有机废气的回收.ppt

按材料的性质区分,气体分离膜材料主要有高分子材料、无机材料和高分子-无机复合材料三大类。
(1)、高分子材料
高分子材料分橡胶态膜材料和玻璃态膜材料两大类。玻璃态聚合物与橡胶态聚合物相比选择性较好,其原因是玻璃态的链迁移性比后者低得多。玻璃态膜材料的主要缺点是它的渗透性较低,橡胶态膜材料的普遍缺点是它在高压差下容易膨胀变形。目前,研究者们一直致力于研制开发具有高透气性和透气选择性、耐高温、耐化学介质的气体分离膜材料,并取得了一定的进展。(2)、无机材料
无机膜的主要优点有：物理、化学和机械稳定性好,耐有机溶剂、氯化物和强酸、强碱溶液,并且不被微生物降解;操作简单、迅速、便宜。
受目前工艺水平的限制,无机膜的缺点为：制造成本相对较高,大约是相同膜面积高分子膜的10倍;质地脆,需要特殊的形状和支撑系统;制造大面积稳定的且具有良好性能的膜比较困难;膜组件的安装、密封(尤其是在高温下)比较困难;表面活性较高。(3)、高分子-无机复合或杂化材料
采用高分子-陶瓷复合膜,以耐高温高分子材料为分离层,陶瓷膜为支撑层,既发挥了高分子膜高选择性的优势,又解决了支撑层膜材料耐高温、抗腐蚀的问题,为实现高温、腐蚀环境下的气体分离提供了可能性。
采用非对称膜时,它的表面致密层是起分离作用的活性层。为了获得高渗透通量和分离因子,表皮层应该薄而致密。实际上常常因为表皮层存在孔隙而使分离因子降低,为了克服这个问题可以针对不同膜材料选用适当的试剂进行处理。例如用三氟化硼处理聚砜非对称中空纤维膜,可以减小膜表面的孔隙,提高分离因子。2、气体膜分离原理(2)、影晌渗透通量与分离系数的因素
①压力气体膜分离的推动力为膜两侧的压力差,压差增大,气体中各组分的渗透通量也随之升高。但实际操作压差受能耗、膜强度、设备制造费用等条件的限制,需要综合考虑才能确定。
②膜的厚度膜的致密活性层的厚度减小,渗透通量增大。减小膜厚度的方法是采用复合膜,此种膜是在非对称膜表面加一层超薄的致密活性层,降低可致密活性层的厚度,使渗透通量提高。③膜材质气体分离用膜多采用高分子材料制成,气体通过高分子膜的渗透程度取决于高分子是“橡胶态”还是“玻璃态”。橡胶态聚合物具有高度的链迁移性和对透过物溶解的快速响应性。气体与橡胶之间形成溶解平衡的过程,在时间上要比扩散过程快得多。因此,橡胶态膜比玻璃态膜渗透性能好,如氧在硅橡胶中的渗透性要比在玻璃态的聚丙烯腈中大几百万倍。但其普遍缺点是它在高压差下容易变形膨胀;而玻璃态膜的选择性较好。气体分离用高分子膜的选定通常是在选择性与渗透性之间取"折中"的方法,这样既可提高渗透通量又可增大分离系数。
④温度温度对气体在高分子膜中的溶解度与扩散系数均有影响,一般说来温度升高,溶解度减小,而扩散系数增大。但比较而言,温度对扩散系数的影响更大,所以,渗透通量随温度的升高而增大。3、气体膜分离流程及设备
气体膜分离流程可分为单级的、多级的。当过程的分离系数不高，原料气的浓度低或要求产品较纯时,单级膜分离不能满足工艺要求,因此,采用多级膜分离,即将若干膜器串联使用,组成级联。常用的气体膜分离级联有以下三种类型。
(1)、简单级联简单级联流程见下图,每一级的渗透气作为下一级的进料气,每级分别排出渗余气，物料在级间无循环，进料气量逐级下降，末级的渗透气是级联的产品。(2)精馏级联精馏级联的流程见下图,每一级的渗透气作为下一级的进料气,将末级的渗透气作为级联的易渗产品,其余各级的渗余气入前一级的进料气中,还将部分易渗产品作为回流返回本级的进料气中,整个级联只有两种产品。其优点是易渗产品的产量与纯度比简单级联有所提高。(3)提馏级联提馏级联流程见下图,每一级的渗余气作为下一级的进料气,将末级的渗余气作为级联的产品,第一级的渗透气作为级联的易渗产品,其余各级的渗透气并入前一级的进料气中。整个级联只有两种产品,其优点是难渗产品的产量与纯度比简单级联有所提高。4、气体膜分离技术应用
自1980年来,利用聚合物致密膜分离工业气体的方法急剧增长,广泛用于膜法提氢;膜法富氧、富氮;有机蒸气回收;天然气脱湿、提氢、脱二氧化碳和脱硫化氢等。
(1)、氢气的回收
膜法进行气体的分离最早用于氢气的回收。典型的例子是从合成氨弛放气中回收氢气。在合成氨生产过程中每天将有大量氢气的高压段被混在弛放气中白白地烧掉,如果不加以回收,将会造成很大的浪费。如图所示为美国Monsanto公司建成的合成氨弛放气回收氢气的典型流程。合成氨弛放气首先进入水清洗塔除去或回收其中夹带的氨气,从而避免氨对膜性能的影响。经过预处理的气体进入第一组渗透器,透过膜的气体作为高压氢气回收,渗余气流经第二组渗透器中,渗透气体作为低压氢气回收。渗余气体中氢气含量较少,作为废气燃烧,两段回收的氢气循环使用。(2)、氮氧分离
空气中含氮79%,