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耐溶剂纳滤膜技术及其在溶剂脱蜡装置的应用分析

北极星环保网来源:润滑油2017/1/13 10:10:37我要投稿
所属行业: 水处理  关键词:纳滤膜 耐溶剂纳滤膜 节能降耗

北极星环保网讯:摘要:文章介绍了耐溶剂纳滤膜技术及其在酮苯脱蜡溶剂回收方面的应用。在现有溶剂回收系统中集成耐溶剂纳滤膜分离单元,可以降低酮苯脱蜡装置的能耗,扩大其产能。分析了耐溶剂纳滤膜技术回收脱蜡溶剂工业化进程缓慢的可能原因及在国内的应用可能性,并提出了加快该技术推广的建议。

0 引言

据预测,至少到2020年API  Ⅰ类基础油仍然是主要的润滑油基础油,在全球基础油的总消费量中将占60%左右,而包括糠醛精制、酮苯脱蜡在内的“老三套”工艺则是生产API  Ⅰ类基础油的主要工艺过程。在酮苯脱蜡装置中,溶剂回收系统多采用多效蒸发,其能耗几乎占整个装置能耗的60%左右。因此,对溶剂回收部分进行优化改造,降低生产能耗就成为提高酮苯脱蜡装置经济效益的重点。

耐溶剂纳滤膜技术是21世纪初才取得突破的新兴的膜分离技术,在压力驱动下可在分子水平实现有机混合物的分离,具有无相变、低能耗、操作简单等优点。从20世纪80年代中期开始,Shell、ExxonMo-bil公司等国际石油公司相继进行了耐溶剂纳滤膜回收酮苯脱蜡溶剂的研究,其中ExxonMobil公司和W.R.Grace公司联合开发的MAX-DEWAXTTM膜技术还获得了1999年的Kirkpatrick  Honor A-wards。

本文主要介绍耐溶剂纳滤膜技术及其在酮苯脱蜡溶剂回收方面的应用进展,试图分析其推广缓慢的原因并提出相应的建议。

1 用于有机溶剂分离的耐溶剂纳滤膜技术

纳滤(nanofihration,NF)是一种介于超滤和反渗透之间的新型压力驱动膜分离过程。依据IUPAC的定义,纳滤膜是指对小于2 nm的颗粒或溶质小分子具有较高截留率的分离膜。一般认为,纳滤膜对多价离子、分子量在200~1000间的有机小分子具有较高截留率。因为多数纳滤膜来源于反渗透膜,且操作压力更低,早期也被称为“低压反渗透膜”或“疏松反渗透膜”。

压力驱动分离有机溶剂的概念早在1965年就有报道,即在跨膜压差驱动下,耐溶剂纳滤膜可在分子水平分离有机混合物。在这个过程中,溶质一溶剂相互作用、溶剂-膜相互作用、溶质-膜相互作用是决定耐溶剂纳滤膜分离性能的关键因素,分子尺寸不再是影响分离性能的唯一主要因素。

目前,纳滤膜技术已经广泛应用于饮用水制备、工业废水处理、生物制药行业生物制品的浓缩与提纯等领域,水相中纳滤膜的分离机理及模型也已基本成熟。但分离有机混合物的耐溶剂纳滤膜整体上仍处于实验室研究阶段,工业化应用更是鲜见报道。尽管如此,采用耐溶剂纳滤膜技术进行有机溶剂的分离与纯化,仍被认为是21世纪最有发展前景的分离技术之一,耐溶剂纳滤膜的研发也一直是顶级膜公司关注的重要研究课题。

炼油工业能耗高、分离任务重,需要处理大量的有机溶剂,如酮苯脱蜡装置。常用的脱蜡溶剂甲乙酮和甲苯的分子量分别为72.11和92.13,润滑油基础油的分子量通常大于300,那么,如果采用耐溶剂纳滤膜技术在低温下直接从脱蜡油的滤液中分离出冷溶剂加以循环使用,就可以避免或减少重复冷冻一加热等循环过程,在降低能耗的同时减轻溶剂回收和冷冻系统的负荷。因此,相关的耐溶剂纳滤膜也就成为研究的热点。

早在1986年,Shell公司在申请的专利中就描述了一种采用膜分离技术分离基础油/脱蜡溶剂混合物的工艺流程,所采用的膜是以25μm厚的聚丙烯多孔膜作为底膜,厚度为5μm的聚三氟丙基甲基硅氧烷为致密分离层的复合膜,该复合膜对基础油(分子量约300)有很高的截留效率,可回收74%的甲乙酮一甲苯混合溶剂,且其中基础油的含量低于1%。2002年,SheH公司又公开了一种PEI/PDMS复合耐溶剂纳滤膜,可从烃类混合物中分离纯化浓度低于5%、分子量大于1000的有机溶质,该复合膜的底膜是聚醚酰亚胺PEI超滤膜,无孔分离层为2μm厚的交联PDMS。

延伸阅读:

混凝沉淀—臭氧氧化法处理垃圾渗滤液纳滤浓缩液工艺

纳滤膜在化工废水处理过程中扮演的重要角色

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