《气体膜分离技术》PPT课件

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1、气体膜分离技术及其应用中科院大连化物所膜技术组DalianInstituteofChem.Phys.,CAS曹义鸣手机：13840893581；电话：+86-411-4379053/13940971801传真：+86-411-84379329Email:ymcao@dicp.ac.cn手机：13840893581；电话：+86-411-84379053/13940971801传真：+86-411-84379329Email:ymcao@dicp.ac.cn膜分离过程示意图提纲膜分离过程特点、历史及发展趋势膜传递机理、材料及膜组件分离膜制备及成膜机理膜分离应用膜分离过程特点、历史及发展趋势分

2、离膜定义分离膜为两相之间的选择性介质。膜必须具有使不同物质有的可以通过、有的不能通过的特性。膜可以是固相、液相或气相。常用的分离膜绝大多数是固相膜。功能膜分类膜—membrane分离膜孔径与膜分类可用于分离的性质工业化膜分离过程及原理膜过程的特点膜过程的发展膜传递机理、材料及膜组件气体透过多孔膜的渗透机理努森流粘性流表面扩散分子筛分Knudsen扩散气体透过膜的渗透机理（溶解—扩散）AB分离膜N2=1O2H2CO2SO2气体渗透膜的相对速率纤维素膜聚酰亚胺膜N2=1H2CO2O2α(CO2/CH4)=37，α(CO2/H2)=20。纤维素衍生物纤维素是资源丰富的天然高分子,价格便宜，用作透

3、析膜和微滤膜材料。在分解前没有熔点，又不溶于一般的溶剂。一般都先进行化学改性，如醋酸纤维素和硝酸纤维素聚砜类高机械强度工程塑料。耐酸、耐碱。缺点是耐有机溶剂差。超滤和微滤膜材料，且是多种商品复合膜（反渗透膜、气体分离膜）的支撑层膜材料聚酰亚胺聚合物膜材料刚性主链结构，柔性侧基，高分子链间自由体积大，自由体积分布窄。耐高温、高强度，用于气体分离和空除湿聚合物材料的结构和组成决定了气体组分在材料中的扩散性能和溶解性能P=D×S溶解—扩散模型气体的临界温度和在聚合物中的溶解度有关气体分子的大小有关DA/DB传统膜材料主要靠扩散选择性SA/SB新型膜材料主要靠增大溶解选择性选择及合成刚性、不可以旋

4、转，但可以扭动的主链，且链间距不能太大的聚合物材料CO2膜材料开发思路目前国内外对CO2膜分离材料进行增大溶解度的改造含有碱性基团的材料含有和CO2溶解度参数相近的官能团的材料含有胺基的材料聚氧乙烯类路线2路线1JCO2＝2.32×10-5cm3(STP)/cm2.s.cmHgαCO2/N2＝51αCO2/CH4＝22αCO2/H2＝8.75JCO2＝0.5×10-5cm3(STP)/cm2.s.cmHgαCO2/N2＝45~47αCO2/CH4＝22~23αCO2/H2＝8~12膜形态例子平板膜中空纤维膜膜断面非对称结构中空纤维膜分离器结构未透过气体原料气体渗透气体Schematicdi

5、agramofskid-mountedmembranesystemforremovalofC3+fromnaturalgas分离膜制备及成膜机理沉浸凝胶相转化法制膜三元组分典型相图Loeb和Sourirajan提出的。非对称膜成功研制是膜技术发展史上一个里程碑，提高了人们对膜结构认识，使膜技术研究开发跨入了飞速发展新时代。无纺布聚合物溶液刮刀无纺布凝胶浴后处理连续刮膜过程平板膜制备中空纤维膜制备聚合物溶液芯液纺丝喷头聚合物溶液计量泵芯液泵凝胶浴水洗浴聚合物溶液芯液中空纤维膜基于三通道喷头的聚酰亚胺复合膜制造双层非对称中空纤维膜内/外径：0.25/0.55mm。CO2渗透系数：10(GPU)

6、CO2/CH4分离系数≥29BorefluidPolymerdopeBPolymerdopeA双层非对称中空纤维膜纺丝系统(喷头)聚酰亚胺单体气体分离膜应用气体分离过程的主要用途氨吸收塔气液分离器加热器膜分离器放空气稀氨水氢气瓦斯气脱盐水合成氨放空气中氢回收流程示意石油化工中制氢要耗费大量烃，同时在加氢过程又不断排放产生的低碳烃，此时，伴随大量氢气流失；另外，催化裂化干气被排放用作燃气。因此，保持氢气平衡，合理利用氢气，已成各炼油厂所关注的问题加氢尾气的氢回收（加氢脱硫、加氢脱氮、汽柴油加氢精制、润滑油加氢等催化裂化干气中氢气回收重整气的氢气提纯炼厂气中氢回收膜分离提氢技术在加氢脱硫过程中

7、的应用炼厂气氢回收流程示意前处理单元膜分离单元排污氢气瓦斯气炼厂气气源加氢干气解吸气精制干气混合气温度(℃)40～4540～4540～4540～45压力(MPa)1.21.21.21.2流量(NM3/h)600010000400020000组成(%mol)H280.771.1974.974.785C16.677.0815.018.543C22.177.874.825.55C34.887.622.25.854C=30.7C