气体膜分离技术应用

气体膜分离技术应用简介贺高红教授博导Telmail:hgaohong@2021/5/91精馏吸收恒沸精馏L-L萃取吸附结晶离子交换膜分离色谱分离液膜超临界萃取成熟度应用广度2021/5/92氧气-氮气的分离CompressedAirN2-enrichedairO2-enrichedairMembrane2021/5/93海水脱盐HighpressureSeawaterPotablewaterConcentratedseawaterMembrane2021/5/94膜分离与其他分离过程相比的优点：节能投资少易于安装、易于移动（撬装体）操作简单重量轻、占地少不需加入其他组分，无污染操作易于调节（无液泛、漏液、夹带等）2021/5/95Classificationofmembrane/byshapeHollowfiber中空纤维Tubular卷式Sheet平板2021/5/96中空纤维膜分离器芯件2021/5/972021/5/98

对称膜不对称膜2021/5/992021/5/910

中空纤维膜断面断面放大照片

2021/5/9112021/5/912

DrivingforcePressure,concentrationandElectricfieldgradientFastcomponentSlowcomponent膜分离的机理2021/5/913

ConcentratedFeedH2OH2OH2OH2OMgClFe++HCO3CaSO4Na+++++

MembranePressureH2OH2OH2OH2OH2OH2OPotablewater2021/5/9142021/5/9152021/5/916umARELATIVESIZEOFCOMMONMATERIAL过滤对象MOLECULARWEIGHT分子量0.001100.011000.110001.01041010510010001061071002005,00020,000150,000500,000Aqueoussalts中水盐份Metalions金属离子Sugars蔗糖FILTRATIONTECHNO-LOGY过滤方法Pyrogens热源Virus病毒Colloidalsilica胶体硅Albuminprotein白蛋白Bacteria细菌Carbonblack碳黑Paintpigment颜料色素Yeastcells酵母Milledflour面粉Beachsand海滩沙砾Pollens花粉RO反渗透Ultrafiltration超滤Microfiltration微滤Particle

filtration一般过滤THEFILTRATIONSPECTRUM过滤谱图NF纳滤2021/5/917RO,NF,UF,MF2021/5/918膜技术的应用分离RONFUFMFEDGSPVDMCLM控制释放药物化肥农药膜反应器催化膜反应器酶膜反应器生物膜反应器移植免疫隔离能量转换电池隔膜燃料电池膜2021/5/919控制释放2021/5/920控制释放治疗糖尿病方法

智能方法分子门（MolecularGates）

在PH值小的时候会收缩，从而使聚合物分子之间产生空隙，从而释放更多的胰岛素。当PH值变大时，这种材料又会膨胀，从而使堵塞空隙，这时释放的胰岛素就相应的减少。

这种聚合物在治疗中起到了一个无需人操纵的生物自动开关PH2021/5/92150℃，俯视溶剂：水（中性）25℃，平视25℃，俯视70℃，俯视70℃，平视温敏水凝胶2021/5/922PH=11.0PH=6.8PH=3.0备注：操作温度为25℃pH敏感水凝胶2021/5/923微囊化牛肾上腺髓质嗜铬细胞移植治疗MPTP诱发偏侧巴金森样猴

移植前移植后左手不能抓食左手能抓食脑内DA含量升高2021/5/9242021/5/9252021/5/9262021/5/9272021/5/928可用？高增长低增长透析微滤超滤反渗透电渗析控制释放气体分离渗透汽化双极膜液膜膜反应器闸膜促进传递探索中发展中成熟中衰退销售额2021/5/929气体膜分离的应用2021/5/930在以下几个方面已经有了大规模的应用：氢气的分离和回收空气分离酸性气体分离气体脱湿有机蒸汽回收2021/5/931氢气的分离和回收合成氨尾气氢回收炼厂气氢回收甲醇尾气氢回收合成气调比2021/5/932合成氨尾气氢回收2021/5/933合成氨尾气氢回收根据统计结果，不但可增产氨3%～4%,而且使吨氨电耗下降了50度以上我国从80年代初,先后引进了14套膜分离装置。自1988年起,国产化的膜分离器,先后为国内外200多家百家化肥厂提供了膜分离合成氨尾气氢回收装置。国产化的意义重大，价格合理，得到国外更先进的技术。2021/5/934炼厂气氢回收膜分离技术回收炼厂气中氢气的最大工业装置于1988年在英国伏利炼厂投产从加氢裂化装置排放气中回收氢气采用美国空气产品公司的醋酸纤维素膜处理量为64900m3/h，回收率90%，氢浓度超过95%2021/5/9352021/5/936炼厂气氢回收2002年，中石化镇海炼油化工股份有限公司实现了炼厂气低压氢膜回收装置的第一次国产化。处理量为14000m3/h。氢回收率高于87%

