正渗透结合真空膜蒸馏技术处理页岩气废水研究进展_李春霞
第３４卷 第５期膜 科 学 与 技 术Ｖｏｌ．３４ Ｎｏ．５２０１４年１０月ＭＥＭＢＲＡＮＥ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｏｃｔ．２０１４
正渗透结合真空膜蒸馏技术处理
页岩气废水研究进展
李春霞，陈 刚，赵宝龙，王周为，李雪梅，何 涛＊
（中国科学院上海高等研究院，上海２０１２１０）
摘要：介绍本课题组利用正渗透技术处理页岩气废水的研究进展，对正渗透膜材料的制备、驱
动液的选择和回收等关键问题进行阐述．分别利用界面聚合法和浸入沉淀相分离法制备正渗
透膜材料用于页岩气废水处理，并与商业的ＨＴＩ膜进行比较．结果显示：界面聚合膜具有更高
的通量和盐截留率．页岩气废水经絮凝沉淀和超滤等前处理后，通过ＦＯ－ＶＭＤ集成技术得
到可饮用的纯净水，同时对驱动液进行回收并循环利用，实现零排放．
关键词：正渗透；截留率；驱动溶液；膜材料；页岩气废水
中图分类号：ＴＱ０２８；Ｘ７０３．１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００７－８９２４（２０１４）０５－００９６－０６
页岩气与煤层气和致密砂岩气构成三大非常规天然气，它以吸附或游离态存在于页岩之中，具有开采寿命长和生产周期长的特点．在能源日益严峻的２１世纪，页岩气作为一项重要的非常规天然气资源近年来引起了全球的广泛关注［１］．目前页岩气开采主要采用由美国率先发展起来的“水力压裂法”．根据地域不同，开采一口页岩气井需消耗约７ ５６０～２０ ０００ｍ３的水才能使页岩断裂［２］．压裂过程结束后，大量的压裂液携带着地下的盐及金属、有机物等返回地面成为高浓度的卤水，即页岩气废水．页岩气废水的特点是高含盐量可高达１０％以上、成分复杂．目前，国内的页岩气废水主要采用集中收集放置，定期交由水处理公司运走处理的方式进行排放，存在水资源浪费严重、废水处理成本高、环境污染风险高等问题．同时，我国页岩气储藏地多处于缺水地区，因而页岩气废水回用（用于压裂液或用作生活用水）对于页岩气的可持续开发至关重要．
正渗透是一项新兴的节能水处理技术，以半透膜两侧的溶液渗透压差为驱动力，使水分子自发的
从半透膜一侧扩散至另一侧，从而使进料液（低渗透压侧）得到浓缩，驱动液（高渗透压侧）被稀释．该技术无需施加外压，与传统的蒸发和反渗透的水处理技术相比，能耗较低［３，４］．本文将系统介绍本课题组利用正渗透技术处理页岩气废水，特别是在膜材料开发、驱动溶液选择，以及利用ＦＯ结合真空膜蒸馏过程获得纯净水等方面进行的工作，展示了正渗透过程的特点包括高含盐废水的处理能力以及高水回收率等，对于页岩气废水的回用提供了新思路．
１ 实验部分
１．１ 膜材料的制备
聚砜（ＰＳＦ）由Ｓｏｌｖａｙ提供．三醋酸纤维素（ＣＴＡ）由无锡化工研究院提供．二甲基乙酰胺（ＡＲ）、ＰＥＧ４００、正己烷（分析纯）、间苯二胺（分析纯）、均苯三甲酰氯（分析纯）、１，４－二氧六环、丙酮、乳酸和甲醇、氯化钠、氯化钾、氯化镁均采购自Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ．去离子水为实验室自制（电导率小于８μＳ／ｃｍ）．
界面聚合膜（ＴＦＣ）的制备：将干燥的ＰＳＦ按照
收稿日期：２０１３－１１－１０；修改稿收到日期：２０１３－１２－１７
基金项目：国家重大基础研究９７３项目（２００９ＣＢ６２３４０２，２０１２ＣＢ７２０９０３）；自然科学基金项目（２１１７６１１９）；上海市博士后科研资助计划（１３Ｒ２１４２１６００）
第一作者简介：李春霞（１９８２－），女，上海人，博士后，从事膜材料制备及正渗透技术应用研究．＊通讯作者，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｘｍ＠ｓａｒｉ．ａｃ．ｃｎ；ｈｅｔ＠ｓａｒｉ．ａｃ．ｃｎ
第５期李春霞等：正渗透结合真空膜蒸馏技术处理页岩气废水研究进展·９７
· 一定比例溶解于聚乙二醇（ＰＥＧ）和Ｎ，Ｎ－二甲基乙酰胺（ＤＭＡＣ）的混合溶液中，搅拌混合均匀后过滤、脱泡．使用１５０μｍ的刮刀在自动刮膜机（Ｅｌ－
ｃｏｍｅｔｅｒ ４３４０，Ｅｌｃｏｍｅｔｅｒ Ａｓｉａ Ｐｔｅ．Ｌｔｄ）上以一定速度刮制成膜，在一定的温度和湿度的环境中挥发一段时间后，
再放入一定温度的水浴中至起膜．用去离子水清洗后，浸泡２４ｈ后备用．将干的ＰＳＦ基膜上表面浸于质量分数２％的间苯二胺（ＭＰＤ）水溶液中一段时间，将多余的ＭＰＤ溶液倒出并将表面吹
干后，再将该上表面浸于质量分数０．１５％的均苯三甲酰氯（ＴＭＣ）的正己烷溶液中１ｍｉｎ．之后将多余的ＴＭＣ溶液倒出后在空气中干燥，最后将膜置于
１００ ｏ
Ｃ条件下干燥３ｍｉｎ，得到ＴＦＣ（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｃｏｍ－
ｐ
ｏｓｉｔｅ）膜．三醋酸纤维素（ＣＴＡ）膜制备：将干燥的ＣＴＡ加入到１，４－二氧六环、丙酮、乳酸和甲醇的混合溶剂中，在３０℃下搅拌溶解２４ｈ．脱泡后使用２５０μｍ的刮刀将料液刮在无纺布支撑材料上成膜，在一定的温度和湿度的环境中挥发一段时间后，再放入一定温度的水浴中至起膜．用清水浸泡２４ｈ后备用．１．２ 正渗透性能评价
图１是实验室正渗透评价装置示意图．驱动液为３ｍｏｌ／Ｌ的氯化钾溶液，１．７５ｍｏｌ／Ｌ氯化镁溶液，３．２６ｍｏｌ／Ｌ氯化钠溶液．页岩气废水由中石化四川分公司提供，
经絮凝沉淀和超滤前处理后用作正渗透原料液．
驱动液与进料流同向流入，以减少膜两侧的应力，流速为１．８Ｌ／ｍｉｎ．整个装置由恒温水浴保持两侧温度在（２５±１
）
℃．１．膜组件；２．提取液；３．原料液；４．天平；５．
恒温水浴；６．电导率检测仪；７．驱动泵；８．
流量计；９、１０．控制检测系统图１ 正渗透评价装置示意图
Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｒｗａｒｄ ｏｓｍｏｓｉｓ ｓｅｔｕｐ
正渗透膜的通量，Ｌ／（ｍ
２
·ｈ），可通过测量驱动溶液侧质量的增加得出，
Ｊｗ＝ΔｍＳｍ·Δｔ·ρｗ
（１
）式中，Δｍ（ｇ
）：在测试时间Δｔ（ｈ）内驱动液侧的质量增加；Ｓｍ：有效膜面积，ｍ２
；ρ
ｗ：水的密度，ｇ／Ｌ．正渗透膜的盐反向扩散量Ｊｓ，
ｇ／（ｍ２
·ｈ），可通过检测进料液侧浓度和体积变化得出：
Ｊｓ＝
Δ（ρｔ·Ｖｔ）Ｓｍ·Δｔ
（２）ρ
ｔ为ｔ时刻进料液的质量浓度（ｇ／Ｌ），Ｖｔ为ｔ时刻进料液的体积（Ｌ）．
反渗透过程的盐截留率测定过程为：以质量分
数１
０００×１０－６
ＮａＣｌ水溶液为进料，在１ＭＰａ的操作压力下测得透过液中ＮａＣｌ的含量，
通过以下公式计算盐的截留率Ｒ，
Ｒ＝Ｃｂ－Ｃｐ
Ｃｂ
×１００％（３
）式中，Ｃｐ为渗透液中盐的浓度（ｍｏｌ／Ｌ）
，其值为透过膜的盐量与透过膜的水量的比值．Ｃｂ为初始进料的浓度（ｍｏｌ／Ｌ）．
正渗透膜的盐反向扩散系数Ｂ（ｍ／ｓ
）是指单位时间内驱动液中的盐透过膜向进料液扩散的速度，
其计算公式如下［
５，６］
：Ｂ＝Ｊｗ（１－ＲＲ）ｅｘｐ
（Ｊｗｋ
）（４
）式中，ｋ为ＦＯ组件的氯化钠传质系数（ｍ／ｓ
），计算公式如下［
５］
：ｋ＝ＳｈＤｄｈ
（５
）式中，Ｓｈ为Ｓｈｅｒｗｏｏｄ数；Ｄ为氯化钠扩散系数
（ｍ２
／ｓ）；ｄｈ为当量直径（
ｍ），Ｓｈ计算公式如下［５］：Ｓｈ＝０．０４Ｒｅ０．７５ Ｓｃ０．
３３（６
）Ｒｅ为雷诺数；Ｓｃ为Ｓｃｈｍｉｄｔ数．Ｋ为膜材料支撑层
对溶质扩散的阻力系数（ｓ／ｍ），Ｋ值越小，内浓差极化程度越小，其计算公式如下［
５］
：Ｋ＝１ＪｗｌｎＢ＋ＡπＤ，ｂ
Ｂ＋Ｊｗ＋ＡπＦ，ｍ
（７
）式中，πＦ，ｍ为进料侧膜表面的溶液渗透压；πＤ，ｂ为驱动液本体渗透压．
膜材料结构参数Ｓ（ｍ）可间接反映膜材料支撑层的结构，Ｓ值越大，
正渗透过程的内浓差极化越严重，其计算公式如下［
５，７］
：Ｓ＝ＫＤ＝ｔｓ
τε
（８
）式中，ｔｓ为支撑层厚度；τ为孔的弯曲率；ε为膜材料孔隙率．
１．３ 驱动液的回收
驱动液采用真空膜蒸馏方式进行回收再利用，
·９８ ·膜 科 学 与 技 术第３４卷
并与ＦＯ过程联用实现废水浓缩－驱动液浓缩－再利用的连续运行．ＦＯ－ＶＭＤ集成系统工艺如图２所示．以３ｍｏｌ／Ｌ的氯化钾作为ＦＯ驱动液，经ＦＯ过程后被稀释的驱动液通过热交换升温至６５℃作为
膜蒸馏系统的原料液，该原料液经过膜蒸馏系统后通过热交换降温至约２５℃作为驱动液回到ＦＯ系统继续工作．
而膜蒸馏产水在冷凝后收集，实现驱动液回收再利用和废水回用．
图２ ＦＯ－ＭＤ集成工艺流程示意图
１．膜组件；２．ＦＯ原料液；３．ＦＯ驱动液；４．天平；５．ＭＤ原料液；６．ＭＤ膜组件；７．驱动泵；８．电导率；９．冷凝装置；１０．热交换器；１１．真空泵；１２．控制检测系统Ｆｉｇ．２ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｒｗａｒｄ ｏｓｍｏｓｉｓ－ｖａｃｕｕｍ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ ｈｙｂｒｉｄ ｓｅｔｕｐ
１．４ 扫描电镜
