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氢气分离
气体分离概述
1.气体分离膜发展概述
v膜法气体透过性的研究始于1829年,人类对气体膜分离过程的研究开发走过了漫长而又艰辛的历程。
v1831年,J.V.Mitchell系统地研究了天然橡胶的透气性,首先揭示了膜实现气体分离的可能性。
由于未找到合适的膜结构,从而未能引起重视;
v1950年代起,众多科学家进行了大量的气体分离膜的应用研究;
v1954年,P.Mears进一步研究了玻璃态聚合物的透气性,拓宽了膜材料的选择范围;
v1965年,S.A.Sterm等人为从天然气中分离出氦进行了含氟高分子膜的试验,但发现膜的通量小,气体分离膜尚无法在工业中大规模应用;
v1979年,美国Monsanto(孟山都公司)研制出“Prism”气体分离膜装置,通过在聚砜中空纤维膜外表面上涂敷致密的硅橡胶表层,从而得到高渗透率、高选择性的复合膜,成功地将之应用在合成氨弛放气中回收氢。
成为气体分离膜发展中的里程碑。
至今已有百多套在运行,Monsanto公司也因此成为世界上第一个大规模的气体分离膜专业公司。
vMonsanto公司“prism”气体分离膜的开发成功,大大激励了许多公司,如DowChemical、Separex、Envirogenics、W.R.Grace、Ube等公司都加速了本公司气体分离膜的商品化进程。
v我国于20世纪80年代开始研究气体分离膜及其应用,中科院大连化物所、长春应化所等单位在该方面进行了积极有益的探索,并取得了长足进展。
大连化物所研制成功了中空纤维膜氮氢分离器。
2.气体分离膜材料
v迄今为止,在工业上真正大规模用于气体分离的膜材质仍以高分子材质为主,主要有:
——聚酰亚胺(PI)
——醋酸纤维素(CA)
——聚二甲基硅氧烷(PDMS)
——聚砜(PS)
——聚碳酸酯(PC
v无机材料
1金属及其合金膜
2陶瓷膜
3分子筛膜
v有机~无机集成材料
1分子筛填充有机高分子膜
2聚合物热裂解法
3.气体分离膜组件
v平板式膜组件
v螺旋卷式膜组件
v中空纤维式膜组件
美国碳化公司的气体渗透膜组件Separex公司旋卷式气体分离器
中空纤维膜组件
5.气体膜分离原理
v气体透过多孔膜与非多孔膜的机理是不同的。
多孔膜是利用不同气体通过膜孔的速率差进行分离的,其分离性能与气体的种类、膜孔径等有关。
v气体通过多孔膜的传递机理可分为分子流、粘性流、表面扩散流、分子筛筛分机理、毛细管凝聚机理等。
v气体通过非多孔膜按传递机理可分溶解~扩散和双吸收~双迁移机理等。
渗透系数:
P=D*S
气体分离膜的主要特性参数
v渗透系数(P)表示气体通过膜的难易程度,是体现膜性能的重要指标。
它因气体的种类、膜材料的化学组成和分子结构的不同而异。
当同一种气体透过不同的气体分离膜时,P主要取决于气体在膜中的扩散系数;而同一种膜对不同气体进行透过时,P的大小主要取决于气体对膜的溶解系数。
v扩散系数(D)用渗透气体在单位时间内透过膜的气体体积来表示。
它随气体分子量的增大而减小。
v分离系数(α)它标志膜的分离选择性能。
v溶解度系数(S)表示膜收拢气体能力的大小。
它与被溶解的气体及高分子种类有关。
应用实例
水果保鲜系统
一般说来,水果要收获以后仍会继续生长。
它们一方面吸入氧气,一方面释放二氧化碳。
由于这种呼吸作用,果品将逐渐劣化以至变质,采取的主要措施是将果品进行冷藏保管,目的是抑制果品的呼吸以达到保鲜目的。
不过这种方法仍不十分理想,效果有限。
更好的办法是适当降低果品保藏器中的氧气浓度,增加二氧化碳,即保持适宜的气氛,从而达到保鲜的目的。
气体分离膜应用小结
1.氢气的分离回收
◆从合成氨弛(施)放气中回收氢
◆从石油炼厂尾气中回收氢
◆合成气(H2/CO)比例调节
2.膜法富氧(助燃)
3.膜法富氮
4.在天然气工业中的应用
◆天然气中酸性气体的脱除
◆天然气脱湿、氦气提取
5.有机废气的脱除
6.气体除湿
四川科易科技有限公司成立于2000年(,位于中国气体分离汇集地——成都,是一家专业从事气体分离与净化技术的研究开发的科技型公司。
公司拥有科技开发楼、气体分离装置组装厂和旗下控股特种阀门厂。
