气体分离膜

气体分离膜材料

1 膜的发展历史

人类对于膜现象有了初步认识是在1748 年，然而认识膜的功能到被挖掘，却经历了200 多年的漫长历程，才为人类服务。人们在近几十年来，开始对膜进行科学研究。其发展的历史大致为：30 年代微孔过滤；40 年代透析；50 年代电渗析；60 年代反渗透；70 年代超滤和液膜；80年代气体分离；90 年代渗透汽化。同时以膜为基础的其它离过程，以及膜分离与其它分离过程结合的复合应用也日益得到重视和发展。

1979 年将气体分离推向工业化应用的基础，是孟山都（Monsanto）公司用于H?/N?分离的低温制氮系统（Prism）的建立。陶氏（Dow）化学公司在1985年向市场提供以富N?为目的空气分离器，“Generon”气体分离用于天然气、石油、化工生产等领域，大大提高了气体生产过程的经济效益。

我国从1958年研究离子交换膜开始，80年代中期我国研究的气体分离膜取得长足进步，1985 年中国科学院大连化物所首次成功研制中空纤维N?/H?分离器，与国外同类产品主要的性能指标接近，现已投入批量生产。

2 气体分离膜材料

2.1高分子膜材料

高分子膜材料一般制备简单，性能稳定，耐溶剂性能较好，而广泛的应用于膜分离领域。用于制备气体分离膜的高分子膜材料主要有以下几种。

1）乙基纤维素EC

纤维素是一种较为常见的天然高分子材料，乙基纤维素是由碱纤维素和乙基卤化物反应得到，由于EC的热稳定性好、具有较强的抗生物性能，且气体气体的渗透系数

和气体渗透选择性较高，常用作空气中的氧、氮分离富集。

2）双酚A型聚砜PSF

双酚A型聚砜主链上含有砜基的一种线性杂链高分子膜材料，具有优异的热稳定性、力学性质和较强的刚性及较好的化学稳定性，耐蒸汽性能好，PSF的玻化温度（Tg）为190℃。可用于制备复合膜的支撑层，合成氨尾气回收氢，目前已得到工业化生产。

3）聚芳醚砜PES

聚芳醚砜分子中含有砜基，由于其共轭效应，具有良好的抗氧化性和热稳定性，同时具有良好加工性能的醚键，不含有对耐热性、抗氧稳定性有不利影响的异丙撑基，没有-C-C-链，不含有刚性极大的联苯结构，因而具有良好的耐溶剂性能。PSF的玻化温度（Tg）为235℃，可在140℃高温下长时间使用，且具有较好的气体渗透选择性，常用作制备气体分离膜材料。

4）酚酞型聚醚酮PEK-C

酚酞型聚醚酮为无定形高分子材料，玻化温度（Tg）为231℃，可以用于超滤、气体分离膜制备方面。

5）含氟聚酰亚胺

聚酰亚胺是一类耐热性能好、机械性能优异、化学性质稳定的高性能聚合物材料。含氟聚酰亚胺在气体分离方面具有气体渗透速率快、选择性高的膜材料，常用于氧/氮、氢/氮、二氧化碳/氮或者二氧化碳/甲烷等气体的分离。

6）涤纶PET

涤纶是一种合成纤维，具有机械强度好、弹性高、耐热性能佳的材料，常用作气体分离、渗透汽化等平板膜组件和卷式膜组件的支撑材料。

7）聚碳酸酯PC

聚碳酸酯是一种分子链中含有碳酸酯基的线性高分子聚合物材料，由于两个苯撑

基与中间的丙撑基限制了分子链的内旋，使得PC分子链具有较强的刚性，同时氧醚键的存在增加了基团的柔性，赋予PC材料较差的机械性能，但氧氮的渗透速率较高，所以可用于制备气体分离膜的高分子聚合物材料。

8）聚4-甲基戊烯-1PMP

聚4-甲基戊烯-1是由丙烯二聚得到4-甲基戊烯-1，再经聚合得到PMP。聚4-甲基戊烯-1具有优良的热稳定性和透气性，常用作制备气体分离膜的材料，其制备的气体分离膜材料氧氮的分离选择性已达到7~8。

9）聚丙烯腈PAN

聚丙烯腈是由丙烯腈单体经自由基聚合反应制得，PAN是常用的微滤、超滤或渗透气化复合膜底膜材料。

10）聚乙烯醇PVA

聚乙烯醇机械性能并不强，常用于制备渗透汽化膜材料，已投入实际生产。

11）聚偏氯乙烯PVDC

聚偏氯乙烯气、液性能较低，热稳定较差，主要用作阻透气材料。

12）聚二甲基硅氧烷PDMS

聚二甲基硅氧烷（硅橡胶）是一种线性聚合物，机械性能较低，具有较高的气体

渗透率，但气体选择性较低，常用于制备气体分离膜的底膜。

13）聚三甲硅基丙炔PTMSP

聚三甲硅基丙炔是一种玻璃态的无定形聚合物，气体透过速率均较高，但膜材料

稳定性较差，在广泛应用上受到限制。

2.2无机膜材料

无机膜是通过加工无机材料制备得到的一种固态膜，分为陶瓷膜、沸石膜、玻璃膜、高分子金属络和物膜、金属膜、合金膜以及分子筛碳膜。目前已用于制备无机膜的材料有陶瓷、玻璃、金属（如Pd、Pd合金、Ni、Ag、Pt）、金属氧化物（如Ti O?、ZrO?、Al?O?）、SiO?及其硅酸盐、沸石等。