将ＴＦＣ膜样品在液氮中焠断，真空条件下冷冻干燥１２ｈ，喷金备用．采用场发射扫描电镜（ＦｅｓｅｎＨｉｔａｃｈｉ
Ｓ－４８００）观察膜材料的表面和截面形貌．２ 结果与讨论
膜材料是关系到正渗透技术应用过程的关键．页岩气废水成分复杂、含盐量高，对膜材料的化学稳定性和耐污染性有较高的要求．
本论文选用实验室自制的界面聚合膜（ＴＦＣ），浸入沉淀相分离ＣＴＡ膜和商业ＨＴＩ膜进行页岩气废水处理，其形貌如图３所示．从截面形貌结构图可见ＴＦＣ膜的ＰＳＦ基膜截面具有规则的贯穿指状孔结构，靠近皮层为海绵状孔结构．而ＴＦＣ膜表面则均匀分布着很多大小在２００ｎｍ左右的叶片状凸起，也就是界面聚合过程形成的均匀且致密的聚酰胺活性分离层．ＨＴＩ膜和ＣＴＡ膜分别由网格和无纺布作为支撑材料，膜截面结构相对致密，同时ＨＴＩ膜和ＣＴＡ膜表面结构也较为平滑、致密．
３种膜材料的正渗透和反渗透性能参数见表１．ＴＦＣ膜的Ｒ
Ｏ纯水通量和盐截留率在３种膜材料中最高，分别为３５．０Ｌ／（ｍ２
·ｈ·ＭＰａ）和９５％．
ＨＴＩ膜反渗透通量较低，为１４．３Ｌ／（ｍ
２
·ｈ·ＭＰａ），盐截留率最低仅为８３％．ＣＴＡ膜ＲＯ通量和
盐截留率分别为１２．２Ｌ／（ｍ２
·ｈ·ＭＰａ）和８９％．溶质扩散系数（Ｂ）
是指溶质在膜的活性分离层中的扩散系数．扩散系数Ｂ值越小，膜材料对溶质的截
留能力越强．由表１可见，ＴＦＣ膜的Ｂ值最小，因而其ＲＯ截留率最高．同时，其正渗透比选择系数（ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ，Ｊｗ／Ｊｓ）
也最高．图３ 实验室制备的ＴＦＣ膜、ＣＴＡ膜和
商业化ＨＴＩ膜的ＳＥＭ形貌
Ｆｉｇ．３ Ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｏｐ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ
ｏｆ ＴＦＣ，ＣＴＡ ａｎｄ ＨＴＩ
ｍｅｍｂｒａｎｅｓ．
第５期李春霞等：正渗透结合真空膜蒸馏技术处理页岩气废水研究进展·９９
·
当以纯水为进料时，正渗透通量（Ｊｗ）和驱动溶质的逆向扩散通量（Ｊｓ）的比值决定了膜的比选择系数．值得指出的是，正渗透比选择系数体现了ＦＯ膜对溶质的截留选择性，其值越高，则正渗透过程驱动溶质的损失越少．理想的正渗透膜应该对驱动溶质具有１００％的截留率，但实际过程中，盐的透过不可避免．ＴＦＣ，ＣＴＡ和ＨＴＩ膜的比选择系数的顺序为：ＴＦＣ＞ＣＴＡ＞ＨＴＩ膜，这也和反渗透测得的ＲＯ截流率的结果顺序一致，说明反渗透过程的截留率与正渗透过程的比选择系数具有相关性．另外，ＦＯ膜结构参数Ｓ值是由膜材料的孔隙率、厚度和曲折因子共同决定的，Ｓ值实际体现了膜的多孔支撑层的溶质扩散的阻力，因而其值的大小决定了正渗透过程的内浓差极化程度．实际研究中发现，Ｓ值越大，其ＦＯ过程的内浓差极化程度也越高，相应的ＦＯ通量越低．因而，理想的ＦＯ膜应该具有较低的Ｓ值．从正渗透性能来看，ＴＦＣ膜正渗透通量最高，达到１２Ｌ／（ｍ２·ｈ）．
表１ ＴＦＣ膜与商业化ＨＴＩ膜ＦＯ和ＲＯ性能比较Ｔａｂｌｅ １ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ＦＯ ａｎｄ ＲＯ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
ｏｆ ＴＦＣ ａｎｄ ＨＴＩ ｍｅｍｂｒａｎｅｓ
膜材料ＨＴＩ ＴＦＣ ＣＴＡ
ＲＯ纯水通量Ａ／
（Ｌ·ｍ－２·ｈ－１·ＭＰａ－１）
１４．３ ３５．０ １２．２
ＲＯ盐截留率／％８３．１ ９５ ８９
驱动溶质反向扩散系数Ｂ／
（１０－７ ｍ·ｓ－１）
８．３１ ３．１６ ３．２５
结构参数Ｓ／ｍｍ ８３０ ７９７ ８１０
正渗透通量Ｊｗ／
（Ｌ·ｍ－２·ｈ－１）
８．９ １２ ７．５５
膜的比选择系数
（Ｊｗ／Ｊｓ）／（Ｌ·ｇ－１）
０．８５ ３．３３ １．５９
注：ＲＯ测试条件：１ｇ／Ｌ的ＮａＣｌ溶液为进料，料液流量０．４Ｌ／ｍｉｎ，操作压力１ＭＰａ，温度２５℃；
ＦＯ测试条件：以０．５ｍｏｌ／Ｌ的ＮａＣｌ溶液（１Ｌ）为驱动液，去离子水（２Ｌ）为进料液，料液流量１ ８００ｍＬ／ｍｉｎ，操作温度２５℃．
以页岩气废水经絮凝沉淀和超滤过滤后为进料，１．７５ｍｏｌ／Ｌ的ＭｇＣｌ２为驱动液，分别用ＴＦＣ，ＣＴＡ和ＨＴＩ膜进行了正渗透浓缩，其通量随时间变化关系见图４．其中ＴＦＣ膜表现出最高的通量，且能够稳定在２０Ｌ／（ｍ２·ｈ）的水平，ＨＴＩ膜通量为１５Ｌ／（ｍ２·ｈ），比ＴＦＣ膜低．ＣＴＡ膜通量最小，约为１０Ｌ／（ｍ２·ｈ），且测试过程中通量下降较快．因此，在ＦＯ－ＶＭＤ过程中选择ＴＦＣ膜作为页岩气废水处理ＦＯ膜
．
以１．７５ｍｏｌ／Ｌ的ＭｇＣｌ２为驱动液，以页岩气
废水为进料．皮层面向进料液
图４ ３种不同膜材料处理页岩气废水的通量
Ｆｉｇ．４ ＦＯ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｅｍｂｒａｎｅｓ在驱动液选择方面，渗透压、成本和回收问题是几个主要的参考指标，因此选择廉价易得的氯化钠、氯化钾和氯化镁进行比较，结果如图５所示．在渗透压相当的情况下，以氯化钾为驱动液时ＴＦＣ表现出最高的通量，达到２２Ｌ／（ｍ２·ｈ）．因此，在ＦＯ－ＶＭＤ过程中选择３ｍｏｌ／Ｌ氯化钾溶液作为页岩气废水处理的驱动液
．
以ＫＣｌ（３ｍｏｌ／Ｌ），ＮａＣｌ（３．２６ｍｏｌ／Ｌ），
ＭｇＣｌ２（１．７５ｍｏｌ／Ｌ）为驱动液，皮层面向进料液
图５ 实验室ＴＦＣ膜以不同驱动液处理页岩气废水的通量Ｆｉｇ．５ Ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｆｌｕｘｅｓ ｏｆ ＴＦＣ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ＳＧｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｂｙ ＦＯ ｐｒｏｃｅｓｓ
图６为ＦＯ－ＶＭＤ过程中，ＦＯ－ＶＭＤ系统通量和产水电导率随运行时间的变化情况．在１４ｈ的长时间运行过程中，水通量始终保持在１０～２５ｋｇ／（ｍ２·ｈ），产水电导率稳定在小于１０μＳ／ｃｍ的水平，表现出较高的纯水通量和耐污染性能，系统运行稳定性非常好．页岩气废水经ＦＯ－ＶＭＤ集成技术处理后的产水各项指标均符合饮用水标准，水检结果与市售饮用水对比结果见表２．实验证明，采用
·１００ ·膜 科 学 与 技 术第３４卷
ＦＯ－ＶＭＤ集成技术对页岩气废水进行深度处理不
仅可以实现驱动液的回收再利用，且可以得到高质量的饮用水，
技术可行性较高
．ＶＭＤ膜为ＣＦ４等离子体改性的Ｍ
ｉｌｌｉｐｏｒｅ ＰＶＤＦ平板膜，真空度为（－４０±１）ｋＰａ；原料液流量为０．６Ｌ／ｍｉｎ图６ ＦＯ－ＶＭＤ运行过程中膜蒸馏系统通量
和产水电导率随时间的变化
Ｆｉｇ．６ ＶＭＤ ｆｌｕｘ ａｎｄ ｐｅｒｍｅａｔｅ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ
ａｇａｉｎｓｔ ｔｉｍｅｉｎ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ＦＯ－ＶＭＤ ｐ
ｒｏｃｅｓｓ表２ ＦＯ－ＶＭＤ处理前后页岩气废水各项指标的
变化及产水与市售饮用水的比较
Ｔａｂｌｅ ２ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈａｌｅ ｇａｓ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｂｅｆｏｒｅａｎｄ ａｆｔｅｒ ＦＯ－ＶＭＤ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｍｐ
ａｒｉｓｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎｐｒｏｄｕｃｅｄ ｗａｔｅｒ ａｎｄ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ ｄｒｉｎｋｉｎｇ ｗａｔｅｒ项目
超滤处理后的页岩气废水ＦＯ－ＶＭＤ后的产水市售
饮用水
电导率／（ｍＳ·ｃｍ－１
）
１１３００ ５ ４３．６浊度／ＮＴＵ ０．１８ ０．０７ ０．０９ｐ
Ｈ ７．４０ ７．３８ ７．８８总硬度（以ＣａＣＯ３
计）／（ｍｇ·Ｌ－１
）２６０ＮＡ－ＣＯＤ／（ｍｇ·Ｌ－１）２５９．０ ０．９ １．１ＴＤＳ／（ｍｇ·Ｌ－１）６ ４９０－－Ｃａ／（ｍｇ·Ｌ－１
）１０２ＮＤ ３．３４Ｋ／（ｍｇ
·Ｌ－１）３８１ ０．５０ ３．７４Ｍｇ／（ｍｇ·Ｌ－１）２４．０ＮＤ ０．０２Ｎａ／（ｍｇ·Ｌ－１）２ １０５．１ ０．１２ ０．３Ｓｒ／（ｍｇ·Ｌ－１
）３．１ＮＤ ＮＤＳｉ／（ｍｇ
·Ｌ－１）１５ＮＤ ＮＤＣＯ３
２－
（ＨＣＯ３－
）
／ （ｍｇ
·Ｌ－１
）９６ＮＤ－Ｃｌ／（ｍｇ·Ｌ－１）３ ９９９ ２．２ １０．２ＳＯ４
／（ｍｇ·Ｌ－１
）３．０
＜１
－
注：
ＮＤ—未检测到；ＮＡ—可忽略．３ 展望
