磁分離技術與應用#

1、HUAIHAI INSTITUTE OF TECHNOLOGY分離工程期末論文磁分離技術與應用Magn etic separati on tech no logy andapplicati on學院：專業(yè)班級：化學工程學院化學工程與工藝化工081學生姓名：樊波學號：050811101指導教師：戴衛(wèi)東（副教授）2011年6月期末論文中文摘要磁分離技術與應用摘 要：本文概括的介紹了磁分離技術的研究歷史、現(xiàn)狀、分離原理、工藝流程 以及在化工領域的應用。磁分離技術是一項新興的分離技術， 該技術已經滲透到 各個領域。磁分離技術是利用溶液中各物質的磁敏感性差異， 在外加磁場磁力作 用下分離出目標產物的新技

2、術。隨著強磁場、 高梯度磁場分離技術的問世，該技 術的應用已經從分離強磁性大顆粒到弱磁性小顆粒物質，應經從最初的礦物分選發(fā)展到工業(yè)廢水處理、催化劑回收、抗原的分離等。作為潔凈、節(jié)能的新興技術， 磁分離將顯示巨大的價值。在石油化工行業(yè)，催化劑的節(jié)約就意味著成本的節(jié)約， 然而磁分離技術在FCC廢催化劑回收方面功勛顯著。關鍵詞：磁分離；原理；FCC催化劑回收；基質期末論文外文摘要Magn etic separatio n tech no logy and applicati onAbstract: This paper summarized the mag netic separati on tec

3、h no logy in troduced the research history, present situation, separation principle, process flow and the applicati on in chemical field. Magn etic separati on tech no logy is a new separati on tech niq ue, this tech no logy has pen etrated into every field. Magn etic separati on tech no logy is a n

4、ew tech no logy that it based on differe nt magn etic sen sitivity in the soluti on,un der magn etic field to separate target product. With the appeara nee of strong magn etic field, the high gradie nt magn etic separatio n tech no logy. The applicati on of the tech no logy has from separati on stro

5、 ng magn etic large particles to the weak mag netic small particulate matter, from the origi nal mi neral separati on has bee n to in dustrial wastewater treatme nt, catalyst recovery, the separati on of an tige n and so on. As a clea n, efficie nt emerg ing tech no logy, magn etic separati on will

6、show great value. In petroleum chemical in dustry, the catalyst save means cost sav in gs, however magn etic separati on tech no logy in FCC catalyst recycli ng waste exploits are sig nifica nt.Keywords: The Magnetic separation； theory； The FCC catalysts recycling； matrix磁分離技術1 引言磁化技術是將物質進行磁場處理， 并導致

7、物質的宏觀性質發(fā)生某些變化， 從 而實現(xiàn)某種工程或工藝目的 【1】。液態(tài)物質磁場處理技術的研究工作起始于 60 年 代，近半個世紀來獲得飛速發(fā)展， 給科技進步和社會經濟的發(fā)展注入了新的活力。隨著強磁場、 高梯度磁分離技術的問世， 磁分離技術的應用已經從分離強磁 性大顆粒到去除弱磁性及反磁性的細小顆粒、 從最初的礦物分選、 煤脫硫發(fā)展到 工業(yè)水處理、從磁性與非磁性元素的分離發(fā)展到抗磁性流體均相混合物組分的分 離。2 正文2.1 磁分離技術研究歷史采用超導磁體分離礦石、 煤、高嶺土等固體物質中磁性雜質在國內外已得到 廣泛應用， 但用于廢水分離凈化尚少涉及。 主要原因是對于廢水中的有機、 無機 污染

8、物， 由于這些污染物本身沒有磁性， 靠磁場產生的磁吸引力無法分離。 日本 大阪大學 Nshijima 研究組最早開始超導磁分離污水處理研究，并建立了示范裝 置，用于分離造紙廠污水，分離后污水 COD化學需氧值）可由起始的110mg/L, 降到25mg/L,去除率近80%。他們采用的是預先在污水中添加 Fe3O4,磁種子" 顆粒和聚氯化鋁絮凝劑，絮凝劑將污水中有害物質和Fe3O4磁性顆粒一起絮凝，這樣通過超導磁體吸引分離。盡管分離效果很好，但由于還需加入有機絮凝劑， 沒有完全擺脫因有機絮凝劑的加入帶來的二次污染， 此外超導磁體冷卻采用的是 液氦浸泡冷卻，對于我國，氦資源貧乏，這將導致大