与高分子膜材料制备的有机膜相比，无机膜具有如下特点：

1）热稳定性好，可在高温体系中应用，最高使用温度可达800℃，也可以高温消毒灭菌。2）机械强度高，无机材料具有刚性且无机膜常用于载体膜，致使无机膜可承受较高的外压，

而且可以进行反吹和反冲，具有较强的再生能力。

3）化学性能稳定，耐酸、碱、有机溶剂。

4）抗微生物能力好，不与微生物发生生化及化学反应，可用于生物医药领域。

5）无机膜的孔径较窄，气体透过选择性较高。

6）无机膜的使用寿命较长，可降低更换频率。其不足在于制备无机膜成本较高，无机材料弹性小，比较脆，不易于膜的加工成型，同时陶瓷膜不耐酸、碱。

2.3有机-无机复合膜材料

由于有机材料具有高柔性、可加工性、资源多及品种多，无机材料具有高强度、高韧性、高稳定性、高刚性等优点，于是在20世纪80年代中期，许多研究者提出将无机材料添加到高分子聚合物膜材料中，而所选用的无机材料大部分为纳米级的粒子，制备兼具有机、无机气体分离膜优点的复合膜，无机纳米粒子负载在有机高分子聚合物中，也解决了纳米粒子在物理、化学方面的不稳定性，从而有利于从材料上改进复合膜的分离性能。

有机-无机纳米粒子复合膜除了兼具有机膜与无机膜的特点外，同时还具有以下特

殊性能：

a 无机纳米材料对有机高分子聚合物膜的改性，可以在保留无机材料的高强度的

性质的同时，由于纳米粒子的小尺寸效应起到增加复合膜韧性的效果。

b 无机材料添加到高分子聚合物膜中，可以增强膜的强度和模量，而无机纳米材

料可以在此基础上进一步提高复合膜的强度、模量。

c 纳米粒子的特殊性质，可以改变膜的性质，得到新的高性能的功能复合膜。

3气体分离复合膜的制备及表征

3.1气体分离复合膜的制备

无机纳米粒子粒径小、比表面积大，分散在聚合物基体中容易团聚，目前主要采

用以下几种方法制备有机/无机气体分离复合膜。

1、共混法

直接将经过处理的纳米粒子与高分子聚合物溶液或者单体混合，混合的形式可以是溶液共混、乳液共混、熔融共混或者机械共混等。此方法操作简单，容易控制组分浓度，适用于不同尺寸、形态的纳米粒子，不足之处是纳米颗粒容易团聚，存在严重的相分离现象，不利于制备均匀的聚合物基纳米复合材料。

2、溶胶-凝胶法

将高化学活性的硅氧烷或者金属盐等作为前躯体，溶于水或者有机溶剂，形成均质溶液，溶质发生水解、缩合反应，在溶液中生成纳米级粒子并形成稳定的溶胶体系，经过陈化，胶粒间缓慢聚合形成凝胶，再经干燥、烧结固化等方法制备成聚合物基纳米复合材料的方法。溶胶-凝胶法可以在温和条件下进行，能够使纳米粒子在聚合物中分散均匀，但由于在凝胶干燥过程，可能会导致聚合物基纳米复合材料内部应力收缩，从而影响材料的力学和机械性能。常见纳米颗粒对应前驱体见表2.1所示。

2.1常见无机纳米颗粒及其前驱体

3、层间插入法

具有层状结构的无机化合物如粘土、石墨、云母、层状硅酸盐、金属氧化物、磷酸盐等，经过有机化处理，利用其层间膨胀性、吸附性和离子交换功能，将聚合物（或单体）插入其中，制成聚合物基有机无机纳米复合材料，层状无机化合物粒子不易团聚，分散均匀，来源丰富。层间插入法大致可以分为四种：溶液插层聚合、熔融插层聚合、聚合物熔融插层和聚合物溶液插层。

4、原位聚合法

将经过处理的纳米粒子在聚合物单体中分散均匀，在一定条件下引发单体发生聚合，从而制得分散性好的聚合物基纳米复合材料。原位聚合方式有原为本体聚合、乳液聚合、悬浮聚合和分散聚合等。该法有效的改善无机纳米粒子易团聚的缺点，为制备高通量、高选择性、高模量、高强度的聚合物基纳米复合材料开辟了新道路，但原位聚合方法有很大的局限性，仅适用于含有金属、硫化物或者氢氧化物的胶体粒子。