页岩气废水的回收和再利用是关乎页岩气未来开发前景的关键．我国常规天然气储量低缺口大、而页岩气储量可观但同时又面临缺水问题，因此开发新型、
高效、节能页岩气废水回收技术是促进页岩气开采成为一个可持续过程的关键．正渗透作为一项低能耗的页岩气废水回收处理技术具有潜在的开发前景．但是正渗透还面临两大技术挑战：一是正渗透膜材料缺乏；
二是高效易回收的驱动溶质有待开发．本文的研究结果展示了：１）界面聚合正渗透膜具有通量高、选择性好的特点，处理高含盐废水性能稳定，因此有望成为具有商业发展前景的正渗透膜材料；２）正渗透和膜蒸馏过程相结合将页岩气废水处理达到排放标准是完全可行的，该结果为页岩气废水的处理提供了新的方法和思路，具有一定的科技价值和参考意义．参考文献：
［１］Ｃｈａｎｇ Ｙ Ｈ，Ｌｉｕ Ｘ Ｊ，Ｃｈｒｉｓｔｉｅ Ｐ．Ｅｍｅｒｇｉｎｇ
ｓｈａｌｅ ｇａｓｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｉｎ Ｃｈｉｎａ［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎ Ｓｃｉ Ｔｅｃｈｎｏｌ，２０１２，４６（２２）：１２２８１－１２２８２．
［２
］李建忠，董大忠，陈更生，等．中国页岩气资源前景与战略地位［Ｊ］．天然气工业，２００９，２９（５）：１１－２０．［３］Ｍｉｔｓｕｒｕ Ｈ．Ｆｏｒｗａｒｄ ｏｓｍｏｓｉｓ ｍｅｍｂｒａｎｅ ａｓ ａ ｎｏｖｅｌ ｗａ－
ｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．Ｍｅｍｂｒａｎｅ，２０１２，３７（５）：２２４－２２９．
［４］Ｓｕ Ｊ Ｃ，Ｚｈａｎｇ Ｓ，Ｌｉｎｇ
Ｍ Ｍ，ｅｔ ａｌ．Ｆｏｒｗａｒｄ ｏｓｍｏｓｉｓ：ａｎｅｍｅｒｇｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ｓｕｐｐｌｙ ｏｆ ｃｌｅａｎ ｗａ－ｔｅｒ［Ｊ］．Ｃｌｅａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌ Ｅｎｖｉｒｏｎ Ｐｏｌｉｃｙ，２０１２，１４（４）：５０７－５１１．
［５］ＭｃＣｕｔｃｈｅｏｎ Ｊ Ｒ，Ｅｌｉｍｅｌｅｃｈ Ｍ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃｏｎｃｅｎｔｒａ－
ｔｉｖｅ ａｎｄ ｄｉｌｕｔｉｖｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｎｆｌｕｘ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｉｎ ｆｏｒｗａｒｄ ｏｓｍｏｓｉｓ［Ｊ］．Ｊ Ｍｅｍｂｒ Ｓｃｉ，２００６，２８４（１－２）：２３７－２４７．
［６］Ｐｈｉｌｌｉｐ Ｗ Ａ，Ｙｏｎｇ
Ｊ Ｓ，Ｅｌｉｍｅｌｅｃｈ Ｍ．Ｒｅｖｅｒｓｅ ＤｒａｗＳｏｌｕｔｅ Ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ ｉｎ Ｆｏｒｗａｒｄ Ｏｓｍｏｓｉｓ：Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎ Ｓｃｉ Ｔｅｃｈｎｏｌ，２０１０，４４（１３）：５１７０－５１７６．
［７］Ｔａｎｇ
Ｃ Ｙ，Ｓｈｅ Ｑ Ｈ，Ｌａｙ Ｗ Ｌ，ｅｔ ａｌ．Ｃｏｕｐｌｅｄ ｅｆｆｅｃｔｓｏｆ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｏｕｌｉｎｇ ｏｎ ｆｌｕｘｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｆｏｒｗａｒｄ ｏｓｍｏｓｉｓ ｍｅｍｂｒａｎｅｓ ｄｕｒｉｎｇ ｈｕｍｉｃａｃｉｄ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｊ Ｍｅｍｂｒ Ｓｃｉ，２０１０，３５４（１－２）：１２３－１３３．
第５期李春霞等：正渗透结合真空膜蒸馏技术处理页岩气废水研究进展·１０１
·
Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｎ ａ ｆｏｒｗａｒｄ ｏｓｍｏｓｉｓ ｃｏｕｐｌｅｄ ｖａｃｕｕｍ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｓｈａｌｅ ｇａｓ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ
ＬＩ Ｃｈｕｎｘｉａ，ＣＨＥＮ Ｇａｎｇ，ＺＨＡＯ Ｂａｏｌｏｎｇ，
ＷＡＮＧ Ｚｈｏｕｗｅｉ，ＬＩ Ｘｕｅｍｅｉ，ＨＥ Ｔａｏ
（Ｓｈａｎｇｈａｉ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１２１０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｕｒ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｇｒｏｕｐ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｆｏｃｕｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｓｈａｌｅ ｇａｓ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｂｙ ｆｏｒｗａｒｄｏｓｍｏｓｉｓ，ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｓ ｒｅｐｏｒｔｅｄ ｈｅｒｅｉｎ．Ｔｈｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｒａｗｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｔｓ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｈｏｍｅ－ｍａｄｅ ｔｈｉｎ－ｆｉｌｍ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ（ＴＦＣ）ｍｅｍｂｒａｎｅｓｓｈｏｗｅｄ ｈｉｇｈｅｒ ｗａｔｅｒ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｓａｌｔ ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ ＨＴＩ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｗｈｅｎ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｓｈａｌｅ ｇａｓ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ．Ｓｈａｌｅ ｇａｓ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｗａｓ ｐｒｅｔｒｅａｔｅｄ ｂｙ ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙ ｕｌｔｒａ－ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｕｓｅｄ ａｓ ｆｅｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ＦＯ－ＶＭＤ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｗａｔｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ＦＯ－ＶＭＤ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ｃｏｍｐａｒａｂｌｅ ｔｏ ｂｏｔｔｌｅｄ ｗａｔｅｒ，ｗｈｉｃｈ ｈｏｌｄｓ ｐｒｏｍｉｓｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｃｈｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒｓ ｏｆ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｏｒｗａｒｄ ｏｓｍｏｓｉｓ；ｓａｌｔ ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ；ｄｒａｗ ｓｏｌｕｔｉｏｎ；ｍｅｍｂｒａｎｅ ｍａｔｅｒｉａｌ；ｓｈａｌｅ ｇａｓ ｄｒｉｌｌｉｎｇ
檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ
广告目次
彩色广告
