金屬銥多孔材料在煉油過(guò)濾中的性能分析

劉文海，梁永仁

（西部寶德科技股份有限公司，陜西 西安 710201）

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的深度研究和不斷發(fā)展，在諸多領(lǐng)域都取得了巨大的成果。其中金屬多孔材料領(lǐng)域更是取得了不小的進(jìn)步，金屬多孔材料在人們的生活中得到了廣泛應(yīng)用。在材料制備技術(shù)方面，多孔材料也開(kāi)始實(shí)施大規(guī)模生產(chǎn)模式，其自身良好的性能使得這一金屬多孔材料在汽車(chē)領(lǐng)域煉油過(guò)濾加以應(yīng)用，基于本文要對(duì)金屬銥多孔材料的煉油過(guò)濾中的性能進(jìn)行分析研究[1]。希望通過(guò)此次研究對(duì)金屬多孔材料的實(shí)際操作起到指導(dǎo)作用。

1 金屬銥過(guò)濾性能分析

1803年有英國(guó)化學(xué)家臺(tái)耐特發(fā)現(xiàn)金屬銥，金屬銥原子序數(shù)77，原子量192.22，在自然界具有兩種同位素，即銥191和銥193[2]，表現(xiàn)為順磁性是一種面心立方晶胞結(jié)構(gòu)的金屬材質(zhì)，化學(xué)性質(zhì)相當(dāng)穩(wěn)定。是自然界中最耐腐蝕的金屬之一，不溶于酸，即在沸騰的王水中也不發(fā)生腐蝕。在高壓反應(yīng)釜中，將王水加熱至250℃，銥開(kāi)始發(fā)生腐蝕，將氫氧化鈉加熱至350℃，金屬銥的腐蝕率不大于0.005mm每年。并且多孔金屬銥即每個(gè)孔洞與周?chē)锥赐耆糸_(kāi)，所以被廣泛應(yīng)用到煉油過(guò)濾中。

多孔材料的煉油過(guò)濾性能由其在過(guò)濾過(guò)程中的截留下應(yīng)該存在的表征現(xiàn)象[3]。根據(jù)金屬多孔材料在煉油過(guò)濾中的截留機(jī)理可知，粉體顆粒的直徑或者較細(xì)粉體團(tuán)聚結(jié)合的顆粒粒徑尺寸大于多孔材料的表面孔徑時(shí)，粉體顆粒被多孔材料截留在其表面。本研究中的金屬銥多孔材料最大孔徑尺寸小于0.46μm，因此大于或等于該孔徑的粉體顆粒都會(huì)以金屬銥多孔材料直接截留的方式被截留在該多孔材料表面。

對(duì)于小于0.5μm的粉體顆粒，在氣體粉體布朗運(yùn)動(dòng)的作用下，主要根據(jù)粉體顆粒的擴(kuò)散沉積理論進(jìn)行截留，粉體顆粒的擴(kuò)散方向由高濃度方向低濃度方向擴(kuò)散，因此，對(duì)于粒徑小于0.46μm的粉體顆粒，在氣體流動(dòng)速度小于或等于5.28m/s時(shí)，金屬銥多孔材料的過(guò)濾效率達(dá)到了100%；但，當(dāng)氣體流動(dòng)速度大于5.28m/s時(shí)，會(huì)有部分粉體顆粒通過(guò)金屬銥多孔材料。此外，粉體粒徑的減小或者空氣流動(dòng)速度的降低都有利于過(guò)濾效率的提高。

金屬銥多孔材料在煉油過(guò)濾方面有幾個(gè)較為重要的階段。首先，在應(yīng)變能力較低的過(guò)程中時(shí)，彈性區(qū)的應(yīng)急力會(huì)極速加大，金屬多孔材料在極速壓縮時(shí)壓縮能量吸收能力取決于壓縮的感應(yīng)應(yīng)急能力，在金屬多孔材料中，金屬銥多孔材料能夠比其他金屬材料的吸附性更強(qiáng)，而金屬多孔材料會(huì)在不同的速度加載過(guò)程中發(fā)生形變模式，具有可塑性[4]。然后就隨著加載速度的增大使其變形模式從X型經(jīng)過(guò)Y型過(guò)渡為V型。在這一過(guò)程中的X型模式的形成試沖擊自身及其反射應(yīng)力共同作用的一個(gè)結(jié)果，當(dāng)速度持續(xù)增大時(shí)，金屬銥多孔材料會(huì)隨著增大形變，近而形成所需要的過(guò)濾液體，達(dá)到最終目的。

2 透油率與阻力分析

金屬銥基于本身的特性，廣泛應(yīng)用于煉油過(guò)濾中，在煉油過(guò)濾中對(duì)于過(guò)濾材質(zhì)的透油性和阻力具有不同的要求，其中透油性和阻力是評(píng)價(jià)煉油過(guò)濾材料性能的有效指標(biāo)，在應(yīng)用多孔金屬材料銥進(jìn)行過(guò)濾時(shí)，其過(guò)濾示意圖如圖1所示。

