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1、天然气膜法处理技术天然气膜法处理技术概述概述气体膜分离的机理气体膜分离的机理膜分离系统膜分离系统天然气膜处理天然气膜处理膜技术国内外展望膜技术国内外展望1一、概述一、概述气体膜分离技术是气体膜分离技术是20 世纪世纪80 年代开发成功的年代开发成功的一种高新技术，其中一种高新技术，其中1979 年年Monsanto 公司公司Prism 中空纤维氮氢分离系统的建立，被誉为现代气体中空纤维氮氢分离系统的建立，被誉为现代气体膜分离技术的支柱。由于分离效率高、能耗低、膜分离技术的支柱。由于分离效率高、能耗低、操作简单、使用方便、不产生二次污染等优点，操作简单、使用方便、不产生二次污染等优点，气体膜分离
2、技术获得了快速发展。气体膜分离技术获得了快速发展。目前，膜技术已泛应用于富氧、浓氮；天然目前，膜技术已泛应用于富氧、浓氮；天然气的分离与净化；合成氨驰放气中氢的回收以及气的分离与净化；合成氨驰放气中氢的回收以及工业废气中酸性气体的脱除等领域。工业废气中酸性气体的脱除等领域。2一、概述一、概述各种膜分离装置各种膜分离装置氢气回收氢气回收(左左)；废气回收；废气回收(中中)；氮气提取；氮气提取(右右)3一、概述一、概述目前，世界上已有目前，世界上已有21个国家采用了膜分离天然个国家采用了膜分离天然气技术，已建成气技术，已建成122 套天然气处理装置，其中格雷套天然气处理装置，其中格雷斯公司建成的斯
3、公司建成的“格雷斯西格雷斯西”膜分离器，采用醋酸纤膜分离器，采用醋酸纤维素膜的螺旋卷型装置维素膜的螺旋卷型装置, 日处理天然气量日处理天然气量24104m3，可除去天然气中的二氧化碳、硫化氢及水分，能，可除去天然气中的二氧化碳、硫化氢及水分，能将天然气净化到商品气的标准。将天然气净化到商品气的标准。国内膜分离技术研究大多集中在中科院和一些国内膜分离技术研究大多集中在中科院和一些高等院校，研究内容主要包括膜材料和膜，对组件、高等院校，研究内容主要包括膜材料和膜，对组件、装置、过程优化及集成工艺技术等方面。装置、过程优化及集成工艺技术等方面。4二、气体膜分离的机理二、气体膜分离的机理膜法气体分离的
4、基本原理是根据混合气体中膜法气体分离的基本原理是根据混合气体中各组分在压力的推动下透过膜的传递速率不同，各组分在压力的推动下透过膜的传递速率不同，从而达到分离的目的。膜分离是一种动力学分离从而达到分离的目的。膜分离是一种动力学分离过程，分离效率受膜材料、气体组成、压差、分过程，分离效率受膜材料、气体组成、压差、分离系数等因素的影响。离系数等因素的影响。5二、气体膜分离的机理二、气体膜分离的机理目前常见的气体通过膜的分离机理有两种：目前常见的气体通过膜的分离机理有两种： 气体通过多孔膜的微孔扩散机理；气体通过多孔膜的微孔扩散机理； 气体通过非多孔膜的溶解气体通过非多孔膜的溶解-扩散机理。扩散机理