上海科琅膜科技有限公司（封面）贵阳时代沃顿科技有限公司（封二）哈尔滨乐普实业发展中心（封三）江苏久吾高科技股份有限公司（封四）北京碧水源膜科技有限公司（前插１）天津森诺过滤技术有限公司（前插２）合肥世杰膜工程有限公司（前插３）合肥科佳高分子材料科技有限公司（前插４）大连科纳科学技术开发有限责任公司（前插５）河南大河水处理有限公司（前插６）南京慧城水处理设备有限公司（前插７）宁波斯宾拿建嵘精密机械有限公司（前插８）大连萊柯机械有限公司（前插９）科氏化工科技（无锡）有限公司
上海分公司（前插１０）星达（泰州）膜科技有限公司（前插１１）绵阳市聚合新材料有限公司（前插１２）江苏九天高科技股份有限公司（前插１３）浙江美易膜科技有限公司（前插１４）江苏凯米膜科技股份有限公司（前插１５）安东帕（上海）商贸有限公司（前插１６）厦门世达膜科技有限公司（前插１７）东大水业集团有限公司（前插１８）深圳市立昇净水科技实业有限公司（前插１９）蓝星环境工程有限公司（前插２０）蓝星环境工程有限公司（前插２１）山东招金膜天有限责任公司（前插２２）迈纳德膜技术（厦门）有限公司（前插２３）朗盛化学中国有限公司（前插２４）国家海水及苦咸水利用产品
质量监督检验中心（前插２５）熊津化学（前插２６）河南博爱新开源制药股份有限公司（前插２７）江苏凌海新材料科技有限公司（前插２８）《膜科学与技术》杂志（前插２９）上海斯纳普膜分离科技有限公司（前插３０）
黑白广告
上海信世展览服务有限公司（后插１）
页岩气特点及成藏机理
页岩气特点及成藏机理 ---陈栋、王杰页岩气作为一种重要的非常规油气资源，随着能源资源的日益匮乏，作为传统天然气的有益补充，其重要性已经日益突出。随着国家新一轮页岩气勘探开发部署的大规模展开，正确认识和掌握页岩气的成因、成藏条件等知识，对于今后从事页岩气现场录井的工作人员提高录井质量具有较好的指导意义。 1.概况 页岩气（shale gas）是赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附和游离状态为主要存在方式的非常规天然气，成分以甲烷为主，与“煤层气”、“致密气”同属一类。其形成和富集有着自身独特的特点，往往分布在盆地内厚度较大、分布较广的页岩烃源岩地层中。 2.特点 2.1 页岩气是主体上以吸附或游离状态存在于暗色泥页岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中的天然气，它可以生成于有机成因的各种阶段天然气主体上以游离相态（大约50％）存在于裂缝、孔隙及其它储集空间；以吸附状态（大约50％）存在于干酪根、粘土颗粒及孔隙表面，极少量以溶解状态储存于干酪根、沥青质及石油中天然气也存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、甚至砂岩地层中为天然气生成之后，在源岩层内的就近聚集表现为典型的原地
的有利目标。页岩气的资源量较大但单井产量较小，美国页岩气井的单井采气量为2800-28000m3/d。 2.5 在成藏机理上具有递变过渡的特点，盆地内构造较深部位是页岩气成藏的有利区，页岩气成藏和分布的最大范围与有效气源岩的面积相当。 2.6 原生页岩气藏以高异常压力为特征，当发生构造升降运动时，其异常压力相应升高或降低，因此页岩气藏的地层压力多变。 2.7 页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点—-大部分产气页岩分布范围广、厚度大，且普遍含气，使得页岩气井能够长期地稳定产气。但页岩气储集层渗透率低，开采难度较大。 3.成因 通过对页岩气组分特征、成熟度特征分析，页岩气是连续生成的生物化学成因气、热成因气或两者的混合。生物成因气是有机物在低温下经厌氧微生物分解作用形成的天然气；热成因气是有机质在较高温度及持续加热期间经热降解和裂解作用形成的天然气。相对于热成因气，生物成因的页岩气分布极限，主要分布盆地边缘的泥页岩中，在美国研究比较深入的五个盆地的五套页岩中，密执安盆地和伊利诺斯盆地发现了生物成因的页岩气藏，并且是勘探目标中的主要构成(Schoell，1980；Malter 等，2000)。 3.1 生物成因
致密油气国内外研究现状
致密油气国内外研究现状 一、致密油气居国外非常规之首 在国外，与其他非常规油气资源相比，致密油气开发最早，而且产量最大。目前，美国进行商业性开发的非常规气包括致密气、煤层气、页岩气三种。在2000年，煤层气和页岩气开发规模还不大，致密气约占美国非常规气产量的70%；到2010年，尽管煤层气特别是页岩气产量急剧升高，致密气仍占48.8%。 目前世界大部分地区发现了致密油资源：主要包括中东波斯湾北部、阿曼、叙利亚；北海盆地、英国；远东俄罗斯；北美加拿大和美国、墨西哥；南美阿根廷；中国。 致密油在美国石油产量中占重要地位。过去5年来，美国石油资源中约有500×108bbl 来自致密油发现，而致密油的开采更使美国持续24 年的石油产量下降趋势得以扭转。2011年产量达3000×10４ｔ，预计到2020年产量达1.5×10８ｔ。 作为一种重要的能源供给形式，致密油的勘探开发在美国和加拿大获得巨大成果，其产量大幅提升已经逆转了该地区石油产量下降的趋势。目前，北美是除了欧佩克之外原油产量增长最快的地区，预计2010—2016年产量将增长11%（EIA，2011），这主要归功于加拿大油砂产量增长及陆地致密油储层产量的增长。 北美地区已在艾伯塔中心和得克萨斯南部发现了大量致密油资源，其他有利区带包括洛杉矶区域、墨西哥湾、南部和加拿大东部。成熟致密油远景区主要包括：美国北达科他州、蒙大拿州和加拿大萨彻斯温、曼托尼州的Bakken页岩；威明顿和科罗拉多州Niobrara页岩；得克萨斯州南部Eagle Ford页岩；加利福尼亚州Monterey/Samtos 页岩；俄亥俄州Utica 页岩。可以说致密油是美国长期保持产油大国地位的重要支柱之一。 二、致密油气已成为中国油气产量的重要部分 中国致密油分布范围广，类型多。根据国土资源部等部委联合完成的“新一轮全国油气资源评价”，在我国可采的石油资源中，致密油占2/5。采用资源丰度类比法进行的预测和初步评价认为，中国主要盆地致密油地质资源总量为( 106.7 ～111.5) ×108t，可采资源量为( 13 ～14)×108t。据统计，2003年中
萃取过程及危险性分析
编号：SM-ZD-43628 萃取过程及危险性分析Through the process agreement to achieve a unified action policy for different people, so as to coordinate action, reduce blindness, and make the work orderly. 编制：____________________ 审核：____________________ 批准：____________________ 本文档下载后可任意修改
萃取过程及危险性分析 简介：该方案资料适用于公司或组织通过合理化地制定计划，达成上下级或不同的人员 之间形成统一的行动方针，明确执行目标，工作内容，执行方式，执行进度，从而使整 体计划目标统一，行动协调，过程有条不紊。文档可直接下载或修改，使用时请详细阅 读内容。 工业上对液体混合物的分离，除了采用蒸馏的方法外，还广泛采用液—液萃取。例如，为防止工业废水中的苯酚污染环境，往往将苯加到废水中，使它们混合和接触，此时，由于苯酚在苯中的溶解度比在水中大，大部分苯酚从水相转移到苯相，再将苯相与水相分离，并进一步回收溶剂苯，从而达到回收苯酚的目的。再如，在石油炼制工业的重整装置和石油化学工业的乙烯装置都离不开抽提芳烃的过程，因为芳香族与链烷烃类化合物共存于石油馏分中，它们的沸点非常接近或成为共沸混合物，故用一般的蒸馏方法不能达到分离的目的，而要采用液—液萃取的方法提取出其中的芳烃，然后再将芳烃中各组分加以分离。 液—液萃取也称溶剂萃取，简称萃取。这种操作是指在欲分离的液体混合物中加入一种适宜的溶剂，使其形成两液相系统，利用液体混合物中各组分在两相中分配差异的性质，
膜蒸馏过程探讨_吕晓龙
