二氧化碳膜分离材料及其性能研究进展

碳捕集、利用与封存技术是能源行业绿色发展的重要途径。与化学吸收法、变压吸附法和低温蒸馏法等传统工艺相比,膜分离法具有低能耗、高效率、小型化、环境友好、易与其他技术集成等优势。目前,膜材料的选择、改性以及对膜结构的重构是提高膜材料分离性能的关键。该文总结对比了有机聚合物膜、无机膜及混合基质膜的研究进展,并对其分离机理、材料及性能进行了介绍,重点综述了材料的改性研究及用于制备混合基质膜的填充材料,展望了CO_(2)分离膜材料性能改进的研究方向及膜分离技术所面临的挑战。

高气液比井下气液旋流分离器结构设计与性能分析

针对井下高气液比工况气液高效分离难度大的问题,提出了一种旋流-重力耦合式井下气液分离器结构。结合实验研究、数值模拟及实验设计方法,对气液分离器结构参数进行显著性分析和优化设计,建立显著性结构参数与气液分离效率间的数学关系模型,确立了结构参数的最佳匹配方案。分析了入口流量、压力及气液比对气液分离器性能的影响规律。结果表明,重力沉降与旋流分离的结合设计可以实现高气液比条件下的液相沉积,进而实现气液两相的高效分离。分离器的分离效率随着进液量升高而升高,增幅逐渐趋于平稳。随着气液比增大,分离效率呈现先增加后降低的趋势。得出该气液分离器的最佳进液量为42m^(3)/d,最佳入口压力2MPa,最佳气液比为700∶1,在最佳工况下分离效率为97%,模拟结果与实验结果呈现出较好的一致性。研究结果将为高气液比条件下气液分离装备研发提供新的思路和参考。

堵塞工况下水力旋流器流场特性及性能分析

为研究水力旋流器在井下出现堵塞问题而产生的流场及性能变化规律,以井下倒锥式水力旋流器为研究对象,采用数值模拟与实验相结合的研究方法,对旋流器在六种不同堵塞工况下的流场特性及分离性能进行深入分析,并提出一种流场不对称性的定量表征方法,明确其在不同堵塞工况下旋流场变化及平均偏移不对称情况。结果表明,在三条紧邻流道堵塞的工况中,切向速度及轴向速度的平均偏移不对称率均产生最大值分别为67.82%和34.99%;相对于无堵塞工况,六种不同堵塞工况的平均压降均有所上升,分离效率均有所下降,其中工况六在四条紧邻流道堵塞的工况中,平均压降最大,分离效率最小。通过实验开展不同工况下的分离性能分析,实验结果与模拟结果的平均误差为1.22%,呈现出较好的一致性,为本文数值模拟方法的准确性提供了验证。

基于响应面法的过轴式旋流器分离性能优化

为解决旋流器在井下狭小空间内的适用性问题,提出一种新型过轴式旋流器,通过响应面法对构建的旋流器结构参数与分离效率间的数学关系模型进行结构优化。采用数值模拟方法,对优化前后旋流器在不同处理量与含水率条件下旋流器内流场特性及分离效率的对比情况开展研究。结果表明:优化后模型效率均优于优化前,优化后模型处理量在2—6.5 m^(3)/h变化,处理量为6.5 m^(3)/h时分离性能最佳,分离效率由60.30%增至97.10%;含水率在92%—99%变化,含水率99%时分离性能最佳,分离效率由93.15%增至99.72%。采用数值模拟与实验相结合的方法,对优化后旋流器在不同分流比条件下分离效率开展研究,数值模拟与实验结果呈现出较好的一致性,验证结构优化的可行性及数值模拟结果的准确性。

聚结构件形式对管式油水分离器油出口含油率的影响

为了对比不同结构形式聚结构件对管式油水分离器油出口含油率的影响规律,为工程设计选型提供技术支持,通过CFD方法分析了正V形斜板、倒V形斜板、传统斜板和蛇形背向折板4种不同聚结构件作用下的浓度场和油出口含油率,并探究了正V形聚结构件在单一条件下的最适宜结构参数。结果表明,在所研究的流速(0.05~0.35 m·s^(-1))内,4种聚结构件中正V形构件具有最好的油出口含油率,蛇形背向折板与倒V形斜板位列第2、3位,传统斜板最低;随着进口流速的增大,4种聚结构件油出口含油率均相应降低,其中传统斜板下降速度最快,正V形斜板与蛇形背向折板下降最慢,相差不大,而倒V形斜板下降速度居中;利用控制变量法确定了正V形构件与壁面间距C=10 mm、水平夹角θ=60°时油出口含油率最高。

