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帖子主题:国内外膜分离技术应用进展
楼主:游客6040 [2008/10/8 15:04:33]

国内外膜分离技术应用进展

美国薄膜技术研究公司(MTP)开发了一种VaporSep薄膜分离技术,可分离和回收烃类和氮气。这是一种聚合物薄膜,可选择性地分离烃类和轻质气体(例如氮气和氢气)。在液态淤浆法聚乙烯工艺中,乙烯、1-己烯和异丁烷在反应器内反应生成聚乙烯,生成的粉状聚合物含有大量未反应的单体和稀释剂。在聚合物挤压之前必须除去这些烃类。脱除烃类的最后一步是用热氮气在汽提塔(清扫塔)内脱除烃类。有些工厂用高压和低温冷凝的一般方法进行回收,只能回收一部分烃类,不能回收氮气。采用膜分离工艺可先将清扫塔顶的排气(含25%异丁烷的氮气及少量乙烯和1-己烯)经压缩和冷却后在气液分离器内回收异丁烷,排出的气体(仍含有大量异丁烷)送至第一薄膜分离段,分出的烃类物流送回至压缩机入口,剩下的气体送至第二薄膜分离段,可使氮气纯度提高到99.9%以上,异丁烷回收率可达99.5%以上,氮气回收率65%。同时还可减少CO2和NOx排放,大大改善环境。VaporSep薄膜分离系统已成功用于气相聚乙烯和液相淤浆法聚乙烯过程分离和回收单体和氮气。烃类回收率达90%以上,氮气回收率65%-99%,纯度99.9%。烃类回收装置没有转动设备,异丁烷-氮气回收装置只要一台单段压缩机。现在已有17套VaporSep装置在聚乙烯生产中运转,累积的运转时间已达60年以上,平均薄膜寿命在3年以上。
    帝斯曼(DSM)公司在荷兰赫伦的聚丙烯装置釆用美国膜技术研究公司的膜法丙烯回收设施VaporSep系统,能力为12m3/min,膜面积为279m2,包括有50个膜组合体,每年可节约丙烯和氮气100多万美元。该设施也在美国BP公司乔古拉特·贝荣等地的聚丙烯装置上应用。膜法回收技术正在逐渐应用于石化行业中的乙烯、丙烯及其它烯烃的回收领域。膜法回收丙烯是有机蒸汽膜法回收技术之一。该技术是上世纪90年代兴起的新型膜分离技术,现已在石化行业得到推广,主要用来进行乙烯、丙烯、氯乙烯及其他烯烃的回收。其原理是釆用"反向"选择性高分子复合膜,根据不同气体分子在膜中的溶解扩散性能的差异,在一定的压差推动下,可凝性有机蒸汽与惰性气体相比,被优先吸附渗透,从而达到分离目的。
    由大连化物所控股的天邦膜技术国家工程研究中心有限责任公司(TBM)研究开发的我国第一套用于石油炼厂加氢裂化干气及PSA解析气中的氢气回收装置,在中石化镇海炼油厂投用成功。该装置釆用先进的技术工艺与创新的流程设计,使我国气体分离膜技术达到了国际先进水平井打破了国外对该技术的垄断,经济效益和社会效益十分显荖。目前,TBM已将膜分离氢回收技术成功应用于炼厂中低压含氧气源中,取得了可喜的成绩。此次推广的氢回收装置操作简单,仪表自控率达100%;回收过程绿色环保,职业安全卫生各项指标较回收装置运行前无改变;处理量为11000Nm3/h,可产氢气6798Nm3/h(H2纯度>91%,回收率>85%),年设计开工时间8400h。使用该套装置不仅使干气中的氢气得到回收利用,而且使原生产过程中的水、电、气等各类能源消耗大大降低,经标定核算,每回收1 Nm3氢气仅耗能0.00525KEO(制取每立方米氢需消耗的原油公斤数);使用膜法回收氢,每吨氢成本只是原生产成本的17.42%。
    天津石化乙烯厂将膜法回收系统成功应用于环氧乙烷/乙二醇的生产过程中,并应用国外最新技术,实现了系统的国产化,乙烯单体回收率可达85%以上。据估算,该系统每年可回收乙烯300吨左右。该系统釆用了德国的高分子复合膜,具有耐有机溶剂、耐高压、分离性能高等优点,乙烯单体回收率可达85%以上。该回收系统还可釆用原系统提供的压力作为膜回收系统的动力,不需额外增加动力源,富集乙烯气返回原装置常压体系,尾气排入原放空系统,对原装置均无影响,同时还具有占地面积小、操作简单、维护保养容易等特点。
