氣體膜分離技術應用簡介中石油培訓090730.pptx

1、氣體膜分離技術應用簡介賀高紅 教授 博導大連理工大學 研究生院 副院長大連理工大學膜科學與技術研發(fā)中心 主任Tel: Email: 1氧氣-氮氣的分離Compressed AirN2-enriched airO2-enriched airMembrane2海 水 脫 鹽High pressure SeawaterPotable waterConcentrated seawaterMembrane3膜分離與其他分離過程相比的優(yōu)點：節(jié)能投資少易于安裝、易于移動（撬裝體）操作簡單重量輕、占地少不需加入其他組分，無污染操作易于調(diào)節(jié)（無液泛、漏液、夾帶等）4Classification of membr

2、ane/ by shapeHollow fiber中空纖維Tubular卷式Sheet平板5中空纖維膜分離器芯件67 對稱膜 不對稱膜89 中空纖維膜斷面 斷面放大照片 1011 Driving forcePressure, concentration and Electric field gradientFast componentSlow component膜分離的機理12 ConcentratedFeedH2OH2OH2OH2OMgClFe+HCO3CaSO4Na+ MembranePressureH2OH2OH2OH2OH2OH2O Potable water131415umARELA

3、TIVESIZE OFCOMMONMATERIAL過濾對象MOLECULARWEIGHT分子量0.001100.011000.110001.01041010510010001061071002005,00020,000150,000500,000Aqueous salts中水鹽份Metal ions金屬離子Sugars蔗糖FILTRATIONTECHNO-LOGY過濾方法Pyrogens熱源Virus病毒Colloidal silica膠體硅Albumin protein白蛋白Bacteria細菌Carbon black碳黑Paint pigment顏料色素Yeast cells酵母Mille

4、d flour面粉Beach sand海灘沙礫Pollens花粉RO反滲透Ultrafiltration 超濾Microfiltration微濾Particle filtration一般過濾THE FILTRATION SPECTRUM 過濾譜圖NF 納濾16RO,NF,UF,MF17膜技術的應用分離RONFUFMFEDGSPVDMCLM控制釋放藥物化肥農(nóng)藥膜反應器催化膜反應器酶膜反應器生物膜反應器移植免疫隔離能量轉換電池隔膜燃料電池膜18控制釋放19控 制 釋 放 治 療 糖 尿 病 方 法 智能方法分子門（Molecular Gates） 在PH值小的時候會收縮，從而使聚合物分子之間產(chǎn)生空

5、隙，從而釋放更多的胰島素。 當PH值變大時，這種材料又會膨脹，從而使堵塞空隙，這時釋放的胰島素就相應的減少。 這種聚合物在治療中起到了一個無需人操縱的生物自動開關 PH2050，俯視溶劑：水（中性）25，平視25，俯視70，俯視70，平視溫敏水凝膠21PH=11.0PH=6.8PH=3.0備注：操作溫度為25pH敏感水凝膠22微囊化牛腎上腺髓質嗜鉻細胞移植治療MPTP誘發(fā)偏側巴金森樣猴 移植前 移植后左手不能抓食 左手能抓食 腦內(nèi)DA含量升高2324252627可用？高增長低增長透析微濾超濾反滲透電滲析控制釋放氣體分離滲透汽化雙極膜液膜膜反應器閘膜促進傳遞探索中發(fā)展中成熟中衰退銷售額28氣體膜

6、分離的應用29在以下幾個方面已經(jīng)有了大規(guī)模的應用：氫氣的分離和回收空氣分離酸性氣體分離氣體脫濕有機蒸汽回收30氫氣的分離和回收合成氨尾氣氫回收煉廠氣氫回收甲醇尾氣氫回收合成氣調(diào)比31合成氨尾氣氫回收32合成氨尾氣氫回收根據(jù)統(tǒng)計結果，不但可增產(chǎn)氨3 %4 % ,而且使噸氨電耗下降了50 度以上我國從80 年代初,先后引進了14 套膜分離裝置。自1988 年起,國產(chǎn)化的膜分離器,先后為國內(nèi)外200多家百家化肥廠提供了膜分離合成氨尾氣氫回收裝置。國產(chǎn)化的意義重大，價格合理，得到國外更先進的技術。33煉廠氣氫回收膜分離技術回收煉廠氣中氫氣的最大工業(yè)裝置于1988 年在英國伏利煉廠投產(chǎn)從加氫裂化裝置排放

7、氣中回收氫氣采用美國空氣產(chǎn)品公司的醋酸纖維素膜處理量為64 900 m3/ h，回收率90 % ，氫濃度超過95 %3435煉廠氣氫回收2002年，中石化鎮(zhèn)海煉油化工股份有限公司實現(xiàn)了煉廠氣低壓氫膜回收裝置的第一次國產(chǎn)化。處理量為14 000 m3/ h。氫回收率高于87% ，氫濃度超過92 %。金陵石化連續(xù)實施了三套煉廠氣氫回收裝置，處理量依次為2000 m3/ h，8000 m3/ h，10 000 m3/ h。36鎮(zhèn)海煉化裂化干氣PSA解吸氣氫氣提濃裝置37金陵石化脫硫干氣氫回收裝置38金陵石化重整還原氫提濃裝置39甲醇尾氣氫回收美國首先把膜分離技術用于從甲醇放空氣中回收氫氣，H2/CO