外筒结构对轴流导叶式气液分离器分离性能的影响研究

气离心分离器因体积小、效率高而受到广泛的应用,提出了一种结合重力分离和离心分离的可处理复杂、不稳定两相流动的新型气液分离器。通过数值模拟对外筒结构进行优化并设计了气液分离试验以验证该分离器的分离性能。研究表明,随着分离器内外筒高度比的增大,分离效率会缓慢增大,压降也会随之增大。随着内外筒直径比的增大,分离效率会显著增大,压降会随之减小。

井下旋流分离管柱的振动特性研究

为研究旋流分离管柱在注入泵和采出泵两螺杆泵抽吸条件下的振动特性,对其进行模态分析和瞬态动力响应分析。结果表明,不同工况下,旋流分离管柱的固有频率有所不同;固定注入泵一端和固定采出泵一端相比,固定采出泵一端各阶固有频率较小;螺杆泵转动引起的激振力和内部流量变化都会导致管柱变形,其中螺杆泵转动对旋流分离管柱变形影响较大;相对于固定采出泵,固定注入泵条件下旋流分离管柱产生的振动位移更大,是旋流分离管柱自身结构和注入泵转速产生更大激振力综合作用导致的结果;控制两个螺杆泵工作状态的时间差,理想情况下可以控制旋流分离管柱的总变形。

倒锥参数对气举式水力旋流器分离性能的影响

利用单因素试验设计方法,针对气举式水力旋流器倒锥参数,开展不同参数下的性能优化研究。利用数值模拟方法,对不同倒锥高度、注气直径和注气速度下的流场特性及分布规律进行分析。结果表明,当倒锥高度为130 mm、注气直径为1.8 mm、注气速度为3.5 m/s时,分离效率达到最佳,较优化前提高了0.98%。对比倒锥参数优化前后的气举式水力旋流器油核分布形态,优化后油核均在倒锥结构上方形成,促进了旋流器分离性能的提升,验证了倒锥参数优化对气举式水力旋流器的重要性。

气体分离装置碳五组分进烷基化装置加工的方法实践

为了拓宽SINOALKY硫酸法烷基化装置原料适应范围,提高烷基化油收率,解决夏季汽油蒸气压高的问题,某石化公司进行了烷基化装置掺炼少量气体分离装置碳五组分(气分碳五)的工业实践。2021年8月发现烷基化装置反应器进料管线压差异常升高0.6 MPa,通过现场逐段测压判断出堵塞部位为烷基化反应器进料管线及相关设备。经过多种方法的检测分析,判断出烷基化反应器进料管线及设备压差升高的主要原因是气分碳五中含有微量N-甲基二乙醇胺杂质,该物质与循环异丁烷中的二氧化硫反应,生成棕黄色的亚硫酸胺盐,造成进料管线及相关设备堵塞。通过创新流程设施,增设气分碳五水洗和聚结脱水流程,经过生产实践证明该气分碳五加工方法脱杂质效果良好,气分碳五水洗罐中水洗水及中和池总排口水样氮质量浓度分别稳定控制在126.2 mg/L和47.5 mg/L左右,中和池总排口水样pH稳定在6~7,在水洗污水排放指标符合要求的同时,所得烷基化油产品质量也达标,成功实现了气分碳五连续掺炼,为该气分碳五加工方法的研究和推广应用提供了强有力的理论支撑。

旋风分离器环形空间顶灰环的流动特性

旋风分离器环形空间内由于二次涡的作用在上部存在一个旋转的顶灰环,不仅会降低分离效率,而且会造成冲蚀磨损。采用有机玻璃制造的PV型旋风分离器(筒体直径D=160 mm)以及丙烯腈待生催化剂和铁矿粉,在入口气速(v_(in))为12~20 m/s、入口气流颗粒质量浓度(C_(in))为10~100 g/m^(3)条件下进行实验,利用高速摄像机考察顶灰环的流动特性。实验结果表明:顶灰环存在周期性脱落现象;脱落周期与入口气速和入口气流颗粒质量浓度有关,且随入口气速增大而增大,随入口气流颗粒质量浓度增大而减小。为进一步分析顶灰环的形成机理,利用Fluent模拟了环形空间的气相流场。结果表明,二次涡对颗粒群的夹带形成了顶灰环,顶灰环颗粒的积累导致顶灰环发生周期性脱落。在模拟分析基础上建立了基于准数关联的顶灰环脱落周期的预测模型。

