大规模膜法空气分离技术应用进展
技术进展
大规模膜法空气分离技术应用进展
黄美荣 李新贵 董志清
(同济大学材料科学与工程学院混凝土材料研究国家重点实验室,上海200092)
摘要:富氧空气、氧气、氮气以及其他一些空气分离产品应用领域的增加,极大地推动了空气分离新技术的大规模发展。膜法空气分离以其节能、便利、安全等优异特性在空气分离产品的工业生产中展现出了极大的发展潜力。综述了现有膜材料的氧氮分离性能、制氧装置和制氮装置的研究开发及其在柴油发动机富氧燃烧等方面的应用研究,分析了膜法空气分离大规模商业化必须克服的技术障碍,从新型高性能膜材料的合成与制备方面提出了实现大规模膜法空气分离应用应采取的措施。
关键词:膜法空气分离;气体分离膜;应用中图分类号:T Q028.8;T Q028.1
文献标识码:A
Application of large 2scale air separation by membranes
HUANG Mei 2rong ,LI Xin 2gui ,DONG Zhi 2qing
(S tate K ey Laboratory of C oncrete Materials Research ,C ollege of Materials Science &Engineering ,T ongji University ,
Shanghai 200092,China )
Abstract :The increments in application field of oxygen 2enriched air ,oxygen ,nitrogen and other air 2separation products have significantly pushed toward the development of air separation technology on large scale.Membrane 2based air separation shows a huge development potential because of many features ,such as low energy consumption ,facility ,safety and s o on.Separa 2tion performance of the available materials for oxygen enrichment ,research and development of oxygen and nitrogen generator ,and their application in oxygen 2enriched combustion air for diesel engines are summarized.T echnical hurdles that must be over 2come before success ful commercialization are analyzed.Measures that must be taken are put forward for the application of large 2scale membrane 2based air separation technology from the view point of synthesis and formations of new high performance mem 2brane materials.
K ey w ords :membrane 2based air separation ;gas 2separation membrane ;application
收稿日期:2002205231
基金项目:国家自然科学基金资助项目(20174028)
作者简介:黄美荣,女,1963年生,硕士,副教授,从事气体分离功能高分子膜研究。
随着氧气、氮气和其他一些空气分离产品应用的增加,大规模空气分离技术得到了迅速发展。目前已形成了基于低温冷冻精馏分离技术的大规模的空气分离工厂,并通过输送管道提供给用户[1]。其氧气单管生产能力已达到3000～4000t/d 的规模,还常常伴有副产品氮气和氩气。该技术因可在大型或特大型空分装置中进行且氧气产品纯度可高达
991999%(体积分数,下同),因而具有成本低、纯度高的优势。相对而言,变压吸附是一种现代化的分离技术,由变压吸附法空气分离装置生产的氮气产量已达20～6000m 3/h (标准状态,下同);它也以产品纯度高、产气量大而占据优势。膜法空气分离是
最近几年来发展起来的空气分离技术,目前在产品纯度和产气量上不如上述两种技术,如新近商业化的膜法氧氮分离器Prism ,其产氮量为0126～5000m 3/h ,氮气纯度为9919%,富氧纯度为30%～42%。
然而,膜法空气分离却以节能、快捷、安全、便利等优势而蕴藏着巨大的发展潜力[2,3]。如何抓住这一发展契机,在加强自身优势、克服自身不足的同时,推动大规模膜法空气分离的进程,值得每位膜科学工作者深思[2]。笔者根据近年来膜法空气分离领域的研究与开发现状,列举了现有富氧膜材料的性能,总结了目前的膜法空气分离研究应用现状及面临的问题,阐明了实现大规模膜法空气分离应采取的措施,
?01? Sep.2002现代化工
第22卷第9期M odern Chemical Industry 2002年9月
以期推动膜法空气分离的大规模应用。1 现有的空气分离膜材料
在膜法空气分离中,首先遇到的问题就是膜材料的选择。实际分离过程中,膜的选择是非常复杂的。除了分离效率、生产效率这两个基本指标外,其他性能如成膜性、耐久性、稳定性、操作条件下的机械完整性、经济成本等都必须考虑,这些性能需要综合权衡考虑。分离操作越有效,达到给定的分离要
求的推动力(压力差)越低,那么整个膜系统的操作费用就越低。另一方面,透过速率越大,所需膜的表面积就越小,于是膜系统的投资花费就越少。到目前为止,人们选择了许多材料,研究了它们的空气分离性能,现详述如下。111 聚合物膜
大多数传统聚合物都具有一定的富氧性能,表1列举了一些氧氮分离系数大于215、透氧系数
P (O 2)>110Barrer 的聚合物膜材料
[4～6]
(1Barrer 是指每秒钟每厘米汞柱压力差下每平方厘米膜面积中透过1厘米厚的膜的气体在标准状态下的毫升数的十亿分之一,1Barrer =10-10cm 2?s -1?cmHg -1,其中
1cmHg =1333Pa )。将它们用于空气分离操作,均获得了较好的分离效果。当然,这些膜材料未能超过R obes on 提出的富氧膜材料的性能上限[7],见图1
。
为4,4′2(六氟异丙基)苯二甲酸酐(6FDA )/均苯四胺(T AB )聚吡咙膜或摩尔比为90/10、75/25、50/50的[均苯四甲酸酐(PM 2
DA )/6FDA]/T AB 共聚吡咙膜;■为体积分数为10%～90%的沸
石4A 与M atrimid 聚合物基体形成的混合基质膜
图1 膜法空气分离的上限及一些膜
材料的氧氮分离性能范围
112 载体促进输送膜
促进传递膜除了简单的渗透物溶解与扩散之外,还会发生一个可逆的络合反应:在膜的上游侧络合,沿着它自身的浓度梯度下降的方向扩散,再在
表1 一些聚合物膜氧氮分离性能[4～6]
聚合物
P (O 2)/
Barrer 氧氮分离系数
聚二(三甲硅基)富马酸酯8000218聚特丁基三甲硅基富马酸酯2300318聚苯基二甲基乙烯基硅烷7400414聚乙烯基三甲基硅烷300410聚甲基苯基硅氧烷30311氟化聚三甲硅基丙炔19634175聚特丁基乙炔300310聚42甲基戊烯213213410聚丁二烯
19310聚2,62二甲基对苯醚17418纤维素三硝酸酯110512乙基纤维素153143聚苯乙烯21636128低密度聚乙烯21933102聚碳酸酯1148513四溴聚碳酸酯114715四甲基聚碳酸酯516511四溴六氟聚碳酸酯917514聚砜
113
617
二甲基硅氧烷接枝乙基纤维素共聚物 接枝率为65%(质量分数)时1882195 接枝率为40%(质量分数)时443193聚2,62二甲基对苯醚接枝二甲基硅氧烷 共聚物
46
411
聚42甲基戊烯21接枝42乙烯基吡啶共聚物2614～3516715～1111
42乙烯基吡啶等离子体喷涂硅氧烷11541942乙烯基吡啶等离子体喷涂天然橡胶131651842甲基苯乙烯/1,22二甲基硅烷共聚物112141442乙烯基吡啶/聚三甲硅基丙炔
1212815聚酯碳酸酯
114810羟基苯乙烯2二甲基硅氧烷2砜三嵌段 共聚物