8、一個以天然氣為原料,年產(chǎn)30 萬t甲醇的廠家,放空氣量為7 500 Nm3/ h ,膜分離回收設備投用后,效益顯著使甲醇增產(chǎn)2. 5 %; 天然氣費用節(jié)省23 %.40合成氣調(diào)比41合成氣調(diào)比42氣體膜分離的發(fā)展現(xiàn)狀及優(yōu)點在以下幾個方面已經(jīng)有了大規(guī)模的應用：氫氣的分離和回收空氣分離酸性氣體分離脫濕有機蒸汽回收43空氣分離(25-45%)44O2/N2分離45H20CO2O2AirNitrogen空氣膜分離器富氧空氣流空氣人口氮氣出口中空纖維絲Ar46不同技術制取富氧氣體的最佳使用范圍47膜法富氧與深冷、變壓吸附法相比, 具有設備簡單、操作方便、安全、啟動快、規(guī)模靈活、無環(huán)境污染等特點。當氧氣質

9、量分數(shù)在30% 左右, 規(guī)模小于15000 m 3/h 時, 膜法投資、維修及操作費用之和僅為深冷法和變壓吸附法的2/3 到3/4, 能耗比其他兩種方法低30% 以上, 且規(guī)模越小, 膜法越經(jīng)濟。48膜法富氧A/G Technology MembranesPSA安裝設備投資($)288552花費（$/d）膜替換38耗能86131耗資（Capital Charges）105202折舊費（Depreciation）3363其它1827總共（$/d）280423總共（$/t）2842制取35%富氧空氣的費用比較10t/d 49富氧濃度與火焰溫度的關系 50圖7-29富氧濃度與排出廢氣容積比的關系 5

10、1富氧助燃-節(jié)能、環(huán)保氧氣濃度提高幾個百分點，節(jié)能效果就非常明顯52從空氣中制取富氮氣不同技術制取富氮氣體的作用范圍 53應用領域應用實例化學工業(yè)配管、貯罐等的清洗，惰性化及催化劑再生食品工業(yè)，包裝包裝品排空氣，果汁、食品油脫氧，酒、啤酒貯槽的密封保存金屬熱處理退火、淬火、氮化、燒結等的保護氣船舶化學品艙、原油艙清洗和充氮藥品原料、制品清洗和充氮橡膠制品輪胎等橡膠制品制造過程氮氣保護、充氮氣體輸送、貯藏粉塵防爆，谷類貯藏，除霉、驅蟲、充氮保護石油、天然氣貯槽、管線的清洗及充氮保護涂裝、噴漆防止漆聚合，充氮、防火三次采油（EOR）向廢油井中壓入氮氣，以回采殘油蔬菜、水果貯藏生鮮物品的氮氣氛保存富

11、氮空氣的應用54食品名氣體種類主要目的干松魚片N2防止變色，防止氧化果仁類N2防止氧化奶粉N2防止氧化肉食加工品N2,，N2+CO2防止變色土豆片,油果子N2防止氧化綠茶N2防變色，保香味，保護維生素類精肉N2+CO2保持肉色干酪N2+CO2防止氧化，防止破損氣體置換包裝的實例 55蘋果應用氮氣控制氣氛保存的結果56氣調(diào)貯藏的效果品 種過去的貯藏期采用控制器后效 果青 梅0.5個月2個月綠色保持效果好白蘭瓜1個月2個月保持香味栗 子3個月11個月抑制發(fā)芽，防止褐變梨3.5個月9個月防止變爛菠 菜0.5個月2個月綠色保持效果大土 豆5個月11個月防止發(fā)芽效果大白 菜1.5個月4.5個月防止褐變效

12、果大57膜法空氣富氮技術成熟-Air Products、法液空、MG Generon成型產(chǎn)品在中小規(guī)模（產(chǎn)氣量1000Nm3/h）和非高濃氮(99%)的市場極具經(jīng)濟性（能耗0.4 kWh/Nm3 ）流程簡單、占地少58SSOPTIONAL氮氣罐 監(jiān)測儀氧分儀氮氣到用戶膜分離器蒸發(fā)器液氮罐排空氣流加熱器排放液F空氣罐空壓機基本流程59 變壓吸附法與膜分離制氮基本參數(shù)比較 變壓吸附法 膜分離法 耗電Kw/Nm3 0.30.6(平均) 0.40.8(平均)氮產(chǎn)量Nm3/h 2000 103000壓力 MPa 0.60.7 0.81.2 不宜儲存氮氣 可用儲罐儲存氮氣啟動時間 30 分 10 分維修量