9、規(guī)模應用推廣的限制。而李來鳳的研究卻克服了以上問題，采用等離子有機覆膜技術在Fe3O4磁性 顆粒表面生長帶活性基團的有機薄膜， 這層納米厚度的薄膜可以有效地捕捉污水 中的有機物、無機離子，代替了有機絮凝劑的加入，而且由于有機膜與Fe3O4有很強的結合力，使得這種新型復合 "磁種子"材料可以重復使用，較單純的 Fe3O4磁種子材料有明顯優(yōu)勢【2】。因此開展新型、高效、低成本超導磁分離工業(yè) 廢水處理技術的研究對我國節(jié)能減排具有重要意義， 是未來極具潛在應用價值的 技術。2.2 磁分離技術的現(xiàn)狀從 1993 年開始，洛陽石化總廠、洛陽石化工程公司煉制所和中南工業(yè)大學 合作致力于F

10、CC廢催化劑磁分離技術的開發(fā)，到1995年底，在洛陽石化總廠建 成了我國第一套用于回收利用 FCC廢催化劑的電磁式高梯度磁分離裝置，由于國 內無先例可供參考造成新建的磁分離裝置存在一些事先沒有預計到的技術難題， 在通過攻關解決了存在的技術難題并加強內部溝通爭取各方面支持后，我們于 1999年13月份進行了工業(yè)應用實驗，取得了節(jié)約新鮮催化劑 20%以上的滿意 效果。隨后該裝置一直在的FCC廢催化劑回收利用方面發(fā)揮著積極而且重要的作 用。截止目前，共向催化裝置提供低磁高活性劑 1200余t，僅節(jié)約新鮮催化劑 的直接經濟效益就達到 800多萬元3。技術于 2001年 4 月獲得中國石化集團公 司科技

11、進步獎三等獎，先后取得兩項國家專利，分別是： ZL98 1 10319.7 催化 裂化廢催化劑磁分離機與工藝流程及配套裝置和 ZL 98 2 21637.8 催化裂化廢催 化劑磁分離裝置。1998年石家莊煉油廠與中科院電工所合作進行了永磁輥式 FCC廢催化劑磁 分離技術研究，但沒有達到最終成功。武漢新通創(chuàng)科技有限公司從 1997年開始 研制廢催化劑磁分離技術， 成功地開發(fā)出永磁型磁分離裝置， 于 2000年12月至 2001 年 3 月在濟南煉油廠完成了該技術的工業(yè)應用實驗 4。2.3 磁分離技術分離原理2.3.1 催化裂化廢催化劑磁分離技術工作原理由于原油性質的變重， 為了增加輕質油品的產量

12、， 催化裂化工藝裝置的數量 和加工能力不斷增加。截止 1999 年底，我國煉油原油一次加工能力達到 276 Mt/a，當年實際加工了 176 Mt，我國石油、石化兩大集團的催化裂化加工能力 占原油一次加工能力的 34.5%3 。催化裂化生產過程中， 原料油在與催化劑混合反應時， 原料油中所含的金屬 雜質連同生焦物質在高溫條件下沉積在催化劑粒子上。 在再生過程中， 催化劑粒 子上的焦碳被燒掉， 而金屬雜質保留了下來， 隨著催化劑的不斷循環(huán)使用， 金屬 雜質就在催化劑粒子上積累增加， 從而使催化劑的活性和選擇性下降， 因此為了 保持催化劑具有適當的活性和選擇性， 生產過程中必須不斷向裝置補充新鮮催

13、化 劑并分離出一些已達平衡催化劑。 然而在分離出來的催化劑中含有部分未達平衡 的催化劑， 此部分催化劑仍然含有比較高的活性與選擇性， 如果將這些催化劑分 離出來并重復使用就可達到節(jié)約成本的目的 【5】。實驗顯示： 催化裂化催化劑主要受到鐵、 鎳和釩等金屬雜質污染， 而這些金 屬均具有一定的磁性因此那些使用壽命短的催化劑粒子， 由于鐵、鎳和釩雜質含 量低，磁性就弱；而那些使用壽命長的催化劑粒子， 由于鐵、鎳和釩雜質含量高， 磁性就強。在一定強度的磁場存在下，可以做到使后者吸著，而前者不被吸著， 從而實現(xiàn)兩者的分離，這就是磁分離技術的基本原理 【6】。2.3.2 高梯度磁分離工作原理 7高梯度磁分