440
2168
下游侧解络合,从而实现混合物的分离。现有的载
体促进输送膜主要有钴络合物膜、硝酸盐的熔盐膜以及氧载体接枝乙烯基类高聚物膜。这类膜的高选择性来自其中的高效氧载体,它具有极高的输送氧气的能力。表2列举了一些典型的载体促进输送膜的富氧性能[8～11]。
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11? 年 月黄美荣等:大规模膜法空气分离技术应用进展
表2 一些典型的载体促进输送膜的富氧性能
膜材料温度/
℃
P(O2)/
Barrer
氧氮分离
系数
PA66/C o(32M eOsaltmen)/吡啶衍生物-105802614
硝酸锂熔盐膜5027700320
硝酸钠熔盐膜525111079
可见,它们的氧氮分离系数异常高,用它们几乎可以富集到纯氧。这类膜可以制造出多种形式:固定液膜、溶胀的聚合物膜或者含有反应功能团的固体聚合物。但这类膜的一个最主要的缺点就是膜的稳定性差,随着时间延长,膜会因为干化或失去载体而使性能大大劣化。另外,有些载体促进输送膜还必须在400℃的高温形成熔盐膜后才有分离作用。这既加大了能耗投资,又增加了组件的制作难度和费用。因此,载体促进输送膜目前还未能大规模应用于空气分离。
若将氧载体通过简单的共混技术加入到普通聚合物中,材料的富氧性能也会提高。如在聚碳酸酯中加入3%(质量分数)的钴络合物氧载体C o(SalPr),所得膜材料的氧氮分离系数将从5增加到6192,同时,透氧系数也从1150增加到1165[8]。添加剂使氧氮分离系数和透氧系数同时增加,这种情形是不多见的。
113 分子筛膜
相对于聚合物,分子筛是另一种材料。它们主要依靠分子尺寸差别来达到分离的目的。这类膜具有超细的微孔,这些孔小到足以排斥某些分子,而只让别的分子通过。在实验室范围内,这些膜表现出了极为吸引人的透过性能。例如分子筛碳膜就具有比高聚物膜高得多的空气分离性能,它能够落在商业化膜区域内[2],见图1。更为值得一提的是,这些膜还是刚性膜,在恶劣的条件下如高温、高压、出现高吸收组分时不会丧失稳定性,而在同样的条件下,聚合物膜早就塑化了。现今分子筛膜能够制得的可用的最小有效厚度为015μm,与聚合物膜实际厚度接近。但是,这类膜难以加工、易碎、制造费用高,因此除了特殊场合,目前在商业上的应用并不多见。114 离子输送膜
这类膜是由离子输送物质构成,主要是固体氧化物或陶瓷膜[2,12]。它们可以输送传导氧离子,有些离子输送膜还可以传导电子。
氧气在离子输送膜中的渗透过程包括3个传质过程:在两侧气膜界面处膜表面上的电化学反应和在膜本体内部发生的氧离子输送。这类膜主要组分是一种叫perovskit的氧化物,其通式是ABO3,其中A 是带有12个配位数的较大的阳离子,B是与氧离子配位的带有6个配位数的较小的阳离子。当上述离子处于混合价态的时候,若低价态的其他金属阳离子部分取代A的位置,则经常会形成氧空位。为保持电中性,B离子的价态将发生改变,这样,在膜表面上通过电化学还原反应产生的氧离子将会迁移到膜本体内部的氧空位中,然后在膜的下游侧界面处通过氧化反应形成分子氧,从而完成了氧离子的输送过程。与聚合物膜相比,这类膜的选择性极高,流量也大,从空气中可获得高纯度的氧气。它还可以在高达70℃的温度下工作。然而,如果大规模生产这种膜材料组件,还有一些技术上的问题需要解决,除了对导致膜破裂的温度变化比较敏感外,如何封闭端口也是一个棘手的问题[2]。
2 膜法空气分离应用现状
在世界上大量生产的化工产品中,O2和N2分别排在第3位和第5位,这两种气体主要都是从空
(上接第9页)
几个方面的原因:产品本身就具有低成本的竞争优势,价格比较便宜,这是客观方面的原因;一些出口企业由于急于成交,在对进口国市场行情和价格水平真正掌握时,报价较低;有的企业由于缺乏对进口国消费者要求的调查研究,不重视款式、包装等方面的改进和创新,好产品买不出好价;有时出口企业削价竞争,导致出口商品价格大幅下跌。例如,高锰酸钾对美国出口额仅30余万美元,所占比例也不大,由于价格过低,也遭指控。我国出口产品在适当增加数量的基础上,应努力提高质量、增加花色品种、改进包装装潢,提高售后服务质量,根据市场情况及时调整价格。
我国对外国产品进行反倾销调查,说明我国正奋力保护本国的产业。为了有效地扼制外国化工产品在我国的倾销,我国的企业要正确运用WT O的有关规则,善于识别外国产品的倾销行为以及由此而带来的产业伤害。产业界要同心协力,勇于申诉。认真研究和利用WT O保障措施的有关规定,维护我国石油和化工产业安全。■
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气的低温精馏法来生产的。现在,氧气的市场主要是由蒸馏法(纯度991999%)和变压吸附法(纯度95%)所占据[2]。目前的膜法分离还不能制造出商业生产所需要的纯度,只是在低纯度的有限几个方面的应用还可以由聚合物膜来提供。将来如果能让膜的氧氮分离系数提高到4～6,氧气的透过性能达到250Barrer,同时膜的生产费用和目前相近,那么氧氮分离膜还是很有吸引力的。
对于工业和商业应用中许多不需要超高纯度氧气的场合,膜法基本上是可以胜任的。实际上,膜法生产的富氧空气拥有许多用武之地。如富氧燃烧、富氧医疗、富氧保健、富氧养殖等都已展示了很好的应用前景。如富氧燃烧,尤其内燃机的富氧燃烧就显示出了诱人的应用前景。过去,为保证内燃机燃烧完全,提高动力性能,经常采用废气涡轮增压技术,涡轮15000r/min以上的高转速非常容易使设备产生故障,还存在额外的动力损耗。若采用富氧空气燃烧技术,由于氧气浓度升高,内燃机一方面可以提高燃料的燃烧效率,提高动力性能,另一方面可大大减少排气量,减少外流的热损失。更为值得一提的是,内燃机使用膜法富集氧气无需像一般锅炉的富氧燃烧那样需额外地提供膜两侧的压差,而只需利用内燃机中活塞自上止点向下运行时所产生的真空抽吸力就可以进行氧气的富集,无需增加任何加压或抽真空设备。
最近有人进行了膜法富氧空气用于火车头柴油发动机富氧燃烧的研究[13],在给定的汽缸峰值压力下,将该发动机在不同氧含量富氧空气操作下的总输出功率、净输出功率与高冲击的涡轮发动机的总输出功率、净输出功率进行比较,发现在汽缸峰值压力增加4%,吸入的富氧空气的氧含量为28%时,发动机的净功率大约可增加13%,燃料添加的时间可延缓4成。而在涡轮发动机中,同样的汽缸峰值压力增加值,仅仅能提高4%。显然,这是由于富氧空气可以获得较大的燃烧焓,从而导致功率提高。这样,用空气分离膜富氧燃烧使发动机所提供的功率完全可以满足要求。同时,富氧空气燃烧伴随着较高的燃烧温度,减少了微粒和可见烟尘的释放,有利于环境保护。然而,此时的NO释放量也有所增加,当富氧空气的氧含量为26%时,NO的释放量增加3倍。因此,如果要通过膜法富氧空气燃烧来经济有效地提高火车头柴油发动机的性能,NO气体的后处理以及热量的回收利用是必须考虑的。
氧氮分离装置也在不断的研究与开发中,有的已经或即将步入商业化领域[12,14]。比如由美国孟山都公司(M onsanto C o.)开发的使用硅橡胶复合膜的氧氮分离器Prism ,可从空气中同时分离出纯度为9919%的氮气和纯度为30%～42%的富氧气体。目前,空气产品和化学品公司(Air Products and Chemicals Inc.)和Ceramatec公司正在开发一种商标为SE OST M的氧气发生器,它是一种由电力驱动的小规模制氧装置,对氧氮分离而言,这在全球市场都将产生强大的冲击[12]。
令人感兴趣的是,膜法分离制造高纯氧也显示了令人振奋的产业化前景。这得益于一种能够在高温下传导氧离子的离子输送膜,它由陶瓷材料制成。该操作需高温,在综合考虑能量循环利用后,这种离子输送膜用于从空气中分离出高纯氧具有很大的潜在优势。将其应用于高温合成氨的生产,它对于减少从原料气体到产品液体的生产工厂投资和氢气的回收分离都是很有潜力的。离子输送膜技术的成功应用将使大规模膜法化工分离获得大幅度的提高。当然,这需要长期的大量的努力,且有一定的风险,对离子输送膜材料的性能也提出了更高的要求。目前,空气产品和化学品公司联合美国能源部、Cera2 matec公司和其他一些合作伙伴正在一起致力于发展这一新技术,以促成其产业化。
3 膜法空气分离大规模应用面临的阻碍及挑战