5、辐射合成法

将聚合物单体与金属盐在分子级别上均匀混合，制备成金属盐单体溶液，再利用钴源进行辐射，得到分散性均匀，粒径小的聚合物基无机纳米复合材料。此法很适用于制备聚合物基金属纳米粒子复合材料。

6、静电纺丝法

静电纺丝法是将高分子聚合物、聚合物/纳米颗粒溶液置于高压静电场中，在高压静电的作用下产生正电荷，并在金属针头尖端形成泰勒锥形液滴，在电场作用下喷射出来，高分子聚合物、聚合物/纳米颗粒溶液中的溶剂迅速挥发，最终以纤维随机排列的无纺布状形式沉积在接收板上。

7、自组装法

自组装法主要包括Langmuir-Buldgett（LB）膜法、Molecular-Deposition（MD）膜法和仿生合成等。LB膜法是利用具有疏水端和亲水端的两亲性分子在气-液（一般为水溶液）界面定向排列，制备聚合物/无机层交替的纳米复合材料。MD 膜法是采用与纳米粒子具有相反电荷的双离子或多聚离子化合物，利用阴阳离子静电相互作用，作为驱动力，制备出多层有机-无机纳米复合膜。仿生合成是使无机先驱物与有机自组装和溶液相界面发生化学反应，形成有机-无机复合材料。

3.2气体分离复合膜的表征

1、扫描电子显微镜（SEM）

将一束高能入射电子轰击样品表面，得到样品中分布的纳米粒子的大小和形貌特征、纳米粒子在高分子聚合物集体中聚集状态。

2、透射电子显微镜（TEM）

通过将电子束照射到样品室内的样品上，分析透过样品的电子束信息，获得样品内部结构信息，利用TEM可以观测到样品内部纳米粒子的形貌、分散情况及纳米粒子的粒径等信息，为研究提供了更有效的手段与依据。

3、原子力显微镜（AFM）

在不需要对样品做任何特殊处理情况下，通过AFM 观测，可以得到样品的三维立体表面图。

4、傅立叶红外光谱（FT-IR）

分析物质对不同波长的红外光的吸收情况，可以得到分子的键长、键角，从而推

断分子的立体结构，按照光谱图中吸收峰的强弱推断组分含量。

5、X 射线衍射分析（XRD）

利用晶体物质形成的X射线衍射，分析得到物质的晶粒度、晶体结构或层状硅酸盐的层间距。XRD 可以在不损坏样品、无污染情况下，获得原子间的结合方式等大量信息。

6、紫外可见吸收光谱（UV-Vis）

根据物质对紫外、可见光的吸收，对吸收峰的进行分析，可以推断物质的组成、含量和

结构的变化。

7、正电子湮没（RAS）

可用于检测材料的微观结构、存在的缺陷等信息。

8、热差分析

通过程序升温、降温或者恒温，测试并记录样品的重量与温度和时间的关系，分析相应的曲线，判断聚合物基纳米复合材料的热稳定的变化趋势。

4 气体分离膜的应用

4.1氢的分离回收

这是当前应用面最广、装置销售量最大的一个领域，已广泛应用于合成氨工业、炼油工业和石油化工领域中。

1.合成氨驰放气中H?的分离回收。

2.炼油工业尾气中H?的分离回收。有关公司分别采用膜法、深冷法和变压吸附法对炼厂气中的H?进行回收，经过经济性比较发现膜法投资费用仅是其他两种方法的50% ～70% 。

3.石油化学工业中合成气的调节。石化和冶金中广泛使用的合成气是H?和CO的混合物，合成产物为甲醇、乙醇、乙二醇和乙醇等化工原料。应用膜法可以有效地调节合成塔中H?/ CO之比，以获得所希望的化工原料。

4.2空气分离

膜分离技术在空气分离的三大技术（深冷法、变压吸附法、膜法）中，最具发展潜力。

富氮: 高浓氮气用途广泛，可用于油田三次采油、食品保鲜、医药工业、惰性气氛保护等。相同产能下，制备95%的富氮，膜法与PSA法费用大致相等，但前者设备投资费用比后者低25%。在制备超纯氮气方面，膜法不如其它分离技术如（PSA法）。

富氧：多用于高温燃烧节能和医疗保健目的，前者富氧浓度在26% ～30%，后者富氧浓度可达40%。与深冷法和变压吸附法相比具有设备简单、操作方便、安全、启动快等特点。当氧质量分数在30%左右，规模小于15000m3/ h 时，膜法的投资、维修及操作费用之和仅为深冷法和变压吸附法的2 /3 ～3 /4，能耗比它们低30% 以上，并且规模越小，越经济。膜法富氧装置用于原有制氧机改造，可提高制氧能力25% ～50%，氧浓度提高，综合投资下降2% ～3% 。

4.3酸性气体的分离回收

这里的酸性气体主要指天然气中含有的CO?、H?S等组分。这类组分不仅影响产品质量，而且可溶于天然气加工过程中所产生的凝结水中形成酸液，严重腐蚀设备、管路。比较好的办法是采用固体脱硫，膜法脱CO?、脱水集成工艺，充分发挥各技术的优势。另一方面，膜技术在CO?的回收利用方面也扮演着重要角色。如油田高压注入CO?三次采油工艺，原油出井口后，伴生气中含有80% CO?必须分离回收并浓缩至95% 以上再重新注入油井中循环使用。再如烟道气CO?的富集等。