14、離器由軛鐵、電磁線圈和裝填不銹鋼毛的分離容器組成。 通電時， 電磁線圈產生電磁場，流過分離器的廢水中的顆粒物在磁場中受到磁力的作用， 被基質鋼毛捕獲。磁力愈強，捕獲顆粒物的可能性愈大。在理論上，顆粒物 所受的磁力（Fm）同磁場強度（H）、磁場梯度（dH/dx）和顆粒物的磁化率（x）和體積 （V）等呈正相關關系，因此，在磁場強度相同的情況下，高梯度磁分離器的分離 能力比常規(guī)磁分離器要高，梯度越高，分離能力越強。所謂磁場梯度是指單位距離內磁場強度的變化。在一定的磁場強度下，梯度 的高低同基質的磁化強度、形狀、直徑、填裝率等有關。纖維狀不銹鋼毛基質磁 化強度高，銳邊多，直徑小，填裝率低（46%），梯

15、度可高達1000高斯/微米， 是普通的小鐵球、齒板、鋼針等基質所不能比擬的。所以，采用鋼毛基質的高梯 度磁分離器可以分離一般磁分離器不能分離的磁化率低、體積小的弱磁性細顆粒 物。此外，鋼毛基質還具有一定的物理和化學穩(wěn)定性，矯頑力小，捕集點多，過 水性能好，是目前公認的最好基質材料。團和高卻區(qū)議分夷界處理工藝巨駛2.4磁分離技術工藝流程2.4.1電磁式磁分離工藝流程1-催化劑原料 2-原料罐 3-閥門 4-進料控制器 5-空氣流量計 6-壓縮風 源 7-磁分離機 8-冷水線 9-熱水線10-冷卻水源 11-整流電源 12-整流 電負極返回 13-直流電正極輸出 14-二次風風斗 15- 一次風風

16、斗 16-給料 器17-清洗風風斗 18-非磁性劑和風 19-磁性劑和風 20-非磁性劑罐 21-由圖19可以看出，裝置采用壓縮風作為催化劑輸送用風和其他工藝用風。 從催化裂化裝置卸出的廢催化劑運到磁分離裝置后，用提升機將其提升到原料罐加料口，經過細篩過濾處理后進入原料罐 2。廢催化劑經過閥門3和進料量調節(jié) 器4,被來自壓縮風源6并經空氣流量計5控制風量后的壓縮風送至磁分離機7的給料器，廢催化劑從給料器進入到園環(huán)形鋼板網位于強磁場 區(qū)的部分，低活性的高磁性催化劑粒子便被吸著在鋼板網上，隨著鋼板網轉動到脫離高磁場區(qū)域被來自一次風風斗的壓縮風吹離鋼板網進入高磁性劑料斗21。而低磁高活性的催化劑粒子

17、不能被強磁場區(qū)的鋼板網吸著，直接被輸送風吹過鋼 板網進入低磁性劑料斗 20。為了控制粉塵污染，低磁性劑和高磁性劑料斗上均 裝有旋風分離器22,從旋風分離器出來的尾風吹入水封除塵器洗去尾風攜帶的 少量粉塵。分離廢催化劑的高強磁場由直流電源11經過磁分離機內部的激磁線圈提供。給裝置提供循環(huán)冷卻水用于不斷除去整流電源和激磁線圈所產生的熱量。低磁高活性劑從罐 20卸出送催化裝置繼續(xù)使用，而高磁低活性劑從罐21卸出并運到指定填埋場10。2.4.2永磁式磁分離工藝流程11試驗型磁分離機的主要性能。項目性能指標最大磁場強度/GS12000最大磁場梯度/GS.cm-112000 X105動力消耗/kW1.7處

18、理能力/t.d-123外型尺寸/mm（長x寬x高）1140 X700 X1820總重量/t0.7該技術于2000年12月至2001年3月在濟南煉油廠進行了工業(yè)應用實驗， 實驗過程共使用了采用實驗室小型永磁型式磁分離機分離出的低磁高活性劑 96t，取得了新鮮催化劑使用量下降、輕油收率增加、焦碳和干氣產率降低的預 期效果。預計在2002年底，武漢新通創(chuàng)科技有限公司的第一套處理能力為6t/d9t/d的工業(yè)化磁分離裝置將在濟南煉油廠安裝投用。原料（廢催化剤'入口+料倉刮叡鬲毎雇墟催址劑箱t平禰劑?調速電機磁輾（主動槍）收集箱團丁去感責聽分離岳來曲工蕓建理示直圖2.5磁分離技術在化工領域中的應用

