气体膜分离技术应用

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1、气体膜分离技气体膜分离技术应用用简介介贺高高红 教授教授 博博导大大连理工大学理工大学 研究生院研究生院 副院副院长大大连理工大学膜科学与技理工大学膜科学与技术研研发中心中心 主任主任Tel: 13898498519Email: 1.精精馏吸收吸收恒沸精恒沸精馏L-L萃取萃取吸附吸附 结晶晶离子交离子交换膜分离膜分离色色谱分离分离液膜液膜超超临界萃取界萃取成熟度成熟度应用广度用广度2.氧气氧气-氮气的分离氮气的分离Compressed AirN2-enriched airO2-enriched airMembrane3.海海 水水 脱脱 盐High pressure SeawaterPotab

2、le waterConcentrated seawaterMembrane4.膜分离与其他分离膜分离与其他分离过程相比的程相比的优点：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）5.Classification of membrane/ by shapeHollow fiber中空中空纤维Tubular卷式卷式Sheet平板平板6.中空纤维膜分离器芯件7.8. 对称膜称膜 不不对称称膜膜9.10. 中空中空纤维膜断面膜断面 断面断面放大照片放大照片 11.12. Driving forcePressure, con

3、centration and Electric field gradientFast componentSlow component膜分离的机理13. ConcentratedFeedH2OH2OH2OH2OMgClFe+HCO3CaSO4Na+ MembranePressureH2OH2OH2OH2OH2OH2O Potable water14.15.16.umumA ARELATIVERELATIVESIZE OFSIZE OFCOMMONCOMMONMATERIALMATERIAL过滤对过滤对象象象象MOLECULARMOLECULARWEIGHTWEIGHT分子量分子量分子量分子量0.

4、0010.00110100.010.011001000.10.1100010001.01.010104 4101010105 51001001000100010106 610107 7100100200200 5,0005,00020,00020,000150,000150,000500,000500,000Aqueous saltsAqueous salts中水中水中水中水盐盐份份份份Metal ionsMetal ions金属离子金属离子金属离子金属离子SugarsSugars蔗糖蔗糖蔗糖蔗糖FILTRATIONFILTRATIONTECHNO-TECHNO-LOGYLOGY过滤过滤方法方

5、法方法方法PyrogensPyrogens热热源源源源VirusVirus病毒病毒病毒病毒Colloidal silicaColloidal silica胶体硅胶体硅胶体硅胶体硅Albumin proteinAlbumin protein白蛋白白蛋白白蛋白白蛋白BacteriaBacteria细细菌菌菌菌Carbon blackCarbon black碳黑碳黑碳黑碳黑Paint pigmentPaint pigment颜颜料色素料色素料色素料色素Yeast cellsYeast cells酵母酵母酵母酵母Milled flourMilled flour面粉面粉面粉面粉Beach sandBea

6、ch sand海海海海滩滩沙沙沙沙砾砾PollensPollens花粉花粉花粉花粉RORO反渗透反渗透反渗透反渗透Ultrafiltration Ultrafiltration 超超超超滤滤MicrofiltrationMicrofiltration微微微微滤滤ParticleParticle filtrationfiltration一般一般一般一般过滤过滤THE FILTRATION SPECTRUM THE FILTRATION SPECTRUM 过滤谱图过滤谱图NF 纳滤17.RO,NF,UF,MF18.膜技术的应用分离分离RONFUFMFEDGSPVDMCLM控制控制释放放药物化肥农药

7、膜反膜反应器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19.控制释放20.控控 制制 释 放放 治治 疗 糖糖 尿尿 病病 方方 法法 智能方法智能方法分子门（Molecular Gates） 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 PH21.50，俯，俯视溶溶剂：水（中性）：水（中性）25，平，平视25，俯，俯视70，俯，俯视70，平，平视温敏水凝胶温敏水凝胶22.PH=11.0PH=6.