4.4气体脱湿

空气脱湿方面，日本的宇部( Ube) 公司、美国的孟山都( Monsanto) 公司都各自开发出了模式空气干燥器。工业气体脱湿。美国、日本、加拿大等国20世纪80年代开发该技术，现已实现工业应用。我国于90年代开始研发，在天然气膜法净化方面已取得成功。

4.5 有机蒸汽分离回收

石化行业生产中会产生大量有机蒸汽，直接排放将会造成环境污染，危害人体健康，必须加以回收利用。传统的冷凝法和炭吸附法能耗大，易造成二次污染。而膜法具有操作简便、高效、节能的优点。

我国的浙江大学开发出的聚丙烯、聚偏氟乙烯( PVDF)中空纤维膜，用于处理空气中的CO?时，可将其降低到体积分数为0.3% 以下，在脱除废气中苯、甲苯、二甲苯等有机蒸气方面也取得了研究进展。德国的GKSS公司、美国的MTR公司和日本的日东电工都成功地实现了采用膜技术回收废气中挥发性有机物( VOCs) 的工业化生产。

5 膜材料发展前景展望

气体分离膜材料的发展方向是制备开发高透气性、高选择性、耐高温、抗化学腐蚀性的膜材料。由于目前气体膜分离技术在含有二氧化碳、水蒸气及有机蒸汽等可疑性气体组分的物系分离的应用领域越来越多，因而膜材料的选择和制备也将从扩散选择性逐步向溶解选择性发展。

高分子膜材料仍将是今后一段时间内气体膜分离过程的主要膜材料。由于目前开发的性能优异的新型高分子膜材料不多，因而通过对现有高分子膜材料进行改性或制备高分子合金是开发新气体分离膜的重要手段。

首先，通过对高分子膜的表面进行物理或化学改性，结合光、电、磁、等离子体等技术，根据不同的分离对象，引入不同的活化基团，通过改变高分子材料的自由体积和分子链的柔软性，使膜的表面“活化”。其次，通过制备高分子合金，使膜具有性能不同的基团，在较大范围内调节其分离性能和渗透性能。利用高分子膜材料和无机膜材料发展有机－无机集成材料将是气体分离膜的另一个研究热点，这是取长补短、改进膜材料的另一种好的方法，具有良好的应用前景。

6结束语

膜技术的应用能为企业带来巨大的经济效益。膜技术已成为一门综合高分子、化工、生物、物理和数学等的边缘性学科——膜科学。近年来，不断改进膜的结构和开发新的膜材料及有成效地应用于多种领域，必将对改观产业界的能源结构、保护环境及新技术的发展产生不可估量的影响。

目前，国外公司凭借先进的膜工艺技术和市场上的空白，在我国石化行业屡屡卖出高价，给我国的石化行业带来了先进技术的同时，也带来了高昂的成本。因此振兴民族企业，加快技术革新，打破技术壁垒，尽快使膜技术国有化、产业化，是我们的重要任务，也是我们肩负的使命和动力所在。

气液分离器的种类与结构

气液分离器的种类与结构目录 一、研究目的...................................................、.........、、 (2) 二、气液分离器的作用……………………………………………、第2页 三、气液分离器的原理与分类 (2) 四、气液分离器的结构及优缺点……………………………、第2页 1.重力沉降…………………………………………………、、…、第3页 2.折流分离……………………………、……………………、…、第4页 3.离心分离………………………………………………、、……、第5页 4.填料分离………………………………………………、、……、第6页 5.丝网分离…………………………、……………………、……、第7页 6.微孔过滤分离………………………………………………、第9页 五、实验分析……………………………………………………………、、第10页 1．常规冷干机的气液分离器的除水效果…、第10页 2．查阅相关资料…………………………………、……、、、第12页 3．设备整改………………………………………………、、、、第13页 4．C型冷干机气分测试.................................、 (15) 六、优化方案……………………………………………………………、、第17页 一、研究目的 增强公司冷干机、预冷机等设备上的气液分离器的效果,提升设备性能。 二、气液分离器的作用

饱与气体在降温或者加压过程中,一部分可凝气体组分会形成小液滴,随气体一起流动。气液分离器作用就就是处理含有凝液的气体,实现凝液回收或者气相净化。我们公司设备上的气液分离器作用主要就是气相净化。 三、气液分离器的原理与分类 气液分离器采用的分离结构很多,其分离方法包括:1、重力沉降;2、折流分离;3、离心力分离;4、填料分离;5、丝网分离;6、微孔过滤分离等。 但综合起来分离原理只有两种: 1、利用组分质量(重量)的不同,对混合物进行分离(如分离方法1、 2、 3、4):气体与液体的密度不同,相同体积下气体的质量比液体的质量小。 2、利用分散系粒子大小不同对混合物进行分离(如分离方法5、6):液体的分子聚集状态与气体的分子聚集状态不同,气体分子距离较远,而液体分子距离要近得多,所以液体粒子比气体粒子大。 四、气液分离器的结构及优缺点

