膜分离技术

膜分离技术的起源

膜分离技术系利用具有特殊选择分离性的有机高分子和无机材料，形成不同形态结构的膜，在一定驱动力作用下，使双元或多元组份因透过膜的速率不同而达到分离或特定组份富集的目的。

膜技术用于空气分离及其他气体的分离提纯，在工业上开始应用开始于20世纪70年代末，美国道化学经过多年专心致力于氮气分离膜的研究，开发出了高分子材料的中空纤维空气分离制氮膜，并于1980年代开始商业化。

中空纤维膜气体分离原理

   以中空纤维膜空气分离为例：空气中的氮气、氧气及水分对于膜材料而言，其渗透速率是不同的，通常渗透速度快的可称作为“快气”，而渗透速度慢的可称作为“慢气”。但此“快”与“慢”是一个相对的概念。如空气中的氧组分，相对于水分是慢气，而相对于氮气又是快气。

当净化后的压缩空气进入空气分离膜后，“快气”水分及氧气在膜材料壁面上通过溶解、扩散渗透、脱溶（或逸出）过程，更容易地“渗透”到膜材料的另一侧，同时压力降低；而氮气作为“慢气”，在其尚未能够从膜材料壁面上渗透时，已以与入口处接近的压力状态从膜的另外一端输出作为产品气体。在这一过程中，会有少量的氮气渗透到低压的渗透侧，引起氮气回收率的降低；同样也会有部分氧气尚未渗透，就与氮气产品一起进入到产品氮气中，从而降低产品氮气的纯度。这一膜渗透气体分离物理过程的推动力就是膜材料壁面两侧的压力差。

膜的性能描述

气体分离用的所有种类膜的核心技术，都是添加了不同组分的改性高分子材料，其气体分离的原理都一样，膜的性能取决于各生产厂家膜材料配方和生产工艺。 因此， 不同膜有不同的分离效率，不同的耐压及不同的使用寿命。

一般地， 膜的性能可以用产气量、回收率、膜的寿命来描述：

1）  产气量： 单根膜可以生产的产品气体的量；

2）  回收率： 目标产品气体的产量与原料气体中相同组分含量比值的百分比。回收率高表示获得相同量的产品气体所需要的原料气体量更少，运行就更经济；

3）  膜的寿命：膜的使用耐久性与膜材料本身、分离系统设计合理性及运行维护等诸多因素有关。

膜的性能还与产生的产品气体的纯度、操作温度和运行压力等诸多因素相关。对于空气分离制取氮气的膜而言，氮气回收率随工作温度的升高而降低，随工作压力的增加而稍有增加；而膜的产量随温度和压力的升高而增加。因此，膜的运行必须是在一定的温度和压力下才能达到较佳运行效果。

膜空气分离设备的特点

与其它的现场制气方法比较，膜空气分离制氮、制富氧设备有如下特点：

·是常温空气分离的新技术

·噪音小，完全静态运行，满足环保要求

·没有运动部件，设备维护保养少

·连续运行可靠性高、设备使用寿命长

·增容简单，仅仅需要并联增加膜件、增加原料压缩空气量即可

·与PSA比较，可以不设置空气、氮气缓冲罐，体积小、重量轻，是移动式制氮、制富氧设备的不二选择

·氮气产品露点低，可达-60℃ 

·氮气产品洁净，无任何灰尘、颗粒

·开停机方便迅速，操作简单，能在短时间内生产出合格氮气

·设备形式可以根据用户应用要求设计，可以是箱式、撬装式或集装箱式

·设备对土建无任何特殊要求，安装费用低

·对环境无特殊要求，可在恶劣工况下运行