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        气体膜分离技术的应用

        作者:admin????发布时间:2020-06-24 15:01 ????浏览次数 :


          气体膜分离是一种节能环保的新技术,新型优质膜材料是未来的新发展方向。新型膜材料必须具有高温高性能的特性。
          每组混合气体在压力下通过薄膜以不同的速度传递,达到分离目的。在不同结构的膜中,气体通过膜传递的扩散方法不同,分离机制也不同。目前常见的气体通过膜的分离机制有两种:气体通过多孔膜的微孔扩散机制。第二,气体是通过非多孔膜的溶解-扩散机制。
          微孔扩散
          多孔介质中的气体传递机制包括分子扩散、粘性流动、努森扩散、表面扩散等。由于多孔介质的孔径和内孔表面特性的差异,气体分子与多孔介质的相互作用程度不同,传递特性也不同。
          通过多孔膜的混合气体的输送过程应以分子流动为主,分离过程应尽可能满足以下条件:
          1、多孔膜的微孔孔径应小于混合气体各成分的平均自由路径,通常多孔膜的孔径应在(50~300)10-10m。
          2、混合气体的温度要足够高,压力要尽量低。高低压均可提高气体分子的平均自由路径,避免表面流动和吸附现象。
          溶解-扩散
          气体通过非多孔膜传递的过程通常描述为溶解-扩散机制,气体通过膜的过程可以分为三个阶段:
          1、气体刚吸附在上游表面溶解,是吸入过程;
          2、薄膜上游侧表面溶解气体吸附浓度低的推进膜通扩散是扩散过程;
          3、膜下游侧表面气体解吸是解吸过程。
          一般而言,气体在膜表面的吸入和解吸过程中可以更快地平衡,而气体在膜内部的渗透和扩散过程较慢,是气体通过膜的速度控制阶段。
          膜分离过程中不会发生相变,分离系数大,工作温度能在常温下工作,因此膜分离过程具有节能、高效等特点,是对现有化学分离方法的一大革命。膜分离气体是分离科学发展最快的分支之一,在气体分离领域前途无量。
          膜材料
          气体膜分离技术的核心是膜,膜的特性主要取决于膜材料及成膜过程。气体分离膜的组成材料可以分为高分子材料。无机材料;有机、无机集成材料。气体膜分离技术发展到今天,膜组件及装置的研究越来越完善,但膜开发仍具有相当的潜力。
          聚合物薄膜材料
          主要包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚砜(PSF)、醋酸纤维素(CA)、乙基纤维素(EA)和聚碳酸酯(PC)。研究结果表明,大部分聚合物具有渗透性和选择性相反的关系,即渗透性高,选择性低,反之,选择性高,渗透性差。因此,对于聚合物材料来说,突破选择性和渗透性之间的上限关系成为研究的热点??朔叻肿硬牧系哪透呶滦院突Ц吹娜醯阋不私改甑氖奔渚埘Q前?PI)
          具有透气性选择性、机械强度、耐化学性介质和高吞吐量的自支撑型不对称中空纤维等特点。日本宇部兴产业链该公司的产品目前用于天然气中CO2处理、H2回收、NH3、H2S、SO2、H2O、有机蒸汽等工序。
          硅膜材料
          耐热、不连续性、电弧电阻、松散结构、无机物、半有机结构的聚合物与其他合成高分子材料相比具有多种非常独特的特性。实用化或优秀的气体分离膜现在被大量开发。这也是膜材料研发的热点。
          无机膜材料
          无机膜材料开发始于20世纪40年代,80年代中期取得了突破。由于无机材料的独特物理和化学特性,具有聚合物不能很好地工作的高温和腐蚀性分离方面的专业知识。无机膜包括陶瓷膜、微孔玻璃、金属膜和碳分子筛膜。无机膜的材料组成一般为Al2O3、TiO2、SiO2、c、SiC等。但是无机膜目前在气体分离过程中处于实验室水平。
          集成胶片材料