油气回收膜分离法

油气回收膜分离法 1国内外发展现状 国外对膜法油气回收的研究和工业应用较早。日本公司1988年建造了第一套用于油库油气回收的膜装置。1989年德国公司也成功推出了膜法油气回收装置,至今已有180多套大型装置在运行。德国的公司、日本的日东电工和美国的公司都在膜法油气回收方面实现了工业应用。欧洲建造了很多安装在输油管线终端的大型膜装置,用来从输送过程产生的气流中分离和回收油气。 由于国外在气体分离膜领域开展的研究较早，目前国外己经实现工业化的膜分离法回收的生产厂家以及回收体系有: 我国对气体分离膜的研究开发和应用开始的较晚，20世纪80年代初才开始。但由于气体分离技术与催化燃烧、吸附等传统处理方法比较，具有效率高、能耗低、操作简单、装置紧凑、占地面积少、无二次污染等显著特点，所以得到了广泛推广和深入研究。 中科院大连化学物理所、中科院长春应用化学所等单位在该方面进行了积极有益的探索，并取得了长足进步。我国目前使用膜分离技术主要应用的领域有:氢气的回收和利用、从空气中制取富氮、从空气中富集氧气、二氧化碳的回收和脱除、工业气体脱湿、从天然气中提取浓氦气、空气中易挥发有机物的回收等。在这些领域，膜分离技术基本都得到了工业化应用，但在回收废气中的挥发性有机物领域的研究应用工作只是最近几年才开始。

在化工生产、油罐、油轮及加油站等有机物质制造、贮存、运输和使用过程中，经常要排放挥发性有机气体。他们通常由惰性气体和烷烃、烯烃等有机气体组成，采用膜技术实现有机混合气体的分离，不仅可以回收附加值高的烷烃、烯烃等有机物和等，获得可观的经济效益。2002年，中国科学院大连化学物理研究所和吉化公司合作进行了现场实验，采用螺旋卷式膜分离器回收聚乙烯生产过程中排放的乙烯和丁烯单体，取得了较好的结果。但在膜材料的研究和生产领域，我国还没有全部实现自己研制开发。寻找成本低，分离效率高、化学稳定性好、耐热、并具有优良的机械加工性能的膜材料，并将其工业化应用将是我国研究人员面临的挑战。 近几年来，国外的实验室研究分离使用得最多的膜分离材料是聚二甲基硅氧烷P()。它从结构上看属半无机、半有机结构的高分子，具有许多独特性能，是目前发现的气体渗透性能好的高分子膜材料之一。研究人员大多是采用聚枫()、聚偏氟乙烯()、聚间苯二甲酸乙二酯()等材料作为支撑层，使用涂层堵孔，作为选择性分离层，选择性分离2或空气体系，都取得了理想的实验结果。 2003年,大连欧科力德环境技术有限公司与德国研究所、公司合作,率先引进膜法油气回收技术,在中石油上海灵广加油站应用成功。这座加油站安装上膜法油气回收装置后,油气回收率达到98%以上,尾气排放浓度降到15 g 3以内,低于欧洲标准(35 g 3),是国内第一座真正意义上的安全、环保、效益型的加油站。 2膜分离机理 膜法气体分离的基本原理就是根据混合气中各组分在压力的推动下透过膜的传递速率不同,从而达到分离目的。对不同结构的膜,气体通过膜的传递扩散方式不同,因而分离机理也不同。目前常见的气体通过膜的分离机理包括: (1)气体通过非多孔膜即致密膜(如,高分子聚合物膜)的溶解—扩散的分离机理。一般橡胶态聚合物的气体渗透是溶解控制，玻璃态聚合物为扩散控制。此时,气体透过膜的过程可认为由3个环节(步骤)组成:①吸着过程,即气体在膜的上游侧表面被吸附、凝聚、溶解。这个过程带有一定的选择性;②扩散过程,即该被吸着的气体在膜两侧压力差、浓度差的推动下,按不同扩散系数扩散透过膜另一侧;③解吸过程,即该已扩散透过的气体在膜下游侧表面被解吸、剥离过程。