目前膜法空气分离技术所面临的最大阻碍主要来自3个方面[2]:①现有膜材料的性能指标———透氧系数和氧氮分离系数不能完美地匹配,即不能同时达到最高值。因此,在至少维持目前相同的生产率的同时,如何获得更高的选择分离性就成为膜法分离大规模应用的一个首要挑战。②膜性能的稳定性较差,尤其是一些性能优异的氧氮分离膜,寿命极短,且还需特殊保存护理。因此,在膜的使用、存放过程中如何保持膜性能稳定不变就成为第二个挑战。③现有高性能膜材料合成或制膜成本太高,如何降低经济成本使其有实力与其他分离技术抗衡就成为了第三个挑战。
实际上,上述诸因素是相辅相承的,经济成本和前二者密不可分。如果能廉价获得性能优异稳定的分离膜,则膜法分离就具有极大的竞争能力。因为膜法气体分离在低能耗、低投资、操作便利等方面是具有很大优势的。就目前情形而言,无机膜如沸石分子筛和碳材料或许具有较大的竞争实力,它可以
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年 月黄美荣等:大规模膜法空气分离技术应用进展
给出比传统的聚合物膜高5～10倍的选择透过性能,而且这类膜似乎更能耐受进料的不良影响,但目前还不太清楚这类无机膜是否真正具有大规模应用的价值。其最大的障碍在于陶瓷、玻璃、沸石以及其他无机膜单位膜面积上的加工费用要比聚合物膜法高出1～3个数量级。高的成本不适合于大宗品种,但对于某些高附加值的特殊分离、传感器等还是极为适合的。
4 实现大规模膜法空气分离技术应用的措施
膜材料是膜组件的心脏部件,是决定膜性能优劣的关键因素。因此,要实现膜法空气分离产业化,首要采取的措施就是寻求高性能氧氮分离膜。这可以从以下几个方面入手。
411 合成新的膜材料
研制新型高效空气分离膜是实现膜法空气分离产业化的最根本措施。以往,新膜材料的研制主要是靠反复实验或直观感受来评估材料的性能。随着分子科学的发展,新型膜材料能通过气体在膜中的透过机理来设计合成,并能从一级分子结构预示膜材料的分离性能。
目前研究较多的是由4,4′2(六氟异丙基)苯二甲酸酐(6FDA)和/或均苯四甲酸酐(PM DA)和均苯四胺(T AB)合成的聚吡咙膜。它们都落在了有吸引力的商业化膜区域(见图1),是一种很有发展潜力的高聚物膜。笔者还发现大分子链上含有芳杂环氮原子或与芳环共轭的氮原子的高分子固膜都具有较高的氧氮分离系数,详见表3[6,7]。
表3 具有高氧氮分离系数的几种含氮聚合物膜
高分子膜P(O2)/Barrer氧氮分离系数 缺点
聚苯胺011510～15P(O2)过低
聚三唑1129合成困难
聚42乙烯吡啶2812脆性
聚吡咙719615～8单体难得
聚酰亚胺7195～715成本较高
一般常见高分子固膜的氧氮分离系数只有2～4,而表3中所列的高聚物膜可达10以上。当然,就目前而言,这些高聚物膜还存在某些不足,例如聚42乙烯吡啶膜,尽管其氧氮分离系数较高,但它在常温下呈现脆性,聚三唑虽然拥有很好的成膜能力和膜强度,但是其P(O2)仅112Barrer。如果能克服上述不足,它们将很有潜力发展成为一类高性能空气分离膜。在普通聚合物中添加含芳香氮的物质也有助于富氧性能的提高。如在乙基纤维素中添加3%～5%(质量分数)的2,2′2联吡啶,在富氧空气流量基本不变的情况下,其富氧纯度可提高9%左右。添入苯胺/邻甲苯胺共聚物、液晶态小分子或聚合物也都有助于富氧性能的提高[15,16]。
412 交联聚合物膜
将现有的聚合物进行交联改性是提高膜稳定性的有效措施,交联聚合物能够在所给环境中保持性能不变。而且,可以从传统的非交联聚合物直接制得。因此,它们是非常吸引人的。显然,经交联的聚合物膜结构稳定、不易塑化,这样就提高了物质的热化学稳定性,克服进料气体侵蚀而保持膜性能不变。同时,交联也能够综合原有物质的优良性能,提高材料的本征参数。
413 有机无机共混基质膜
在聚合物基体中加入微米级的分子筛如沸石、碳分子筛等组分,构成一种有机无机共混基质(mixed2matrix)膜,它能够将聚合物的易操作性与无机分子筛的良好分离性结合起来,且随着分子筛加入量的增多,该膜的选择分离性能显著增加,而透氧系数几乎不减少[2](图1)。例如,将沸石4A加入到聚醋酸乙烯酯中,当沸石体积分数增加到20%～40%时,得到具有商业吸引力的共混基质膜。已有人预言,如果将体积分数10%～90%的沸石4A加入到当今工艺水平最高的、商标为Matrimid 聚合物基体中,所形成膜的氧氮分离性能将会大大超过现有聚合物的上限值。由碳分子筛与硅橡胶所得到的共混基质膜,也预示出了极好的改善效果,当碳分子筛的体积分数为40%～60%时,可以获得具有商业吸引力的分离性能。然而,目前这类膜的制作费用较高。将来也许会制造出与传统聚合物膜花费差不多的有机无机共混基质膜,真正开拓出商业化应用市场。
从实际角度出发,仿制分子筛的聚合物材料也是一条行之有效的途径。最近报道比较多的聚吡咯酮的共聚物就是这样一种材料。将具有分离功能的吡咯酮连接到极硬的主链上,即可获得结构类似于分子筛的聚合物材料。这一类材料的性能与传统的聚合物材料性能上限相同或有所超出,是一种很有市场潜力的膜材料。
5 结束语
膜法空气分离是一种很有潜力大规模应用的分离方法。然而,所有这一切都取决于膜材料的分离
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性能。根据现有的膜材料来看,膜法空气分离的大规模应用还不容乐观。尽管我们有很多机会来扩展膜的应用市场,但是,现有膜材料、膜结构和成膜工艺却还不足以完全把握好这些机会。膜的应用场所不同,人们对它的具体性能指标要求也就不同,而且像分离效率、生产效率和耐久性这样的重要性能,还必须与制作成本一起权衡考虑。市场中最根本的竞争是性能与价格比的竞争,膜法空气分离要击败对手争得更大的市场还有许多工作要做。
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51? 年 月黄美荣等:大规模膜法空气分离技术应用进展
氢气膜分离技术的现状
氢气膜分离技术的现状、特点和应用（中国科学院大连化学物理研究所）摘要： 气体膜分离技术是一种新型的化工分离技术。由于它具有能耗低、投资省、占地面积小和使用方便等特点，现已在石化和化工工业中得到广泛的应用。 在气体膜分离技术中，氢气分离膜占有很大的比重。到目前为止，氢气膜分离技术是开发应用得最早，技术上最成熟，取得的经济效益十分显着的气体膜分离技术。 本文简要地介绍氢气膜分离技术的发展概况，一些氢气膜分离器的性能和特点以及在国内外的应用情况。 关键词：氢气膜分离膜分离技术氢气回收 作者简介： 董子丰：男，1937年生；祖籍：浙江绍兴；研究员。 1961年毕业于北京理工大学化工系。从那时起一直在中国科学院大连化学物理研究所工作。主要从事国防科技事业的研究。80年代中，曾作为访问学者到德国海德堡大学从事激光化学的合作研究。88年回国到现在，主要从事气体膜分离的技术开发，已撰写10余篇文章刊登在国内外杂志上。 中图分类号： TQ028. 8 氢气分离膜技术的现状、特点和应用 一、概述 目前，在气体膜分离技术中，氢气膜分离技术是开发应用最早、适用范围很广、技术最成熟和经济效益十分显着的膜分离技术。氢气膜分离技术主要用来从含氢和其它气体的混合气中，分离和提浓氢气。它之所以在气体膜分离技术中占有如此重要位置的原因不仅是因为氢气在化工和石化工业中的重要性，而且还在于氢气膜分离所具有的技术适用性和经济合理性。 1、氢气在化工和石油化工工业中具有非常重要的意义 现代石油化学和炼油工业的特点是，在一些大型工艺过程中，氢气是重要付产物（重整、裂解），同时，氢又是重要的原料（合成氨、合成甲醇、加氢精制、加氢裂化）。石化工业是个耗氢大户，多年来，在石化工业中，氢气一直供不应求，随着原料油的加重和对辛烷值要求的提高，氢气的供需予盾将会更加突出。
浅谈空气分离技术的发展与改进