为用户提供变压吸附制氢,制氮,制氧,提纯或脱除二氧化碳,多晶硅尾气分离回收净化回收氯乙烯尾气,天然气净化,脱水等气体分离,提纯,净化技术和装置以及技术改造;程控阀,吸附剂维修,更换服务和工程设计等。
产品广泛用于石油、天然气、化工、冶金、轻工等行业,获ISO9001认证和特种设备制造许可。
公司气体分离净化装置和技术涉足十一大领域,并先后推出:
易氢系列——各种规模新型制氢装置;易氮系列——各种规模新型制氮机;易CNG净化系列——各种压力CNG全自动净化干燥装置等。
科易净化装置具有性能稳定、性价比高、紧凑集成、占地少寿命长、操作控制简单、节能环保等特点受到成套商和广大用户的共同认可和高度评价,各项指标较传统气体分离技术有着质的飞跃,是对传统气体分离技术的一次“革命”,被誉为“新一代气体分离装置”和“未来中小装置发展方向”,成为国内最具创新精神和发展前景的气体分离与净化供应商。
公司的创新技术来源于长期专注气体分离和净化技术的发展;汇集了从事气体分离净化研制和开发20余年的工艺、自控仪表、阀门、设备制造等志同道合知名专家;并借鉴依托国外最新技术并不断自主创新开发。
公司现拥有六大气体净化技术和专利(统称“易气”技术),能为用户提供各种技术咨询、工程实施方案和具有特色的各种工业气体净化装置。
科易公司一直以来都与广大高校、科研院所、技术人才保持密切联系,如西南院、南京化工大学吸附剂研究所、复旦大学吸附剂研究中心、四川大学、成都理工大学和中国科学院大连物理化学所相关和基础研究单位;还与化工部甲级设计院有着长期、稳定的合作关系,并得到广大合作方的认可。
科易以“诚信、专业”作为企业文化;以为用户提供高性价比的产品和满意服务为目标;以做最有创新技术的产品来服务客户。
专注气体净化技术,突破科技创新!
科易人将把“易气”技术推广应用在更多的气体分离净化领域,为中国的复兴贡献自己的力量!
一.科易产品在节能减排与新能源应用
1.制氢装置上应用:
氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源,人类对氢能应用自200年前就产生了兴趣,到20世纪70年代以来,世界上许多国家和地区就广泛开展了氢能研究。
采用变压吸附方法通过分子筛和程控阀将介质为:
变换气、精炼气、半水煤气、城市煤气、焦炉气、发酵气、甲醇尾气、甲醛尾气、乙炔炭黑尾气、电解副产气、氨裂解气、甲醇裂解气、冷箱尾气等富含氢介质中提纯氢气可达99.999%,用于各种工业和能源项目。
2.在氯碱行业应用:
氯碱分馏尾气中氯乙烯和乙炔PSA法回收——节能,净化后氯乙烯≤36mg/m3,乙炔≤120mg/m3,达到国家排放标准——减排。
3.焦炉煤气和能源项目应用:
煤炼焦,焦炉尾气提纯甲烷制液化天然气(LNG),采用等压变温TSA干燥预处理焦炉煤气。
4.在磷矿行业应用:
黄磷尾气TSA和PSA法提取CO制草酸、甲醇、甲酸钠、二甲醚等,中国磷矿产量居世界首位,绝大部分燃烧排空,给环境造成污染同时浪费大量CO资源,《黄磷工业污染排放标准》,既利用了CO又减少了环境污染。
5.在多晶硅新能源行业应用:
多晶硅合成尾气含HCL、H2、SIHCL等,可回收进行再利用降低能耗,减少三废的排放量。
6.CNG天然气净化:
CNG天然气净化、干燥,CNG前置脱水,后置脱水气体干燥等。
7.在碳减排项目应用:
可从以下介质:
石灰窖尾气、发酵气、变换
气、天然气矿井气、烟道气等通过PSA法提纯CO2制成干冰。
二氧化碳与氢气做原料,可生产甲醇、甲烷、甲醚、聚碳酸酯等化工原料和新燃料;作为油田注入剂可有效地驱油和提高石油的采油率;注入地下难于开采的煤层,使煤层气化,获得化工所需的合成气体和居间物;保护电弧焊接,既可避免金属表而氧化,又可使焊接速度提高大约9倍;烟丝膨化和食品保鲜、食品添加人工干冰降雨,萃取剂等。
二.科易气体分离净化装置涉足11大领域
1.提纯氢气(PSA-H2)装置用于从各种含氢混合气中回收纯氢气的气体分离装置上,其原料介质为:
变换气、精炼气、半水煤气、城市煤气、焦炉气、发酵气、甲醇尾气、甲醛尾气、乙炔炭黑尾气、电解副产气、氨裂解气、甲醇裂解气、冷箱尾气、天然气制氢等;石化行业从烃类转化、变换气、重整尾气、催化干气提回收氢气,用于汽柴油、苯加氢精制、柴油加氢改质、干气制氢、蜡油加氢、催化汽油选择性加氢。