    中科院大连化学物理研究所研发的氯甲烷有机蒸汽膜法回收装置,在中石油吉林分公司1.2万吨/年有机硅生产线上投用成功。运行结果表明,该装置工艺安排合理,操作安全可靠,各项运行参数达到了设计要求,原放空尾气中90%以上的氯甲烷得到了回收利用。膜法有机蒸汽分离技术是低能耗分离技术,能够满足现代工业尤其是石油化工领域对分离技术高效和无污染的发展要求。
    以色列碳膜公司开发了利用中空碳纤维膜从丙烷中分离丙烯的技术,该技术可将炼厂级丙烯提纯为化学级丙烯。丙烯通过速率为606升/平方米·时·大气压,丙烯/丙烷(体积比75/25)在700℃下通过中空碳纤维组件,可使92.5%-93.0%的丙烯渗透通过,很容易使丙烯达到14.5:1的选择率。这种膜系统可望替代耗能的致冷蒸馏分离沸点相近的丙烯和丙烷(-47℃和-42℃)的传统技术。
    格雷斯-戴维逊公司和苏尔寿膜系统公司(苏尔寿化学技术公司分公司)开发釆用膜分离的低费用方法生产超低硫汽油的工艺,称为S-Brane。该工艺使用膜分离将催化裂化含硫化合物浓缩为极少的馏分,可直接处理烃和中沸程范围的汽油。这种简易的膜系统将进料汽油物流分离成二种产品物流。一种物流(未渗透物)为约70%-85%的进料汽油,含硫小于30μg/g另一物流为含大量硫化物的少量物流,送去进一步加工。进料物流进入系统,通过定制的聚合膜分离,这种膜对含硫分子有高的选择性。随着汽油进入膜组件,含硫分子和一些烃类进入膜结构中,其他的分子则被排斥在外。膜的背面一侧(渗透侧)加以减压,驱使杂质通过膜,使这些化合物蒸发。一旦通过膜,蒸汽被冷拟器冷凝,并进一步送去脱硫处理。该处理技术中不发生任何反应。
    新的全蒸发膜可选择性地从脂肪族化合物中分除芳烃,这一技术已在德国Aral芳烃公司完成中试验证。该膜由PolyAn公司开发,现已推向市场,可用于从非芳烃物质如燃料中脱除苯。该膜釆用分子表面工程(MSE)技术制作,将超薄的、有共价功能的聚合物膜固定在工业上适用的微孔膜上(这类膜通常因存在小孔不适用于全蒸发)。
    日本NGK工业公司开发了高效率的膜法分离组件,适用于从蒸汽转化气体混合物中分离氢气,该膜系统的设备尺寸仅为常规变压吸附系统的1/5。该膜组件由厚3.5mm、长300mm的陶瓷管子组成,每根管子外径为30mm。每根管子由3种不同的陶瓷层(有不同的平均孔尺寸)组成,中间层用于提供机械强度,外层为2μm厚的Pd-Ag合金层,内层与其他层粘合一起。来自转化器的气体(约含氢体积分数50%)在约400℃和1.0MPa下进入膜组件的壳程,随着气体通过管子,氢气通过Pd层选择性地渗透,流率约为1.5moI/m2·s,留下CO、C02、H2O和CH4。在该膜法分离组件出口,氢气纯度可达99.5%。
    沧州炼油厂釆用美国专利技术建设的30吨/时的液化气纤维膜脱硫醇装置的成功投产,不仅满足了液化气产品脱硫醇的需要,还大大减少了碱渣的排放量,实现了经济效益和社会效益的双赢。沧州炼油厂催化装置实施改造后,液化气产品产量大幅增加。虽然又增加了一台预碱洗罐,但碱液与液化气接触时间短和液化气沉降时间短的问题并未得到根本解决,所以液化气中硫醇含量依然比较高,这不仅影响了液化气产品质量,而且还使大量碱液被液化气带至下游的球罐区和气体分馏装置,不仅腐蚀、堵塞装置仪表,而且还存在造成碱液伤人等安全隐患。沧炼新上马的液化气纤维膜脱硫醇装置,釆用美国Merichem公司研制的纤维膜接触器专利技术,将碱液同待处理的油料在纤维膜接触器上形成的顺向液膜之间进行非分散型反应,极大提高了传质和反应效率,同时也彻底解决了传统工艺中油碱夹带和乳化的问题。该技术与以往工艺相比,具有操作简单、操作弹性大、成本低等特点,即使遇到进料流量和杂质含量变化较大的情况,仍能保持稳定的处理效果。同时,它摒弃传统湿法碱洗工艺,釆用专有的纤维膜接触器,极大地降低了碱液的夹带量,彻底脱除了液化气中的硫化氢、硫醇等杂质,可满足液化气脱硫醇的需要,保证产品质量全部合格。此外,该系统全年开工率可达100%,不需停工检修,大幅度减少了碱的使用量,碱渣排放量减少数倍,有效减少了对环境的污染。


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