浅谈空气分离技术的发展与改进 发表时间：2016-11-08T10:19:54.403Z 来源：《低碳地产》2016年8月第16期作者：王梦抒 [导读] 本文重点分析空气分离技术的发展，并且提出专门适应改善空气分离技术目前存在的不足之处的一些措施，旨在提高空气分离技术的水平，促进工业发展。 开封黄河空分集团有限公司河南开封 475004 摘要：通过介绍空气分离工艺流程和它的特点展现分离技术这一制备高纯度气体的基础对如今的工业发展所起的重要作用，本文重点分析空气分离技术的发展，并且提出专门适应改善空气分离技术目前存在的不足之处的一些措施，旨在提高空气分离技术的水平，促进工业发展。 关键词：空气分离；工艺流程；技术；发展 如今，空气分离技术已经比较成熟，对工业的发展起到了举足轻重的推动作用。在我国的经济高速发展的背景下，冶金、石化、石油、化肥等行业有着持久恒定的发展，因此空气分离设备的需求量也在不断增大，大型空气分离设备产业迎来了空前的发展机遇，国内对大型空气分离设备的市场需求不断增多。空气分离设备从出现到现在已经经过多次重要的发展，也不断朝着大型化的方向前进，众多关键性的技术问题都得到解决从而发展到现今的成熟。本文介绍了空气分离技术的发展情况以及气体分离装置的发展。 1.低温法空气分离工艺流程简述 低温法分离空气设备是四大部分组成的，它们是：用压缩机压缩空气，净化（用分子筛吸附二氧化碳和水）。膨胀机膨胀通过节流伐送到下塔就成液空。用节流伐分抽取液空别送到上塔塔板经过热交换。 用不同物质进行空气分离有不同的效果，状态方程的选择能够在系统物性预测计算中起重要作用。我们一般会首先对纯物质进行研究以此来获得状态方程，这些状态方程有着自己的特征参数，可以用到纯物质P-V-T或是其他热力学计算中。当我们需要研究混合物性质，就可以用把混合物看作一个虚拟的纯物质，并有着自己的虚拟特征参数，然后把虚拟的特征参数代入纯物质状态方程里，就能够得知混合物的性质。 表1-1 氮—氩、氮—氧、氩—氧二元体系的a0和a1值 低温空气分解法分离流程也能按照工作压力区分，这样可以分成高压流程、中压流程、低压流程。高压流程工作压力能够达到 10.0-20.0MPa，制冷量取决于节流效应，因此不需要使用膨胀机，所以步骤简单，只能在小型制氧机或者液氮机中使用。中压流程工作压力一般处于 1.0-5.0MPa，小型的空气分离装置单位冷损比较大，必须用大的单位制冷量来做一种平衡，因此必须有比较高的压力。这种情况下，制冷量就会主要取决于膨胀机，但也会与节流效应有很大联系。低压流程的工作压力则接近下塔压力，低压流程是现今应用最广的流程，这种装置单位能耗很低，所以它的的应用也比较广泛。 另外，按产品的压缩方式分类可以分成两类，它们分别是分离装置外压缩和装置内压缩。装置外压缩即单独设置产品气体压缩机，不会直接影响到装置的工作。[1]装置内压缩指的则是让泵压缩液态产品在复热、气化后再运出装置。由此看来，内压缩相对比较安全，然而它也存在一定的不足，装置的正常工作很大程度上会受到液体泵的影响。 表2-2 主精馏塔下塔物料流股代号 2. 空气分离装置低温管道设计要点 2.1 低温管道材料 空气分离装置中的管道一般使用－196℃的超低温条件，因此管道在低温韧性、抗腐蚀功能、焊接功能等方面都有很大的优势，而如果管道在常温下安装，那么装置在低温下运行时，应该尽可能地让材料的线膨胀系数小些。现在国内的低温管道大多采用的是奥氏体不锈钢材料。另外，9%镍钢在国外的空气分离装置中使用广泛，因为它的综合性能比较好并且具有超低温功能，同时，它的线膨胀系数比不锈钢要低很多，因此它也很可能成为国内空气分离管道的主要材料。除此以外，还有一种材料也受关注，那就是奥氏体不锈钢，这种材料做成的管道壁太薄，所以强度和刚度不好。我们在选材时一定要结合管道壁厚的计算和管道支架的设置，防止震动带来严重后果。 2.2 阀门的结构及安装 低温阀门和普通常温阀门在结构和功能上都存在很多不同。低温球阀、截止阀适合使用加长阀盖结构，因为这种结构能够防止填料被冻住进而损坏填料。而低温阀门通常采用阀杆垂直向上安装或中心垂直线30度向上安装的方式，从而避免低温介质同填料盖进行太长时间的接触。另外，在阀门闭合的时候，需要把一个泄压阀或安全阀装置安装在阀门的高压侧，这样做可以预防内部液体受热蒸发产生太大压力从而破坏阀门。除此以外，在进行阀门的安装时应该格外注意流向，确保流向无误。 2.3 低温柔性 空气分离时冷箱内会发生很大的温度变化，就是从常温降到-196℃。在温度上的这种变化会使管道冷缩，因此在管道的设计中要充分考虑到冷热的补偿。用通过自然补偿或增加π型补偿弯来改变管道走向从而来达到低温管道上所有必需的柔性。还要对低温管道实行应力分
油气回收膜分离法
油气回收膜分离法 1国内外发展现状 国外对膜法油气回收的研究和工业应用较早。日本公司1988年建造了第一套用于油库油气回收的膜装置。1989年德国公司也成功推出了膜法油气回收装置,至今已有180多套大型装置在运行。德国的公司、日本的日东电工和美国的公司都在膜法油气回收方面实现了工业应用。欧洲建造了很多安装在输油管线终端的大型膜装置,用来从输送过程产生的气流中分离和回收油气。 由于国外在气体分离膜领域开展的研究较早，目前国外己经实现工业化的膜分离法回收的生产厂家以及回收体系有: 我国对气体分离膜的研究开发和应用开始的较晚，20世纪80年代初才开始。但由于气体分离技术与催化燃烧、吸附等传统处理方法比较，具有效率高、能耗低、操作简单、装置紧凑、占地面积少、无二次污染等显著特点，所以得到了广泛推广和深入研究。 中科院大连化学物理所、中科院长春应用化学所等单位在该方面进行了积极有益的探索，并取得了长足进步。我国目前使用膜分离技术主要应用的领域有:氢气的回收和利用、从空气中制取富氮、从空气中富集氧气、二氧化碳的回收和脱除、工业气体脱湿、从天然气中提取浓氦气、空气中易挥发有机物的回收等。在这些领域，膜分离技术基本都得到了工业化应用，但在回收废气中的挥发性有机物领域的研究应用工作只是最近几年才开始。
在化工生产、油罐、油轮及加油站等有机物质制造、贮存、运输和使用过程中，经常要排放挥发性有机气体。他们通常由惰性气体和烷烃、烯烃等有机气体组成，采用膜技术实现有机混合气体的分离，不仅可以回收附加值高的烷烃、烯烃等有机物和等，获得可观的经济效益。2002年，中国科学院大连化学物理研究所和吉化公司合作进行了现场实验，采用螺旋卷式膜分离器回收聚乙烯生产过程中排放的乙烯和丁烯单体，取得了较好的结果。但在膜材料的研究和生产领域，我国还没有全部实现自己研制开发。寻找成本低，分离效率高、化学稳定性好、耐热、并具有优良的机械加工性能的膜材料，并将其工业化应用将是我国研究人员面临的挑战。 近几年来，国外的实验室研究分离使用得最多的膜分离材料是聚二甲基硅氧烷P()。它从结构上看属半无机、半有机结构的高分子，具有许多独特性能，是目前发现的气体渗透性能好的高分子膜材料之一。研究人员大多是采用聚枫()、聚偏氟乙烯()、聚间苯二甲酸乙二酯()等材料作为支撑层，使用涂层堵孔，作为选择性分离层，选择性分离2或空气体系，都取得了理想的实验结果。 2003年,大连欧科力德环境技术有限公司与德国研究所、公司合作,率先引进膜法油气回收技术,在中石油上海灵广加油站应用成功。这座加油站安装上膜法油气回收装置后,油气回收率达到98%以上,尾气排放浓度降到15 g 3以内,低于欧洲标准(35 g 3),是国内第一座真正意义上的安全、环保、效益型的加油站。 2膜分离机理 膜法气体分离的基本原理就是根据混合气中各组分在压力的推动下透过膜的传递速率不同,从而达到分离目的。对不同结构的膜,气体通过膜的传递扩散方式不同,因而分离机理也不同。目前常见的气体通过膜的分离机理包括: (1)气体通过非多孔膜即致密膜(如,高分子聚合物膜)的溶解—扩散的分离机理。一般橡胶态聚合物的气体渗透是溶解控制，玻璃态聚合物为扩散控制。此时,气体透过膜的过程可认为由3个环节(步骤)组成:①吸着过程,即气体在膜的上游侧表面被吸附、凝聚、溶解。这个过程带有一定的选择性;②扩散过程,即该被吸着的气体在膜两侧压力差、浓度差的推动下,按不同扩散系数扩散透过膜另一侧;③解吸过程,即该已扩散透过的气体在膜下游侧表面被解吸、剥离过程。
空气分离的几种主要技术
空气分离的几种主要技术 变压吸附（PSA）空气分离技术 自世界上第一套变压吸附制氧设备用于废水处理出现来，PSA工艺得到了迅猛的发展，相继用于提取氢气、氦气、氩气、甲烷、氧气、二氧化碳、氮气、干燥空气等应用中。与此同时，各种吸附剂品种和性能也得到显著的提高。随着吸附剂性能和品种不断提高，新的纯化分离技术被用于优化的吸附工艺。变压吸附制氧工艺经历了超大气压常压解吸流程到穿透大气压真空解吸流程。吸附床数量也有数床转化到双床直至单床。使流程更实用经济。 1.变压吸附工艺一般包括以下四个步骤： （1）原料空气通过吸附床的入口端，在高吸附压力下选择吸附氮气（根据生产气而定），而未被吸附的产品（氧）从吸附床的另一端释放出来。 （2）吸附床泄压到较低的解吸压力，解吸出来的氮气从吸附床的进料端排出。 （3）通过引入吹除气进一步解吸被吸附的氮气。 （4）吸附床重新增压到较高的吸附压力。
