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气体膜分离技术的应用

张菀乔1,张雷1,廖礼1,战役2

(1.西南石油大学,四川成都610500;2.长庆油田第三采气厂,内蒙古乌审旗017300)

摘要:气体膜分离技术是近几年崛起的一项富有生命力的分离技术,被认为是最有发展的新技术之一。

本文介绍了气体膜分离的机理及基本原理,以及膜的种类,对气体膜分离技术的应用进行了综述。

关键词:膜材料;H2分离回收;富氮技术;CO2膜分离技术

中图分类号:TQ028.8文献标志码:A文章编号:1008-1267(2008)03-0020-03

气体膜分离技术始于20世纪后半期,它具有投

资少、能耗低、使用方便、操作弹性大等特点,是世界各国特别关注的高新技领域中研究开发的重点之一。特别是在石油、天然气、化工等领域的应用,使其成为国家科技和工业发展的重要标志之一[1]。

目前,常见的气体膜分离机理[2]有:1.微孔扩散机理:多空介质中气体传递机理包括分子扩散、粘性流动、努森扩散剂表面扩散等。由于多孔介质孔径及内孔表面性质的差异使得气体分子与多孔介质之间的相互作用程度有所不同,从而表现出不同的传递特征。2.溶解-扩散机理:气体通过非多孔膜的传递过程一般用溶解-扩散机理来解释。气体首先溶解于膜的一侧表面,然后沿着膜中浓度梯度扩散传递到膜的另一侧,最后在膜的另一侧表面解吸。一般来说,气体在膜表面的吸收和解吸过程都能较快地达到平衡,而气体在膜内的渗透扩散过程较慢,是气体透过膜的速率控制步骤。

气体膜的分离技术的基本原理是根据混合气体中各组分在压力的推动下透过膜的传递速率不同,从而达到分离的目的。而膜材料的化学性质和膜的结构对膜分离的性能有着决定性的影响。因此,本文综合介绍了气体膜分离技术中分离用膜材料的种类,及气体膜分离技术的应用。

1气体分离膜的材料[3]

气体膜分离的关键是气体膜分离器,而膜材料的优劣决定着气体膜分离器的分离性能、应用范围、使用条件和寿命。理想的气体分离膜材料应该同时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良好的成膜加工性能。

目前气体分离用膜材料主要有高分子聚合物膜材料,无机膜材料和金属膜材料三大类。

1.1高分子聚合物膜材料[3]

气体分离高分子膜结构是非对称的或复合膜,其膜表皮层为致密高分子层。膜的渗透特性主要取决于膜皮层所用高分子材料的特性,膜的渗透量反比于渗透传递距离。因此,高分子气体分离膜开发主要集中于膜材料和超薄皮层制造技术的发展。

目前,日本UBS公司已成功制备出高性能PI 膜,并将该膜用于天然气中二氧化碳处理、氢回收及气体脱湿等工艺中[4]。

收稿日期:2008-01-21

第22卷第3期2008年5月

Vol.22No.3

May.2008天津化工

Tianjin Chemical Industry

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