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1、膜法富氧技术介绍膜法富氧一般性技术原理一、膜法制氧概述当前，通常的制氧方法有两种：一是深冷空分法，即低温法制氧；二是用分子筛采用变压吸附技术制氧，但这两种方法投资大，耗能高，技术复杂，均需专人操作，且运行费用高。膜法制氧技术是国际上七十年代兴起的用高分子膜将浓度为20.9%的空气制成氧浓度较高的富氧空气的新技术，虽然传统的深冷空分和分子筛变压吸附技术制氧均较成熟，但各国都极重视膜法富氧的研究开发，其原因在于膜法富氧在低纯度制氧领域，投资少，设备简单，操作方便，运行费用低，用途广泛。膜法制氧为提供富氧空气用于燃烧开辟了一条新途径，对于窑炉特别是需要低纯度富氧空气作为氧化剂来
2、源的场合，膜法富氧装置的投资、耗能、维修费用总和占深冷空分法的60%，变压吸附法的65%，且安装，操作方便灵活，至今国外膜富氧装置及窑炉上的应用技术对我国仍不出®®售、不转让，由SSS实业基于偲达弗材料科技（SSAT）生产的富氧膜材料研发的oxylead膜法制氧及燃烧应用技术为我国工业窑炉应用膜法富氧新技术迈出了全新的一步。膜法制氧是利用一定选择性的渗透薄膜实现空气中氧、氮分离，其过程推动力是膜两侧的对应组份的压差/压比，对于不同的应用场合，可选用正压操作也可负压操作，当用负压操作时，不需配备压力容器，真空泵只将产物从一侧抽出，所以能耗较少，当用正压系统时，将进料空气压缩
3、，一般压差较大，产气量较高，但是耗能也相应提高，并对膜本身的抗压性能要求提高。在高温窑炉燃烧中使用的以节能为目的的富氧空气，一般采用负压流程以制取氧气。采用膜分离技术为依托的富氧燃烧（OEC）技术，可有效的提高火焰温度，加快燃烧速度，增强火焰强度，提高火焰辐射和对流热传导，并能提高燃烧质量，减少热损失及排出的有害物质，降低能耗，改善环境，提高产品质量和生产率；英、法、前苏联、美国、联邦德国、捷克、日本等国均采用富氧燃烧技术以提高窑炉的生产效率并取得了良好的效果。1、膜法制氧技术的历史与发展用有机高分子薄膜分离混合气体的研究已有一百多年的历史，人们对单一的气体在聚合物及其膜
4、中传送进行了大量的研究,从而在理论上得到了较好的发展.然而,膜在实际中的应用却是近几十年间的事,较突出的例子是核武器中同位素铀的分离.20世纪四十年代的二次世界大战期间，当时的德国法西斯为制造原子弹的需要而进行铀的同位素分离，采用的方法就是将铀氟化变成UF6，然后利用无机陶瓷膜经过一万多级分离浓缩U238。这一方法的原理是利用陶瓷膜的孔道将混合气体进行筛分，分离系数跟被分离气体分子量的平方根成反比。由此可见其分离系数的低下，成本很高，因而这一方法难以进入气体分离市场。直到70年代末期,气体在聚µ∑µ∑µ∑µ∑µ∑µ∑µ∑µ∑µ∑µ∑µ∑µ∑µ∑µ∑µ∑µ∑µ∑µ∑µ∑µ∑
5、µ∑µ∑µ∑µ∑µ∑µ∑µ∑µ∑µ∑µ∑『2011-2015上海穗杉版权所有』『第1页共11页』膜法富氧技术介绍合物膜中的渗透性和选择性已发展到具有工业化经济价值时,膜才象今天这样得到大规模应用.由于膜在气体分离中发展的较晚,因此,与膜法在其它方面应用相比,如和反渗透,超滤,微滤等方面相比,膜法用在气体分离方面还是鲜为人所知的!膜对气体混合物的分离有两种类型:其一,是微孔型膜,另一种是非多孔型膜.微孔型膜为人们首先所研究.1831年Michell观察到各种气体对薄膜渗透速率不相等的现象，1854年，Graham首先用橡胶膜进行分离气体混合物实验，讨论了气体进行膜渗透的原理
6、，膜对气体选择分离基本定律是由Graham所发现,当膜的孔径小于气体分子的平均自由程时,分子量较小的气体分子将渗透过膜而被富集,气体透过微孔膜其选择性是与气体分子量的平方根成反比.但是对大多数气体混合物来说,分子量之比率不是很大,所以无论是理论上还是实际应用中,这一理论运用于气体分离过程是很少的,另一方面由于这一理论是严格地遵照气体分子的质量比率,而不是根据其化学性质上的差异,因而只是在富集同位素铀方法中得到应用,如在第二次世界大战时研制原子弹过程中用到了微孔膜.但这种特有的分离方法也有其广阔的前景---将在类似导弹武器用气中得到大量应用.这类膜的规格是严格精确的(孔隙率
7、高,孔径小),并且能量消耗大.利用微孔膜及其理论进行气体分离只是出现在某些特殊应用中,当经济性不是最要,进行大规模的应用是可能的.另一类在气体分离过程中用到的是非多孔膜.气体透过膜的基本原理是根据气体在该类聚合物基质中溶解和扩散性能的差异(通常指有机聚合物膜),气体分子的大小在这类分离过程中亦起作用,但与多孔膜不同的是,气体的化学性质将起主要作用.因此从某种概念上讲,这类分离方法是最为有效的.随着聚合物科学的发展,不同的气体分子在许多聚合物中渗透性能得到检验,从中发现了许多聚合物对气体分离具有较好的选择性.例如,有些聚合物对极