8、8PH=3.0备备注：操作温度注：操作温度注：操作温度注：操作温度为为2525pH敏感水凝胶敏感水凝胶23.微囊化牛微囊化牛肾上腺髓上腺髓质嗜嗜铬细胞移植治胞移植治疗MPTP诱发偏偏侧巴金森巴金森样猴猴 移植前移植前 移植后移植后左手不能抓食左手不能抓食 左手能抓食左手能抓食 脑内内DADA含量升高含量升高24.25.27.28.可用？可用？高增高增长低增低增长透透析析微微滤超超滤反反渗渗透透电渗渗析析控控制制释放放气气体体分分离离渗渗透透汽汽化化双双极极膜膜液液膜膜膜膜反反应器器闸膜膜促促进传递探索中探索中发展中展中成熟中成熟中衰退衰退销售售额29.气体膜分离的应用30.在以下几个方面已在以

9、下几个方面已经有了大有了大规模的模的应用：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31.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32.合成氨尾气氢回收33.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。34.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

10、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 %35.36.炼厂气氢回收2002年年，中中石石化化镇海海炼油油化化工工股股份份有有限限公公司司实现了了炼厂气低厂气低压氢膜回收装置的第一次国膜回收装置的第一次国产化。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。37.镇海炼化裂化干气PSA解吸气氢气提浓装置38.金陵石化脱硫干气氢回收装置39.金陵石化重整还原氢提浓装

11、置40.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 %.41.合成气调比42.合成气调比43.气体膜分离的发展现状及优点在以下几个方面已在以下几个方面已经有了大有了大规模的模的应用：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44.空气分离(25-45%)45.O2/N2分离分离46.H20CO2O2AirNitrogen空气膜分离器空气膜分离器富氧空气流富氧空气流空气人口空气人口氮气出口氮气出口

12、中空中空纤维丝Ar47.不同技不同技术制取富氧气体的最佳使用范制取富氧气体的最佳使用范围48.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, 能耗比其他两种方法低30% 以上, 且规模越小, 膜法越经济。49.膜法富氧膜法富氧制取制取35%35%富富氧空氧空气的气的费用用比比较10t/d 10t/d 50.富氧富氧浓度度与火与火焰温焰温度的度的关系关系 51.图7-297-29富氧富氧浓度与排出度与排出

13、废气容气容积比的关系比的关系 52.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53.从空气中制取富氮气不同技不同技术制取富氮气体的作用范制取富氮气体的作用范围 54.富氮空气的富氮空气的应用用55.气体置换包装的实例56.苹果苹果应用氮气控制气氛保存的用氮气控制气氛保存的结果果57.气调贮藏的效果58.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59.SSOPTIONAL氮气罐 监测仪氧分仪氮气到用户膜分离器蒸发器

14、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60. 变压吸附法与膜分离制氮基本参数比吸附法与膜分离制氮基本参数比较 变压吸附法吸附法 膜分离法膜分离法 耗电Kw/Nm3 0.30.6(平均) 0.40.8(平均)氮产量Nm3/h 2000 103000压力 MPa 0.60.7 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,

15、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 61.富氮车62.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背压阀估估计总价价90万元左右万元左右 63.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 N

16、m3/hG5000 20 - 350 Nm3/h100 - 1800 Nm3/hM6000 20 - 250 Nm3/h100 - 1300 Nm3/h64.在以下几个方面已在以下几个方面已经有了大有了大规模的模的应用：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65.水蒸气的脱除水蒸气的脱除 压缩空气脱湿 压缩空气脱湿方法比空气脱湿方法比较 66.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H2OH2HeCO2O2ArCOCH4N267.玻璃态和橡胶态高聚物的特征对比68.橡胶态高分子膜N N2 21 11010100100-200-200-150-150-10

