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CO2 分离膜制备技术

成果与项目的背景及主要用途：用于 CO2 分离的膜技术在天然气、沼气的净化，三次采油中的 CO2 回收，密闭空间中的 CO2 脱除以及减轻温室效应等领域有广阔的应用性前景。与传统的 CO2 分离技术相比，膜分离方法具有投资少，能耗低，环境友好，设备简单紧凑、节约空间、高效灵活、易于操作等优点，而且 CO2 浓度越高，膜法分离越经济，即使 CO2 浓度低于 5%，用膜法的费用也仅为吸收法的 64.7%。 18天津大学科技成果选编 19 可以用于脱除酸性气体的膜主要有液膜、无机膜和高分子膜，实际应用中满足气体分离要求的目前只有高分子膜。但普通的高分子膜也存在高的渗透性和选择性不能兼得的缺点。含有固定载体的促进传递膜兼具液膜和普通高分子膜的优势，能同时具有高的分离系数和透过速率，而且稳定性好，是一类很有发展前途的气体分离膜，已引起国际上研究者们的极大关注。技术原理与工艺流程简介：本研究成果合成了几种对 CO2 具有促进传递作用的固定载体膜材料，通过载体与 CO2 的相互作用促进 CO2 在膜内的传递，因而具有较高的渗透选择性。同时由于载体是以化学键固定在高分子上，因此具有很好的稳定性。本成果以自主开发的固定载体膜材料为分离层，以多种材质的超滤膜为基膜，制备了用于 CO2 分离的固定载体复合膜。所研制的复合膜，其 CO2/CH4 透过分离性能处于世界领先水平。技术水平及专利与获奖情况：所制备的固定载体复合膜 CO2/CH4 分离因子可达 100～300，CO2 渗透速率可达 10-6～10-5 cm3(STP)/cm2·s·cmHg。本研究成果共获得发明专利 3 项，分别为： 1. 用于酸性气体分离的固定载体复合膜制备方法（专利号：ZL02148632.8） 2. CO2 气体分离复合膜的制备方法（专利号：01144974.8） 3. 用于分离酸性气体的固定载体复合膜制备方法（专利号：ZL02158530.X）本成果与所在课题组其他成果一起，获 2004 年度天津市自然科学奖一等奖应用前景分析及效益预测：本研究成果所开发的 CO2 分离膜制备技术其经济效益是明显的。首先，采用 CO2 膜分离可以降低我国能源生产的成本。我国目前的天然气产量已经超过 300 亿 m3，若其中的 10%以膜分离方法来进行净化，则需要约 12 万 m2 的膜才能满足需要，与传统方法相比每年可节约 4000 万元。此外，由于可持续发展和环境保护的需要，采用城市生活垃圾和其他工业垃圾生产沼气近年来得到了迅速发展。至今，我国已建设了大中型沼气池 3 万多个，总容积超过 137 万 m3，年产沼气 5.5 亿 m3，采用膜分离技术处理这些沼气也需要大量的 CO2 分离膜。最后，随着海上油气资源的开发以及农业生产中气肥的大量使用，对 CO2 分离膜的需求和产生的效益也很大。天津大学科技成果选编应用领域： 1. 天然气、沼气的净化； 2. 三次采油中的 CO2 回收； 3. 密闭空间中的 CO2 脱除； 4. 农业生产中气肥的使用。该项目需要以下条件： 1. 聚合物合成的相关设备及原料：反应釜，冷却装置等。 2. 复合膜加工设备及原料：涂膜机，干燥器，膜交联设备，交联剂等。 3. 膜组件加工设备及原料。 4. 需要厂房面积大于 1000m2。合作方式及条件：由天津大学提供膜材料合成、复合膜制备、交联等相关技术，由合作方提供厂房、设备、原材料及相关的人员配套。

天津大学 2021-04-11