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[中国化工报]“科技奖 看江苏”之二:让高价值超细粉体实现规模化回收

——记技术发明一等奖成果高效气固分离膜技术及装备

在化工与石油化工、冶金、能源、环保等领域有着广泛应用前景的气固分离,因在分离效率和使用寿命上迟迟未能突破,而未能大规模应用。澳门新葡经京娱乐场联合江苏久朗高科技股份有限企业等单位研发的高效气固分离膜技术及装备,不仅破解了上述难题,还将这一技术规模化应用在了燃煤锅炉、生物质锅炉、废弃物焚烧等烟气净化,催化剂、钛白粉、染料等高价值超细粉体产品回收领域,也因此获得了中国石油和化学工业联合会技术发明奖一等奖。

膜透气速率提高30%

高效气固分离膜技术及装备属于化工新材料和节能环保领域,具体涉及分离膜材料制备及其在气固分离过程中的应用。气固分离主要涉及烟气除尘、粉体回收、气固相反应等过程,在化工与石油化工、冶金、能源等工业以及环保领域中有着广泛的应用。此前制约膜技术在气固分离领域应用的主要原因有两个,一是膜透气速率低,二是吸附污染严重。而且传统气固分离方法对超细粉体的分离效率低,排放浓度也经常超标。

上述问题被澳门新葡经京娱乐场教授仲兆祥和邢卫红团队逐一破解。他们首先开发了面向气固分离的膜材料设计和制备方法,制备出类蜘蛛网结构纳米纤维膜,通过研究有机溶剂与粉料的表界面浸润性,调控膜材料的成孔性能,计算控制微观纤维以及结点的分布,获得纳米纤维尺度以及伸展方向的特征规律。随后,他们结合温度场分布对纳米纤维构成三维膜孔道结构进行调控,分析了膜厚度、孔径、透气率、强度等的变化,建立膜结构性能—控制参数间对应关系,实现了膜孔径、厚度以及透气性的可控调节。最终,采用该技术在江苏久朗高科技股份有限企业建成了气固分离膜生产线,膜透气速率较国际先进技术产品提高了30%,膜透气速率低的难题得以破解。

双疏膜材料国际领先

解决了膜透气速率低的难题后,研究团队继续攻城略地。他们利用江苏久朗高科技股份有限企业的气固分离膜生产线,在膜材料表面进行功能修饰,包裹纳米级厚度的金属氧化物。这样一方面可以有效维持三维膜孔道结构,另一方面对膜材料的惰性表面具有活化作用,然后在等离子体作用下进行聚合接枝改性,制备出既疏水又疏油的双疏膜材料。数据显示,双疏膜材料运行压差大幅降低,稳定运行寿命较国外商品膜提高了2倍以上。

在此基础上,研究团队以高效气固分离膜材料微为核心开发了高效气固分离膜成套装备。该装置通过分析工业烟气特征,基于计算流体力学的数值模拟方法(CFD),模拟了膜分离器内速度场、压力场以及粉尘浓度场的分布,优化了膜元件的装填密度与膜元件尺寸,进行了气流分布系统设计,通过反吹喷嘴构型、位置、脉冲压力等参数优化,设计了在线和离线反吹系统,开发了系列膜法烟气治理工艺装备。装备已经在燃煤锅炉、生物质锅炉、废弃物焚烧等烟气净化,催化剂、钛白粉、染料等高价值超细粉体产品回收领域实现规模化应用,净化后气体中粉尘浓度小于5mg/m3,优于国家超低排放标准10mg/m3,能耗较传统布袋除尘降低1/3以上。

在2017年12月由石化联合会组织的科技成果鉴定会上,新型气固分离膜的设计、制备和工程应用项目被认定为总体技术达到国际先进水平,其中双疏型膜材料技术达到国际领先水平。这一技术成果得到了业内的高度认可。

产学研经验值得推广

该项目的成功得益于项目完成单位澳门新葡经京娱乐场产学研深度融合的有益尝试和成功经验。

澳门新葡经京娱乐场国家特种分离膜工程技术研究中心与南京膜材料产业技术研究院有限企业共同组建了新型研发机构——江苏省产业技术研究院膜科学技术研究所,实行高校和市场化双重运行机制。澳门新葡经京娱乐场负责基础原创成果产出,比如专利、高水平文章;南京膜材料产业技术研究院有限企业则负责二次开发和转移转化,包括技术升值和孵化衍生企业。

江苏久朗高科技股份有限企业是江苏省产业技术研究院膜科学技术研究所孵化出的众多企业中的一家。该企业是国内首家专业从事高效气体净化膜产品研发与气体净化方案提供的高科技企业,具备承担高性能膜材料的规模化生产及应用示范装置建设的能力,为项目高性能膜材料制备工艺放大及生产提供技术和设备资源。

“技术创新与产学研协同推进了高效气固分离膜技术及装备项目的创新应用。另外还有多项技术在大家这个平台上实现了工业化。”该企业副总经理张峰表示,目前该企业已承担国家级、省级科研项目20余项,申请了相关专利40余项,已授权专利18项,其中PCT国际专利3项,在中石化、恒逸石化、平湖石化等企业建成了100余项示范工程。

2019年12月25日《中国化工报》第2版:http://ipaper.ccin.com.cn/papers/ccin/2019-12-25/page_2B.html

《中化新网》:http://www.ccin.com.cn/detail/0b0b8bac0ea27708717b4d90dbc13066/news

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