳統(tǒng)氣固分離方法對超細(xì)粉體的分離效率低,排放濃度也經(jīng)常超標(biāo)。 上述問題被南京工業(yè)大學(xué)教授仲兆祥和邢衛(wèi)紅團(tuán)隊逐一破解。他們首先開發(fā)了面向氣固分離的膜材料設(shè)計和制備方法,制備出類蜘蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)納米纖維膜,通過研究有機(jī)溶劑與粉料的表界面浸潤性,調(diào)控膜材料的成孔性能,計算控制微觀纖維以及結(jié)點的分布,獲得納米纖維尺度以及伸展方向的特征規(guī)律。隨后,他們結(jié)合溫度場分布對納米纖維構(gòu)成三維膜孔道結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控,分析了膜厚度、孔徑、透氣率、強(qiáng)度等的變化,建立膜結(jié)構(gòu)性能—控制參數(shù)間對應(yīng)關(guān)系,實現(xiàn)了膜孔徑、厚度以及透氣性的可控調(diào)節(jié)。最終,采用該技術(shù)在江蘇久朗高科技股份有限公司建成了氣固分離膜生產(chǎn)線,膜透氣速率較國際先進(jìn)技術(shù)產(chǎn)品提高了30%,膜透氣速率低的難題得以破解。 雙疏膜材料國際領(lǐng)先 解決了膜透氣速率低的難題后,研究團(tuán)隊繼續(xù)攻城略地。他們利用江蘇久朗高科技股份有限公司的氣固分離膜生產(chǎn)線,在膜材料表面進(jìn)行功能修飾,包裹納米級厚度的金屬氧化物。這樣一方面可以有效維持三維膜孔道結(jié)構(gòu),另一方面對膜材料的惰性表面具有活化作用,然后在等離子體作用下進(jìn)行聚合接枝改性,制備出既疏水又疏油的雙疏膜材料。數(shù)據(jù)顯示,雙疏膜材料運行壓差大幅降低,穩(wěn)定運行壽命較國外商品膜提高了2倍以上。 在此基礎(chǔ)上,研究團(tuán)隊以高效氣固分離膜材料微為核心開發(fā)了高效氣固分離膜成套裝備。該裝置通過分析工業(yè)煙氣特征,基于計算流體力學(xué)的數(shù)值模擬方法(CFD),模擬了膜分離器內(nèi)速度場、壓力場以及粉塵濃度場的分布,優(yōu)化了膜元件的裝填密度與膜元件尺寸,進(jìn)行了氣流分布系統(tǒng)設(shè)計,通過反吹噴嘴構(gòu)型、位置、脈沖壓力等參數(shù)優(yōu)化,設(shè)計了在線和離線反吹系統(tǒng),開發(fā)了系列膜法煙氣治理工藝裝備。裝備已經(jīng)在燃煤鍋爐、生物質(zhì)鍋爐、廢棄物焚燒等煙氣凈化,催化劑、鈦白粉、染料等高價值超細(xì)粉體產(chǎn)品回收領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用,凈化后氣體中粉塵濃度小于5mg/m3,優(yōu)于國家超低排放標(biāo)準(zhǔn)10mg/m3,能耗較傳統(tǒng)布袋除塵降低1/3以上。 在2017年12月由石化聯(lián)合會組織的科技成果鑒定會上,新型氣固分離膜的設(shè)計、制備和工程應(yīng)用項目被認(rèn)定為總體技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平,其中雙疏型膜材料技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。這一技術(shù)成果得到了業(yè)內(nèi)的高度認(rèn)可。 產(chǎn)學(xué)研經(jīng)驗值得推廣 該項目的成功得益于項目完成單位南京工業(yè)大學(xué)產(chǎn)學(xué)研深度融合的有益嘗試和成功經(jīng)驗。 南京工業(yè)大學(xué)國家特種分離膜工程技術(shù)研究中心與南京膜材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司共同組建了新型研發(fā)機(jī)構(gòu)——江蘇省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院膜科學(xué)技術(shù)研究所,實行高校和市場化雙重運行機(jī)制。南京工業(yè)大學(xué)負(fù)責(zé)基礎(chǔ)原創(chuàng)成果產(chǎn)出,比如專利、高水平文章;南京膜材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司則負(fù)責(zé)二次開發(fā)和轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化,包括技術(shù)升值和孵化衍生公司。 江蘇久朗高科技股份有限公司是江蘇省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院膜科學(xué)技術(shù)研究所孵化出的眾多公司中的一家。該公司是國內(nèi)首家專業(yè)從事高效氣體凈化膜產(chǎn)品研發(fā)與氣體凈化方案提供的高科技公司,具備承擔(dān)高性能膜材料的規(guī)?;a(chǎn)及應(yīng)用示范裝置建設(shè)的能力,為項目高性能膜材料制備工藝放大及生產(chǎn)提供技術(shù)和設(shè)備資源。 “技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)學(xué)研協(xié)同推進(jìn)了高效氣固分離膜技術(shù)及裝備項目的創(chuàng)新應(yīng)用。另外還有多項技術(shù)在我們這個平臺上實現(xiàn)了工業(yè)化。”該公司副總經(jīng)理張峰表示,目前該公司已承擔(dān)國家級、省級科研項目20余項,申請了相關(guān)專利40余項,已授權(quán)專利18項,其中PCT國際專利3項,在中石化、恒逸石化、平湖石化等企業(yè)建成了100余項示范工程。 |