膜技术在分离二氧化碳中的应用

膜技术在分离二氧化碳中的应用 1.前言 在环保、工业生产等方面的要求，工业上脱除二氧化碳一直是重要的工艺。从工业废气中脱除二氧化碳，可以减少燃烧废气对大气的污染；在天然气净化过程，脱除二氧化碳等酸性气体，可以提高天然气热值，同时减少输送管道的腐蚀。 工业上脱除二氧化碳工艺主要有化学吸收法、物理吸收法、吸附法和膜法。化学吸收法是工业上脱除二氧化碳最成熟的工艺，常用的吸收剂一般是有机胺类的水溶液。化学吸收法适用于处理气体中二氧化碳含量很低的情况，但化学吸收法中吸收剂再生需要消耗大量的外界供热，同时常用的胺类吸收剂存在设备腐蚀问题，针对化学吸收法存在的缺陷，膜技术具有装置简单紧凑、能耗低、操作方便、占地面积少等优点，研究人员已在积极研究用膜技术脱除CO2。 2.膜分离CO2技术 对于能够有效分离捕集CO2的膜材料，它需要具备以下几个特点，即：1)高CO2渗透性；2)高选择性；3)热稳定性和化学稳定性；4)抗塑化；5)抗老化；6)材料价格便宜；7)材料易加工。目前仅有少数膜材料其选择性很高，而且通常高选择性膜材料其渗透性低。目前研究CO2分离的膜材料主要为聚酰亚胺膜、载体促进传递膜、混合基质膜、碳分子筛膜、PEO （聚环氧乙烷）膜和中空纤维膜。 2.1聚酰亚胺膜 聚酰亚胺膜是研究最广泛的膜材料，因为其具有优异的化学和热稳定性、高CO2渗透性、便于成膜。一些聚酰亚胺特别是耦合六氟二酐(6FDA)基团的聚酰亚胺具有高的CO2溶解性和选择性。这主要是因为-CF3基团增加了分子链的刚度，增大链段转动的空间位阻，降低分子链间堆积密度，从而有利于提高气体的渗透性。许多研究者已经进行增强聚酰亚胺膜的渗透性和选择性方面的研究,尤其关注通过改变聚酰亚胺结构来增强扩散系数的研究。图1为聚酰亚胺膜与其他膜材料分离CO2/CH4的性能比较，可以看出一般膜材料的选择性高时其渗透性低，聚酰亚胺膜的分离性能远胜于其他膜材料。另一种引起相当多研究的聚酰亚胺是商业聚酰亚胺，Matrimid5218。Matrimid通过溴化改性，能够显著增加CO2和N2的渗透性，而只稍微降低CO2/N2的选择性。 图1.聚酰亚胺膜与其他膜材料对CO2/CH4分离性能比较

二氧化碳脱除方法的分析与比较

二氧化碳脱除方法的分析与讨论 摘要：作为主要的温室气体，CO2减排问题引起全球范围的广泛关注。本文阐述了燃煤烟气中二氧化碳脱除的多种方法。研究了各种CO2的吸收方法，包括物理吸收法中的膜吸收法、吸附剂等，物化吸附法，还有化学吸收剂中的氨水、有机氨等吸收方法，并分析各种方法的特点及优缺点。 关键词：温室效应二氧化碳脱除 1 引言 近年来，越来越多的学者认为全球气候变暖和海平面上升是由CO2为主导因子的温室效应引发的[1-4]。CO2的排放速度正随着人类利用能源速度的增长而迅速地增长，据政府间气候变化专门委员会（IPCC）预测，人类活动产生的CO2将从1997年的271亿t/a增长到2010年的950亿t/a，而大气中CO2的体积分数也将从现有的360×10-6增长到2005年的720×10-6 [5]。温室效应的严重性迫使越来越多的国家和国际机构表示出对CO2排放问题的关切。我国在CO2排放方面正面临着日益增加的巨大压力，预计2030年前后CO2排放问题有可能成为制约我国经济增长最主要的约束之一[6]。 2 物理法 ` 物理溶剂吸收法[7] 物理溶剂吸收法利用吸收剂对二氧化碳的溶解度与其它气体组份不同而进行分离。常用的溶剂有水、甲醇、碳酸丙烯酯等。 （1）水洗法应用最早，具有流程简单、运行可靠、溶剂水廉价易得等优点，但其设备庞大、电耗高、产品纯度低并造成污染等特点，一般不采用。 （2）低温甲醇法应用较早，具有流程简单、运行可靠外，能耗比水洗法低，产品纯度较高，但是为获得吸收操作所需低温需设置制冷系统，设备材料需用低温钢材，因此装置投资较高。

（3）碳酸丙烯酯法（简称PC法）是近年来中小型氨厂常用脱碳和回收二氧化碳的方法。它具有溶液无毒、浓溶液对碳钢腐蚀性小，能耗比甲醇法低等优点，缺点是PC溶剂循环量大，造成溶剂损耗大，操作费用较高。 膜分离法 膜分离法利用各种气体在薄膜材料中的渗透率不同来实现分离，用于二氧化碳分离的膜分离器有中空纤维管束和螺旋卷板式两种[7]。膜分离CO2的原理是依靠CO2气体与薄膜材料之间的化学或者物理作用，使得CO2快速溶解并穿过该薄膜，从而使CO2在膜的一侧浓度降低，而在膜的另一侧达到富集[8]。根据气体分离的不同机理，膜分离法又分为吸收膜和分离膜2类。分离膜技术是基于混合气体中CO2与其它组分透过膜材料的速度不同而实现CO2与其它组分的分离。相比之下，吸收膜技术只是在薄膜的另一侧有化学吸收液，并依靠吸收液来对分离气体进行选择，而微孔薄膜材料只起到隔离气体与吸收液的作用[9]。其技术原理分别如图1所示。 图1：膜分离法分离CO2的示意图 … 目前膜分离法用于分离烟气中的CO2面临以下问题：烟气中CO2浓度太低，烟气处理量巨大；烟气必须冷却到100℃之下以防止高温对膜的破坏；需提前除掉烟气中的化学物质或对膜进行化学处理，以防止膜受到烟气中的化学物质破