5、。用于天然气分离的膜主要由聚砜、醋酸纤维用于天然气分离的膜主要由聚砜、醋酸纤维素、聚酰亚胺等材料制成，其分离原理主要以溶素、聚酰亚胺等材料制成，其分离原理主要以溶解解-扩散作用为主。扩散作用为主。6二、气体膜分离的机理二、气体膜分离的机理气体膜分离原理图气体膜分离原理图7二、气体膜分离的机理二、气体膜分离的机理1微孔扩散机理微孔扩散机理 该理论认为，由于多孔介质孔径及内孔表面性该理论认为，由于多孔介质孔径及内孔表面性质的差异，使得气体分子与多孔介质之间的相互作质的差异，使得气体分子与多孔介质之间的相互作用程度有所不同，从而表现出不同的传递特性，于用程度有所不同，从而表现出不同的传递特性，于是气
6、体组分在压差的作用下，通过微细孔至渗透侧。是气体组分在压差的作用下，通过微细孔至渗透侧。对混合气体通过多孔膜的分离过程，为了获得良好对混合气体通过多孔膜的分离过程，为了获得良好的分离效果，要求混合气体通过多孔膜的传递过程的分离效果，要求混合气体通过多孔膜的传递过程应以努森扩散应以努森扩散(分子流分子流)为主。因此分离过程应为主。因此分离过程应8二、气体膜分离的机理二、气体膜分离的机理尽可能地满足下列条件：尽可能地满足下列条件： 多孔膜的微孔直径必须小于混合气体中各多孔膜的微孔直径必须小于混合气体中各组分的平均自由程，一般要求多孔膜的直径在组分的平均自由程，一般要求多孔膜的直径在(50300)1
7、0-10m； 混合气体的温度应较高，压力应较低，因混合气体的温度应较高，压力应较低，因为高温、低压可提高气体分子的平均自由程，为高温、低压可提高气体分子的平均自由程，同时还可避免表面流动和吸附现象发生。同时还可避免表面流动和吸附现象发生。9二、气体膜分离的机理二、气体膜分离的机理2溶解扩散机理溶解扩散机理该理论假设气体透过膜的过程由下列三步组该理论假设气体透过膜的过程由下列三步组成：成： 气体在膜的上游侧表面吸附溶解；气体在膜的上游侧表面吸附溶解； 溶解气体分子的膜内扩散；溶解气体分子的膜内扩散； 透过分子的膜表面低压解吸。透过分子的膜表面低压解吸。 10二、气体膜分离的机理二、气体膜分离的机
8、理溶解扩散机理主要由溶解扩散机理主要由Fick第一扩散定律和第一扩散定律和Henry定律作为理论依据。定律作为理论依据。Fick第一扩散定律：第一扩散定律：式中：式中：m气体透过膜的渗透速率；气体透过膜的渗透速率； D气体在膜内的扩散系数；气体在膜内的扩散系数；11二、气体膜分离的机理二、气体膜分离的机理 A膜面积；膜面积； C气体在膜内的浓度差；气体在膜内的浓度差； d膜的厚度。膜的厚度。Henry定律：定律：式中：式中：S 溶解度系数；溶解度系数； p 气体分压。气体分压。 12二、气体膜分离的机理二、气体膜分离的机理3膜的特征参数膜的特征参数天然气膜法处理技术的核心在于选择适合待天然气膜
9、法处理技术的核心在于选择适合待处理天然气情况的膜。通过大量分析研究，特别处理天然气情况的膜。通过大量分析研究，特别提出两个在选膜时供参考的关键特征参数。提出两个在选膜时供参考的关键特征参数。 特征参数特征参数分离系数分离系数 渗透系数渗透系数 13三、膜分离系统三、膜分离系统1膜材料膜材料膜材料是发展膜分离技术的关键问题之一，膜材料是发展膜分离技术的关键问题之一，理想的气体分离膜材料应该同时具有：理想的气体分离膜材料应该同时具有： 良好的透气性；良好的透气性； 良好的透气选择性；良好的透气选择性； 高的机械强度；高的机械强度； 优良的热和化学稳定性；优良的热和化学稳定性； 良好的成膜加工性能。
