北京
裸露的聚丙烯腈膜使原油通量提升23倍，并穩定運行28天，降低煉油能耗需求。
來自韓國科學技術院和佐治亞理工學院的研究團隊開發出一種低成本膜，可在室溫下分離原油。
這種新型膜為煉油廠目前使用的高能耗蒸餾工藝提供了潛在的替代方案。
該膜由多孔聚丙烯腈制成，無需傳統分子分離所必需的超薄選擇性涂層。
研究人員表示，這種方法有望降低煉油能耗，同時減少制造成本，并提升基于膜的原油餾分分離技術的可放大性。
膜法煉油突破
原油精煉是能耗最高的工業過程之一，傳統蒸餾需要超過350°C的高溫，才能將原油分離為汽油、煤油和石腦油等產品。
全球范圍內，該過程每年約消耗1.1萬太瓦時的電力，是煉油廠能源消耗和溫室氣體排放的主要來源。隨著石化行業尋求降低成本和排放，基于膜的分離技術已成為一種有前景的替代方案。
這項新研究展示了一種更簡單的方法，避免了此前被認為對精確分子分離至關重要的超薄選擇性涂層。他們將原油直接通過裸露的多孔聚丙烯腈膜——一種成本低廉、化學性質穩定且廣泛用于工業過濾的材料。
當原油流過膜時，較重的碳氫化合物會自然積聚在孔壁上，形成寬度不到兩納米的自組裝通道。這些納米級通道允許石腦油、汽油和煤油等較輕餾分通過，同時截留較重的組分。一個出乎意料的發現是，通常被視為缺點的膜污染，反而成了實現選擇性分離的機制。
據研究人員介紹，裸露的聚丙烯腈膜實現的原油滲透率比以往報道的最先進膜高出約23倍，并連續28天保持穩定性能，凸顯了其在降低能耗和煉油成本方面的潛力。
更智能的石油分離
研究人員表示，這項膜技術可以作為模塊化過濾單元集成到現有煉油基礎設施中，使煉油廠無需更換主要設備即可采用該工藝。這能夠降低部署的成本和復雜性，同時加快工業應用進程。
過程模擬表明，在傳統原油蒸餾之前采用該膜作為預處理步驟，可將總能耗降低31.6%。與傳統煉油方法相比，該方法預計還可減少37.6%的二氧化碳排放、20.7%的冷卻水用量以及36%的運營成本。
研究團隊稱，若在韓國煉油和石化行業廣泛推廣，每年可減少約1000萬公噸溫室氣體排放，相當于約400萬輛內燃機汽車的排放量。
研究人員還認為，這一膜平臺的應用范圍可以超越原油精煉。潛在應用包括凈化由廢塑料生產的熱解油、回收電池制造過程中使用的工業溶劑、藥物純化以及生物燃料生產。
研究總結指出，這種自形成膜代表了一種分子分離的新方法，通過膜與復雜液體混合物之間的相互作用，原位生成納米級分離通道。團隊相信，在大面積膜制造和長期運行可靠性方面的進一步進展，將有助于在煉油、石化和化學加工行業實現更廣泛的部署。
該研究的共同第一作者、韓國科學技術院的Jihoon Choi和Hyeokjun Seo在TechXplore上發表的聲明中表示：“我們的目標是精準調控這種自發孔道收縮現象，將其開發成一個可應用于整個煉油過程的膜平臺。我們還希望將這一技術拓展至塑料回收、生物燃料凈化以及其他支持碳中和的可持續化學過程。”
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