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1、气体膜分离技术应用简介1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2氧气-氮气的分离Compressed AirN2-enriched airO2-enriched airMembrane3海 水 脱 盐High pressure SeawaterPotable waterConcentrated seawaterMembrane4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 ）5Classification of membr
2、ane/ by shapeHollow fiber 中空纤维Tubular卷式Sheet平板6中空纤维膜分离器芯件78对称膜 不对称膜910中空纤维膜断面 断面放大照片 1112膜分离的机理快气组分慢气组分推动力131415umumA ARELATIVERELATIVE SIZE OFSIZE OF COMMONCOMMON MATERIALMATERIAL 过滤对象过滤对象MOLECULARMOLECULAR WEIGHTWEIGHT 分子量分子量0.0010.00110100.010.011001000.10.1100010001.01.010104 4101010105 51001001
3、000100010106 610107 7100100200200 5,0005,00020,00020,000 150,000150,000500,000500,000Aqueous saltsAqueous salts 中水盐份中水盐份Metal ionsMetal ions 金属离子金属离子SugarsSugars 蔗糖蔗糖FILTRATIONFILTRATIONTECHNO-TECHNO- LOGYLOGY 过滤方法过滤方法PyrogensPyrogens 热源热源 VirusVirus 病毒病毒Colloidal silicaColloidal silica 胶体硅胶体硅Albumi
4、n proteinAlbumin protein 白蛋白白蛋白BacteriaBacteria 细菌细菌Carbon blackCarbon black 碳黑碳黑Paint pigmentPaint pigment 颜料色素颜料色素 Yeast cellsYeast cells 酵母酵母Milled flourMilled flour 面粉面粉Beach sandBeach sand 海滩沙砾海滩沙砾PollensPollens 花粉花粉RORO 反渗透反渗透UltrafiltrationUltrafiltration 超滤超滤MicrofiltrationMicrofiltration 微滤
5、微滤 ParticleParticle filtrationfiltration 一般过滤一般过滤THE FILTRATION SPECTRUM THE FILTRATION SPECTRUM 过滤谱图过滤谱图NF 纳滤16RO,NF,UF,MF171819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20气体膜分离的应用21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22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23合成氨
6、尾气氢回收24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。25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64 900 m3/ h，回收率90 % ，氢浓度超过95 %2627炼厂气氢回收 2002年，中石化镇海炼油化工股份有限公
7、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14 000 m3/ 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2000 m3/ h，8000 m3/ h，10 000 m3/ h。28镇海炼化裂化干气PSA解吸气氢气提浓装置29金陵石化脱硫干气氢回收装置30金陵石化重整还原氢提浓装置31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7 500 Nm3/ 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 %
8、.32合成气调比33合成气调比34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35空气分离(25-45%)36O2/N2分离37H20CO2O2AirNitrogen空气膜分离器富氧空气流空气人口氮气出口中空纤维丝Ar38不同技术制取富氧气体的最佳使用范围 39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 15000 m 3/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
9、他两种方法低30% 以上 , 且规模越小, 膜法越经济。40膜法富氧A/G Technology MembranesPSA安装设备投资($)288552 花费（$/d） 膜替换38 耗能86131 耗资（Capital Charges）105202折旧费（ Depreciation）3363其它1827 总共（$/d）280423 总共（$/t）2842制取 35%富 氧空 气的 费用 比较 10t/d 41富氧 浓度 与火 焰温 度的 关系 42图7-29富氧浓度与排出废气容积比的关系 43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44从空气中制取富氮气不同技
10、术制取富氮气体的作用范围 45应应用领领域应应用实实例 化学工业业配管、贮贮罐等的清洗，惰性化及催化剂剂再生食品工业业，包装包装品排空气，果汁、食品油脱氧，酒、啤酒贮贮槽 的密封保存 金属热处热处 理退火、淬火、氮化、烧结烧结 等的保护护气 船舶化学品舱舱、原油舱舱清洗和充氮 药药品原料、制品清洗和充氮 橡胶制品轮轮胎等橡胶制品制造过过程氮气保护护、充氮 气体输输送、贮贮藏粉尘尘防爆，谷类贮类贮 藏，除霉、驱驱虫、充氮保护护 石油、天然气贮贮槽、管线线的清洗及充氮保护护 涂装、喷喷漆防止漆聚合，充氮、防火 三次采油（EOR）向废废油井中压压入氮气，以回采残油 蔬菜、水果贮贮藏生鲜鲜物品的氮气氛
11、保存富氮空气的应用46食品名气体种类主要目的干松鱼片N2防止变色，防 止氧化 果仁类N2防止氧化 奶粉N2防止氧化 肉食加工品N2,，N2+CO2防止变色 土豆片,油果子N2防止氧化绿茶N2防变色，保香 味，保护维生 素类 精肉N2+CO2保持肉色 干酪N2+CO2防止氧化，防 止破损气 体 置 换 包 装 的 实 例47苹果应用氮气控制气氛保存的结果 48气调贮藏的效果品 种过去的贮藏期采用控制器后效 果青 梅0.5个月2个月绿色保持效果 好 白兰瓜1个月2个月保持香味栗 子3个月11个月抑制发芽，防 止褐变 梨3.5个月9个月防止变烂菠 菜0.5个月2个月绿色保持效果 大 土 豆5个月11
12、个月防止发芽效果 大 白 菜1.5个月4.5个月防止褐变效果 大49膜法空气富氮 技术成熟-Air Products、法液空、MG Generon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0.4 kWh/Nm3 ） 流程简单、占地少50SSOPTIONAL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基本流程51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/Nm3 0.30.6(平均) 0.40.8(平均) 氮产量Nm3/h 2000 103000 压力 MPa 0.6
13、0.7 0.81.2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 52富氮车53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
14、90万元左右 54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/h55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 56水蒸气的脱除 压缩空气脱湿 压缩空气脱湿方法比较 脱湿方法吸附法冷凝法吸收法膜法 脱湿程度高低低中高 常压压露点-30- 50C0-20C0-30C-20- 40C 占地面积积大大大小 操作难难度中中难难易 适用规规模中大小大大小大 脱湿原理吸附冷凝吸收渗透 主要设备设备吸附塔 热热交换换器冷冻冻机 热热交换换器吸收塔 热热交换换器膜分离器 热热交换换器57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H2O H2 He CO2 O2 Ar CO CH4 N258状