10、良好的成膜加工性能。 14三、膜分离系统三、膜分离系统目前气体分离用膜材料主要有：目前气体分离用膜材料主要有： 高分子聚合物膜材料高分子聚合物膜材料 无机膜材料无机膜材料 聚烯烃聚烯烃 纤维素类纤维素类 聚砜聚砜 聚酰亚胺聚酰亚胺 有机硅材料有机硅材料 聚硅酸酯类聚硅酸酯类15三、膜分离系统三、膜分离系统2膜组件膜组件不同材料的膜在出厂时，被做成了以下三种形不同材料的膜在出厂时，被做成了以下三种形式（下图）：式（下图）： 平板膜片平板膜片 圆管式膜圆管式膜 中空纤维膜中空纤维膜然后，根据不同的生产实际情况，将膜组装成然后，根据不同的生产实际情况，将膜组装成了各种各样的膜组件。了各种各样的膜组件
11、。16三、膜分离系统三、膜分离系统几种常见的膜几种常见的膜平板膜片平板膜片(上上)；圆管式膜；圆管式膜(下下)；中空纤维膜；中空纤维膜(右右) 17三、膜分离系统三、膜分离系统膜组件可以分为以下几种形式：膜组件可以分为以下几种形式：膜组件膜组件板板框框式式 螺螺旋旋卷卷式式 中中空空纤纤维维式式 圆圆管管式式 18三、膜分离系统三、膜分离系统上述几种膜组件的特性比较：上述几种膜组件的特性比较： 项项 目目板框式板框式螺旋卷式螺旋卷式圆管式圆管式 中空纤维式中空纤维式填充密度填充密度（m2/m3）30-500200-80030-200500-9000抗污染性能抗污染性能好好中等中等很好很好差差膜
12、清洗膜清洗易易可可简单简单难难相对造价相对造价高高低低高高低低19三、膜分离系统三、膜分离系统3膜分离装置膜分离装置天然气膜法脱水的分离装置一般由三部分组成：天然气膜法脱水的分离装置一般由三部分组成：预处理单元、膜分离单元和后处理单元预处理单元、膜分离单元和后处理单元 。20三、膜分离系统三、膜分离系统预处理单元预处理单元的作用是在膜分离前将原料天然的作用是在膜分离前将原料天然气中的杂质、液态水、凝析油等影响膜稳定性的气中的杂质、液态水、凝析油等影响膜稳定性的有害物质去除。例如：大连化物所和长庆石油勘有害物质去除。例如：大连化物所和长庆石油勘探局开发的天然气膜法脱水工业性实验装置，其探局开发的
13、天然气膜法脱水工业性实验装置，其前处理单元就由并流旋风分离、高效过滤和微换前处理单元就由并流旋风分离、高效过滤和微换热三个过程组成。天然气通过并流旋风分离器，热三个过程组成。天然气通过并流旋风分离器，在静止氧化破乳在静止氧化破乳/重力沉降的作用下，将气相与重力沉降的作用下，将气相与21三、膜分离系统三、膜分离系统液固相分离；然后进入高效过滤器，利用超滤液固相分离；然后进入高效过滤器，利用超滤和毛细管凝聚技术回收凝析油；最后在微换热和毛细管凝聚技术回收凝析油；最后在微换热器中，天然气温度升高到饱和露点（水、烃）器中，天然气温度升高到饱和露点（水、烃）以上，保证进入膜分离单元后无游离态水（或以上，
14、保证进入膜分离单元后无游离态水（或烃）形成。烃）形成。 22三、膜分离系统三、膜分离系统膜分离单元膜分离单元是整个分离装置的核心单元，它是整个分离装置的核心单元，它是一个或几个膜组件组成的分离单元。预处理后是一个或几个膜组件组成的分离单元。预处理后的原料气从分离器壳程的原料气从分离器壳程膜分离高压侧导入，膜分离高压侧导入，在对应侧分压差的驱动下，渗透通过膜壁而进入在对应侧分压差的驱动下，渗透通过膜壁而进入膜的管程膜的管程低压渗透侧，然后沿外侧纵轴流动，低压渗透侧，然后沿外侧纵轴流动，最后干气从与分离单元进气口相对的另一侧出口最后干气从与分离单元进气口相对的另一侧出口排除。排除。 23三、膜分离