19、2.5.1乳濁液的分離在磁場作用下，分離兩相乳濁液用帶磁性的萃取劑 D-2EHPA和T BP從水性 介質中提取Cu2+ ,試驗結果顯示，由于磁場作用，這兩個系統(tǒng)的乳濁液分離比 重力場中的分離提高160倍。乳化原油經磁化后脫水速度比未磁化原油脫水速 度一般可快一倍以上，脫水效率高出1/ 31/ 2。此外，用高梯度磁分離技術 還可用于反應觸媒氧化鈷和鎳的分離回收 , 回收率均達 95% 以上。2.5.2 廢水處理 13日本大阪大學和京都工藝纖維大學共同開發(fā)了廢紙造紙廢水處理裝置。 該裝 置是利用超導磁鐵的高磁場、 高梯度、高效率來分離造紙廠廢水中含有的有機成 分和懸浮物質 , 進行水再利用的裝置。

20、在空氣和水等介質中將具有懸浮磁性的微粒子利用磁力分離技術進行磁分 離。對廢水中的懸浮物質（SS和溶解于水的物質賦予磁性（擔磁），利用超導 磁鐵，去除（磁分離技術）廢水中的污染物，達到凈化廢水的目的。2.5.3 稀土元素的萃取分離 磁場處理可以影響組分在萃取相中的分配系數 , 如利用三價稀土離子磁矩的差別 , 在用有機溶劑萃取稀土離子時 , 借助外磁場可提高分離系數 , 有利于 萃取分離的進行。例如,在P350-HNO3體系中萃取稀土元素時,若外加（0. 68 0. 72） T的磁場，除丫3+的分配比有所降低外，其余三價稀土離子的分配比都有 所提高,這樣就使丫3+與Tb、Dy、H0 Er等的分離

21、系數增大,有利于分離過程 的進行。2.5.4 磁性制氧利用空氣中各種元素磁化率的差異 , 可實現(xiàn)磁性制氧。 眾所周知 , 氧是順磁 性物質 , 磁化率為正 , 而空氣中的氮、氫、氬及氦等屬抗磁性元素 , 磁化率為負。 當具有不同磁化率的氣體通過高梯度磁場時 , 順磁性氧被磁化 , 繼而被吸附到 磁場附近 , 而其它抗磁性的未被磁化就已隨氣流離開磁場。 通過一定方式將束縛 于磁場附近的氧取出。 利用幾組制氧單元的串、并聯(lián)組合,加以程序控制系統(tǒng) , 就 可以連續(xù)獲得一定產量的富氧氣。3 總結盡管磁分離技術優(yōu)點顯著， 但是仍然存在一些不好的方面， 比如磁分離技術 處理廢水存在如下的技術難度和局限性：

22、 介質的剩磁使得磁分離設備在系統(tǒng)反 沖洗時，難以把被聚磁介質所吸附的磁性顆粒沖洗干凈， 因而影響著下一周期的 工作效率。 為了提高磁場梯度， 必須選擇高磁飽和度的聚磁介質， 對聚磁介質 的選擇具有一定的技術困難，且增加運行的費用。盡管磁分離技術是一種簡易可行且處理效率高的水處理技術， 由于上述技術 難度和局限性有待繼續(xù)研究克服。因此，在實際應用中影響著它的廣泛應用。參考文獻1】王軍，陳衛(wèi)東 . 磁化技術在化工領域中的應用 J. 天津大學 2000年2】李來鳳 . 超導磁分離技術用于工業(yè)污水凈化處理 J. 科技導報.2009(6) : 61 67.【3】洛陽石化總廠內部技術資料.,FCC廢催化劑磁分離回收技術開發(fā)，19994】范雨潤，樊福生 . 中石化中石油催化裂化協(xié)作組第八屆年會論文 . 催化裂化 催化劑磁分離技術工業(yè)應用研究， 20015】 Tiflin E.johnson et al.1988 NPRA ann