聚合物薄膜材料

　　主要包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚砜(PSF)、醋酸纖維素(CA)、乙基纖維素(EA)和聚碳酸酯(PC)。研究結(jié)果表明，大部分聚合物具有滲透性和選擇性相反的關(guān)系，即滲透性高，選擇性低，反之，選擇性高，滲透性差。因此，對于聚合物材料來說，突破選擇性和滲透性之間的上限關(guān)系成為研究的熱點?？朔叻肿硬牧系哪透邷匦院突瘜W(xué)腐蝕的弱點也花了近幾年的時間聚酰亞胺(PI)

　　具有透氣性選擇性、機械強度、耐化學(xué)性介質(zhì)和高吞吐量的自支撐型不對稱中空纖維等特點。日本宇部興產(chǎn)業(yè)鏈該公司的產(chǎn)品目前用于天然氣中CO2處理、H2回收、NH3、H2S、SO2、H2O、有機蒸汽等工序。

　　硅膜材料

　　耐熱、不連續(xù)性、電弧電阻、松散結(jié)構(gòu)、無機物、半有機結(jié)構(gòu)的聚合物與其他合成高分子材料相比具有多種非常獨特的特性。實用化或優(yōu)秀的氣體分離膜現(xiàn)在被大量開發(fā)。這也是膜材料研發(fā)的熱點。

　　無機膜材料

　　無機膜材料開發(fā)始于20世紀40年代，80年代中期取得了突破。由于無機材料的獨特物理和化學(xué)特性，具有聚合物不能很好地工作的高溫和腐蝕性分離方面的專業(yè)知識。無機膜包括陶瓷膜、微孔玻璃、金屬膜和碳分子篩膜。無機膜的材料組成一般為Al2O3、TiO2、SiO2、c、SiC等。但是無機膜目前在氣體分離過程中處于實驗室水平。

　　集成膠片材料

　　用于氣體分離的聚合物薄膜具有選擇性高、耐高溫、腐蝕的缺點。無機陶瓷膜在高溫和腐蝕性分離過程中具有獨特的物理和化學(xué)特性，但選擇性較差。兩者結(jié)合收藏，可以在高溫腐蝕環(huán)境下分離氣體。這種聚合物/陶瓷復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)是以高溫高分子材料為分離層，陶瓷膜為支撐層，優(yōu)化了聚合物的良好分離性能和陶瓷膜的良好熱、化學(xué)、機械穩(wěn)定性。

　　工業(yè)應(yīng)用

　　氫的分離和回收：

　　這是目前應(yīng)用面最廣、設(shè)備銷售最多的領(lǐng)域之一，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于氨產(chǎn)業(yè)、煉油產(chǎn)業(yè)、石油化工領(lǐng)域。

　　1、氨排放H2分離回收。以1000t/d的合成氨廠為例，每天可以多生產(chǎn)50多t氨。

　　2、煉油工業(yè)尾氣H2的分離回收。公司采用膜、低溫和變壓吸附法回收煉廠氣的H2，經(jīng)濟比較結(jié)果表明，膜投資成本僅為其他兩種方法的50%~70%。

　　3、石化工業(yè)合成氣調(diào)節(jié)。廣泛用于石油化學(xué)和冶金的合成氣是H2和CO的混合物，合成產(chǎn)物是化學(xué)原料，例如甲醇、乙酸、乙二醇、乙醇。膜法可以有效地調(diào)整合成塔中H2/CO的比例，獲得所需的化學(xué)原料。

　　氫的分離和回收：

　　膜分離技術(shù)在空氣分離三大技術(shù)(低溫方法、變壓吸附方法、膜方法)中具有最大的發(fā)展?jié)摿Α?、氮豐富。高濃度氮可以廣泛用于油田第三次生產(chǎn)、食品保存、醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)、惰性氣氛保護等。在相同生產(chǎn)率下，95%富含氮的制造方法、膜和PSA方法成本大體相同，但前者設(shè)備投資成本比后者低25%。超純水氮的制備，膜方法不如其他分離技術(shù)(如PSA方法)。

　　2、富含氧氣。主要用于26 ~ 30%的富氧濃度和40%的富氧濃度的高溫燃燒節(jié)能和健康管理目的。與低溫及變壓吸附相比，具有簡單的設(shè)備、方便操作、安全操作、快速啟動等特點。如果氧氣質(zhì)量分數(shù)約為30%，大小小于15000m3/h，膜投資、維護和運行成本的總和僅為低溫和變壓吸附法的2/3~3/4，能量消耗比它們低30%以上，規(guī)模越小越經(jīng)濟。

　　膜富氧裝置最初用于制氧機的改造，可以提高氧氣產(chǎn)能25%~50%，提高氧氣濃度，將綜合投資減少2%~3%。

　　酸性氣體的分離和回收：

　　酸性氣體主要是指天然氣中包含的CO2，H2S等成分。這種成分不僅對產(chǎn)品質(zhì)量有影響，還會融化在天然氣加工過程中產(chǎn)生的凝結(jié)水，形成酸，嚴重腐蝕設(shè)備和線路。比較好的方法是利用固體脫硫、膜脫co2、脫水集成工藝充分發(fā)揮各技術(shù)的優(yōu)點。

　　另一方面，膜技術(shù)在CO2回收方面也起著重要作用。油田高壓注入CO2第三生產(chǎn)工藝的原油從油井出來后，80%的CO2包含在相關(guān)廢物中，分離回收后，必須濃縮到95%以上，重新注入油井再利用。煙筒CO2濃縮等。

　　氣體除濕：

　　空氣的除濕。在空氣除濕方面，日本的優(yōu)步公司和美國的孟山都孟山都孟山都公司分別開發(fā)了膜空氣干燥器。工業(yè)氣體脫濕。美國、日本、加拿大等在20世紀80年代開發(fā)了這項技術(shù)，目前正在實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。我國在90年代開始開發(fā)，在天然氣膜凈化領(lǐng)域已經(jīng)取得了成功。

　　有機蒸汽分離和回收：

　　石油化工行業(yè)在生產(chǎn)中產(chǎn)生大量有機蒸汽，直接排放會造成環(huán)境污染，危害人體健康，必須回收利用。傳統(tǒng)的冷凝法和木炭吸附法能耗高，容易造成二次污染。膜技術(shù)易于操作，效率高，具有節(jié)能的優(yōu)點。

　　合并過程：

　　近年來在膜分離技術(shù)開發(fā)中出現(xiàn)的新技術(shù)代表了未來氣體膜分離技術(shù)的發(fā)展方向，通過使用膜分離技術(shù)與其他技術(shù)集成，各所長可以獲得最佳分離效果，最佳經(jīng)濟效益。

　　目前在氣體分離過程中已經(jīng)出現(xiàn)的集成過程主要是：

　　1、薄膜和PSA結(jié)合；2、膜和低溫系統(tǒng)結(jié)合；

　　3、膜和催化裝置結(jié)合；

　　4、膜和吸收裝置。

　　在氣體膜分離技術(shù)產(chǎn)業(yè)化中，氣體膜分離技術(shù)的最終實現(xiàn)，氣體膜分離工作的便利性，簡單的裝置，高效率。被認為是最有前途的高科技。