15、系统三、膜分离系统后处理单元后处理单元主要是对膜分离装置产生的废主要是对膜分离装置产生的废气、废液进行处理，以达到安全排放的环保标气、废液进行处理，以达到安全排放的环保标准。准。 24四、天然气膜处理四、天然气膜处理1天然气膜法脱水天然气膜法脱水国内外天然气矿场集输工艺中使用最普遍的脱国内外天然气矿场集输工艺中使用最普遍的脱水方法是三甘醇水方法是三甘醇(TEG)吸收法。该法具有设备投资吸收法。该法具有设备投资大，操作复杂，容易产生苯、甲苯等污染物的排放，大，操作复杂，容易产生苯、甲苯等污染物的排放，也存在废三甘醇的处理问题。也存在废三甘醇的处理问题。天然气膜法脱水技术利用膜对天然气中水汽的天然
16、气膜法脱水技术利用膜对天然气中水汽的优先选择渗透性，当天然气流经膜表面时，水汽优先选择渗透性，当天然气流经膜表面时，水汽25四、天然气膜处理四、天然气膜处理优先透过膜而被脱除掉。与传统的脱水方法相比，优先透过膜而被脱除掉。与传统的脱水方法相比，它具有以下几方面的优点：它具有以下几方面的优点： 工艺简单，操作容易，占地面积小；工艺简单，操作容易，占地面积小； 不需额外加入溶剂，不需再生，无二次污染；不需额外加入溶剂，不需再生，无二次污染； 可利用天然气本身的压力作为推动力，几乎没可利用天然气本身的压力作为推动力，几乎没有压力损失；有压力损失； 操作弹性大，可通过调节膜面积和工艺参数来操作弹性大，
17、可通过调节膜面积和工艺参数来适应处理量的波动。适应处理量的波动。26四、天然气膜处理四、天然气膜处理天然气膜法脱水一般采用渗透侧抽真空或干燥天然气膜法脱水一般采用渗透侧抽真空或干燥气体吹扫工艺，以迅速排出渗透侧的水蒸气，加速气体吹扫工艺，以迅速排出渗透侧的水蒸气，加速水蒸气传质过程。下图为真空法膜脱水流程图。水蒸气传质过程。下图为真空法膜脱水流程图。 27四、天然气膜处理四、天然气膜处理膜法脱水和膜法脱水和TEG法脱水的性能比较法脱水的性能比较 性能性能TEG膜膜+预处理预处理水的脱除率，水的脱除率，%90%95%85%95%设备成本比设备成本比11.10.81.2设备重量比设备重量比11.1
18、0.550.828四、天然气膜处理四、天然气膜处理 膜法、膜法、TEG法和分子筛法的单套法和分子筛法的单套200104m3/d脱水装置公用消耗对照表脱水装置公用消耗对照表 项项 目目TEG法法分子筛法分子筛法膜法膜法循环水消耗量，循环水消耗量，m3/d72000电耗量，电耗量，kWh/d1800360360燃料气耗量，燃料气耗量，Nm3/d480049560材料消耗材料消耗120202年一次年一次操作成本，万元操作成本，万元/年年200210105注注1：TEG法和分子筛法按法和分子筛法按4年更换一次年更换一次TEG和分子筛考虑，平均消耗和分子筛考虑，平均消耗 20t/a；膜法每；膜法每2年更