基于两性离子的纳滤膜抗污染改性方法研究进展

纳滤膜对水中污染物的分离截留性能优异,膜污染控制和抗污染强化是该技术发展的研究热点。纳滤膜改性是强化纳滤膜抗污染性能的方法之一,基于两性离子材料的改性纳滤膜凭借两性离子材料静电作用与水分子结合的特性,在渗透性和抗污性方面表现优秀。系统综述了强化抗污染的两性离子纳滤膜的改性方法,包括涂覆法、接枝法、界面聚合法、自组装和共混掺杂法等,并阐释了各方法所制备纳滤膜的抗污效能和适用条件,最后对各改性方法做出了展望,以期为两性离子材料在纳滤膜改性和实际应用中的研究提供参考。

特殊润湿性膜在油水分离中的应用进展

石油泄漏和含油废水排放严重污染生态环境,油水分离技术是涉油污染治理的重要手段。由于低耗能、简单高效等优点,特殊润湿性的膜材料在油水分离方面表现出巨大的应用潜力。基于润湿性相关理论和分离机理,总结了超疏水/超亲油膜、超亲水/水下超疏油膜、Janus膜和智能响应膜等油水分离膜的研究进展,并对油水分离膜的优缺点进行了分析,对将来的发展提出了展望。

煤干馏用多个并联分离器结构优化

针对原并联分离器入口管路和升气管出口管路堵塞等问题,研究了煤干馏过程中并联旋风分离器入口管路、升气管出口管路结构型式对管路内流体的影响,对结构进行了优化,并与原结构进行了对比。结果表明:通过在入口管路增大弯头角度以及减少弯头个数,能有效降低管路整体压降,相比原管路结构,优化后管路压降下降约为75%;采用三通管可防止弯头外壁侧气速较低,避免颗粒在低速区沉积并发生堵塞;采用切入式升气管可有效改善排气管内由于旋流导致的低速区以及不稳定流动问题,能够避免颗粒堆积;通过延长盲端管路高度可有效减少涡流对分离器流场的影响,综合流场以及压降分析,升气管的盲端高度为700 mm时最为适合。工业上整体系统运行周期从3个月延长至6个月以上,相比原结构,压降降低约48%。研究可为并联旋风分离器在工程上的设计和应用提供指导。

喷雾热解法加热壁温对铈锆固溶体生产过程的影响

【目的】为了探究喷雾热解过程中加热壁温对铈锆固溶体生产过程的影响,分析热解炉内的流量场和浓度场的变化情况,实现对热解炉的设计优化。【方法】采用数值模拟的方法,建立喷雾热解炉的物理模型,分别探讨加热壁温对铈锆固溶体在热解炉的不同阶段及热解炉中水蒸气分布和HCl分布的影响。【结果】当热解温度为850℃时,液滴的反应主要分2个阶段,在炉膛高度为0~0.05 m处,为加热蒸发阶段,在炉膛高度为0.05~0.6 m处,为稳态热解阶段。当炉壁温度为550~650℃时,在炉膛高度为0.9 m处温度变化放缓,喷雾处于稳定热解阶段;而壁温在750~850℃时,在炉膛高度为0.6 m处温度变化放缓;当壁温为850℃时,在炉膛高度为0.1~0.6 m处的温度曲线斜率最大,液滴达到稳定蒸发阶段的时间缩短,水分蒸发变快,热解时间变短。【结论】炉壁加热区的温度越高,HCl生成的速度越快,速度的最大值越小,在炉膛高度为0.4 m处速度变化最大,达到1.6 m/s左右;并且整体HCl生成的量随温度的升高而增大,平均速度变化随着热空气温度的升高而减小。

气固逆流式移动床过滤器的实验研究

为探究操作条件对气固逆流式移动床过滤器过滤性能的影响,通过大型冷模实验,考察了气固逆流式移动床过滤器的捕集颗粒循环强度、入口粉尘浓度、表观气速及入口粉尘粒径对装备性能的影响。实验结果表明,表观气速是影响床层压降的主要因素,表现出正相关的趋势。捕集颗粒循环强度、入口粉尘浓度、粉尘粒径的改变对床层压降影响较小。捕集颗粒循环强度和入口粉尘浓度的增加使压降增加。而粉尘粒径与床层压降间的关系随时间变化,开始时粉尘粒径与压降呈正相关,但当装置运行至平稳阶段则趋于降低。装备的除尘效率与入口粉尘浓度及颗粒循环强度正相关,与粉尘粒径及表观气速负相关。但粉尘粒径越小过滤效率越高的趋势受装置内滤饼的影响,仅在粉尘中位粒径10μm以上,且入口粉尘质量浓度在0~32 g·m^(-3)出现。移动床过滤器保持稳定床层压降的同时,具有较高的除尘效率。在颗粒循环强度0.3119 kg·s^(-1),16.5~32.7 g·m^(-3)入口粉尘浓度条件下,除尘效率可达99%;且对细微(13μm以下)粉尘的粒级效率接近99.9%。