在一个周期内按照上述顺序重复操作并随后按需补入原料气即可继续得到产品气。 2.VPSA双床制氧工艺过程简介, 双床VPSA制氧工艺流程简图1 -12所示。系统包括一台空气增压机，内装高效吸附能力的合成氟石分子筛，切换阀门一套，真空泵一台，富氧缓冲罐一台以及计算机控制系统。该装置在一个循环周期内大致经历（1）吸附床以某一中间压力增压到高的吸附压力。（2）在较高吸附压力条件下，从吸附床进料端引入原料空气并从吸附床出口端流出很少被吸附的富氧产品气。（3）顺放（或均压）用吸附床产品端释放出来的气体对系统中的另一初始压力较低的吸附床充压至某一中间压力。（4）逆流泄压到较低的解吸压力，吸附床内废气从原料进口端释放出来。（5）接着，吸附床被均压到前面所说的某一中间压力，均压气流经吸附床产品端，它来于系统中另一初始压力较高的吸附床。
膜分离技术的介绍及应用讲解
题目：膜分离技术读书报告日期2015年11月20日
目录 一、膜的种类特点及分离原理 (1) 二、最新膜分离技术进展 (3) 1. 静电纺丝纳米纤维在膜分离中的应用 (3) 1.1 静电纺丝技术的历史发展 (3) 1.2 静电纺丝纳米纤维制备新型结构复合膜 (3) 1.2.1 在超滤方面 (4) 1.2.2 在纳滤方面 (4) 1.2.3 在渗透方面 (5) 1.2.4 静电纺丝纳米纤维制备空气过滤膜 (5) 2. 多孔陶瓷膜应用技术 (6) 2.1 高渗透选择性陶瓷膜制备技术 (7) 2.1.1 溶胶—凝胶技术 (7) 2.1.2 修饰技术 (7)
一、膜的种类特点及分离原理 膜分离技术（membrane separation technology, MST）是天然或人工合成的高分子薄膜以压力差、浓度差、电位差和温度差等外界能量位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。常用的膜分离方法主要有微滤（micro-filtration, MF）、超滤（ultra-filtration，UF）、纳滤（nano-filtration，NF）、反渗透（reverse-osmosis, RO）和电渗析（eletro-dialysis, ED）等。MST具有节能、高效、简单、造价较低、易于操作等特点、可代替传统的如精馏、蒸发、萃取、结晶等分离，可以说是对传统分离方法的一次革命，被公认为20世纪末至21世纪中期最有发展前景的高新技术之一，也是当代国际上公认的最具效益技术之一。 分离膜的根本原理在于膜具有选择透过性，按照分离过程中的推动力和所用膜的孔径不同，可分为20世纪30年代的MF、20世纪40年代的渗析（Dialysis, D）、20世纪50年代的ED、20世纪60年代的RO、20世纪70年代的UF、20世 纪80年代的气体分离 （gas-separation, GS）、20世纪90 年代的PV和乳化液膜（emulsion liquid membrane, ELM）等。 制备膜元件的材料通常是有 机高分子材料或陶瓷材料，膜材料中的孔隙结构为物质透过分离膜而发生选择性分离提供了前提，膜孔径决定了混合体系中相应粒径大小的物质能否透过分离膜。图1是MF、UF、NF、RO的工作示意图。MF的推动力是膜两端的压力差，主要用来去除物料中的大分子颗粒、细菌和悬浮物等；UF的推动力也是膜两端的压力差，主要用来处理不同相对分子质量或者不同形状的大分子物质，应用较多的领域有蛋白质或多肽溶液浓缩、抗生素发酵液脱色、酶制剂纯化、病毒或多聚糖的浓缩或分离等；NF自身一般会带有一定的电荷，它对二价离子特别是二价阴离子的截留率可达９９％，在水净化方面应用较多，同时可以透析被RO膜截留的无机盐；RO是一种非对称膜，利用对溶液施加一定的压力来克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反向从溶液
大规模膜法空气分离技术应用进展
技术进展 大规模膜法空气分离技术应用进展 黄美荣 李新贵 董志清 (同济大学材料科学与工程学院混凝土材料研究国家重点实验室,上海200092) 摘要:富氧空气、氧气、氮气以及其他一些空气分离产品应用领域的增加,极大地推动了空气分离新技术的大规模发展。膜法空气分离以其节能、便利、安全等优异特性在空气分离产品的工业生产中展现出了极大的发展潜力。综述了现有膜材料的氧氮分离性能、制氧装置和制氮装置的研究开发及其在柴油发动机富氧燃烧等方面的应用研究,分析了膜法空气分离大规模商业化必须克服的技术障碍,从新型高性能膜材料的合成与制备方面提出了实现大规模膜法空气分离应用应采取的措施。 关键词:膜法空气分离;气体分离膜;应用中图分类号:T Q028.8;T Q028.1 文献标识码:A Application of large 2scale air separation by membranes HUANG Mei 2rong ,LI Xin 2gui ,DONG Zhi 2qing (S tate K ey Laboratory of C oncrete Materials Research ,C ollege of Materials Science &Engineering ,T ongji University , Shanghai 200092,China ) Abstract :The increments in application field of oxygen 2enriched air ,oxygen ,nitrogen and other air 2separation products have significantly pushed toward the development of air separation technology on large scale.Membrane 2based air separation shows a huge development potential because of many features ,such as low energy consumption ,facility ,safety and s o on.Separa 2tion performance of the available materials for oxygen enrichment ,research and development of oxygen and nitrogen generator ,and their application in oxygen 2enriched combustion air for diesel engines are summarized.T echnical hurdles that must be over 2come before success ful commercialization are analyzed.Measures that must be taken are put forward for the application of large 2scale membrane 2based air separation technology from the view point of synthesis and formations of new high performance mem 2brane materials. K ey w ords :membrane 2based air separation ;gas 2separation membrane ;application 收稿日期:2002205231 基金项目:国家自然科学基金资助项目(20174028) 作者简介:黄美荣,女,1963年生,硕士,副教授,从事气体分离功能高分子膜研究。 随着氧气、氮气和其他一些空气分离产品应用的增加,大规模空气分离技术得到了迅速发展。目前已形成了基于低温冷冻精馏分离技术的大规模的空气分离工厂,并通过输送管道提供给用户[1]。其氧气单管生产能力已达到3000～4000t/d 的规模,还常常伴有副产品氮气和氩气。该技术因可在大型或特大型空分装置中进行且氧气产品纯度可高达 991999%(体积分数,下同),因而具有成本低、纯度高的优势。相对而言,变压吸附是一种现代化的分离技术,由变压吸附法空气分离装置生产的氮气产量已达20～6000m 3/h (标准状态,下同);它也以产品纯度高、产气量大而占据优势。膜法空气分离是 最近几年来发展起来的空气分离技术,目前在产品纯度和产气量上不如上述两种技术,如新近商业化的膜法氧氮分离器Prism ,其产氮量为0126～5000m 3/h ,氮气纯度为9919%,富氧纯度为30%～42%。 然而,膜法空气分离却以节能、快捷、安全、便利等优势而蕴藏着巨大的发展潜力[2,3]。如何抓住这一发展契机,在加强自身优势、克服自身不足的同时,推动大规模膜法空气分离的进程,值得每位膜科学工作者深思[2]。笔者根据近年来膜法空气分离领域的研究与开发现状,列举了现有富氧膜材料的性能,总结了目前的膜法空气分离研究应用现状及面临的问题,阐明了实现大规模膜法空气分离应采取的措施, ?01? Sep.2002现代化工 第22卷第9期M odern Chemical Industry 2002年9月
