普里森膜分离技术在化工行业的应用.pdf

·214· 全国中氮情报协作组第19次技术交流会论文集 其他 普里森膜分离技术在化工行业的应用 屠原祯，栾秀文，严万程，张 健 (柏美亚(中国)有限公司，山东烟台264004) 目前，气体分离技术主要分为膜分离法、变 聚酰亚胺或聚砜)薄膜来选择“过滤”进料气而 压吸附(PSA)和深冷分离。其中膜分离法因其达到分离的目的。当两种或两种以上的气体混合 简便、经济、操作灵活而日益受到普遍欢迎。有 物通过聚合物薄膜时，各气体组分在聚合物中的 人将膜分离技术的应用称为“第三次工业革命”， 溶解扩散系数的差异，导致其渗透通过膜壁的速 膜分离技术正在为人类的发展做出巨大的贡献。 率不同。由此，可将气体分为“快气” (如 1气体膜分离技术的发展概况 其他烃类等)。当混合气体在驱动力——膜两侧 气体膜分离技术的工业化始于20世纪四十 相应组分分压差的作用下，渗透速率相对较快的 年代的二次世界大战期间，其原理是利用陶瓷膜 气体优先透过膜壁而在低压渗透侧被富集，而渗 的孔道将混合气体进行筛分，分离系数与被分离 透速率相对较慢的气体则在高压滞留侧被富集。 气体分子量的平方根成反比，分离系数低，成本 各气体渗透量可表示为： 很高，因而这一方法难以进入气体分离市场。 Qi=(P／1)ixA×(Pxi—pyi) 1977年，美国MONSANTO公司率先推出 式中Q——气体组分i的渗透量； 了商品化的普里森(Prism，)气体膜分离装置， (P／1)i——气体组分i的渗透系数； 用于合成气H2／CO的比例调节。其所用的分离 A——膜面积： 膜是梯度致密的中空纤维复合膜。这里，梯度致 P_原料气压力； 密指很薄的致密分离层及多孔网状支撑层，该结 构使得膜在能承受两侧较大压差的同时，气体通 p一渗透气压力； Xi——气体组分i在原料气中的体积分数； 过膜壁的阻力很低，有较高的渗透速率；中空纤 Yi——气体组分i在渗透气中的体积分数。 维在细小的空间中提供巨大的分离面积，使膜分 离器紧凑高效；复合涂层用于防止机械缺陷产生 从上式可以看出：膜的分离选择性(各气体 孔道筛分而降低分离系数。这是气体膜分离技术 组分渗透量的差异)、膜面积和膜两侧的分压差 的一次根本性突破，由此开始，膜法气体分离技 构成了膜分离的三要素。其中，膜分离的选择性 术在含氢混合气的氢气分离回收、空气富氧制 取决于制造商选用的膜材料及制备工艺，是决定 氢、空气脱水及天然气处理等领域得到了广泛的 膜分离系统性能和效率的关键因素。 应用。PERMEA公司也因其在发展气体分离技 Pris种及其同系物Cactus。膜分离系统的核 心部件是一构型类似于管壳式换热器的膜分离 术方面所作的特殊贡献而荣获1981年的Kirk— 器，数万根细小的中空纤维丝浇铸成管束而置于 patric化学工程成就奖。到目前为止，仅柏美亚 承压管壳内。混合气体进入分离器后沿纤维的一 (Permea)提供的就有二百多套氢气膜系统、一 万多套氮气膜系统、两万多根脱水膜组件和六套 倾I鼬向流动，“快气”不断透过膜壁而在纤维的 工业化的天