19、换一次膜芯。年更换一次膜芯。29四、天然气膜处理四、天然气膜处理2天然气膜法脱天然气膜法脱CO2 、H2S 等酸性气体等酸性气体天然气中的天然气中的CO2、H2S等酸性组分气体在天然等酸性组分气体在天然气的输送过程中容易造成管道的腐蚀和堵塞，因此气的输送过程中容易造成管道的腐蚀和堵塞，因此井口采出的天然气除脱水外，还应脱除井口采出的天然气除脱水外，还应脱除CO2和和H2S，使其达到管输标准。，使其达到管输标准。工业上对天然气的脱酸性气体处理大多采用胺工业上对天然气的脱酸性气体处理大多采用胺吸收法。胺吸收法是一种发展比较成熟的天然气吸收法。胺吸收法是一种发展比较成熟的天然气30四、天然气膜处理四
20、、天然气膜处理处理方法，但该法存在设备庞大、笨重、投资费处理方法，但该法存在设备庞大、笨重、投资费用高、再生和环境污染等问题。比较胺法，膜法用高、再生和环境污染等问题。比较胺法，膜法在天然气处理过程中具有以下优点：在天然气处理过程中具有以下优点：可在高压可在高压下操作，处理后的天然气压降损失小；下操作，处理后的天然气压降损失小；膜法处膜法处理天然气较胺吸收法方便，无环境污染和防火问理天然气较胺吸收法方便，无环境污染和防火问题；题；投资费用较低。投资费用较低。 31四、天然气膜处理四、天然气膜处理膜法脱除天然气中酸性气体流程示意图膜法脱除天然气中酸性气体流程示意图32四、天然气膜处理四、天然气膜
21、处理3从天然气中提氦从天然气中提氦天然气中含氦天然气中含氦0.2%2%，是氦气生产的主要，是氦气生产的主要来源，传统的深泠分离法制取高纯氦气来源，传统的深泠分离法制取高纯氦气(He99.9%)需经多次提浓，能耗大，成本高，因此膜法从天然需经多次提浓，能耗大，成本高，因此膜法从天然气中提氦有一定的优势。目前已开发出能从贫氦天气中提氦有一定的优势。目前已开发出能从贫氦天然气中提浓氦的工业化气体分离膜，但高纯氦的收然气中提浓氦的工业化气体分离膜，但高纯氦的收率不高。率不高。 33四、天然气膜处理四、天然气膜处理中科院大连化物所的硅橡胶中科院大连化物所的硅橡胶-聚砜中空纤维膜聚砜中空纤维膜分离器用于从
22、含氦分离器用于从含氦0.5%的天然气中提浓氦，试验的天然气中提浓氦，试验结果表明用国产膜分离器从天然气中提浓氦是可结果表明用国产膜分离器从天然气中提浓氦是可行的。有研究者提出将深冷法与膜法有效结合的行的。有研究者提出将深冷法与膜法有效结合的集成技术，既先用膜法得到浓缩氦，然后对其深集成技术，既先用膜法得到浓缩氦，然后对其深冷分离并精制得到高纯氦。下图为膜法冷分离并精制得到高纯氦。下图为膜法-深冷法集深冷法集成提氦工艺流程示意图。成提氦工艺流程示意图。34四、天然气膜处理四、天然气膜处理膜法膜法-深冷法集成提氦工艺流程示意图深冷法集成提氦工艺流程示意图35四、天然气膜处理四、天然气膜处理4天然气
23、中轻重烃组分的脱除与回收天然气中轻重烃组分的脱除与回收天然气中含有大量的轻重烃组分，在气体输送天然气中含有大量的轻重烃组分，在气体输送前需将其脱除。传统的处理方法为冷分离法，能耗前需将其脱除。传统的处理方法为冷分离法，能耗高，设备复杂，投资大。采用膜法分离，只要选用高，设备复杂，投资大。采用膜法分离，只要选用合适的分离膜，使轻重烃组分渗透速率高于甲烷，合适的分离膜，使轻重烃组分渗透速率高于甲烷，优先透过膜予以脱除，渗透侧为富集了轻重烃组分优先透过膜予以脱除，渗透侧为富集了轻重烃组分的天然气，此时采用冷分离法回收烃，能耗、设备的天然气，此时采用冷分离法回收烃，能耗、设备规模、投资都可大大降低。规