膜分离技术综述
膜分离技术应用综述 摘要：膜分离工程技术是一项新兴的高效分离技术，已广泛应用于化工、电子、轻工、纺织、石油、食品、医药等工业，被认为是20世纪末到21世纪中期最有发展前途的高技术之一。由于膜分离的优势，越来越多的中药研究者正致力于开发膜技术在中药工业中的应用。膜分离技术 (微滤、超滤、纳滤、反渗透膜技术)在中药领域中发挥着非常重要的作用，可应用于中药提取液的纯化、浸膏制剂的制备、口服液的生产、注射剂的制备以及热原的去除等。膜分离技术将在中药现代化进程中发挥重大作用，并对中药的规范化和标准化生产起到一定的促进作用。由于历史的原因，生物技术发展初期，绝大多数的投资是在上游过程的开发，而下游处理过程的研究投入要比上游过程少得多，因而使得下游处理过程的研究明显落后，已成为生物技术整体优化的瓶颈，严重地制约了生物技术工业的发展，因此，当务之急是要充实和强化下游处理过程的研究，以期有更多的积累和突破，使下游处理过程尽快达到和适应上游过程的技术水平和要求。 关键词：生物分离下游工程膜分离 正文： 1、常用的膜分离过程 1.1微滤 鉴于微孔滤膜的分离特征，微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物，以达到净化、分离、浓缩的目的。 具体涉及领域主要有：医药工业、食品工业（明胶、葡萄酒、白酒、果汁、牛奶等）、高纯水、城市污水、工业废水、饮用水、生物技术、生物发酵等。 1.2超滤 早期的工业超滤应用于废水和污水处理。三十多年来，随着超滤技术的发展，如今超滤技术已经涉及食品加工、饮料工业、医药工业、生物制剂、中药制剂、临床医学、印染废水、食品工业废水处理、资源回收、环境工程等众多领域。1.3纳滤 纳滤的主要应用领域涉及：食品工业、植物深加工、饮料工业、农产品深加工、生物医药、生物发酵、精细化工、环保净水和污水处理及其资源化工业。1.4反渗透 由于反渗透分离技术的先进、高效和节能的特点，在国民经济各个部门都得到了广泛的应用，主要应用于水处理和热敏感性物质的浓缩，主要应用领域包括以下：食品工业、牛奶工业、饮料工业、植物（农产品）深加工、生物医药、生物发酵、制备饮用水、纯水、超纯水、海水、苦咸水淡化、电力、电子、半导体工业用水、医药行业工艺用水、制剂用水、注射用水、无菌无热源纯水、食品饮料工业、化工及其它工业的工艺用水、锅炉用水、洗涤用水及冷却用水。 1.5其他常用膜分离过程 除了以上四种常用的膜分离过程，另外还有渗析、控制释放、膜传感器、膜法气体分离等。
膜分离技术的应用现状及发展前景
膜分离技术的应用现状及发 展前景 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
膜分离技术的应用现状及发展前景 摘要：膜分离技术( Membrane Separation Technologies)是近十几年发展起来的一种高新技术，随着膜设备和技术的不断发展和成熟，其在各行业中有着广泛的应用。本文介绍了膜分离技术的特性，阐述了膜分离技术在食品工业、水处理、生物技术、医药工业和医疗设备方面的应用，并展望膜分离技术应用领域的发展前景，分析膜分离技术在膜材料、新的膜过程和膜通量等方面的发展趋势，同时指出膜分离技术将在人类社会的发展史上起到不可替代的作用。 关键词：膜分离技术；膜生物反应器；选择透过性膜；膜材料； 前言： 膜分离技术是指用天然或人工合成的具有选择透过性膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和浓缩的边缘学科高新技术[1]。由于膜分离技术具有节能、高效、简单、造价低、无相变、可在常温下连续操作等优点，而且特别适合热敏性物质的处理的特点，其应用已渗透到人们生活和生产的各个方面，现已被广泛应用于化工、环保、生物工程、医药和保健、食品和生化工程等行业[2]。虽然膜分离技术的应用在许多方面离产业化要求还有很长的距离，但是随着新型膜材料的不断开发、高效的强化膜过程分离技术研究的不断深入, 膜分离技术应将得到更加广泛的应用，其在未来是世界各国研究的热点，它将在各个领域发挥更引人注目的作用。 现本文对膜技术的特点、类型及其在各方面的应用现状进行综述，并且提出了膜分离技术的发展前景。 1 膜分离技术的特点 膜分离技术作为一种新型的分离技术, 具有以下特点[3]： 1.1 在常温下进行，特别适用于热敏性物质的分离、分级、提纯和浓缩，且可 以同步进行能较好地保持产品原有的色、香、味和营养成分； 1.2 分离过程中不发生相变，挥发性物质损失少，节约能源； 1.3 具有冷杀菌作用，保存期长，无二次污染； 1.4 选择性好，应用范围广，但要选择相应的膜类型； 1.5 设备简单，易于操作，可连续进行，效率高。 2 膜分离技术的类型
膜分离技术应用综述
膜分离技术应用综述 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
《食品科学概论》课程论文 论文题目：膜分离技术应用综述 学 院 ：生物工程学院 专 业 ：食品科学与工程 年级班别 ：09级一班 学 号 ：10122 学生姓名 ：齐莹 学生 指导教师 ：陈清禅 2011年 5 月 24 日 JINGCHU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
膜分离技术应用综述 齐莹 10122 摘要综述膜分离技术的特点、种类及分离机理，介绍国内外膜分离技术的研究进展及其在各个领域的应用现状，同时指出该技术存在的问题，提出选用更佳的膜材料以及多种膜分离技术联用是其今后的发展方向。 关键词膜分离技术微滤超滤食品工业 膜分离是在20世纪初出现，上世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术。膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，因此，目前已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当今分离科学中最重要的手段之一。据统计，膜销售每年以14%~30%的速度增长，而最大的市场为生物医药市场[1] 。 1膜分离的简介 1. 1 膜的定义 膜是一种起分子级分离过滤作用的介质,当溶液或混和气体与膜接触时,在压力下,或电场作用下,或温差作用下,某些物质可以透过膜,而另些物质则被选择性的拦截,从而使溶液中不同组分,或混和气体的不同组分被分离,这种分离是分子级的分离。 1. 2 膜的种类 分离膜包括:反渗透膜(0. 0001～0. 005μm) ,纳滤膜(0. 001 ～0. 005μm) 超滤膜(0. 001 ～0. 1μm) 微滤膜(0. 1～1μm) 、电渗析膜、渗透气化膜、
大型空分项目冷箱安装技术全解
N 大型空分设备冷箱施工 （中油吉林化建国际公司） 一、前言 由于钢铁工业、氮肥工业、火箭技术的发展，氧、氮耗量迅速增加，促进了大型空分设备制造的发展。近几年来我国的大型成套空分设备技术已经与世界发达国家的技术同步，在中国的大型空分设备厂中，各家的成套空分流程及原理基本相同，空分设备的安装也已经模式化，在安装过程中以冷箱及冷箱内设备安装难度最大。本文以辽阳石化分公司的10000m3/h空分设备安装为例介绍冷箱及冷箱内设备的安装，本套空分冷箱及冷箱内设备由中国杭州制氧机厂提供。 二、工程概况 辽阳石化分公司20万吨/年乙二醇及配套工程空分装置，冷箱总高+56米，长9.7米，宽7.2米，高57.5米，冷箱共有72块冷箱板，共重172.8吨，整个冷箱共分为主冷箱，板式冷箱。冷箱内设备有上塔、下塔、主冷凝蒸发器、粗氩塔Ⅰ、粗氩塔Ⅱ、精氩塔、粗氩塔冷凝器、精氩冷凝器、精氩蒸发器、主换热器、液空液氮过冷器、膨胀空气过滤器等设备，材质为铝镁合金。冷箱内工艺管线约为2000米，材质主要为LF2和LF4，冷箱外管线材质为20# 、0Cr18Ni9和部分铝镁合金。 