17、0-100-50-500 05050OO2 2CHCH4 4C C2 2HH6 6COCO2 2C C3 3HH8 8n-Cn-C4 4HH1010n-Cn-C5 5HH1212沸点沸点沸点沸点（）ArArHH2 2OO膜膜膜膜的的的的选选择择性性性性相相相相对对于于于于N N2 269.C5C4C3C2CH4O2N2易透易透过难透透过相关气体在橡胶相关气体在橡胶态分离膜上的透分离膜上的透过率率70.有机蒸气分离原理VOC/NVOC/N2 2尾气尾气尾气尾气 N N2 2- -richrich渗透气渗透气渗透气渗透气VOC-richVOC-rich膜具有高膜具有高膜具有高膜具有高选择选择性的分

18、离性的分离性的分离性的分离层层 耐溶耐溶耐溶耐溶剂剂的支撑的支撑的支撑的支撑层层分离分离层原料气原料气71.膜法回收有机蒸气示意膜法回收有机蒸气示意图气柜气柜驰放气放气压缩冷凝器冷凝器尾气尾气富集有机蒸气循富集有机蒸气循环流流渗透气渗透气72.膜法回收有机蒸气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73. 采用蒸气回收技采用蒸气回收技术处理理废气中气中VOCsVOCs的工的工业应用用 74.膜法回收有机蒸气膜法回收有机蒸气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.

19、处理气量6080 Nm3/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23 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80100 万元,而这套装置投资仅为30 万元.75.聚丙聚丙烯过程中丙程中丙烯单体和氮气的回收体和氮气的回收76.回收回收氯甲甲烷工工艺流程流程说明明77.吉林石化氯甲烷膜法回收装置（2002年）78.罐区有机蒸汽膜分离回收方案罐区有机蒸汽膜分离回收方案79.常熟三爱富有机蒸汽回收80.炼厂气分厂气分组份集成回收技份集成回收技术将将带来巨大的效益来巨大

20、的效益 H2C2LPGC5+1000万吨万吨/年的年的炼油厂油厂产生生2-3亿的效益的效益2000万吨万吨/年的年的炼油厂油厂产生生5-6亿的效益的效益81.炼厂气分厂气分组份集成回收份集成回收82.大大连理工大学理工大学膜科学与技膜科学与技术研究开研究开发中心中心组织机构机构研究力量研究力量人才培养人才培养研究方向研究方向83.组织机构机构大大连理工大学膜科学与技理工大学膜科学与技术研究开研究开发中心中心 主任：主任：贺高高红 教授教授有机膜材料研究所有机膜材料研究所 所所长：蹇：蹇锡高高 教授教授无机膜研究所无机膜研究所 所所长：王金渠：王金渠 教授教授膜科学与膜科学与过程研究所程研究所所

21、所长：贺高高红 教授教授膜分离开膜分离开发与与应用研究所用研究所所所长：杨凤林林 教授教授84.研究力量和人才培养研究力量和人才培养教教 师跨两个学院（化工学院、跨两个学院（化工学院、环境学院）境学院） 全国第一个被国全国第一个被国务院学位院学位办批准的批准的“膜科学与技膜科学与技术”博士学位授予博士学位授予权学科学科点点 膜及相关膜及相关专业现有在有在读研究生研究生博士研究生博士研究生 58名名硕士研究生士研究生 106名名85.研究方向研究方向 学科齐全膜材料、膜制膜材料、膜制备到膜到膜过程，程，有机膜到无机膜，有机膜到无机膜，气体分离到液体分离，气体分离到液体分离，固体膜到液膜和气膜，固体膜到液膜和气膜，膜分离到膜的其他膜分离到膜的其他应用。用。86.现在正在承担的科研大在正在承担的科研大项目目国家国家级项目目9项国国际合作合作5项工工业界界7项研究方向研究方向87.DUT88.89.大大连理工大学理工大学膜科学与技膜科学与技术研究开研究开发中心中心 热烈烈欢迎尊迎尊贵客人的客人的光光临和指和指导90.91.