24、模、投资都可大大降低。 36五、膜技术国内外展望五、膜技术国内外展望1国外应用状况国外应用状况1960 年，年，Loeb 和和Sourirajan 研究出具有商业研究出具有商业价值的醋酸纤维素非对称膜价值的醋酸纤维素非对称膜(L-S 膜膜)，确定了，确定了L-S 制制膜工艺，开创了膜技术的新纪元。随后的膜工艺，开创了膜技术的新纪元。随后的40年是年是“膜技术的黄金时代膜技术的黄金时代”。以石油危机和人类环保意识。以石油危机和人类环保意识增强为契机，伴随相关学科的发展，国外学者对高增强为契机，伴随相关学科的发展，国外学者对高分子膜的形成、膜结构、物性、性能、过程及应用分子膜的形成、膜结构、物性、
25、性能、过程及应用37五、膜技术国内外展望五、膜技术国内外展望等开展研究，取得了很大的进展，为以后膜科学等开展研究，取得了很大的进展，为以后膜科学的发展，膜技术的产业化奠定了基础。的发展，膜技术的产业化奠定了基础。 世界上可提供气体膜分离装置的厂商有世界上可提供气体膜分离装置的厂商有20 多多家，如美国的家，如美国的Separex、Grace 、Monsanto 、Air Product 等大化工企业以及日本的日东电工、东丽、等大化工企业以及日本的日东电工、东丽、松下等都相继投入气体分离膜及装置的研究开发松下等都相继投入气体分离膜及装置的研究开发中。中。38五、膜技术国内外展望五、膜技术国内外展
26、望2国内情况国内情况我国自我国自80 年代初开始气体膜分离技术的研究开年代初开始气体膜分离技术的研究开发，目前从事气体膜研究与开发的单位主要分布在发，目前从事气体膜研究与开发的单位主要分布在中国科学院有关研究所和部委属研究单位等。所涉中国科学院有关研究所和部委属研究单位等。所涉及的领域遍及膜科学与技术，从材料到应用以及产及的领域遍及膜科学与技术，从材料到应用以及产品开发各方面。经过多年的努力，我国在气体膜分品开发各方面。经过多年的努力，我国在气体膜分离技术的研究开发方面，已涌现出一批具有开发应离技术的研究开发方面，已涌现出一批具有开发应用价值、接近或达到国际水平的成果。用价值、接近或达到国际水
27、平的成果。39渗透系数渗透系数 渗透系数表示气体通过膜的难易程度，是指渗透系数表示气体通过膜的难易程度，是指单位时间、单位压力下气体透过单位膜面积的量单位时间、单位压力下气体透过单位膜面积的量与膜厚度的乘积。其公式如下：与膜厚度的乘积。其公式如下：式中：式中：P渗透系数，渗透系数，m2 /(Pas)； L膜的厚度，膜的厚度，m； 40渗透系数渗透系数v渗透速度，渗透速度，m/s；P膜两侧的压差，膜两侧的压差，Pa。为满足天然气净化处理的工艺要求，应选用为满足天然气净化处理的工艺要求，应选用值较大的膜。值较大的膜。 返回返回41分离系数分离系数 膜对于两种组分的分离性能可以用分离系数膜对于两种组
28、分的分离性能可以用分离系数a/b来显示，来显示， a/b一般用下式表示：一般用下式表示：在选择天然气处理用膜时，在选择天然气处理用膜时， a/b十分关键，十分关键，例如：通过例如：通过CH4和水的分离系数可以清楚的展示和水的分离系数可以清楚的展示42分离系数分离系数膜的脱水性能，下表列出了在相同工况的醋酸膜的脱水性能，下表列出了在相同工况的醋酸纤维膜上，水对天然气中其它组分的分离系数。纤维膜上，水对天然气中其它组分的分离系数。组分组分CH4CO2H2SC2H6N2H2COHeO2a/b50016.7101000555.68.3333.36.7100返回返回43高分子聚合物膜材料高分子聚合物膜材