三、冷箱安装施工程序 基础交接、验收及处理→钢结构及设备、材料验收→冷箱抗剪板安装找平→二次灌浆→下塔、粗氩塔Ⅱ、液空液氮过冷器底座安装找平焊牢→第一带冷箱板安装→换热器支架安装→换热器安装→氩泵小冷箱板放入大冷箱内→第二带冷箱板安装→下塔、粗氩塔Ⅱ下段、液空液氮过冷器吊装→第二带冷箱板安装→第三带冷箱板安装→第四带板安装→粗氩塔Ⅰ支架安装→氩Ⅱ塔拉架、精氩塔支架、粗氩液化器支架安装→上塔下段、粗氩塔Ⅱ上段安装→上塔上段安装→冷箱第五带板安装→粗氩塔Ⅰ拉架安装→精氩塔、粗氩液化器吊装→冷箱板进行焊接保证冷箱板有足够强度→其它冷箱板安装→冷箱内附属结构吊装就位→冷箱封顶→冷箱外梯子平台安装→液氩泵安装→冷箱内低温阀门安装→工艺内管线预制、安装→冷箱外管线、阀门安装→设备、管线、阀门气密性试验→冷箱内外管线吹扫→开车裸冷→阀门法兰冷紧→冷箱内清理→封闭人空→填充保温珠光砂→正式开车 四、基础验收及处理 机械、设备基础交接验收时，基础施工单位应提交质量证明书、测量记录及其它施工技术资料。基础上应有明显的标高基准线，纵横中心线，建筑物上应标有坐标轴线。基础外观不应有裂纹、蜂窝、孔洞及露筋等缺陷.基础混凝土强度应达到设计要求，周围土方应回填、夯实、整平，地脚螺栓的螺纹部分应无损坏和锈蚀。基础复测合格后，应由土建施工单位向安装施工单位办理中间交接手续；基础表面应进行修整。需二次灌浆的基础表面应铲出麻面，麻点深度一般不小于10mm，深度以每平方米内有3～5个点为宜，表面不允许有油污或疏松层；放置垫铁处的基础表面应铲平，其水平度允许偏差为2mm/m；螺拴孔内的碎石、泥土等杂物和积水必须清除干净。冷箱基础板安装为无垫铁安装，底板找平后，与临时
膜分离技术的应用特点
膜是具有选择性分离功能的材料。利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。它与传统的过滤的不同在于，膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。 膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要还只有微滤级别的膜，主要是陶瓷膜和金属膜。有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等。交叉流膜工艺中各种膜的分离与截留性能以膜的孔径和截留分子量来加以区别。 对于微滤而言，膜的截留特性是以膜的孔径来表征，通常孔径范围在0.1～1μm，能对大直径的菌体、悬浮固体等进行分离。故微滤膜作为一般料液的澄清、预过滤、空气除菌。 对于超滤而言，膜的截留特性是以对标准有机物的截留分子量来表征，通常截留分子量范围在1000～300 000，能对大分子有机物（如蛋白质、细菌）、胶体、悬浮固体等进行分离。因此超滤膜广泛应用于料液的澄清、大分子有机物的分离纯化、除热源等方面。 对于纳滤而言，膜的截留特性是以对标准NaCl、MgSO4、CaCl2溶液的截留率来表征，通常截留率范围在60%～90%，相应截留分子量范围在100～1000，故纳滤膜能对小分子有机物等与水、无机盐进行分离，实现脱盐与浓缩的同时进行。 反渗透的截留对象是所有的离子，仅让水透过膜，对NaCl的载留率在98%以上，出水为无离子水。反渗透法能够去除可溶性的金属盐、有机物、细菌、胶体粒水、发热物质，也即能截留所有的离子，在生产纯净水、软化水、无离子水、产品浓缩、废水处理方面反渗透膜已经应用广泛。 由于膜分离过程是一种纯物理过程，能够广泛应用于发酵、制药、化工、食品、饮料、水处理工艺过程及环保等领域，并体现了以下特点：分子级别的分离，精密高效，滤液质量好，是普通过滤分离手段难以比拟的；物理过程，无相变，无化学反应；系统惟一的能源耗是电力，能耗低；系统全封闭运行，实现清洁化生产；系统体积小，操作简便安全，可实现自动化控制，扩展性好。 随着膜技术的不断发展，可以实现现有系统的软件升级，及时优化工艺操作条件，提高生产效益。 针对不同的料液及工艺处理要求，选择合适的膜工艺，对料液进行有效的分离、过滤澄清、浓缩，降低能耗、提高产品的质量和收率、减少环境污染，从而降低生产成本，促进效益。
膜分离技术概述
膜分离技术概述 天然色素应用技术推广实验室 膜分离（Membrane Separating）是利用天然或人工制备的具有选择透过性膜，以外界能量或化学位差为推动力对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和浓缩的方法。膜分离法可以用于液相和气相，对液相分离，可以用于水溶液体系、非水溶液体系以及水溶胶体系。膜分离技术由于省能、高效、简单、造价低、易于操作，可代替传统的分离技术（如精馏、蒸发、萃取、结晶等过程），所以是对传统分离方法的一次革命，被公认为20世纪末至21世纪中期最有发展前景的高技术之一。 膜分离过程的发展概况 膜分离技术研究应用虽有上百年时间，但是由于制膜的技术所限，在工业中应用还仅一、二十年的时间。目前膜法除大规模用于各种水处理外，还在食品工业、医药工业、生物工程、石油、化学工业、核工业等领域得到应用。全球已有30多个国家和地区的2000多个科研机构从事膜技术研究和应用开发，已形成了一个较为完整的边缘学科和新兴产业，并正逐步地有针对地代替目前的一些传统分离净化工艺，而且朝反应-分离耦合、集成分离技术等方面发展。据报道，1998世界膜产品市场销售额已超过440亿美元，且以14%~30%的年增长速度在发展。膜产业将是21世纪新型十大高科技产业之一。 在膜分离技术中，微滤、超滤、反渗透和电渗析分离过程已较为成熟。这些膜过程的应用比大概为：微滤35.71%；反渗透13.04%；超滤19.10%；电渗析3.42%；气体分离9.32%；血液透析17.70%；其他1.71%。 膜分离技术特点 膜分离与传统的分离技术（蒸馏、吸收、吸附、萃取、深冷分离等）相比，具有以下特点： <1>膜分离过程不发生相变化，耗能少，可以保持物质的原态、特别适合热敏性物质，如酶、果汁、某些药品的分离浓缩、精制等。 <2>膜分离技术不耗化学试剂和添加剂，不会因此而污染产品； <3>膜分离通常是一个高效的分离过程，目前已广泛的应用与盐水与海水淡化、工业用水和生活用水的净化、溶质的浓缩与分离过程。 <4>膜分离设备本身没有运动部件，工作温度在室温附近。它的操作十分简单，从开动到得到产品的时间很短，可以在高频的启、停下工作。 <5>膜分离设备的体积比较小，占地较少，通常可以直接插入已有的生产工艺流程，不需要对生产线进行大的改变。 膜分离过程的原理及分类 在膜分离过程中，由于膜具有选择透过性，当膜两侧存在某种推动力（如压力差，浓度差，电位差等），原料侧组分选择性地透过膜以达到分离提纯的目的。实际中物质通过膜的传递极为复杂，不同的膜过程使用的膜不同，推动力不同,其传递机理也不同。 膜分离过程按其分离对象可分为气体（蒸汽）分离和液体分离。按其分离方法可分为反渗透法(RO)、纳滤（NF）、超滤（UF）、微滤（MF）、电渗析（ED）、气体分离（GS）和渗透蒸发（PV）以及与其它过程相结合的分离过程，例如：，膜蒸馏、膜吸收、膜萃取等。由于本论文中用超滤膜对红花提取液进行了分离、纯化的初步探讨，下面就超滤过程做简单介绍。超滤 超滤膜技术的发展现状 超滤膜过程是根据体系中相对分子质量的大小和形状，通过膜孔的筛分、吸附等作用，
空气分离的基本原理空气分离的基本原理是利用低温精馏法1
《空气分离流程工艺》 课程：过程装备成套技术 姓名：刘小菲 学号: 08180224 学院：石油化工学院 班级：基地一班
一．空气分离简介及基本原理 空气分离简称空分，利用空气中各组分物理性质不同（见表），采用深度冷冻、吸附、膜分离等方法从空气中分离出氧气、氮气，或同时提取氦气、氩气等稀有气体的过程。 空气分离最常用的方法是深度冷冻法（如图示）。此方法可制得氧、氮与稀有气体,所得气体产品的纯度可达％～％。此外,还采用分子筛吸附法分离空气(见变压吸附),后者用于制取含氧70％～80％的富氧空气。 近年来，有些国家还开发了固体膜分离空气的技术。氧气、氮气及氩气、氦气等稀有气体用途很广，所以空气分离装置广泛用于冶金、化工、石油、机械、采矿、食品、军事等工业部门。 空气分离的基本原理是利用低温精馏法，将空气冷凝成液体，按照各组分蒸发温度的不同将空气分离。双级精馏塔在上塔顶部和底部同时获得纯氮气和纯氧气；也可以在主冷的蒸发侧和冷凝侧分别取出液氧和液氮。
