SBIR Phase I: Hybrid Membranes with Metal-Organic Frameworks for Carbon Dioxide Removal from Natural Gas
SBIR 第一阶段:具有金属有机框架的混合膜用于去除天然气中的二氧化碳
基本信息
- 批准号:1415639
- 负责人:
- 金额:$ 15万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2014
- 资助国家:美国
- 起止时间:2014-07-01 至 2014-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The broader impact/commercial potential of this project is to strengthen the competitive position of membrane companies in the natural gas treatment market. This would also allow users to benefit from the ease of processing and environmental advantages offered by membranes at substantially reduced costs. Natural gas processing to remove carbon dioxide and other contaminants is the largest industrial gas separation application. At present, membrane processes have 10% of the U.S. market of $1.2 billion. Amine absorption technology is the current industry standard. But membranes provide both cost and environmental advantages over amine absorption. The U.S. Energy Information Administration projects a rapid rise in domestic natural gas production over the next two decades. The expanding natural gas market presents a timely opportunity for membrane companies to acquire a greater market share. Today's membranes lose too much methane with the removed carbon dioxide. If more selective membranes could be made, the process would be much more widely used.This Small Business Innovation Research Phase I Project work is targeted at developing advanced membranes for natural gas purification. At the high pressures and high CO2 concentrations in natural gas processing, the CO2/CH4 selectivity of commercial cellulose acetate membranes is 12 to 15. This modest selectivity has limited the application of membranes. Better membranes with higher CO2/CH4 selectivities are required. The objective of the proposed project is to achieve a mixed-gas CO2/CH4 selectivity of 30 and CO2 permeance of 400 gpu, which would be more than twice the levels of separation currently available from cellulose acetate membranes. To achieve this goal, we propose to use polymer/metal-organic framework (MOF) hybrid materials to develop advanced membranes for CO2/CH4 separation. Molecularly tailored MOFs will be added into suitable polymer matrices, to enhance CO2/CH4 diffusivity selectivity or CO2/CH4 solubility selectivity. This project will make thin-film composite membranes using different polymer/MOF combinations and evaluate the CO2/CH4 separation properties. Successful development of polymer/MOF-membranes can significantly reduce operating cost by 30 percent and capital cost by 40 percent. This could be transformative in natural gas processing. The proposed technology can potentially be extended to other applications such as hydrogen/carbon dioxide and olefin/paraffin separations.
该项目的更广泛的影响/商业潜力是增强膜公司在天然气处理市场中的竞争地位。这也将使用户从膜提供的易于处理的易用性和环境优势中受益。清除二氧化碳和其他污染物的天然气加工是最大的工业气体分离应用。目前,膜工艺的美国市场的10%为12亿美元。胺吸收技术是当前的行业标准。但是膜与胺吸收相比提供了成本和环境优势。美国能源信息管理局预计,在未来二十年中,国内天然气生产的迅速增长。不断扩大的天然气市场为膜公司提供了及时获得更大市场份额的机会。当今的膜因去除的二氧化碳而失去了太多的甲烷。如果可以制造出更多选择性的膜,则该过程将被更广泛地使用。此小型企业创新研究阶段I项目工作的目标是开发用于天然气净化的先进膜。在天然气加工的高压和高二氧化碳浓度下,乙酸纤维素膜的CO2/CH4选择性为12至15。这种适度的选择性限制了膜的应用。需要较高的CO2/CH4选择性的更好的膜。拟议项目的目的是实现400 GPU的30和CO2渗透率的混合气体CO2/CH4选择性,这将是目前从乙酸纤维素膜中可用的分离水平的两倍以上。为了实现这一目标,我们建议使用聚合物/金属有机框架(MOF)混合材料来开发用于CO2/CH4分离的晚期膜。分子定制的MOF将添加到合适的聚合物基质中,以增强CO2/CH4扩散率选择性或CO2/CH4溶解度选择性。该项目将使用不同的聚合物/MOF组合制造薄膜复合膜,并评估CO2/CH4分离特性。成功开发聚合物/MOF-MEMBRANES可以将营业成本显着降低30%,资本成本降低40%。这可能在天然气加工中具有变革性。提出的技术可能会扩展到其他应用,例如氢/二氧化碳和烯烃/石蜡分离。
项目成果
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专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
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