29、料用于气体分离的高分子膜材料主要有聚烯烃、用于气体分离的高分子膜材料主要有聚烯烃、纤维素类、聚砜、聚酰亚胺、有机硅材料及聚硅纤维素类、聚砜、聚酰亚胺、有机硅材料及聚硅酸酯类。其中前三类为早期工业用的气体分离膜酸酯类。其中前三类为早期工业用的气体分离膜用材料，研究发现它们存在透气性较差的缺点，用材料，研究发现它们存在透气性较差的缺点，使得以这些材料开发的气体分离膜器的应用受到使得以这些材料开发的气体分离膜器的应用受到一定的限制。一定的限制。返回返回44聚酰亚胺聚酰亚胺聚酰亚胺聚酰亚胺(PI) 是一类由芳香族或脂肪环族四酸是一类由芳香族或脂肪环族四酸二酐和二元胺经缩聚得到的环链化合物，根据其结二酐
30、和二元胺经缩聚得到的环链化合物，根据其结构和制备方法不同可分成两大类：构和制备方法不同可分成两大类：(1) 主链中含有脂主链中含有脂肪链的聚酰亚胺；肪链的聚酰亚胺； (2) 主链中含有芳香族的聚酰亚主链中含有芳香族的聚酰亚胺。作为膜分离材料，在胺。作为膜分离材料，在80 年代中期已受到重视，年代中期已受到重视，它以其优良的机械性能和热稳定性在许多混合气体它以其优良的机械性能和热稳定性在许多混合气体体系的分离中得到了应用，如体系的分离中得到了应用，如H2/ N2、O2/ N2、H2/ CH4、CO2/ N2、CO2/ CH4等的分离。等的分离。45聚酰亚胺聚酰亚胺但大多数种类分子链存在刚性大、透
31、气性差但大多数种类分子链存在刚性大、透气性差的缺点，为了改善其性能，目前多采用对其进行的缺点，为了改善其性能，目前多采用对其进行化学改性，如为改善其加工性能而用脂肪链、醚化学改性，如为改善其加工性能而用脂肪链、醚键、酯键改性，为提高其柔韧性用有机硅改性等。键、酯键改性，为提高其柔韧性用有机硅改性等。返回返回46有机硅膜材料有机硅膜材料有机硅膜材料具有通量高、耐氧化、耐电弧有机硅膜材料具有通量高、耐氧化、耐电弧性等优点，但存在选择性低的不足。从结构上看，性等优点，但存在选择性低的不足。从结构上看，它属半无机、半有机结构的高分子，兼有有机高它属半无机、半有机结构的高分子，兼有有机高分子和无机高分子
32、的特性。其中甲基硅橡胶分子和无机高分子的特性。其中甲基硅橡胶(MSR)是一种独特的已工业化的膜材料，对是一种独特的已工业化的膜材料，对CO2气气体，透过系数达体，透过系数达25.4510-11cm3cm/(cmsPa)；扩；扩散系数达散系数达13.910-6cm2/s。返回返回47无机膜材料无机膜材料无机膜属固态膜的一种，是由无机材料或无无机膜属固态膜的一种，是由无机材料或无机高分子材料制成的半透膜，根据其组成不同，机高分子材料制成的半透膜，根据其组成不同，它包括它包括Al2O3、ZnO2、TiO2、SiO2、C、SiC及其及其复合膜；此外，硅酸盐材料及沸石材料也备受重复合膜；此外，硅酸盐材料