第30卷第3期膜科学与技术V o l.30N o.3 2010年6月M EM BR AN E SCI EN CE A ND T ECH N OL OG Y Jun.2010 专家论坛 膜蒸馏过程探讨 吕晓龙 (天津市中空纤维膜材料与膜过程重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地, 天津工业大学生物化工研究所,天津300160) 摘要:讨论了膜蒸馏涉及的膜材料特性.提出水膜阻力概念,认为疏水膜材料结构的优化与 膜蒸馏工艺有关.提出鼓泡膜蒸馏方法,在热流体中鼓入空气气泡,由气液两相流效应来强化 热流体的扰动.提出透气膜蒸馏方法,通过气体的吹扫夹带作用,使膜孔内水蒸气的传质由低 效的扩散转为高效的对流机理.提出曝气膜蒸发方法,利用不同温度的空气吸湿原理进行膜曝 气.将膜蒸馏过程与化学除硬度、超滤耦合,可除去结垢性钙镁离子;将膜蒸馏过程与气浮絮凝 过程耦合,可除去有机污染物,实现高倍率浓缩.提出多效膜蒸馏方法,膜组件兼有蒸发与换热 功能,使膜蒸馏过程中的水蒸气冷凝与原水加热过程耦合,可以实现低成本的膜蒸馏过程. 关键词:膜蒸馏;疏水膜;超疏水性;水膜阻力;膜过程;工艺耦合 中图分类号:T Q028.8文献标识码:A文章编号:1007-8924(2010)03-0001-10 在高收率海水淡化、工业循环冷却水和反渗透浓水的零排放、高效节能化工浓缩等领域,都涉及高盐度水的深度浓缩问题,尤其是高盐度难处理工业废水的排放问题日益被关注,其零液体排放是未来深度水处理技术的发展方向.膜蒸馏(membrane distillation,MD)是传统蒸馏工艺与膜分离技术相结合的一种液体分离技术,膜蒸馏过程是热侧液体的水分子蒸发汽化,穿过疏水膜的微孔,水相中非挥发性的离子和分子等溶质则不能透过疏水膜,从而实现溶液分离、浓缩或提纯的目的.膜蒸馏是有相变的膜过程,同时发生热量和质量的传递,传质的推动力为疏水膜两侧透过组分的蒸汽分压压差. 膜蒸馏过程的特征[1]:使用疏水性微孔膜,分离膜至少有一个表面与所处理的液体接触,且不能被所处理的液体润湿,传质推动力是液体中可汽化组分在膜两侧气相中的分压差.相对于其它的分离过程,膜蒸馏的优点主要有:(1)对液体中的离子、大分子、胶体等非挥发性溶质能达到100%的截留; (2)操作温度比传统的蒸(精)馏低;(3)操作压力远低于反渗透过程;(4)与传统的蒸馏设备相比,无蒸发器腐蚀问题,设备体积小,造价低.由于疏水膜材料与膜蒸馏工艺技术的进步,膜蒸馏技术日益显示出其在水处理领域高度浓缩方面的应用潜力,成为了膜领域中最被研究关注的热点方向之一,近年来有多篇综述性文章发表[2-5],在疏水膜材料[6-11]、膜蒸馏工艺[12-21]方面开展了深入研究,并且在水中有用物的回收浓缩[22-27]方面开展了膜蒸馏技术的实际应用研究,本课题组近年来也开展了一些相关研究工作[28-34]. 由于膜蒸馏是一个有相变的膜分离过程,在膜蒸馏的工艺设计上,必须考虑系统的保温与热能回收,否则运行费用较高.目前膜蒸馏技术还未能大规模工业化应用,主要是因为在疏水膜材料的亲水化渗漏、膜组件结构设计与干燥方法、膜蒸馏工艺流程优化与系统集成、蒸汽相变热回收、加热与废热利用方式等一系列膜蒸馏环节上均有待于提高.结合本课题组在膜蒸馏方面已开展的研究工作,本文就膜蒸馏过程的一些问题进行探讨. 收稿日期:2010-01-06 基金项目:863课题工业循环冷却水膜集成净化过程研究(2008AA06Z303);天津市重点基金课题废水浓缩减排与淡化再利用技术研究(09JCZDJC26300) 作者简介:吕晓龙(1964-),男,山西省忻州市人,博士,博士生导师,从事中空纤维分离膜制备与膜分离过程研究, E-mail:luxiao lo ng@https://www.360docs.net/doc/3013899396.html,
膜蒸馏技术的研究进展
膜蒸馏技术的研究进展 摘要：膜蒸馏是一种热驱动新型分离技术，自上世纪80年代才引起人们的重视。本文主要对膜蒸馏技术的过程机理、膜材料的选择、常见问题、以及应用进行了评述，并对以后膜蒸馏的发展做出了展望。 关键词：膜蒸馏；膜；应用；质量传递；热量传递 膜蒸馏是一种新型的非等温物理分离技术，以疏水性多孔膜两侧的蒸汽压差为推动力，使热侧蒸汽分子穿过膜孔后在冷侧冷凝富集，可看作是膜过程与蒸馏过程的集合。膜蒸馏过程区别于其他膜分离过程有如下的特点：膜是微孔膜；不能被所处理的液体浸润；只有蒸汽通过膜孔介质；膜孔内没有毛细冷凝现象发生。该分离技术不是膜过程与蒸馏过程的简单结合，它自身有许多优点。如，良好的化学稳定性；截留率高；较低的操作温度和压力，能有效利用地热工业余热等廉价能源；可与其他分离过程整合；可处理热敏性物质和高浓度废水等。因此，自膜蒸馏技术首次提出以来，一直受到了学者的广泛关注。 本文对进近几年来的膜蒸馏的最新研究进展，尤其是针对膜蒸馏理论的应用研究进行了概述。 1.膜蒸馏的分类 根据扩散到膜冷凝侧蒸汽冷凝方式的不同，膜蒸馏分为多种类型，如直接接触膜蒸馏(DCMD)、气隙膜蒸馏（AGMD）、气扫式膜蒸馏（SGMD）、真空膜蒸馏（VMD）。 （1）直接接触式膜蒸馏（DCMD）这种装置相对简单，两侧的液体直接与多孔膜的表面接触，蒸汽的扩散路径仅仅局限于膜的厚度。它是出现最早也是研究最广泛的膜蒸馏过程，但其热损耗也最大。由于有较大的渗透量，颇受研究者重视，较适用于主原料是水的情况，如海水或苦咸水脱盐或水溶液的浓缩，也有人用其浓缩水果汁、血液及废水处理等。 （2）气隙式膜蒸馏（AGMD）在冷凝面与膜表面之间有一停滞的空气隙存在，蒸汽穿过气隙后在冷凝面上冷凝。与前者相比，由于气隙的存在，减小了过程的热耗损，但是渗透通量低，结构复杂，且不适用于中空纤维膜，限制了商业推广。 （3）气扫式膜蒸馏（SGMD）结果与直接接触式膜蒸馏相似，不同之处在于，惰性气体将透过侧的蒸汽吹出，并在外部进行冷凝。这样可以减少热量损耗，加快传质。刘乾亮[1]等采用气扫式膜蒸馏法处理高浓度氨氮废水，重点考察了料液初始pH值、料液流量和吹扫气体流量等因素对处理效果的影响。结果表明：增大吹扫气体流量可促进氨氮的去除,有利于氨氮的传质和分离过程。 （4）真空膜蒸馏（VMD）的膜两侧气体压力差比其他膜蒸馏的膜两侧气体压力差大，因而比其他形式的膜蒸馏具有更大的蒸馏通量。宜于脱除水溶液中的挥发性溶质。唐娜[2]等采用PVDF中空纤维膜及PTFE微孔平板膜组件对反渗透海水淡化浓盐水的真空膜蒸馏过程进行了研究。连续运行的结果表明：温度是影响海水淡化浓盐水膜蒸馏过程的关键因素，对膜通量影响较大。 2.膜蒸馏组件
吴晓东页岩气勘探开发技术现状与展望
吴晓东复杂结构井/页岩气勘探开发技术现状与展望 6非常规气藏开发中面临的主要问题及解决思路？ （1）深层超高压气藏的开发 ①动态监测，包括地层压力变化、底水上升、压敏性影响等： ?安全高效的钻完井技术； ③高压下的地面安全集输技术： （2）髙含硫气田的开发 ①防毒防腐的安全开采及集输技术； ②硫沉积的相态问题及英防治技术，有的还含C02,更加复杂化； ?生产动态的监测问题： ④地面脱硫与硫的综合利用： （3）大而积低渗透气田的开发 ①加强气藏描述，在差中选优，寻找相对富集区，逐步滚动发展，提高钻井成功率: ②提高单井产能：大型压裂、进一步提高压裂液的流变性能和携砂性能，减少压裂液对地层的伤害是大型压裂水平升级的关键，大型压裂的优化设计技术。 复杂结构井技术：提髙泄流范围，提高单井产能，尽可能穿过更多的质量较好的气层； 水平井段倾斜，减小对垂直流动造成的可能阻碍：尽可能穿过更多的与河道相交的水平和垂直阻流带：穿过多个砂体和裂缝带 ③降低建井成本 降低钻井成本（提高钻速，改变管理体制，市场化） 发展小井眼技术； （4）火山岩气田开发 ①火山岩气藏储层受火山口控制，岩性复杂，岩相变化剧烈，裂缝比较发冇，识别难度大，需要加强有效储层的描述和预测； ?渗透率低，发展有效的提高单井产能的技术； ③C02防腐及其分离和综合利用： （5）多层疏松含水气藏开发 ①防砂控水，研究出水后的防砂技术： ②大跨度、长井段开采工艺技术： （6）多层疏松含水气藏开发 ①C02的防腐： ? C02的分离及利用： 7页岩气综合地质评价？ （1）基础地质特征①没有找到②页岩厚度和而积保证：充足的有机质，利于页岩气生成：储渗空间，利于页岩气富集。（2）地化分析①地化参数测试②生炷特征（3）储层研究①物性特征：孔隙度与页岩的气体总量之间呈正相关关系：随孔隙度的增加，含气疑中游离气量的比例增加。②温压条件。温度对页岩气成藏的影响：在相同压力下，温度增高，吸附气含量降低。压力对岩气成藏的影响：一方面，含气量与压力之间呈正相关关系：另一方面，压力对
致密油气国内外研究现状
致密油气国外研究现状 一、致密油气居国外非常规之首 在国外，与其他非常规油气资源相比，致密油气开发最早，而且产量最大。目前，美国进行商业性开发的非常规气包括致密气、煤层气、页岩气三种。在2000年，煤层气和页岩气开发规模还不大，致密气约占美国非常规气产量的70%；到2010年，尽管煤层气特别是页岩气产量急剧升高，致密气仍占48.8%。 目前世界大部分地区发现了致密油资源：主要包括中东波斯湾北部、阿曼、叙利亚；盆地、英国；远东俄罗斯；北美加拿大和美国、墨西哥；南美阿根廷；中国。 致密油在美国石油产量中占重要地位。过去5年来，美国石油资源中约有500×108bbl 来自致密油发现，而致密油的开采更使美国持续24 年的石油产量下降趋势得以扭转。2011年产量达3000×10４ｔ，预计到2020年产量达1.5×10８ｔ。 作为一种重要的能源供给形式，致密油的勘探开发在美国和加拿大获得巨大成果，其产量大幅提升已经逆转了该地区石油产量下降的趋势。目前，北美是除了欧佩克之外原油产量增长最快的地区，预计2010—2016年产量将增长11%（EIA，2011），这主要归功于加拿大油砂产量增长及陆地致密油储层产量的增长。 北美地区已在艾伯塔中心和得克萨斯南部发现了大量致密油资源，其他有利区带包括洛杉矶区域、墨西哥湾、南部和加拿大东部。成熟致密油远景区主要包括：美国北达科他州、蒙大拿州和加拿大萨彻斯温、曼托尼州的Bakken页岩；威明顿和科罗拉多州Niobrara页岩；得克萨斯州南部Eagle Ford页岩；加利福尼亚州Monterey/Samtos 页岩；俄亥俄州Utica 页岩。可以说致密油是美国长期保持产油大国地位的重要支柱之一。 二、致密油气已成为中国油气产量的重要部分 中国致密油分布围广，类型多。根据国土资源部等部委联合完成的“新一轮全国油气资源评价”，在我国可采的石油资源中，致密油占2/5。采用资源丰度类比法进行的预测和初步评价认为，中国主要盆地致密油地质资源总量为( 106.7 ～111.5) ×108t，可采资源量为( 13 ～14)×108t。据统计，2003年中
