金屬銥多孔材料在煉油過濾中的性能分析

劉文海，梁永仁

（西部寶德科技股份有限公司，陜西 西安 710201）

隨著我國科學技術的深度研究和不斷發展，在諸多領域都取得了巨大的成果。其中金屬多孔材料領域更是取得了不小的進步，金屬多孔材料在人們的生活中得到了廣泛應用。在材料制備技術方面，多孔材料也開始實施大規模生產模式，其自身良好的性能使得這一金屬多孔材料在汽車領域煉油過濾加以應用，基于本文要對金屬銥多孔材料的煉油過濾中的性能進行分析研究[1]。希望通過此次研究對金屬多孔材料的實際操作起到指導作用。

1 金屬銥過濾性能分析

1803年有英國化學家臺耐特發現金屬銥，金屬銥原子序數77，原子量192.22，在自然界具有兩種同位素，即銥191和銥193[2]，表現為順磁性是一種面心立方晶胞結構的金屬材質，化學性質相當穩定。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生腐蝕。在高壓反應釜中，將王水加熱至250℃，銥開始發生腐蝕，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孔洞與周圍孔洞完全隔開，所以被廣泛應用到煉油過濾中。

多孔材料的煉油過濾性能由其在過濾過程中的截留下應該存在的表征現象[3]。根據金屬多孔材料在煉油過濾中的截留機理可知，粉體顆粒的直徑或者較細粉體團聚結合的顆粒粒徑尺寸大于多孔材料的表面孔徑時，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。

對于小于0.5μm的粉體顆粒，在氣體粉體布朗運動的作用下，主要根據粉體顆粒的擴散沉積理論進行截留，粉體顆粒的擴散方向由高濃度方向低濃度方向擴散，因此，對于粒徑小于0.46μm的粉體顆粒，在氣體流動速度小于或等于5.28m/s時，金屬銥多孔材料的過濾效率達到了100%；但，當氣體流動速度大于5.28m/s時，會有部分粉體顆粒通過金屬銥多孔材料。此外，粉體粒徑的減小或者空氣流動速度的降低都有利于過濾效率的提高。

金屬銥多孔材料在煉油過濾方面有幾個較為重要的階段。首先，在應變能力較低的過程中時，彈性區的應急力會極速加大，金屬多孔材料在極速壓縮時壓縮能量吸收能力取決于壓縮的感應應急能力，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，而金屬多孔材料會在不同的速度加載過程中發生形變模式，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型經過Y型過渡為V型。在這一過程中的X型模式的形成試沖擊自身及其反射應力共同作用的一個結果，當速度持續增大時，金屬銥多孔材料會隨著增大形變，近而形成所需要的過濾液體，達到最終目的。

2 透油率與阻力分析

金屬銥基于本身的特性，廣泛應用于煉油過濾中，在煉油過濾中對于過濾材質的透油性和阻力具有不同的要求，其中透油性和阻力是評價煉油過濾材料性能的有效指標，在應用多孔金屬材料銥進行過濾時，其過濾示意圖如圖1所示。

圖1 多孔銥煉油過濾示意圖

圖1 中，金屬銥微觀組織表征為規則排列的、多孔洞的、疏松的金屬特性，在于多孔垂直方向，原油通過多孔金屬銥材料，原油中的雜質，以及其他大顆粒物品，無法通過多孔金屬銥材料，傳統煉油過濾材料由于長時間與油品相互接觸，過濾材料的孔洞會發生腐蝕，以及長時間使用會造成過濾材料上雜質的堆積，金屬銥多孔材料本身具有較高的化學，穩定性，在長時間與原油進行接觸時，不發生化學反應，在反應釜中能夠保證多孔的穩定性，同時利用金屬的高光潔度特性，在過濾過程中利用過濾的紊流現象，將塞集在金屬銥多孔材料上的雜質進行分離，實現有效過濾。

透油率是指應用某種過濾材料在單位時間內能夠有效的過濾體積數，與傳統過濾材質不同，金屬銥不僅具有較高的化學穩定性，同時規則的空隙間距能夠大幅提升煉油過濾中的透油性。在煉油過濾過程中，通常選用厚度小于0.5mm的過半衰期金屬銥制成，使其兼顧了過濾材料的強度，同時保證了良好的過濾透油性。防止在過濾過程中由于需過濾質量較大，造成過濾塞集，影響整體過濾效果。

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

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，極大地減小了過濾阻力，使其在相同厚度下，在煉油過濾中獲得更小的過濾率阻力，以保證多孔材料金屬銥在煉油過濾過程中，獲取良好的過濾效果。

3 試驗分析

分析得出金屬銥多孔材料在煉油過濾中的性能更加優良，為驗證其準確性進行試驗驗證，通過以上對金屬多孔材料的煉油過濾性能的相關理論分析可以看出，在不同的參數影響下，會有不同的效果產生，對金屬多孔材料的性能實驗有著重要的影響和作用。首先在金屬銥的煉油過濾方面，通過對過濾管使用中所受到的阻力狀態，進行了檢測方法的設置，具體步驟就是通過強度計算公式，公式如下所示：

式中，P表示壓縮力強度，S表示受力面積，F表示順時壓力。

對金屬多孔材料的過濾性能的實驗方面，主要是對其沒有破壞性時的最優狀態，這一過程中，過濾性能的好壞就完全影響到最終結果。接下來通過選取國內某家公司煉油過濾性能分析數據進行對比研究，其中一組為傳統的煉油過濾性能數據，另一組為現代的煉油過濾性能的數據，表1所示。

表1 過濾性能試驗對比表

通過上述數據可以得知，傳統的煉油過濾性能對比現代的煉油過濾性能較差一些，濾芯厚度對比中，現代的過濾性能中的濾芯厚度更薄一些，更有利于過濾的細致性，達到最優化。孔隙率的對比中，傳統的過濾更偏向于正方形孔隙濾口，孔隙率變化，小口進、大口出流速方向的過濾效果都會優于大口進、小口出的過濾效果。而現代的煉油過濾，孔的正三角形分布形式的過濾效果都會優于正方形分布的形式。過濾器的體積對比中，在大多數情況下，現代金屬過濾材料孔的過濾器分布比傳統的過濾器性能的規則均勻分布的過濾效果會更好一些。

4 總結

本研究結合壓縮法對金屬銥多孔材料的透氣性，密度性和過濾性能進行分析，為金屬多孔材料的過濾提供一種評價過程，通過上述對金屬銥多孔材料的煉油過濾性能的理論研究，可以得知金屬銥多孔材料在煉油過濾過程中性能的優勢所在，金屬銥多孔材料和煉油過濾性能結合運用，為我國提供了一定的能源儲備，應該加強更深研究，使金屬銥多孔材料在煉油過濾得到更廣泛的應用。