33、及沸石材料也备受重视。与有机膜相比，它具有热稳定性好，化学稳视。与有机膜相比，它具有热稳定性好，化学稳定性好，能耐有机溶剂、氯化物、强酸强碱溶液，定性好，能耐有机溶剂、氯化物、强酸强碱溶液，且不被微生物降解，机械稳定性好，寿命长，孔且不被微生物降解，机械稳定性好，寿命长，孔径分布均匀，操作简便等优点；但也存在径分布均匀，操作简便等优点；但也存在48无机膜材料无机膜材料膜脆易碎，加工成本高，装填面积小，高温密封困膜脆易碎，加工成本高，装填面积小，高温密封困难等缺点。由于这些特点，目前它主要用于一些高难等缺点。由于这些特点，目前它主要用于一些高分子有机膜所无法应用的一些领域，如高温、高压分子有机膜
34、所无法应用的一些领域，如高温、高压、强腐蚀性环境中，所以采用无机膜进行高温气体、强腐蚀性环境中，所以采用无机膜进行高温气体净化更具实用性，如净化更具实用性，如ceramen公司设计了一种新型公司设计了一种新型膜过滤器，对气体的除尘率达膜过滤器，对气体的除尘率达99. 99 %以上。以上。返回返回49板框式板框式板框式膜组件所用的板膜的横截面可以做成圆板框式膜组件所用的板膜的横截面可以做成圆形的、方形的，也可以是矩形的。形的、方形的，也可以是矩形的。 进料进料密封圈密封圈透过物透过物透过物透过物系紧螺栓系紧螺栓膜膜浓缩物浓缩物多孔板多孔板返回返回50螺旋卷式螺旋卷式 螺旋卷式膜组件的典型结构是由
35、中间为多孔支螺旋卷式膜组件的典型结构是由中间为多孔支撑材料和两边是膜的撑材料和两边是膜的“双层结构双层结构”装配而成的。其中装配而成的。其中三个边沿被密封而粘接成膜袋，另一个开放的边沿三个边沿被密封而粘接成膜袋，另一个开放的边沿与一根多孔的产品收集管连接，在膜袋外部的进料与一根多孔的产品收集管连接，在膜袋外部的进料侧再垫一层网眼型间隔材料（隔网），即膜侧再垫一层网眼型间隔材料（隔网），即膜多孔多孔支撑体支撑体进料侧隔网依次叠合，绕中心管紧密地卷进料侧隔网依次叠合，绕中心管紧密地卷在一起，形成一个膜卷，再装进圆柱型压力容器内，在一起，形成一个膜卷，再装进圆柱型压力容器内，构成一个螺旋卷式膜组件。
36、构成一个螺旋卷式膜组件。 51螺旋卷式螺旋卷式螺旋卷式膜组件示意图螺旋卷式膜组件示意图返回返回52中空纤维式中空纤维式 用于气体混合物分离的中空纤维膜组件，其结用于气体混合物分离的中空纤维膜组件，其结构类似于管壳式换热器。加压的原料气体由膜件的构类似于管壳式换热器。加压的原料气体由膜件的一端进入壳测，在气体由进口端向另一端流动的同一端进入壳测，在气体由进口端向另一端流动的同时，渗透组分经纤维管壁进入管内通道中。通常纤时，渗透组分经纤维管壁进入管内通道中。通常纤维束的一端封住，而另一端固定在环氧树脂浇注的维束的一端封住，而另一端固定在环氧树脂浇注的管板上。工业用典型中空纤维组件长为管板上。工业用典型中空纤维组件长为1m，组件，组件直径为直径为0.10.25m，组件内填充数千乃至上万根纤，组件内填充数千乃至上万根纤维管。维管。 53中空纤维式中空纤维式中空纤维式膜组件结构示意图中空纤维式膜组件结构示意图返回返回54圆管式圆管式 圆管式膜组件其结构也与管壳式换热器类似，圆管式膜组件其结构也与管壳式换热器类似，但原料多进入管内，而透过物在壳侧。管式膜组件但原料多进入管内，而透过物在壳侧。管式膜组件通常装填的膜管数可达通常装填的膜管数可达30根以上。根以上。 返回返回55