蒸馏装置火灾爆炸危险性分析
蒸馏装置火灾爆炸危险性分析 摘要运用美国道化学公司（DOW）“火灾、爆炸危险指数法”（第七版），对中国石化北京燕山分公司炼油某厂蒸馏装置的火灾爆炸危险性进行分析评价，暴露出安全生产中存在的问题，得出评价结果，给出采取的对策和措施，厂内安排积极整改，降低了生产装置的危险性。 关键词蒸馏装置；火灾爆炸；分析评价 1前言 中国石化北京燕山分公司炼油某厂蒸馏装置（以下简称“蒸馏装置”）采用成熟的三级蒸馏（即初馏、常压蒸馏和减压蒸馏）方法，对原油进行加工处理，生产过程中所用物料多为易燃易爆物质，生产操作连续性强，近几年曾先后几次发生着火事故，具有较大的火灾爆炸危险性。本文采用美国道化学公司（DOW）“火灾、爆炸危险指数法”（第七版），对该装置进行详细分析，评价出生产装置的火灾爆炸危险度等级、导致事故发生的潜在隐患，并提出有效的对策措施。 2蒸馏装置简介 蒸馏装置由中国石化建设工程公司设计，燕山建筑安装公司承建，2005年7月开始建设，2006年12月建成竣工，2007年6月投产，加工能力800万吨/年。蒸馏装置利用成熟的蒸馏工艺技术原理，将原油分离成各种不同沸点的馏份，送至不同的下游装置，进一步加工生产出合格的产品。装置中存在的主要危险化学品有原油、石脑油、航煤、液化气、硫化氢、燃料气、氨等，另外还存在柴油、蜡油、渣油、缓蚀剂、破乳剂等一般化学品。生产过程危险有害因素主要包括火灾、爆炸、硫化氢中毒等。蒸馏装置流程方框图见下页图—1。 3DOW“火灾、爆炸危险指数法”简介 道化学公司“火灾、爆炸危险指数法”是由美国道化学公司首创的安全评价方法，自1964年提出第一版至1994年的近三十年中，共进行了六次修改，目前已经发展到第七版。它是以单元重要危险物质在标准状态下的火灾、爆炸或释放出危险性潜在能量大小为基础，同时考虑工艺过程的危险性，计算初期单元火灾爆炸指数（F&EI）,确定危险等级；再针对采取的安全对策措施，进行火灾爆炸指数的补偿计算，得出单元补偿火灾爆炸指数（F&EI）’，确定危险等级，使危险降低到人们可以接受的程度。
页岩气成藏富集主控因素研究及目标优选_姜振学
第45卷增刊1吉林大学学报(地球科学版)Vol.45Sup.1 2015年7月Journal of Jilin University(Earth Science Edition)July2015页岩气成藏富集主控因素研究及目标优选 姜振学1,2，李卓1,2，唐相路1,2，纪文明1,2，杨威1,2， 原园1,2，王朋飞1,2 1.中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室，北京102200 2.中国石油大学（北京）非常规天然气研究院，北京102200 摘要：中国页岩气勘探取得了显著的成果，并建立了涪陵焦石坝、长宁—威远、昭通和延长4个国家级页岩气示范区。近年来，页岩气钻井近400口，其中探井143口（直井）、评价井130口（水平井），页岩气产量相差巨大，充分反应出对页岩气的富集条件、机理及其主控因素认识依然不够深入，这也从根本上制约了页岩气勘探开发的进程。为此本文采用页岩样品地球化学分析、薄片鉴定、X-射线衍射、N2吸附实验、CO2吸附实验、压汞实验、扫描电镜实验和现场解析等方法，对川东南及其周缘地区龙马溪组、牛蹄塘组页岩开展了与页岩气富集密切相关的页岩岩相、微纳米孔隙结构、页岩气赋存状态及保存条件等方面的研究，以期揭示页岩气成藏富集的主控因素。结果表明：①岩相控制了页岩的有机质丰度和脆性矿物含量。页岩岩相（lithic facies）是一定沉积环境中形成的岩石或岩石组合，它是沉积相的主要组成部分。有机质丰度、矿物组成和岩石力学特征是表征页岩岩相的重要指标。根据有机质丰度和矿物组成可划分出12种页岩岩相，不同页岩岩相在有机质丰度、脆性矿物含量和含气性等方面都具有较大的差异。涪陵地区龙马溪组底部深水陆棚以发育富有机质硅质页岩岩相为主，具有有机碳含量、脆性指数、有效孔隙度和含气量均较高的特征，有机碳含量高使其生烃潜力大，脆性指数高使其可压裂性好，有利于页岩气富集成藏及后期开发压裂。②多尺度孔隙结构控制了页岩气的赋存状态和含气量。涪陵地区龙马溪组和牛蹄塘组页岩主要发育原生和次生孔隙，原生孔隙主要包括原生晶间孔和原生粒间孔，次生孔隙主要有次生晶间孔、溶蚀孔和有机质孔。孔隙以微纳米孔为主，其中有机质对微孔和中孔（<50nm）贡献最大，二者对孔比表面积贡献占总孔贡献的90%以上，主要影响页岩气的吸附作用；石英等脆性矿物主要控制宏孔（＞50nm）的发育，中孔和宏孔贡献了孔体积的90%以上，对页岩中游离气的富集和页岩气的渗流具有决定作用。③不同演化阶段页岩气赋存状态随地质条件改变而发生转变。结合埋藏史及有机质生烃过程，将涪陵和渝东南地区页岩气赋存演化过程划分为早期生物游离气、热解吸附气、热解游离气和晚期游离气吸附4个阶段。不同阶段页岩气赋存状态可发生转化，后期构造抬升幅度决定了页岩气赋存状态和含气量的大小，抬升幅度越大，游离气和总含气量含量越少，深度越大，游离气含量越大。明确页岩气赋存状态对于资源潜力评价、开发方案制定及产能评价均具有重要的作用。④构造保存条件是页岩气有利区块优选关键要素之一。一般盆内抬升幅度小，盆内保存条件好与盆缘。有利于页岩气富集的区域构造样式主要为宽缓向斜和小倾角单斜，裂缝密度低、剥蚀厚度小、单层厚度大和扩散系数低等因素控制着页岩气的保存，进而影响页岩气成藏和富集，页岩气保存条件是南方页岩气有利区块优选的重要指标之一。利用资源潜力指数和地质风险系数双因素对川东南及其周缘地区龙马溪组页岩气进行了评价，优选了游离目标区，成果对指导川东南及其周缘地区龙马溪组勘探开发有重要参考价值。 关键词：页岩气富集；主控因素；页岩岩相；多尺度孔隙结构；赋存状态；保存条件；目标优选 基金项目：国家重大专项项目（2011ZX05018-02）；国土资源部项目（12120114046701） 作者简介：姜振学（1963-），男，教授，博士生导师，主要从事常规和非常规油气地质与资源评价研究，E-mail:jiangzx@https://www.360docs.net/doc/3013899396.html,。 1515-32
国内外页岩气研究进展
国内外页岩气研究进展 摘要：页岩气是指主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中,以吸附或游离状态为主要存在方式的天然气聚集。从某种意义来说,页岩气藏的形成是天然气在源岩中大规模滞留的结果。在目前的经济技术条件下, 页岩气是天然气工业化勘探的重要领域和目标。美国页岩气勘探的巨大成功,极大地鼓舞了在世界范围内的类似页岩层序中寻找天然气资源的勘探热情，已成为全球油气资源勘探开发的新亮点，正在我国油气资源领域孕育着新的重大突破。 关键词：页岩气勘探资源现状 1 国内外页岩气勘探开发概况 据Rogner（1997）估计，全球页岩气资源量为456.24×1012m3，主要分布于北美、中亚、中国、拉美、中东、北非和前苏联，其中约40%将是可采出的，即世界页岩气可采资源量为180×1012m3。按2008年的世界天然气产量计算，仅全球页岩气资源就可以生产60年。 1.1 北美地区 以北美加拿大为例：加拿大页岩气资源分布广、层位多,预测页岩气资源量超过28.3×1012m3,其中加拿大西部不列颠哥伦比亚地区的白垩系、侏罗系、三叠系和泥盆系的页岩气资源量约7.1×1012 m3。目前,已有多家油气生产商在加拿大西部地区进行页岩气开发试验,2007年该区页岩气产量约8.5×108 m3,其中3口水平井日产量较高(9.9×104~14.2×104 m3)。 然而，美国的页岩气主要发现于中-新生代（D-K) 地层中，其页岩气广泛的商业性开采直到1980年实施了非常规燃料免税政策以后，特别是1981年Mitchell 能源公司在得克萨斯州北部Fort Worth盆地Barnett页岩钻探了第一口页岩气井后，再一次引起了人们对页岩气的兴趣。先后继续对页岩气投入了开发，产量如图1-1所示： 2006年，美国页岩气井增至40000余口，页岩气产量达到311×108 m3，占全国天然气总产量的 5.9%，至2007年,美国页岩气产气盆地已有密歇根盆地(Antrim页岩)、阿帕拉契亚盆地(Ohio、Marcellus页岩)、伊利诺伊盆地(New Albany 页岩)、沃斯堡盆地(Barnett页岩)和圣胡安盆地(Lewis页岩)、俄克拉河玛盆地(Woodford页岩)、阿科马盆地(Fayetteville页岩)、威利斯顿盆地(Bakken页岩)等20余个盆地。如图 据预测，世界范围内页岩气资源量为456×1012 m3，相当于煤层气与致密砂岩气资源量的总和，占3种非常规天然气(煤层气、致密砂岩气、页岩气)总资源