气体分离膜质量安全与检测参考文本

气体分离膜质量安全与检 测参考文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月

气体分离膜质量安全与检测参考文本使用指引：此安全管理资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 正文： 气体膜分离技术是一种新型高效的分离技术，同传统 的分离技术相比，具有投资少、设备简单、能耗低、使用 方便、易于操作、安全无污染等特点，因而近年来在食 品、医药卫生、石油化工、生物技术、环境工程等行业应 用越来越广泛，受到了各方面的高度重视。气体分离膜材 料是发展膜分离技术的关键问题之一，理想的气体分离膜 材料应该具有高的透气性和良好的透气选择性，高的机械 强度，优良的热和化学稳定性以及优良的成膜加工性能。 上述要求中，气体分离膜分离气体各组分的气体透过率是 各生产厂家技术开发和研究重点关注的指标。本文结合 G2/110膜分离测试分析仪对气体分离膜分离气体各组分的

气体透过率测试进行简单的介绍。 一、气体分离膜的分离原理 气体膜分离技术是利用原料混合气体中不同气体对于气体分离膜材料本身具有不同的渗透率，以气体分离膜两侧气体的压力差为推动力，在渗透侧得到渗透率大的气体富集的物料，在为渗透侧得到不易渗透气体富集的分离气，从而达到气体分离的目的。 二、G2/110膜分离测试分析仪测试原理 G2/110采用压差法与色谱分析技术相结合的测试原理，将预先处理好的试样放置在上下测试腔之间、夹紧，对低压腔以及整个系统进行真空处理；当达到规定的真空度后，向高压腔充入试验气体，并保证在试样两侧形成一恒定的压差；气体在压差梯度的作用下，由高压侧向低压侧渗透；渗透到低压腔的试验气体，由载气携带至色谱分析仪，通过色谱技术处理，从而得到分离膜对试验气体各

气体分离膜

气体分离膜材料 1 膜的发展历史 人类对于膜现象有了初步认识就是在1748 年,然而认识膜的功能到被挖掘,却经历了200 多年的漫长历程,才为人类服务。人们在近几十年来,开始对膜进行科学研究。其发展的历史大致为:30 年代微孔过滤;40 年代透析;50 年代电渗析;60 年代反渗透;70 年代超滤与液膜;80年代气体分离;90 年代渗透汽化。同时以膜为基础的其它离过程,以及膜分离与其它分离过程结合的复合应用也日益得到重视与发展。 1979 年将气体分离推向工业化应用的基础,就是孟山都(Monsanto) 公司用于H?/N?分离的低温制氮系统(Prism)的建立。陶氏(Dow) 化学公司在1985年向市场提供以富N?为目的空气分离器,“Generon”气体分离用于天然气、石油、化工生产等领域,大大提高了气体生产过程的经济效益。 我国从1958年研究离子交换膜开始,80年代中期我国研究的气体分离膜取得长足进步,1985 年中国科学院大连化物所首次成功研制中空纤维N?/H?分离器,与国外同类产品主要的性能指标接近,现已投入批量生产。 2 气体分离膜材料 2.1高分子膜材料 高分子膜材料一般制备简单,性能稳定,耐溶剂性能较好,而广泛的应用于膜分离领域。用于制备气体分离膜的高分子膜材料主要有以下几种。 1）乙基纤维素EC 纤维素就是一种较为常见的天然高分子材料,乙基纤维素就是由碱纤维素与乙基卤化物反应得到,由于EC的热稳定性好、具有较强的抗生物性能,且气体气体的渗透系数 与气体渗透选择性较高,常用作空气中的氧、氮分离富集。 2）双酚A型聚砜PSF 双酚A型聚砜主链上含有砜基的一种线性杂链高分子膜材料,具有优异的热稳定性、力学性质与较强的刚性及较好的化学稳定性,耐蒸汽性能好,PSF的玻化温度(Tg)为190℃。可用于制备复合膜的支撑层,合成氨尾气回收氢,目前已得到工业化生产。 3)聚芳醚砜PES