精馏塔中空气分离分为两级，空气在下塔进行第一次分离，获得液氮，同时得到富氧液空；富氧液空被送向上塔进行精馏，获得纯氧和纯氮。上塔又分为两段:以液空进料口为界，上部为精馏段，精馏上升气体，回收氧组分，提纯氮气纯度，下段为提馏段，将液体中的氮组分分离出来，提高液体的氧纯度。 二．空气设备 简史 到50年代，由于吹氧炼钢和高炉鼓风工艺的推广应用以及氮肥工业的迅速发展，空气分离设备向大型化发展，并应用了近代的科研成果， 吸附器等设备之后，空气分离设备不断得到改进和完善，设备中的空气压力从高压（20兆帕）降到低压（小于1兆帕）,单位产品的电耗也逐渐下降（每立方米氧的电耗从降至千瓦·小时）。现代空气分离设备能生产各种容量、不同纯度的气态或液态产品，也能制造超高纯度的氧和氮（如含氧％和含氮％）空气分离设备还能根据用户的需要，通过电子计算机的控制，随时增减产品的数量，达到经济用氧的目的。到80年代，大型空气分离设备的氧气生产能力已达到70000米(／时；空气压力下降到兆帕；连续运转周期可达2年以上。 分类 空气分离设备是由多种机械和设备组成的成套设备，常按空气压力来分类。常用的有高压、中压和低压3种． 低压设备由于电耗低、连续运转周期长、经济效益高，被广泛采用。 低压空气分离设备。整个设备由空气压缩系统、杂质净化和换热系统、制冷系统和液化精馏4个主要系统组成。相应的机械设备有空气透平压缩机、空气冷却塔、透平膨胀机和分馏塔等。低压空气分离设备的工作原理建立在液化循环和精馏理论基础上进入的空气先经空气过滤器,而后由透平压缩机空气冷却塔压缩和冷却到压力为兆帕、温度为303K 左右,再进入切换式换热器(E1、E2)两换热器能清除空气中的水和二氧化碳,并进行热交换,把空气冷却到接近液化温度(101K)后送入下塔，从下塔
膜分离技术应用现状与展望_程淑英
膜分离技术应用现状与展望 程淑英 (北京化工大学,北京100029) 龚莉莉 (中国昊华化工(集团)公司,北京100723) 摘 要 介绍了膜分离技术的发展概况、应用现状,展望了它的发展趋势和应用前景。 关键词 膜分离 发展趋势 应用现状 前景 Presen t Situa tion and Foreca st of M em brane Separa tion Technology Cheng S huy ing (Beijing Chem ical T echno logy U niversity,Beijing100029) Gong L ili (Ch ina H aohua Chem ical Industry Group Co rpo rati on,Beijing100723) Abstract T he general situati on and its app licati on of m em b rane separati on techno logy in Ch ina are in troduced in th is pap er.T he develop ing trend and its app licati on p ro spect are also m ade. Key words m em b rane sep arati on,develop ing trend,app licati on situati on,p ro spect 膜分离是指通过特定的膜的渗透作用,借助于外界能量或化学位差的推动,对两组分或多组分混合的气体或液体进行分离、分级、提纯和富集。膜技术作为新的分离净化和浓缩技术,过程中大多无相变化,常温下操作,有高效、节能、工艺简便、投资少、污染小等优点,特别对于处理热敏物质领域如食品、药品和生物工程产品,显示出极大优越性,与传统分离操作(如蒸发、萃取或离子交换等)相比较,不仅可以避免组分受热变性或混入杂质,通常还有能耗低和效率高的特点,因而具有显著的经济效益,故其发展相当迅速,应用也越来越广泛(见表1)。在国际膜会议上曾将“在21世纪的多数工业中膜过程所扮演的战略角色”列为专题,进行深入讨论,并认为它是20世纪末到21世纪中期最有发展前途的高技术之一。 膜分离法按其分离对象可分为气体(蒸汽)分离和液体分离等。按分离方法又可分为反渗透法(RO)、微滤法(M F)、超滤法(U F)、透析(D)、电渗析法(ED)、气体分离(GS)和渗透蒸发(PV)以及与其它过程相结合的分离过程膜蒸馏和膜萃取(见表2)。就膜本身而言,按膜的材料,又可分为有机膜(或高分子膜)及无机膜;按膜的结构,又可分为对称膜 收稿日期:1999201213和不对称膜。 表1 膜分离的工业应用 应用领域应用举例 金属工艺金属回收,富氧燃烧 纺织及制革工业药剂回收 造纸工业代替蒸馏,纤维及药剂回收 食品及生化工业净化,浓缩,消毒,代替蒸馏,副产品回收 化工及石化工业有机物分离、药品制备及气体分离和富集,副产 品回收、化工产品制备 医药及保健人造器官,血液分离,消毒,水净化 水处理海水苦咸水淡化,超纯水制备,电厂锅炉水净 化,油田回注水处理 国防工业淡水供应,战地受污染水净化,低放射性水处理 环境保护活水处理、废气处理 对于膜分离方法的总体性能而言,过程设计及化学工程方面是很重要的,但是关键部分仍是膜本身。 1 国内外膜分离技术发展概况及现状 膜分离现象在200多年前就已经发现。世界上首家商品化生产微孔滤膜的公司创建于1927年。1960年第一张高通量、高脱盐的醋酸纤维膜的问世,真正为以反渗透、微滤、超滤和纳滤膜为主体的现代膜工业奠定了基础,并引起全球范围内的广泛关注,一些国家和地区的政府、政府间的国际合作组织、一些公司陆续斥巨资进行膜技术研究和工程化开发,到80年代初已逐步实现了商品化和产业化。 已投入工业生产应用的有代表性的膜技术装备
综述：高分子膜分离技术.
高分子膜分离技术 摘要:对现有的超滤、微滤、渗透汽化及气体分离等膜技术在水处理和石油化工产业领域的研究与应用现状进行了综述,分析了各种膜产品的市场占有率及未来发展趋势.提出了利用膜分离技术改造传统产业及提高工业生产经济效益的可能途径。 关键词:膜分离;水处理;气体分离;石油化工 一、研究背景 膜分离过程作为现代材料科学、高分子物理化学以及化学工程交叉融会而形成的新型高效分离技术,近10多年以来得到了显著的技术进步和应用市场发展.膜分离技术进步的动力主要来自两个方面,现代分析技术和微细加工技术的发展使得从微观或介观尺寸上对材料加工过程进行有效控制成为现实,能够高质量地稳定生产具有特定微观结构的分离膜.另外,在工业生产过程中存在许多现有技术难于解决的技术难题,例如,对采油、炼油过程产生的大量含油污水深度处理和油田回注用水的低成本化;燃料油储存、运输过程中产生的大量有机蒸气回收利用;膜分离能够有效克服精馏过程恒沸点,降低精馏过程能耗等问题.以上技术需求极大地推动膜分离过程在石油化工领域的应用基础研究,所取得的成果为膜分离技术在石油化工领域的推广应用奠定坚实基础.通过论述膜分离技术本身特征,分析了石油开采和石油产品加工过程膜分离技术的应用研究现状,以技术经济的综合评价为基础,对膜分离技术在石油化工领域应用研究现状和巨大的市场发展潜力进行了阐述. 二、研究现状
1 膜分离技术和分离膜市场 膜分离是利用功能性分离膜作为过滤介质,实现液体或气体高度分离纯化的现代高新技术之一.和普通过滤介质相比较,分离膜具有更小的孔径和更窄的孔径分布.根据分离膜孔径从大到小的顺序,可以分为微滤(microfiltration)、超滤(ultrafiltration)、纳滤(nanofiltration)和反渗透(reverseosmosis).如图1所示,微孔滤膜孔径在1~0.01Lm左右,可以有效除去水中的大部分微粒、细菌等杂质,超滤膜孔径在几十纳米附近,能够很容易地实现蛋白质等大分子的分级、纯化,能够除去水中的病毒和热原体.纳滤膜和反渗透膜孔径更小,大约在几个埃(1∪=1×10-10m),能够从水中脱除离子,达到海水和苦咸水淡化目的.一般认为,当分离膜孔径小于0.01Lm以后,分离作用的实现,不仅仅依靠孔径大小的/筛分0效果,分子或离子渗透通过膜材料时,渗透物和分离膜间的表面相到作用逐渐占据主要地位.气体分离膜和渗透汽化膜的分离作用是依靠不同渗透组分在膜中溶解度和扩散系数不同来实现,通常可用溶解扩散机理进行定量描述.例如,使用聚乙烯醇和聚丙烯腈为原料的渗透汽化PVA/PAN复合膜,能够从乙醇水溶液中脱除微量的水生产无水乙醇,与萃取精馏、恒沸精馏相比,制取无水乙醇的能耗大约降低1/3左右。 与现存的分离过程相比,膜分离过程在液体纯化、浓缩、分离领域有其独特的优势,膜分离过程大多无相变,在常温下操作,设备和流程简单,容易实现工业放大等.近10多年以来,北美、欧洲、日本等发达国家的政府和大企业联合,投入巨资开发研究.以反渗透分离膜为例,膜材料从初期单一的醋酸纤维素非对称膜发展到表面聚合技术制成的交联芳香族聚酰胺复合膜,操作压力也扩展到高压(海水淡化)膜、中压(苦咸水淡化)膜、低压(复合)膜和超低压(复合)膜,80年代以来又开发出多种材质的纳滤膜.膜组件的形式近年来也呈现出多样化的趋势,除了传统的中