膜法汽油脱硫技术是一种新型汽油脱硫技术,具有投资和操作费用低、可进行模块化设计,易于放大扩容和建造等优点,当前倍受石油化工界的广泛关注。而在国内至今很少见到相关的应用报道,对复合膜传质理论的研究论文也不多。因此深入研究渗透蒸发过程的传质机理,并在此基础上制备具有自主知识产权的、高通量和高选择性的膜以推进膜法汽油脱硫技术的工业化应用,具有重要的理论和实际意义。本研究研制了以聚偏氟乙烯(PVDF)为底膜、交联的羟乙基纤维素(HEC)为表面活性层的复合膜。讨论了HEC的特性粘度、交联剂种类、交联剂含量、料液种类、料液温度和溶剂挥发时间对HEC复合膜活性层渗透蒸发性能的影响,确定了制备复合膜活性层的适宜配方和操作条件。用FTIR对交联HEC膜的结构进行表征,结果表明,HEC膜内存在交联反应,各种丙烯酸酯类化合物和HEC反应后生成类似的交联基团,交联剂含量增加,交联密度增加。制备的高性能交联HEC膜对模型汽油、高硫FCC汽油和低硫FCC汽油的硫富集因子分别达到26,3.57和5.87;渗透通量分别为0.130,0.600和0.267 kg·m-2·h-1。25°C下典型汽油组分正庚烷、环己烷、环己烯、甲苯和噻吩在不同交联度的交联HEC膜内的吸附行为表明:正庚烷和环己烷在膜内是典型的非Fick扩散,环己烯、甲苯和噻吩在膜内是典型的Fick扩散。交联度增加基本不改变汽油组分在膜内的扩散方式,而仅降低汽油组分在膜内的溶解度和扩散系数。研究了聚合物浓度、添加剂浓度和溶剂挥发时间对PVDF底膜结构的影响。根据正交实验,聚合物浓度、添加剂含量和挥发时间对PVDF底膜结构和性能的影响显著程度降低。在自制底膜上涂覆HEC溶液制成复合膜,根据复合膜的渗透汽化性能获得了PVDF底膜的适宜配方和制备条件为:聚合物浓度12.72%,添加剂的质量分数1.969%,挥发时间5 s,此时汽油组分在底膜内的传质阻力最小。通过聚合物浓度和添加剂质量分数对PV性能的影响可以看出,当聚合物浓度小于12.72%,或者添加剂质量分数小于1.959%时,汽油中的烃组分在PVDF底膜内的传质过程中易发生毛细凝结。评估了UNIFAC-FV模型、UNIFAC-ZM模型和Entropic-FV模型对正庚烷/噻吩/HEC体系溶解行为的预测能力,在硫含量不大于4000μg·g-1时,UNIFAC-FV模型预测精度最好。利用基于自由体积理论的Vrentas-Duda扩散模型计算了25、40、60°C下正庚烷、噻吩在HEC膜中的扩散系数,结果表明在40、60°C时计算值和实验值符合性较好。说明采用UNIFAC-FV模型和Vrentas-Duda模型预测小分子在聚合物中的溶解扩散行为是一种可行性较高的研究方法。分别用UNIFAC-FV和Vrentas-Duda模型计算了正庚烷、噻吩在液相-HEC膜相(复合膜活性层)内的分配系数和溶剂在HEC内的扩散系数,又用UNIFAC-FV模型计算了正庚烷和噻吩在PVDF底膜内的亨利常数。利用计算得到的分配系数、扩散系数和亨利常数估算了溶剂分子在活性层和底膜内的传质阻力。根据串联阻力模型,分析了温度、料液硫质量分数、活性层厚度、底膜厚度对正庚烷、噻吩在复合膜内传质阻力的影响。温度和料液硫质量分数对底膜内传质阻力占总传质阻力的比值影响不明显。活性层厚度对噻吩的传质情况影响较大而对正庚烷的影响较小;在活性层厚度较小时,底膜厚度对正庚烷、噻吩在复合膜内传质情况有显著影响,随活性层厚度增加,影响明显减小。底膜孔径不同,汽油组分在底膜内的扩散方式不同。