气体分离膜的制备及应用

1．膜制备技术：相转化法 2．原理：所谓相转化法,就是将均相的高分子溶液由外力变成两相系统,一相为高分子浓度较高形成膜结构的固相,一相是高分子浓度较稀薄形成孔洞的液相。因此相分离程序是相转换法的核心,而操作相分离的参数主要是由热力学和动力学控制。热力学是由平衡状态下的相图来预测相分离产生,而动力学可以推论成膜的速率。 利用铸膜液与周围环境进行溶剂、非溶剂传质交换，原来稳态溶液变成非稳态而产生液液相转变，最后固化成膜。一般来说，环境因素对相转化法成膜影响较大，所以采用此法必须严格控制好环境条件。 3．实例： 一．致密皮层非对称气体分离膜的制备【1】 以湿相转化法制备出分离性能优良的致密皮层非对称气体分离膜；建立了醋酸纤维素-丙酮-甲醇三组分制膜体系,所制得的致密皮层醋酸纤维素非对称气体分离膜，在室温、0.5MPa 进气压力下,该膜对CO2/CH4的分离系数30,CO2透气速率可达1.8×10?8cm3(STP)/c m2·s·Pa;扫描电镜图显示该膜表层致密、超薄(约200nm)、支持层疏松,为理想结构的非对称气体分离膜。实验部分: ①材料和试剂： 醋酸纤维素CA:Eastman 398-3,使用前80度下烘干24h ,

干燥器中冷却,备用；丙酮、甲醇:分析纯,南开大学分校特种试剂实验厂；正已烷:分析纯,天津市化学试剂二厂；二氧化碳:天津酒精厂；甲烷:北京分析仪器厂, 纯度99.99 %。 ②膜的制备： 丙酮或与甲醇混合溶剂中加入CA，室温下混合,待全部溶解后, 经压滤、脱泡, 静置备用。将制膜液在玻璃上刮成膜,控制厚度约100μm ,在环境温度约25 ℃,相对湿度55 %的条件下,经过一定时间的自然蒸发,浸入甲醇中凝固,之后用正已烷交换膜中的甲醇,最后在空气中自然挥发制成干膜。 二.相转化法制备PVDF 超滤膜【2】 相转化法制膜工艺简单，操作方便，膜结构容易控制，大多数聚偏氟乙烯( PVDF) 超滤膜采用该方法制备。由于具有较强的抗氧化性、良好的热稳定性、耐辐射性、优异的机械性能及易成膜等优点，PVDF 成为超滤膜制备中应用最广泛的材料之一。PVDF 的表面能极高，因此疏水性较强，这使其成为气体吸附、脱附及膜蒸馏等非水体系分离过程的理想用膜。然而膜材料本身的疏水性经常导致膜污染及通量下降成为膜技术在水处理领域应用的最大障碍。为此，人们对膜亲水化改性进行了大量研究。 相转化法是制备PVDF 超滤膜使用最多的方法。相转化法是一种以某种控制方式使聚合物从液态转变为固态的过程，这种固化过程通常是由一个均相液态转变为两个液态( 液液分层) 而引发的。在分层达到一定程度时，其中一个液相( 聚合物用量高

分离膜对气体分离效果的测试方法

摘要：分离膜可有效实现气体的选择性分离，对气体的分离系数是衡量分离效果的重要参考指标。本文通过测试某种分离膜样品对氮气、二氧化碳的透过系数，评价了该样品对氮气、二氧化碳的分离能力，并介绍了试验原理、压差法原理检测设备的参数及适用范围、试验过程等内容，为分离膜分离效果的分析测试提供参考。 关键词：分离膜、分离效果、分离系数、氮气透过量、二氧化碳透过量、氮气透过系数、二氧化碳透过系数、压差法气体渗透仪 1、意义 分离膜是一种具有选择渗透能力的膜状材料，其中的气体分离膜是根据不同气体在薄膜中渗透能力的不同实现对气体的分离。与其他气体分离技术相比，气体分离膜具有常温运行、耗能低、节能环保、无相变、操作简便、占地面积小等优势，因此气体分离膜在氮气制备，氧气富集，氢气提纯与回收，天然气脱除硫化氢、二氧化碳等酸性气体及水蒸气等，回收有机蒸汽等领域均有广泛应用。影响气体分离膜使用效果的因素包括渗透性能与选择性等，渗透性能影响着分离膜的分离效率，选择性则影响着分离膜对气体的分离效果，良好的气体分离膜应具有高渗透性能及高选择性能。分离系数是评价分离膜选择性的重要参考指标，本文针对性测试了某种分离膜样品的分离系数。 2、试验样品 本次试验以某种气体分离膜为试验样品，测试该样品对氮气(N2)、二氧化碳(CO2)两种气体的分离效果。 3、试验依据 分离系数可以用被分离气体渗透系数的比值表示。N2、CO2的气体渗透系数可用压差法原理进行测试，试验过程依据GB/T 1038-2000《塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法压差法》。 4、试验设备 本文采用VAC-VBS压差法气体渗透仪对样品进行测试，该设备由济南兰光机电技术有限公司自主研发生产。 4.1 试验原理 依据压差法原理研制的气体渗透仪是通过气体压力差及压力传感器进行测试的。气体压力差是实现气体在试样中渗透的动力，压力传感器则可监测气体的压力变化。具体试验过程为：装夹的试样将设备的测试腔分成上、下两个腔，上腔中充入一定压力的试验气体，下腔通过抽真空形成低压环境，从而试验气体通过试样从设备上腔渗透到下腔，下腔内的气压会因透过气体量的增多而变化，通过压