氣體分離膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域

時(shí)間：2023-03-24 05:27:33來源：food欄目：食品快速檢測(cè) 閱讀：

氣體分離膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域

[db:作者] / 2023-02-08 00:00

(2)氣體分離膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域

目前，世界上可提供氣體膜分離裝置的國(guó)外廠商已有60多家，其中有代表性的產(chǎn)品特征及市場(chǎng)概況可參見表10-10。在國(guó)外，膜法氣體分離技術(shù)日趨成熟，并在許多領(lǐng)域中得到推廣應(yīng)用，其中包括氣體的分離、回收和濃縮；環(huán)保和節(jié)能；替代和完成傳統(tǒng)分離過程不能承擔(dān)的任務(wù)，成為國(guó)外膜業(yè)的重要組成部分。

表10-10 國(guó)外主要?dú)怏w分離膜系統(tǒng)及其市場(chǎng)概況

我國(guó)氣體分離膜研究始于20世紀(jì)80年代初，先由中國(guó)科學(xué)院組織了中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所、中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所和中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所等單位協(xié)同攻關(guān)，進(jìn)行高分子富氧技術(shù)的研究和聚礬(PS)中空纖維膜的研究，1985年P(guān)S中空纖維器試制成功，1987年SR-PS卷式富氧器試制成功。20世紀(jì)80～90年代還研制了多種材料，如用PS和聚酞亞胺(P1)膜研究開發(fā)了H2/N2、O2/N2、H2O/CH4、CO2/CH4、H2O/空氣、CO/H2的分離過程以及Pd—陶瓷復(fù)合膜上H2的分離。上述膜及器件主要應(yīng)用于H2的回收、提濃和制造盲氧盲氮?dú)怏w及氣體除濕。特別在通過國(guó)家“七五”、“八五”科技攻關(guān)的基礎(chǔ)上，已建成中空纖維氮/氫膜生產(chǎn)線和卷式富氧膜生產(chǎn)線，并發(fā)展建立了膜技術(shù)國(guó)家工程研究中心產(chǎn)業(yè)化基地和研發(fā)基地。

膜法富氧技術(shù)已投入應(yīng)用，并在高分子膜材料領(lǐng)域進(jìn)行了成功的探索，國(guó)產(chǎn)螺旋卷式富氧器官氧濃度可達(dá)28%～30%，已在30多家玻璃窯爐和燃油及燃煤鍋爐上推廣應(yīng)用。另外在氣體脫濕干燥、水果保鮮、煤氣脫硫、天然氣除酸性氣體、超純氫制造等方面也進(jìn)行了研究開發(fā)工作，并取得了一些進(jìn)展。目前應(yīng)用最廣的有富氧技術(shù)。

膜法氣體分離的操作方法主要有加壓法、減(負(fù))壓法和一側(cè)加壓一側(cè)減壓三種。在空氣富氧操作中，大都采用減(負(fù))壓法和一側(cè)加壓一側(cè)減壓法，因?yàn)閷?duì)螺旋卷式富氧膜組件來說，一般加壓法的能耗是減(負(fù))壓法的3.0～6.5倍。有人試圖在進(jìn)空氣一邊采用加壓法，以推進(jìn)空氣膜法富氧，結(jié)果表明該法在經(jīng)濟(jì)上是不可行的，因?yàn)檫@要把大量的電能消耗在壓縮所有進(jìn)料空氣上，其能耗可能是在滲透氣一邊抽真空的兩倍，而得到的只是少量透過膜的富氧空氣，所以加壓法是不可取的。不過，減壓法的膜組件用量是加壓法的3.0～6.5倍。因此，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用，需從能耗、投資和廠方的資源情況等通過優(yōu)化評(píng)估來確定最佳的操作流程。通常減壓法操作更簡(jiǎn)單、更經(jīng)濟(jì)、更實(shí)用。圖10-35所示為一級(jí)膜法生產(chǎn)富氧空氣的減壓法操作方式，可得到30%～60%的富氧空氣。正壓操作系統(tǒng)則可在下列情況下使用。

圖10-35 生產(chǎn)富氧空氣的一級(jí)膜分離過程示意

①有壓縮空氣氣源，且空氣流量有過剩，系統(tǒng)壓力不小于0.4MPa(絕壓)，同時(shí)原來使用壓縮空氣場(chǎng)合對(duì)氧濃度不作要求。

②富氧和富氮同時(shí)應(yīng)用：對(duì)于中空纖維膜富氧組件，系統(tǒng)壓力不小于0.8MPa(絕壓)。在生產(chǎn)實(shí)踐中，不僅需要30%～60%的富氧空氣，而且有許多用戶需要純氧。圖10-36所示為生產(chǎn)純氧的二級(jí)膜分離過程。因?yàn)樗腿攵?jí)膜分離器的氣量只是進(jìn)入一級(jí)裝置氣量的1/4～1/3，而且氧的含量更高，所以二級(jí)膜分離器要比一級(jí)的小許多，操作成本也會(huì)比一級(jí)的低。第二級(jí)膜分離也可采用另一種膜系統(tǒng)。這種二級(jí)膜分離系統(tǒng)，對(duì)每天產(chǎn)氣量不到200t的小裝置有點(diǎn)像是真空變壓吸附，而對(duì)空氣量較大的裝置，更像是深冷分離系統(tǒng)。

圖10-36 生產(chǎn)純氧的二級(jí)膜分離過程示意

要生產(chǎn)與現(xiàn)行深冷技術(shù)相比在成本價(jià)格上有競(jìng)爭(zhēng)力的氧氣，就需要膜對(duì)氧的選擇性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過對(duì)氮的(即其分離性能良好)。另外，膜還需要具有較高的滲透量，以控制成本。

與膜法提氫流程相比，膜法富氧的工藝流程比較簡(jiǎn)單。因?yàn)榭諝獾慕M成是恒定的，不含有對(duì)高分子膜有害的雜質(zhì)組分，只需對(duì)空氣進(jìn)行預(yù)過濾，除去空氣中可能含有的少量冷凝水和壓縮時(shí)帶進(jìn)的機(jī)油，否則這些成分很容易吸附在膜的表面上，降低它的滲透速率。總之原料的凈化是很重要的。

氣體分離膜是當(dāng)前各國(guó)均極為重視開發(fā)的產(chǎn)品，已有不少產(chǎn)品用于工業(yè)化生產(chǎn)。如美國(guó)Du Pont公司用聚酯類中空纖維制成的H2氣體分離膜，對(duì)組成為70% H2，30% CH4，C2H6，C3H8的混合氣體進(jìn)行分離，可獲得含90% H2的分離效果。

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