，氢浓度超过92%。金陵石化连续实施了三套炼厂气氢回收装置，处理量依次为2000m3/h，8000m3/h，10000m3/h。2021/5/937镇海炼化裂化干气PSA解吸气氢气提浓装置2021/5/938金陵石化脱硫干气氢回收装置2021/5/939金陵石化重整还原氢提浓装置2021/5/940甲醇尾气氢回收美国首先把膜分离技术用于从甲醇放空气中回收氢气，H2/CO一个以天然气为原料,年产30万t甲醇的厂家,放空气量为7500Nm3/h,膜分离回收设备投用后,效益显著使甲醇增产2.5%;天然气费用节省23%.2021/5/941合成气调比2021/5/942合成气调比2021/5/943气体膜分离的发展现状及优点在以下几个方面已经有了大规模的应用：氢气的分离和回收空气分离酸性气体分离脱湿有机蒸汽回收2021/5/944空气分离(25-45%)2021/5/945O2/N2分离2021/5/946H20CO2O2AirNitrogen空气膜分离器富氧空气流空气人口氮气出口中空纤维丝Ar2021/5/947不同技术制取富氧气体的最佳使用范围2021/5/948膜法富氧与深冷、变压吸附法相比,具有设备简单、操作方便、安全、启动快、规模灵活、无环境污染等特点。当氧气质量分数在30%左右,规模小于15000m3/h时,膜法投资、维修及操作费用之和仅为深冷法和变压吸附法的2/3到3/4,能耗比其他两种方法低30%以上,且规模越小,膜法越经济。2021/5/949膜法富氧制取35%富氧空气的费用比较10t/d2021/5/950富氧浓度与火焰温度的关系

2021/5/951图7-29富氧浓度与排出废气容积比的关系

2021/5/952富氧助燃----节能、环保氧气浓度提高几个百分点，节能效果就非常明显2021/5/953从空气中制取富氮气不同技术制取富氮气体的作用范围

2021/5/954富氮空气的应用2021/5/955气体置换包装的实例2021/5/956苹果应用氮气控制气氛保存的结果2021/5/957气调贮藏的效果2021/5/958膜法空气富氮技术成熟--AirProducts、法液空、MGGeneron成型产品在中小规模（产气量1000Nm3/h）和非高浓氮(<99%)的市场极具经济性（能耗0.4kWh/Nm3

）流程简单、占地少2021/5/959SSOPTIONAL氮气罐

监测仪氧分仪氮气到用户膜分离器蒸发器液氮罐排空气流加热器排放液F空气罐空压机基本流程2021/5/960

变压吸附法与膜分离制氮基本参数比较

变压吸附法膜分离法

耗电Kw/Nm30.3～0.6(平均)0.4～0.8(平均)

氮产量Nm3/h<200010～3000

压力MPa0.6～0.70.8～1.2

不宜储存氮气可用储罐储存氮气

启动时间30分10分

维修量 切换阀门多,动作频繁,无活动部件,

有一定故障率和维修量 甚少维修和保养

介质寿命分子筛粉化现象较多. 10年以上

机械噪音由于电磁阀门多且频繁由于是静态分离，切换,运动噪声较大膜系统几乎无噪声

工艺流程 复杂,前处理要求严格简单，前处理简单,

产品氮气需再过滤产品氮气无需处理

设备状态 只能固定固定,移动式

占地面积 中等较小

氮气产量增容 困难容易

2021/5/961富氮车2021/5/962成本估算96%的200Nm3/h氮气：膜组件PLC控制器空气过滤器加热器至50oC背压阀估计总价90万元左右

2021/5/963膜产气量和纯度可以任意调节

系统型号一定，纯度愈高，产气量则低；入口空气压力愈高，产气量则高Model

Flow Flow at99.9%Purity at95%PurityM1000 2Nm3/h 8Nm3/hM2000 2-10Nm3/h 45Nm3/hM3000 15Nm3/h 58Nm3/hG5000 20-350Nm3/h 100-1800Nm3/hM6000 20-250Nm3/h 100-1300Nm3/h2021/5/964在以下几个方面已经有了大规模的应用：氢气的分离和回收空气分离酸性气体分离脱湿有机蒸汽回收2021/5/965水蒸气的脱除

压缩空气脱湿

压缩空气脱湿方法比较

2021/5/966玻璃态高分子膜C1C2溶解解吸P1P2聚合物膜扩散易透过难透过H2OH2HeCO2O2ArCOCH4N22021/5/967玻璃态和橡胶态高聚物的特征对比2021/5/968橡胶态高分子膜N2110100-200-150-100-50050O2CH4C2H6CO2C3H8n-C4H10n-C5H12沸点（℃）ArH2O膜的选择性相对于N22021/5/969C5C4C3C2CH4O2N2易透过难透过相关气体在橡胶态分离膜上的透过率2021/5/970有机蒸气分离原理VOC/N2尾气N2-rich渗透气VOC-rich膜具有高选择性的分离层耐溶剂的支撑层分离层原料气2021/5/971膜法回收有机蒸气示意图气柜驰放气压缩冷凝器尾气富集有机蒸气循环流渗透气2021/5/972膜法回收有机蒸气德国GKSS公司采用平板膜板框组件开发出了用于储油罐和汽车加油站的有机蒸气MTR日本日东电工2021/5/973

采用蒸气回收技术处理废气中VOCs的工业应用

2021/5/974膜法回收有机蒸气1998年,在吉化公司，用膜分离进行了聚乙烯生产过程中排放的乙烯和丁烯单体的回收,取得了很好的结果.处理气量60～80Nm3/h,其中C=2

和C=4

的体积分数为10%～15%.过去是送火炬烧掉,浪费大膜回收，乙烯和丁烯都被浓缩了2～3倍,平均回收率约为70%～80%经济效果十分显著。据吉化公司估算,仅丁烯每年的回收量就价值80～100万元,而这套装置投资仅为30万元.2021/5/975聚丙烯过程中丙烯单体和氮气的回收2021/5/976回收氯甲烷工艺流程说明2021/5/977吉林石化氯甲烷膜法回收装置（2002年）2021/5/978罐区有机蒸汽膜分离回收方案2021/5/979常熟三爱富有机蒸汽回收2021/5/9