尽管可再次出产的动力的比重渐渐的升高,可是炼业依然是现代社会的支柱:其不只供给了运送燃料,一起也为化工、制药供给根底质料。怎么低碳、环保地出产渐渐的变成了业界重视的焦点。
《科学》近来宣布的论文指出了低碳的方向:用膜来别离原油中的不同成分,代替之前高能耗、高污染的分馏工艺。
原油由超越8000种不同分子巨细的碳氢化合物(及少数硫化合物)所组成的混合物。根据不同成分欢腾温度不同的特色,工业上先将石油加热至400℃~500℃之间,使其变成蒸气后输进分馏塔。
在分馏塔中,方位愈高,温度愈低。石油蒸气在上升途中会逐渐液化,冷却及凝聚成液体馏分。分子较小、沸点较低的气态馏分则渐渐地沿塔上升,在塔的高层凝聚,例如燃料气(Fuel Gas)、液化石油气(LPG.)、轻油(Naphtha)、火油(Kerosene) 等。分子较大、沸点较高的液态馏分在塔底凝聚,例如柴油(Diesel)、润滑油及蜡等。在塔底留下的黏滞残余物为沥青及重油,可作为焦化和制取沥青的质料或作为锅炉燃料。
伦敦玛丽女王大学化学工程师安德鲁·利文斯顿在2年前就想过发明具有内置孔隙的膜,答应小而轻的碳氢化合物经过并拦住更大、更重的碳氢化合物。可是轻质碳氢化合物经过膜的速度太慢,无法使其在实际国际中运用。
为了处理这一个问题,利文斯顿和他的搭档们转向了一种工业办法,用来制作超薄水淡化膜,他们将其称为界面聚合。他们期望更薄的膜能够使所需的碳氢化合物更快地经过。但是,利文斯顿也认识到尽管一般用于海水淡化的膜在水性环境中是巩固的,但当接触到包含工业溶剂在内的碳氢化合物时,它们很快就会土崩瓦解。
因而,他和搭档们改造了传统膜所用的聚合物。首要,他们制作了独自的聚合物,将疏水性或油状部分衔接到亲水性或类似水的链上。当他们将这些分子参加油和水的混合物中时,它们自发地组装成细小的气泡或囊泡,疏水部分朝内。然后,他们运用界面聚合技能将这些囊泡分散到接连的超薄片中,并将一切聚合物单元衔接在一起以构成巩固的膜。
这种办法见效了。利文斯顿和他的搭档在最新一期的《科学》杂志上报道说,囊泡的疏水性中心答应选定的(根据巨细和其他特征)碳氢化合物简单经过。这比曾经的油别离膜快10倍。研究人员还表明,经过定制聚合物的化学组成,他们能够创立不同的膜,挑选性地穿过不同巨细的碳氢化合物。
从蒸馏转向膜别离能节约高达50%的原油加热本钱和75%的炼油用电本钱,节约的本钱以数十亿美元计。
“这是一个十分令人兴奋的成果,”橡树岭国家实验室的别离专家David Sholl表明,不过这种新式膜没有准备好用于工业用处。它们依然需求从一张书写纸的巨细扩大到数百平方米,并证明能够接连运用数月。但Sholl以为,这些令人鼓舞的发现将让石油公司持续探究一种既能省钱又能削减碳排放的技能。“一切化工公司都十分有爱好测验这样做。”(记者 贺梨萍)