有机溶剂使用、蒸馏过程中的安全建议及要求
编号：SM-ZD-63007 有机溶剂使用、蒸馏过程中的安全建议及要求Through the process agreement to achieve a unified action policy for different people, so as to coordinate action, reduce blindness, and make the work orderly. 编制：____________________ 审核：____________________ 批准：____________________ 本文档下载后可任意修改
有机溶剂使用、蒸馏过程中的安全 建议及要求 简介：该规程资料适用于公司或组织通过合理化地制定计划，达成上下级或不同的人员之间形成统一的行动方针，明确执行目标，工作内容，执行方式，执行进度，从而使整体计划目标统一，行动协调，过程有条不紊。文档可直接下载或修改，使用时请详细阅读内容。 一、有机溶剂使用过程中的安全对策： 在化学反应过程中，绝大部分的化学反应都是在溶剂中进行的。溶剂是一个重要的媒介，它可以使参加反应的各种物质分子得以均匀分布，增加分子间碰撞接触机会，加速反应的进程。溶剂可以传导热量，通过它可以向反应物质提供热量，促进反应的进行；通过它也可以将反应放出的热量传出，保证反应的安全。溶剂的选择还可以直接影响反应的速度、反应的方向、反应的完全程度以及反应产物的构型等等。因此，正确地选择和使用溶剂，满足生产工艺的要求，对实现有机合成的经济目标和安全目标具有十分重要的意义。 （一）有机溶剂主要危险： 1、大多为易燃物质，遇引火源容易发生火灾； 2、大多具有较低的闪点和极低的引燃能量，在常温或较
美国页岩气开发现状及对四川盆地页岩气开发的建议
美国页岩气开发现状及对四川盆地页岩气开发的建议 张家振张娟孙永兴戴强杜济明 川庆钻探钻采技术研究院钻完井中心，广汉，618300； 摘要：伴随着世界能源供需矛盾的加剧和美国页岩气商业性开发的巨大成功，全世界将目光不约而同的聚焦于页岩气开发。四川盆地拥有潜力巨大的页岩气资源，且作为中国天然气的主要产区之一，加快页岩气的勘探开发及配套技术的研究和战略储备已迫在眉睫。本文着重调研了美国几个主要页岩气藏的完井开发现状，对四川区块的页岩气勘探开发做了简要概述，并针对目前情况提出了几点建议。 页岩气是产出于暗色泥页岩或高碳页岩中的天然气资源，和煤层气、致密砂岩气藏一样属于非常规天然气范畴。全球页岩气资源量巨大，据专家预测可能为常规天然气资源量的2倍，全世界的页岩气总资源量约为456×1012m3[1]。 页岩气藏储层一般呈低孔、低渗透率的物性特征，气体的阻力比常规天然气大，采收率比常规天然气低，一般认为必须采用水平井钻探并进行大型水力压裂增产作业，或采用多分支井等其他技术增加井眼与气藏沟通面积才可获得商业油气流[2]。1 美国页岩气资源 美国本土48个州范围内页岩气藏的分布广泛，其中蕴藏的页岩气资源也非常丰富。钻井和改造技术的进步为页岩气的商业开采做出了巨大贡献。美国页岩气产量近几年内飞速增长，产气量由2006年的311×108m3增至2008年的507×108m3，2009年的900×108m3，预计2010年页岩气产量将占美国天然气产量的13%。图1展示的是美国本土48州中富含天然气的高碳泥页岩分布范围。 图1美国页岩气藏分布范围 美国页岩气藏的开采达到商业化依赖于以下三种因素的综合作用：水平井钻井技术的巨大进步、水力压裂技术的极大成熟、近年来天然气价格的快速增长。其中，水力压裂技术的进步对页岩气商业开采起到了至关重要的作用。前两项技术的贡献使得许多之前无法开采的天然气资源实现了商业性开发。 Navigant咨询公司的调查数据表明，近几年Barnett页岩气藏等较早开采的页岩气藏页岩气开发获得了巨大成功：Barnett页岩气产量从1998年的266×104m3/天增长到2007年的0.85×108m3/天，增长率超过3000%；同时，Fayetteville页岩、Haynesville页岩、Woodford页岩和Marcellus页岩均表现出了相似的增长势头。该公司对生产商的调研结果显示预期页岩气产业在未来将会有持续且高速的增长。据预测美国南部7大页岩气藏在下一个十年里持续产量保守估计在7.65~11.04×108m3/d，有可能占到美国天然气产量的一半左右[3]。 美国的页岩气藏的分布超过20个州至少21个
页岩气国内外研究现状
页岩气国内外研究现状 一、页岩气的定义 关于页岩气的定义，Curtis 认为页岩气可以是储存在天然裂隙和颗粒间孔隙中的游离气，也可以是干酪根和页岩颗粒表面的吸附气或者是干酪根和沥青质中的溶解气。中国地质大学张金川教授给出的定义是：主体位于暗色泥页岩或者高碳泥页岩中，以吸附和游离状态为主要存在方式的地层中的天然气聚集。 二、页岩气资源的地质特征 2.1 多相态存在于致密页岩中 页岩气是以有游离、吸附和溶解状态存在于暗色泥页岩中的天然气，其赋存形式具有多样性，但以游离态和吸附态为主，溶解态仅少量存在。从美国的情况看，游离气在20%~80%之间，吸附气在80%~20%之间，范围很宽，其中部分页岩气含少量溶解气。游离气主要存在于粒间空隙和天然裂隙中，吸附气则存在于基质表面。随着页岩气研究的不断深入，学者们开始认为吸附态页岩气至少占到总储量的一半。天然气在页岩中的生成、吸附与溶解逃离，如图1 所示，当吸附在基质表面的气量达到饱和后，富余的气体会解析进入基质孔隙，然后随着天然气的产出，裂隙内压力降低，基质内气体进入裂隙聚集后流出。 2.2 源岩层系 页岩系统包括富有机质页岩，富有机质页岩与粉砂岩、细砂岩夹层，粉砂岩、细砂岩夹富有机质页岩；页岩气形成于富有机质页岩，储存于富有机质页岩或一套与之密切相关的连续页岩组合中，不同盆地页岩气层组合类型不相同。即页岩气为源岩层系天然气聚集的一种，为天然气生成后，未排出源岩层系，滞留在源岩层系中形成的。源岩层系油气聚集除页岩气外，还包括煤层气、页岩油和油页
岩。 2.3 页岩气为连续型油气聚集 Curtis对页岩气（Shale gas）进行了界定，并认为页岩气在本质上就是连续生成的生物化学成因气、热成因气或两者的混合，它具有普遍的地层饱含气性、隐蔽聚集机理、多种岩性封闭和相对很短的运移距离，它可以在天然裂缝和孔隙中以游离方式存在，在干酪根和粘土颗粒表面上以吸附状态存在，甚至在干酪根和沥青质中以溶解状态存在。即页岩气为连续型气藏（图1）。 2.4 页岩气为源岩层系油气聚集 在页岩气藏中，天然气也存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，甚至砂岩地层中，为天然气生成之后在源岩层内就近聚集的结果，表现为典型的“原地”成藏模式。从某种意义来说，页岩气藏的形成是天然气在源岩中大规模滞留的结果。 中国页岩气藏与北美地区相比较有以下特殊性：( 1) 海相页岩热演化程度较高(Ro值为2. 5%～5. 0% ) 、构造活动较强，需寻找保存有利的地区，避开露头和断裂破坏区：( 2) 陆相页岩热演化程度较低、分布非均质性较强：( 3) 地面多山地、丘陵等复杂地表，埋藏较深(5000～7000m) 。所以在勘探开发过程要有针对性地采取合理措施开发我国页岩气。张金川等学者认为页岩气成藏模式介于煤层气和根缘气之间，表现为过渡特征，并将我国页岩气资源富集类型分为：南方型、北方型和西北型。
化工典型工艺过程危险性分析
化工典型工艺过程及危险性分析 Lhjlyby: 吸附过程及危险性分析 吸附是利用某些固体能够从流体混合物中选择性地凝聚一定组分在其表面上的能力，使混合物中的组分彼此分离的单元操作过程。 吸附现象早已被人们发现和利用，在人们生活中用木炭和骨灰使气体和液体脱湿和除臭已有悠久的历史。18世纪末在生产上已应用骨灰脱除糖水溶液中的色素，20世纪20年代首次出现从气体中分离酒精和苯蒸气以及从天然气中回收乙烷等碳氢化物的大型生产装置。 目前吸附分离广泛应用于化工、石油化工、医药、冶金和电子等工业部门，用于气体分离、干燥及空气净化、废水处理等环保领域。如常温空气分离氧氮，酸性气体脱除，从各种混合气体中分离回收H2、C02、CO、CH4、C2H4等气相分离；也可从废水中回收有用成分或除去有害成分，石化产品和化工产品的分离等液相分离。在吸附过程中选用的吸附剂活性炭等材料由于吸附热的积累或者由于空气进入吸附系统可能会引起活性炭的自燃，进而引起系统介质的燃烧。 吸附是一种界面现象，其作用发生在两个相的界面上。例如活性炭与废水相接触，废水中的污染物会从水中转移到活性炭的表面上。固体物质表面对气体或液体分子的吸着现象称为吸附，其中具有一定吸附能力的固体材料称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质。与吸附相反，组分脱离固体吸附剂表面的现象称为脱附(或解吸)。