增强型中空纤维膜及MBR数值模拟的研究

中空纤维膜作为膜生物反应器(MBR),由于其高效性及灵活性被广泛应用于污水处理领域。文中介绍了纤维管增强型中空纤维膜,包括针织管增强膜、编织管增强膜及无纺管增强膜,综述了计算流体力学在MBR优化设计及膜污染清洗等方面的研究,并对增强型中空纤维膜及MBR数值模拟的应用前景进行展望。在未来的研究中,将计算流体力学与理论试验相结合可以提升研究效率,更好地解决水处理问题。

四两拨千斤!Energy Environ.Sci.发表山东理工大学渗透能转换膜新进展

反向电渗析(RED)技术可以有效地将海、河水混合过程中所释放的吉布斯自由能转化为电能.但是渗透能转化效率极大地依赖离子交换膜中阳离子的传输速率,选择性和膜材料的稳定性.传统离子交换膜选择性差,内阻高,输出功率密度与5 W/m^(2)的商用基准尚有较大差距.针对上述挑战,山东理工大学杨乃涛团队以绿色环保、低成本的细菌纤维素(BNC)与二维MoS2材料复合,通过真空抽滤法,构筑了亚纳米限域的MoS2/BNC复合膜.MoS2纳米片可以通过S-H键与BNC紧密结合,而BNC被限制在亚纳米尺度的离子传输通道内.带负电的BNC与同样带负电荷的阴离子(如Cl-)相互排斥,反而有利于Na+的扩散。

清华大学林亚凯、杨振忠和北京交通大学吴欢欢在ECMO氧合膜制备方面取得重大突破!

体外膜肺氧合(ECMO)俗称“人工心肺机”,主要用于为严重心肺衰竭的患者提供可持续的体外呼吸和循环,也是全球疫情中有效降低重症死亡率的“救命神器”.ECMO系统核心的部件是氧合膜和血泵,起到替代肺和心脏的作用.如何在保持较大气体通量同时提高抗渗漏性能从而提升氧合膜的使用寿命一直为其难点.

基于FA-ISSA-PPR模型的旋风分离器分离效率预测

旋风分离器是气田开发中常用的气固分离设备,准确预测旋风分离器的分离效率对于指导其结构设计和方法优化具有重要意义。在对数据集进行相关性分析的基础上,采用因子分析(factor analysis, FA)简化变量,降低预测模型的复杂程度,利用改进的樽海鞘群算法(improved salp swarm algorithm, ISSA)对投影寻踪(projection pursuit regression, PPR)的模型参数进行优化,形成FA-ISSA-PPR组合模型。结果表明,利用FA模型,原数据集的10个变量可以简化合并为4个公因子,分别代表尺寸参数、颗粒沉降特性、粒子运行轨迹和等效分割粒径对分离效率的影响;与半经验模型和其余机器学习模型相比,组合模型在预测精度和训练时间上具有一定的优越性,在测试样本上的平均绝对误差(MAE)为0.005 91,R^(2)可达0.995,证明了其在小样本、非线性数据分析上的准确性、鲁棒性和泛化性。

氯化胆碱改性聚酰胺纳滤膜的制备与分离性能

为了提高传统聚酰胺纳滤膜的分离性能,利用酰氯与羟基之间的酯化反应将带有正电荷的季铵盐氯化胆碱(CC)引入聚酰胺纳滤膜表面,制备在中性条件下具有近中性荷电性的氯化胆碱/聚酰胺纳滤膜,通过对无机盐的分离测试考察了CC质量分数对薄膜复合(TFC)膜性能的影响。结果表明,当CC质量分数达0.10%时,改性效果最佳,TFC膜对Na_(2)SO_(4)、MgSO_(4)和MgCl_(2)均具有较高的截留率,具有改善的Mg^(2+)/Li^(+)分离能力,渗透通量提升了315%。