圖1 多孔銥煉油過(guò)濾示意圖

圖1 中，金屬銥微觀(guān)組織表征為規(guī)則排列的、多孔洞的、疏松的金屬特性，在于多孔垂直方向，原油通過(guò)多孔金屬銥材料，原油中的雜質(zhì)，以及其他大顆粒物品，無(wú)法通過(guò)多孔金屬銥材料，傳統(tǒng)煉油過(guò)濾材料由于長(zhǎng)時(shí)間與油品相互接觸，過(guò)濾材料的孔洞會(huì)發(fā)生腐蝕，以及長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)造成過(guò)濾材料上雜質(zhì)的堆積，金屬銥多孔材料本身具有較高的化學(xué)，穩(wěn)定性，在長(zhǎng)時(shí)間與原油進(jìn)行接觸時(shí)，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在反應(yīng)釜中能夠保證多孔的穩(wěn)定性，同時(shí)利用金屬的高光潔度特性，在過(guò)濾過(guò)程中利用過(guò)濾的紊流現(xiàn)象，將塞集在金屬銥多孔材料上的雜質(zhì)進(jìn)行分離，實(shí)現(xiàn)有效過(guò)濾。

透油率是指應(yīng)用某種過(guò)濾材料在單位時(shí)間內(nèi)能夠有效的過(guò)濾體積數(shù)，與傳統(tǒng)過(guò)濾材質(zhì)不同，金屬銥不僅具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，同時(shí)規(guī)則的空隙間距能夠大幅提升煉油過(guò)濾中的透油性。在煉油過(guò)濾過(guò)程中，通常選用厚度小于0.5mm的過(guò)半衰期金屬銥制成，使其兼顧了過(guò)濾材料的強(qiáng)度，同時(shí)保證了良好的過(guò)濾透油性。防止在過(guò)濾過(guò)程中由于需過(guò)濾質(zhì)量較大，造成過(guò)濾塞集，影響整體過(guò)濾效果。

阻力分析是指，在過(guò)濾過(guò)程中受過(guò)濾材料影響，過(guò)濾所受阻力的大小，其過(guò)濾阻力越小過(guò)濾過(guò)程透油率越高，過(guò)濾能力越強(qiáng)。反之過(guò)濾阻力越大，透油性越小，過(guò)濾能力越弱。

選擇的金屬銥由于本身的金屬特性，以及多孔組織的排序有效性，極大地減小了過(guò)濾阻力，使其在相同厚度下，在煉油過(guò)濾中獲得更小的過(guò)濾率阻力，以保證多孔材料金屬銥在煉油過(guò)濾過(guò)程中，獲取良好的過(guò)濾效果。

3 試驗(yàn)分析

分析得出金屬銥多孔材料在煉油過(guò)濾中的性能更加優(yōu)良，為驗(yàn)證其準(zhǔn)確性進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，通過(guò)以上對(duì)金屬多孔材料的煉油過(guò)濾性能的相關(guān)理論分析可以看出，在不同的參數(shù)影響下，會(huì)有不同的效果產(chǎn)生，對(duì)金屬多孔材料的性能實(shí)驗(yàn)有著重要的影響和作用。首先在金屬銥的煉油過(guò)濾方面，通過(guò)對(duì)過(guò)濾管使用中所受到的阻力狀態(tài)，進(jìn)行了檢測(cè)方法的設(shè)置，具體步驟就是通過(guò)強(qiáng)度計(jì)算公式，公式如下所示：

式中，P表示壓縮力強(qiáng)度，S表示受力面積，F(xiàn)表示順時(shí)壓力。

對(duì)金屬多孔材料的過(guò)濾性能的實(shí)驗(yàn)方面，主要是對(duì)其沒(méi)有破壞性時(shí)的最優(yōu)狀態(tài)，這一過(guò)程中，過(guò)濾性能的好壞就完全影響到最終結(jié)果。接下來(lái)通過(guò)選取國(guó)內(nèi)某家公司煉油過(guò)濾性能分析數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比研究，其中一組為傳統(tǒng)的煉油過(guò)濾性能數(shù)據(jù)，另一組為現(xiàn)代的煉油過(guò)濾性能的數(shù)據(jù)，表1所示。

表1 過(guò)濾性能試驗(yàn)對(duì)比表

通過(guò)上述數(shù)據(jù)可以得知，傳統(tǒng)的煉油過(guò)濾性能對(duì)比現(xiàn)代的煉油過(guò)濾性能較差一些，濾芯厚度對(duì)比中，現(xiàn)代的過(guò)濾性能中的濾芯厚度更薄一些，更有利于過(guò)濾的細(xì)致性，達(dá)到最優(yōu)化?？紫堵实膶?duì)比中，傳統(tǒng)的過(guò)濾更偏向于正方形孔隙濾口，孔隙率變化，小口進(jìn)、大口出流速方向的過(guò)濾效果都會(huì)優(yōu)于大口進(jìn)、小口出的過(guò)濾效果。而現(xiàn)代的煉油過(guò)濾，孔的正三角形分布形式的過(guò)濾效果都會(huì)優(yōu)于正方形分布的形式。過(guò)濾器的體積對(duì)比中，在大多數(shù)情況下，現(xiàn)代金屬過(guò)濾材料孔的過(guò)濾器分布比傳統(tǒng)的過(guò)濾器性能的規(guī)則均勻分布的過(guò)濾效果會(huì)更好一些。

4 總結(jié)

本研究結(jié)合壓縮法對(duì)金屬銥多孔材料的透氣性，密度性和過(guò)濾性能進(jìn)行分析，為金屬多孔材料的過(guò)濾提供一種評(píng)價(jià)過(guò)程，通過(guò)上述對(duì)金屬銥多孔材料的煉油過(guò)濾性能的理論研究，可以得知金屬銥多孔材料在煉油過(guò)濾過(guò)程中性能的優(yōu)勢(shì)所在，金屬銥多孔材料和煉油過(guò)濾性能結(jié)合運(yùn)用，為我國(guó)提供了一定的能源儲(chǔ)備，應(yīng)該加強(qiáng)更深研究，使金屬銥多孔材料在煉油過(guò)濾得到更廣泛的應(yīng)用。