13、 切換閥門多, 動作頻繁, 無活動部件, 有一定故障率和維修量 甚少維修和保養(yǎng) 介質壽命 分子篩粉化現(xiàn)象較多. 10 年以上機械噪音 由于電磁閥門多且頻繁 由于是靜態(tài)分離， 切換 ,運動噪聲較大 膜系統(tǒng)幾乎無噪聲工藝流程 復雜, 前處理要求嚴格 簡單，前處理簡單, 產(chǎn)品氮氣需再過濾 產(chǎn)品氮氣無需處理設備狀態(tài) 只能固定 固定, 移動式占地面積 中等 較小氮氣產(chǎn)量增容 困難 容易 60富氮車61成本估算96%的200Nm3/h氮氣：膜組件PLC 控制器空氣過濾器加熱器 至50oC背壓閥估計總價90萬元左右 62膜產(chǎn)氣量和純度可以任意調(diào)節(jié) 系統(tǒng)型號一定，純度愈高，產(chǎn)氣量則低；入口空氣壓力愈高，產(chǎn)氣量

14、則高ModelFlowFlow at 99.9% Purityat 95% PurityM10002 Nm3/h8 Nm3/hM20002 - 10 Nm3/h45 Nm3/hM3000 15 Nm3/h58 Nm3/hG5000 20 - 350 Nm3/h100 - 1800 Nm3/hM6000 20 - 250 Nm3/h100 - 1300 Nm3/h63在以下幾個方面已經(jīng)有了大規(guī)模的應用：氫氣的分離和回收空氣分離酸性氣體分離脫濕有機蒸汽回收64水蒸氣的脫除 壓縮空氣脫濕 壓縮空氣脫濕方法比較 脫濕方法吸附法冷凝法吸收法膜法脫濕程度高低低中高常壓露點-30-50C0-20C0-30C

15、-20-40C占地面積大大大小操作難度中中難易適用規(guī)模中大小大大小大脫濕原理吸附冷凝吸收滲透主要設備吸附塔熱交換器冷凍機熱交換器吸收塔熱交換器膜分離器熱交換器65玻璃態(tài)高分子膜C1C2溶解解吸P1P2聚合物膜擴散易透過難透過H2OH2HeCO2O2ArCOCH4N266 狀態(tài)特征玻璃態(tài)橡膠態(tài)分子機理原子的平均位置位移鏈段位移力學行為1 彈 性 模 量大，約1010達因/cm2小，約107達因/cm22 斷裂伸 長率小，小于1%大，約100-1000%3 形變可逆不可逆4 力學 性能依賴于原子的性質依賴于整個分子鏈的性質玻璃態(tài)和橡膠態(tài)高聚物的特征對比67橡膠態(tài)高分子膜N2110100-200-1

16、50-100-50050O2CH4C2H6CO2C3H8n-C4H10n-C5H12沸點（）ArH2O膜的選擇性相對于N268C5C4C3C2CH4O2N2易透過難透過相關氣體在橡膠態(tài)分離膜上的透過率69有機蒸氣分離原理VOC/N2尾氣 N2-rich滲透氣VOC-rich膜具有高選擇性的分離層 耐溶劑的支撐層分離層原料氣70膜法回收有機蒸氣示意圖氣柜馳放氣壓縮冷凝器尾氣富集有機蒸氣循環(huán)流滲透氣71膜法回收有機蒸氣德國GKSS 公司采用平板膜板框組件開發(fā)出了用于儲油罐和汽車加油站的有機蒸氣MTR日本日東電工72 采用蒸氣回收技術處理廢氣中VOCs的工業(yè)應用 公司氣體發(fā)生源處理對象處理量/(m3

17、.h-1)GKSS汽油儲罐聚合原料氣氯烯烴弛放氣汽油蒸氣氯乙烯單體1,2二氯乙烯100400010010MTR薄膜涂層制冷設備尾氣醫(yī)院消毒氣HCFC-123CFC-12環(huán)氧乙烷509255-日本電工汽油罐區(qū)石油產(chǎn)品儲罐高分子樹脂溶解槽汽油己烷甲苯150135020120573膜法回收有機蒸氣1998 年, 在吉化公司，用膜分離進行了聚乙烯生產(chǎn)過程中排放的乙烯和丁烯單體的回收,取得了很好的結果.處理氣量6080 Nm3/h , 其中C=2 和C=4 的 體積分數(shù)為10 %15 %. 過去是送火炬燒掉,浪費大膜回收，乙烯和丁烯都被濃縮了23 倍,平均回收率約為70 %80 % 經(jīng)濟效果十分顯著。 據(jù)吉化公司估算,僅丁烯每年的回收量就價值80100 萬元,而這套裝置投資僅為30 萬元.74聚丙烯過程中丙烯單體和氮氣的回收75回收氯甲烷工藝流程說明76吉林石化氯甲烷膜法回收裝置（2002年）77罐區(qū)有機蒸汽膜分離回收方案78常熟三愛富有機蒸汽回收79煉廠氣分組份集成回收技術將帶來巨大的效益 H2C2LPGC5+1000萬噸/年的煉油廠產(chǎn)生2-3億的效益2000萬噸/年的煉油廠產(chǎn)生5-6億的效益80煉廠氣分組份集成回收81大連理工大學膜科學與技術研究開發(fā)中心組織機構研究力量人才培養(yǎng)研究方向82組織機構大連理工大學膜科學與技術研究開發(fā)中心 主任：