          用于气体分离的聚合物薄膜具有选择性高、耐高温、腐蚀的缺点。无机陶瓷膜在高温和腐蚀性分离过程中具有独特的物理和化学特性,但选择性较差。两者结合收藏,可以在高温腐蚀环境下分离气体。这种聚合物/陶瓷复合膜的结构是以高温高分子材料为分离层,陶瓷膜为支撑层,优化了聚合物的良好分离性能和陶瓷膜的良好热、化学、机械稳定性。
          工业应用
          氢的分离和回收:
          这是目前应用面最广、设备销售最多的领域之一,已经广泛应用于氨产业、炼油产业、石油化工领域。
          1、氨排放H2分离回收。以1000t/d的合成氨厂为例,每天可以多生产50多t氨。
          2、炼油工业尾气H2的分离回收。公司采用膜、低温和变压吸附法回收炼厂气的H2,经济比较结果表明,膜投资成本仅为其他两种方法的50%~70%。
          3、石化工业合成气调节。广泛用于石油化学和冶金的合成气是H2和CO的混合物,合成产物是化学原料,例如甲醇、乙酸、乙二醇、乙醇。膜法可以有效地调整合成塔中H2/CO的比例,获得所需的化学原料。
          氢的分离和回收:
          膜分离技术在空气分离三大技术(低温方法、变压吸附方法、膜方法)中具有最大的发展潜力。1、氮丰富。高浓度氮可以广泛用于油田第三次生产、食品保存、医药产业、惰性气氛?;さ?。在相同生产率下,95%富含氮的制造方法、膜和PSA方法成本大体相同,但前者设备投资成本比后者低25%。超纯水氮的制备,膜方法不如其他分离技术(如PSA方法)。
          2、富含氧气。主要用于26 ~ 30%的富氧浓度和40%的富氧浓度的高温燃烧节能和健康管理目的。与低温及变压吸附相比,具有简单的设备、方便操作、安全操作、快速启动等特点。如果氧气质量分数约为30%,大小小于15000m3/h,膜投资、维护和运行成本的总和仅为低温和变压吸附法的2/3~3/4,能量消耗比它们低30%以上,规模越小越经济。
          膜富氧装置最初用于制氧机的改造,可以提高氧气产能25%~50%,提高氧气浓度,将综合投资减少2%~3%。
          酸性气体的分离和回收:
          酸性气体主要是指天然气中包含的CO2,H2S等成分。这种成分不仅对产品质量有影响,还会融化在天然气加工过程中产生的凝结水,形成酸,严重腐蚀设备和线路。比较好的方法是利用固体脱硫、膜脱co2、脱水集成工艺充分发挥各技术的优点。
          另一方面,膜技术在CO2回收方面也起着重要作用。油田高压注入CO2第三生产工艺的原油从油井出来后,80%的CO2包含在相关废物中,分离回收后,必须浓缩到95%以上,重新注入油井再利用。烟筒CO2浓缩等。
          气体除湿:
          空气的除湿。在空气除湿方面,日本的优步公司和美国的孟山都孟山都孟山都公司分别开发了膜空气干燥器。工业气体脱湿。美国、日本、加拿大等在20世纪80年代开发了这项技术,目前正在实现产业应用。我国在90年代开始开发,在天然气膜净化领域已经取得了成功。
          有机蒸汽分离和回收:
          石油化工行业在生产中产生大量有机蒸汽,直接排放会造成环境污染,危害人体健康,必须回收利用。传统的冷凝法和木炭吸附法能耗高,容易造成二次污染。膜技术易于操作,效率高,具有节能的优点。
          合并过程:
          近年来在膜分离技术开发中出现的新技术代表了未来气体膜分离技术的发展方向,通过使用膜分离技术与其他技术集成,各所长可以获得最佳分离效果,最佳经济效益。
          目前在气体分离过程中已经出现的集成过程主要是:
          1、薄膜和PSA结合;2、膜和低温系统结合;
          3、膜和催化装置结合;
          4、膜和吸收装置。
          在气体膜分离技术产业化中,气体膜分离技术的最终实现,气体膜分离工作的便利性,简单的装置,高效率。被认为是最有前途的高科技。

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