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[中國化工報(bào)]“科技獎(jiǎng) 看江蘇”之二：讓高價(jià)值超細(xì)粉體實(shí)現(xiàn)規(guī)模化回收
時(shí)間：2019-12-25
來源：
作者：朱琳
攝影： 編輯：趙蕾
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——記技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)成果高效氣固分離膜技術(shù)及裝備
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(jià)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(huì)技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
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(gè)，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(duì)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(duì)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(jì)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(jì)算控制微觀纖維以及結(jié)點(diǎn)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(chǎng)分布對(duì)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(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)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(duì)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(jí)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(duì)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(yùn)行壓差大幅降低，穩(wěn)定運(yùn)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(duì)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(jì)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(chǎng)、壓力場(chǎng)以及粉塵濃度場(chǎng)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(jì)，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(jì)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(jià)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(huì)組織的科技成果鑒定會(huì)上，新型氣固分離膜的設(shè)計(jì)、制備和工程應(yīng)用項(xiàng)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(yàn)值得推廣
該項(xiàng)目的成功得益于項(xiàng)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(yàn)。
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(shí)行高校和市場(chǎng)化雙重運(yùn)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)模化生產(chǎn)及應(yīng)用示范裝置建設(shè)的能力，為項(xiàng)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(xiàng)目的創(chuàng)新應(yīng)用。另外還有多項(xiàng)技術(shù)在我們這個(gè)平臺(tái)上實(shí)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(jí)、省級(jí)科研項(xiàng)目20余項(xiàng)，申請(qǐng)了相關(guān)專利40余項(xiàng)，已授權(quán)專利18項(xiàng)，其中PCT國際專利3項(xiàng)，在中石化、恒逸石化、平湖石化等企業(yè)建成了100余項(xiàng)示范工程。
2019年12月25日《中國化工報(bào)》第2版：http://ipaper.ccin.com.cn/papers/ccin/2019-12-25/page_2B.html
《中化新網(wǎng)》：http://www.ccin.com.cn/detail/0b0b8bac0ea27708717b4d90dbc13066/news