煤化工行业焦炉煤气制天然气(LNG)、煤层气提浓、煤焦油加氢、煤气提氢提一氧化碳等等。
2.CNG天然气净化
CNG天然气净化、干燥,CNG前置脱水,后置脱水气体干燥等。
3.氯乙烯回收净化装置氯碱分馏尾气中氯乙烯和乙炔PSA法回收,净化后氯乙烯≤36mg/m3,乙炔≤120mg/m3,达到国家排放标准排放。
4.多晶硅尾气回收利用:
多晶硅合成尾气含HCL、H2、SIHCL等,可回收进行再利用降低能耗,减少三废的排放量。
5.提纯二氧化碳(PSA-CO2)装置
从各种富含二氧化碳混合气体中回收纯二氧化碳的装置上,其原料介质为:
石灰窖尾气、发酵气、变换气、天然气矿井气、烟道气等。
6.提纯一氧化碳(PSA-CO)装置
用于从各种富含一氧化碳混合气体中回收纯一氧化碳的装置上,其原料介质为:
半水煤气、水煤气、铜洗再生气、高炉气、黄磷尾气、德士古炉煤气等。
7.脱除二氧化碳(PSA-CO2/R)装置
用于合成氨、尿素、甲醇生产流程中的脱碳以及其它需要脱除二氧化碳的装置上
8.制纯氮(PSA-N2)装置
用于自空气中分离提纯氮装置上。
9.制富氧(PSA-O2)装置
自空气中分离提富氧,适用于各种工业窖炉供氧装置,阀门开关小于1秒。
10.浓缩甲烷(PSA-CH4)装置
用于从瓦斯气体中回收和浓缩甲烷装置;煤层气提浓。
11.脱除乙烷以上烃类组份(PSA-C2/R)装置
脱除天然气、油田伴生气中C2以上烃类,提取纯甲烷。
六大“易气”技术,领先同行!
1.气体分配技术:
采用先进的气体分配器取代普通程控阀,使整个装置占地面积减少50%,程控阀控制点(以四塔制氢为例)减少80%和大量配管,控制阀门集成化,管道配制简单化,控制系统实用化,大大提高装置的运行可靠性和运行成本。
独有技术已申报发明专利。
2.吸附器技术:
吸附器结构与众不同,产品、原料气管全部在吸附塔底部;独特的过滤和气体旋风分离技术包含其中,减少了吸附剂的磨损和死空间,解决了吸附热的平衡问题,效率更高,节省投资和彻底解决吸附剂粉化问题。
吸附塔结构已获国家专利。
3.分子筛分层固定(装填)技术:
一改普通大众化的吸附剂装填方法,防止分子筛粉化和沸腾,在吸附剂装填和吸附器结构设计时充分考虑,使吸附剂同比装填量增加20%,使用效率提高30%;吸附剂寿命延长5年并不需补充。
4.筛选高性能吸附剂:
吸附剂生产厂很多,其原料和工艺不同导致产品性能相差很大,公司通过吸附剂性能测试仪和中试装置进行测试,筛选出几十种高性能吸附剂供选用。
5.工艺控制技术:
工艺技术本着实用高效可靠原则,通过特有技术简化了工艺流程和控制点,从而实现大型净化装置小型化;阀门管道集成化;固定装置撬装化;设备预制标准化;仪表控制模块化;这样大量节省安装时间、省去现场配管和装置一次性投入,提高产品性价比,为客户带来更多实惠。
1.气体分配技术:
采用先进的气体分配器取代普通程控阀,使整个装置占地面积减少50%,程控阀控制点(以四塔制氢为例)减少80%和大量配管,控制阀门集成化,管道配制简单化,控制系统实用化,大大提高装置的运行可靠性和运行成本。
独有技术已申报发明专利。
2.吸附器技术:
吸附器结构与众不同,产品、原料气管全部在吸附塔底部;独特的过滤和气体旋风分离技术包含其中,减少了吸附剂的磨损和死空间,解决了吸附热的平衡问题,效率更高,节省投资和彻底解决吸附剂粉化问题。
吸附塔结构已获国家专利。
3.分子筛分层固定(装填)技术:
一改普通大众化的吸附剂装填方法,防止分子筛粉化和沸腾,在吸附剂装填和吸附器结构设计时充分考虑,使吸附剂同比装填量增加20%,使用效率提高30%;吸附剂寿命延长5年并不需补充。
4.筛选高性能吸附剂:
吸附剂生产厂很多,其原料和工艺不同导致产品性能相差很大,公司通过吸附剂性能测试仪和中试装置进行测试,筛选出几十种高性能吸附剂供选用。
5.工艺控制技术:
工艺技术本着实用高效可靠原则,通过特有技术简化了工艺流程和控制点,从而实现大型净化装置小型化;阀门管道集成化;固定装置撬装化;设备预制标准化;仪表控制模块化;这样大量节省安装时间、省去现场配管和装置一次性投入,提高产品性价比,为客户带来更多实惠。
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