与吸收—解吸过程相类似，吸附—脱附的循环操作构成一个完整的工业吸附过程。吸附过程所放出的热量称为吸附热。 根据吸附剂对吸附质之间吸附力的不同，可以分为物理吸附与化学吸附。 物理吸附是指当气体或液体分子与固体表面分子间的作用力为分子间力时产生的吸附，它是一种可逆过程。吸附质分子和吸附剂表面分子之间的吸附机理，与气体液化和蒸汽冷凝时的机理类似。因此，吸附质在吸附剂表面形成单层或多层分子吸附时，其吸附热比较低，接近其液体的汽化热或其气体的冷凝热。 化学吸附是由吸附质与吸附剂表面原子间的化学键合作用造成，即在吸附质和吸附剂之间发生了电子转移、原子重排或化学键的破坏与生成等现象。因而，化学吸附的吸附热接近于化学反应的反应热，比物理吸附大得多，化学吸附往往是不可逆的。人们发现，同一种物质，在低温时，它在吸附剂上进行的是物理吸附；随着温度升高到一定程度，就开始产生化学变化，转为化学吸附。 在气体分离过程中绝大部分是物理吸附，只有少数情况如活性炭(或活性氧化铝)上载铜的吸附剂具有较强选择性吸附CO或C2H4的特性，具有物理吸附及化学吸附性质。 萃取过程及危险性分析 工业上对液体混合物的分离，除了采用蒸馏的方法外，还广泛采用液—液萃取。例如，为防止工业废水中的苯酚污染环境，往往将苯加到废水中，使它们混合和接触，此时，由于苯酚在苯中的溶解度比在水中大，大部分苯酚从水相转移到苯相，再将苯相与水相分离，并进一步回收溶剂苯，从而达到回收苯酚的目的。再如，在石油炼制工业的重整装置和石油化学工业的乙烯装置都离不开抽提芳烃的过程，因为芳香族与链烷烃类化合物共存于石油馏分中，它们的沸点非常接近或成为共沸混合物，故用一般的蒸馏方法不能达到分离的目的，而要采用液—液萃取的方法提取出其中的芳烃，然后再将芳烃中各组分加以分离。 液—液萃取也称溶剂萃取，简称萃取。这种操作是指在欲分离的液体混合物中加入一种适宜的溶剂，使其形成两液相系统，利用液体混合物中各组分在两相中分配差异的性质，易溶组分较多地进入溶剂相从而实现混合液的分离。在萃取过程中，所用的溶剂称为萃取
膜蒸馏技术
膜蒸馏的研究现状及进展 李小然，尚小琴 (广州大学化学化工学院，广东广州510006) 摘要：膜蒸馏是20世纪八十年代才引起人们重视的新型膜分离技术。是一种以蒸汽压差为推动力的新型分离技术。本文主要对膜蒸馏的机理、用膜、传热机理、影响因素、过程优化、进行了讨论，同时介绍了膜蒸馏在海水淡化、超纯水的制备、水溶液的浓缩与提纯、共沸混合物的分离、废水处理治理等中的应用，并在此基础上提出了膜蒸馏的发展方向。 关键词：膜蒸馏；分离技术；机理；应用；发展 Research status and progress of membrane distillation LiXiaoRan,Shang XiaoQin (School of Chemistry and Chemical Engineering, Guangzhou University, Guangzhou 510006) Abstract：Membrane distillation is a new type of membrane separation technology in the eighty's of twentieth Century.Is a kind of new separation technology with the steam pressure difference as the driving force.In this paper, the mechanism of membrane distillation、membrane、heat transfer mechanism、influencing factors、process optimizationis discussed,At the same time, it introduces the membrane distillation in seawater desalination, preparation of ultra - pure water, water solution concentration and purification, total of azeotropic mixture separation, waste water treatment, etc. in the application, and based on this, proposed the development direction of the membrane distillation. Key words：membrane distillation;isolation technique;mechanism;application;development 1膜蒸馏技术的原理 膜蒸馏是膜技术与蒸馏过程相结合的分离过程。膜的一侧与热的待处理溶液直接接触(称为热侧)，另一侧直接或间接地与冷的水溶液接触(称为冷侧)，热侧溶液中易挥发的组分在膜面处汽化通过膜进入冷侧并被冷凝成液相，其他组分则被疏水膜阻挡在热侧，从而实现混合物分离或提纯的目的[1]。膜蒸馏过程必须具备以下特征以区别于其它膜过程[2]：①所用的膜为微孔膜；②膜不能被所处理的液体润湿；③在膜孔内没有毛细管冷凝现象发生；④只有蒸汽能通过膜孔传质； ⑤所用膜不能改变所处理液体中所有组分的气液平衡；⑥膜至少有一面与所处理的液体接触；⑦对于任何组分该膜过程的推动力是该组分在气相中的分压差。 2膜蒸馏的分类 根据扩散到膜冷凝侧蒸汽冷凝方式的不同，膜蒸馏分为多种类型，如直接接触膜蒸馏(DCMD)、气隙膜蒸馏（AGMD）、气扫式膜蒸馏（SGMD）、真空膜蒸馏(VMD)，如图1所示。DCMD结构简单，渗透量较大，颇受研究者重视，较适用于主原料是水的情况，如海水或苦咸水脱盐或水溶液的浓缩，也有人用其浓缩水果汁、血液及废水处理等[3-6]。AGMD具有热效率高及从水溶液中脱除挥发
膜蒸馏分离技术研究进展
膜蒸馏分离技术研究进展 吴国斌3 戚俊清 吴山东 (郑州轻工业学院材料与化工学院) 摘 要 综述了膜蒸馏技术的基本原理与膜蒸馏形式、研究历史与现状、传质机理与模型以及最新应用情况,并对其存在的问题和应用前景作了分析。 关键词 膜蒸馏 分离 研究进展 理想膜 应用前景 1 引言 膜分离是近20年迅速发展的重要的化工操作单元,其应用已从早期的脱盐发展到化工、食品、医药、电子等工业的废水处理、产品分离和生产高纯水等。膜蒸馏(M D)提出于1967年,20世纪80年代开始发展,至今已在不少领域取得可喜的研究成果,尤其在水溶液的分离中更具有优越性,特别是近些年来适合膜蒸馏用的疏水膜的研制成功,使膜蒸馏过程的开发和应用得到了进一步的发展。 111 膜蒸馏基本原理及形式 膜蒸馏是膜技术与蒸发过程相结合的膜分离过程,其所用的膜为不被待处理的溶液润湿的疏水微孔膜。膜的一侧与热的待处理的溶液直接接触(称为热侧),另一侧直接或间接地与冷的水溶液接触(称为冷侧)。热侧溶液中易挥发的组分在膜面处汽化,通过膜进入冷侧并被冷凝成液相,其他组分则被疏水膜阻挡在热侧,从而实现混合物分离或提纯的目的。膜蒸馏是热量和质量同时传递的过程,传质的推动力为膜两侧透过组分的蒸汽压差。因此,实现膜蒸馏必须有两个条件:(1)膜蒸馏必须是疏水微孔膜;(2)膜两侧要有一定的温度差存在,以提供传质所需的推动力。 根据膜下游侧冷凝方式的不同,膜蒸馏可分为四种形式[1]:直接接触膜蒸馏(DC M D)、气隙式膜蒸馏(A G M D)、吹扫气膜蒸馏(SG M D)和真空膜蒸馏(VM D)。 112 膜蒸馏技术的研究历史及现状 早在20世纪60年代就开始了较系统的膜蒸馏研究。美国的Bodell[2]于1963年申请了膜蒸馏技术专利,专利中他将膜蒸馏描述为“一种将不可饮用含水流体转化为可饮用水的装置和技术”;同时,他还指出可用抽真空的方式将渗透蒸汽从装置中移走来提高效率,但受到当时技术条件的限制,他并没有给出所用膜的结构和孔径的大小,只说该膜仅能被蒸汽透过而不能被水透过,并未给出结果和定量分析。 1964年,美国的W eyl[3]发现采用空气填充的多孔疏水膜可在蒸汽压系统内从含盐水中回收去离子水,这种可提高脱盐效率的发现于1967年被授予美国专利。W eyl建议,将热的溶液与冷的渗透物与膜直接接触以消除气隙,采用厚312mm、孔径9Λm、孔隙率42%的PT FE膜,W eyl当时获得了1kg (m2?h)的通量,但距当时的反渗透5175kg (m2?h)的通量有较大的差距,因此60年代后期人们对膜蒸馏的兴趣逐渐减弱。 1971年F indley[4]第一个将膜蒸馏的研究成果公开发表,尽管F indley的实验装置和步骤相当粗糙,但还是定性地确定了膜空隙中空气的存在、膜的厚度、导热热损失和孔隙率对膜蒸馏的影响,并且预言若能找到低价位、耐高温、长寿命的理想膜,不但可以用来处理海水,而且这种膜蒸馏也一定是一种非常经济的蒸发方法。此外,科学家们在过程及组件设计方法上也一直在做着研究并且努力使其商业化[5],但由于膜材料、水通量等方面的原因还不能保证它占据诸多应用领域,因而一直难以商业化。由于其商业化的最大阻碍 3吴国斌,男,1981年3月生,硕士研究生。郑州市,450002。