PDMS-PS中空纖維復(fù)合膜回收催化裂化干氣中氫氣的實(shí)驗(yàn)與理論研究.pdf

1、催化裂化干氣中含氫量非?？捎^，利用氣體膜分離技術(shù)回收干氣中的氫氣的研究已成為關(guān)于能源和環(huán)境的重要課題之一。對(duì)于高滲透速率和高滲透選擇性的PDMS/PS中空纖維復(fù)合膜的研制開(kāi)發(fā)和氫氣膜分離過(guò)程傳質(zhì)機(jī)理的研究都是非常重要的研究?jī)?nèi)容。本論文以從催化裂化干氣中回收氫氣分離過(guò)程為研究?jī)?nèi)容，采用PDMS/PS中空纖維復(fù)合膜對(duì)回收氫氣分離過(guò)程進(jìn)行了研究。 選擇聚砜(PS)中空纖維膜作為復(fù)合膜的基膜，為了彌補(bǔ)基膜致密層上的缺陷孔，選擇透氣性能優(yōu)

2、異的硅橡膠(PDMS)作為涂層材料。硅橡膠僅起到堵孔彌補(bǔ)缺陷的作用，起主導(dǎo)分離作用的是聚砜基膜的致密層。采用浸漬涂敷法制備了PDMS/PS中空纖維復(fù)合膜，用掃描電鏡、紅外光譜和TG/DTA等表征方法對(duì)硅橡膠涂層、聚砜基膜以及中空纖維復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)和性能等進(jìn)行了剖析。 其次，考察了基膜結(jié)構(gòu)、基膜熱處理溫度、基膜熱處理時(shí)間、PDMS濃度、催化劑用量、交聯(lián)劑用量、交聯(lián)時(shí)間和浸漬時(shí)間以及涂敷次數(shù)等因素對(duì)復(fù)合膜氣體分離性能的影響。通過(guò)分析得

3、到了最佳制膜配方和制膜條件，截留分子量為20000的聚砜基膜分離效果較好。還考察了不同原料氣壓力、原料氣流速、透過(guò)氣中氫氣分壓和操作溫度等工藝操作條件下PDMS/PS中空纖維復(fù)合膜的氣體分離性能，氫氣滲透速率可以達(dá)到16.12GPU，分離因子在40以上。 還研究了氣體在復(fù)合膜中的傳質(zhì)機(jī)理，首次將原料側(cè)和透過(guò)側(cè)邊界層阻力引入到Henis’阻力模型中建立了基于Henis’阻力模型和邊界層理論的串聯(lián)阻力模型。利用串聯(lián)阻力模型對(duì)氣體通過(guò)

4、PDMS/PS中空纖維復(fù)合膜的傳遞過(guò)程進(jìn)行了研究，估算得到PDMS/PS中空纖維復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)參數(shù)，揭示了邊界層阻力對(duì)氣體分離性能的影響，分析和考察了原料氣流速、原料氣壓力和透過(guò)氣中氫氣分壓等操作條件對(duì)阻力分布的影響，還分析了復(fù)合膜結(jié)構(gòu)參數(shù)聚砜基膜致密層孔隙率、致密層厚度、致密層缺陷孔孔徑和涂層厚度等對(duì)氫氣滲透性能的影響，對(duì)PDMS/PS氫氣分離膜的進(jìn)一步改進(jìn)具有理論指導(dǎo)作用。 最后，建立了描述氫氣膜分離過(guò)程的設(shè)計(jì)型數(shù)學(xué)模型，該模