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膜分离技术简介

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  气体膜分离技术发展简况

  气体膜分离技术的工业化始于20世纪四十年代的二次世界大战期间,1977年,美国MONSANTO龙8官网主页率先推出了商品化的普里森(Prism(R))气体膜分离装置,用于合成气H2/CO的比例调节。其所用的分离膜是梯度致密的中空纤维复合膜。梯度致密------很薄的致密分离层及多孔网状支撑层使得膜在能承受两侧较大压差的同时,气体通过膜壁的阻力很低,有较高的渗透速率;中空纤维------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------防止机械缺陷产生孔道筛分而降低分离系数。这是气体膜分离技术的一次根本性突破,由此开始,膜法气体分离技术在含氢混合气的氢气分离回收、空分富氧制氮、空气脱水及天然气处理等领域得到了广泛的应用。到目前为止,仅柏美亚(Permea)提供的就有五百余套氢气膜系统、一万多套氮气膜系统、两万多根脱水膜组件和六套工业化的天然气膜处理系统在世界各地运行,其中包括国内的已有近千套普里森(Prism(R))膜分离系统。

  美国Prism膜(APCI)被公认为世界上较好的气体膜分离器,其中APCI收购的美国蒙山都龙8官网主页膜分离提纯氢气和氮气技术,于世界重要地位。

  龙8官网主页作为美国Prism代理商和技术合作伙伴,主要集中在制氢和制氮领域,并有数十套膜成套设备应用于国内各行各业”

  膜的分离选择性(各气体组分渗透量的差异)、膜面积和膜两侧的分压差构成了膜分离的三要素。其中,膜分离的选择性取决于制造商选用的膜材料及制备工艺,是决定膜分离系统性能和效率的关键因素。

  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器,数万根细小的中空纤维丝浇铸成管束而置于承压管壳内。混合气体进入分离器后沿纤维的一侧轴向流动,“快气”不断透过膜壁而在纤维的另一侧富集,通过渗透气出口排出,而滞留气则从与气体入口相对的另一端非渗透气出口排出。

  中空纤维复合膜截面图

  膜气体分离工作原理

  膜分离系统的工作原理就是利用一种高分子聚合物(通常是聚酰亚胺或聚砜)薄膜来选择“过滤”进料气而达到分离的目的。当两种或两种以上的气体混合物通过聚合物薄膜时,各气体组分在聚合物中的溶解扩散系数的差异,导致其渗透通过膜壁的速率不同。由此,可将气体分为“快气”(如H2O、H2、He等)和“慢气”(如N2、CH4及其它烃类等)。当混合气体在驱动力—膜两侧相应组分分压差的作用下,渗透速率相对较快的气体优先透过膜壁而在低压渗透侧被富集排出,而渗透速率相对较慢的气体则在高压滞留侧被富集排出。

 

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