P84气体分离膜用于CO2/CH4混合气体的分离文献综述

 2021-09-25 01:15:36

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1.1气体分离膜简介

气体膜分离技术是一种新型的气体分离技术,在压力驱动下利用气体在膜中的渗透速率不同达到选择性分离[1-3]。高选择性气体分离膜属于致密膜,由溶解扩散-机理控制。开始时,气体分子在膜表面发生吸附,膜内外侧产生浓度梯度,此时在浓度梯度的推动下发生气体扩散过程,当达到一定程度的时候整个过程处于稳定状态。由于不同气体分子在膜内的溶解度系数和扩散系数不同,也就使得他们渗透通过膜的速率不同。正是由于这一差异,使得膜可以对气体混合物进行分离[1]。

1.2膜技术在气体分离领域的应用及其优势

气体膜分离技术作为一种新型的气体分离技术广泛的应用于工业上的很多领域,例如富氧、富氮、氢气回收、二氧化碳的捕集、天然气中酸性气体的脱除以及VOC的回收等等[4]。

膜法富氧主要用于玻璃、水泥和陶瓷的制造、工业锅炉、金属冶炼、化学反应、生物发酵、医疗保健、富氧空调等。在需要进行燃烧的应用过程中节能效果明显。比如在玻璃的生产过程中可以获得的节能比率是15%左右,产量可提高8%左右,而且还能提高所生产出的玻璃的产品质量。这些应用过程中均不需要特别高的氧浓度,所以相比深冷法和PSA法,用膜法来实现富氧将会具有投资少、操作维护费用低,而且操作简洁迅速等优势。

膜法富集氮气主要应用于采油、工厂氮气保护及农产品气调库等方面。通过膜法富氮可获得氮气的最高浓度为99.9%,生产过程当中能耗低,操作简便,可稳定持续的工作,并且膜组件使用寿命长[5]。

膜法回收氢气在合成氨和石油炼制工业中得到了应用。以往因分离代价高且困难,多数氢气被燃烧只利用其热值。而采用气体膜分离法可以有效的分离和回收氢气,而进行再次利用。使用膜法回收氢气比冷冻法、催化法、变压吸附等方法相比有许多的优势。当炼油厂用含硫较高的原料时,加氢精制就显得非常重要。Monsanto公司已开发了一系列的Prism分离装置用于汽油、轻质循环油及焦化汽油的预处理,通过这一膜组件回收的氢气纯度大于95%,回收率大于85%,此技术的经济效益较为显著[6]。

气体膜分离法也运用于天然气的处理。从气田中开采出来的天然气内含有大量的杂质气体,比如CO2、H2S等。因为这些气体对管道有腐蚀作用还会降低天然气的热值,且H2S有毒,在管道输送和使用之前必须分离出来。膜系统处理天然气比传统的胺吸收过程,在总投资、易操作、设备规模、节约设备空间等方面都有优势,膜系统特别适合于边远地区的应用[6-10]。

1.3气体分离膜制备工艺简介

通常气体分离膜的制备采用非溶剂诱导致相转化法中的干-湿相转化法,这一方法由Loeb和Sourirajan在1962年提出也被称为L-S法。通过L-S法可以制备得到具有很薄分离层和海绵状支撑层的非对称膜[9]。通常也运用在其他几种类型的分离膜的制备上。

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