摘要：在石油化工工业生产过程中，碳和氢为主要的两种元素，由它们组成的H2,CO2，以及CH4等各种烷烃、烯烃和碳氢化合物多以混合物的形式存在，为得到纯的单一产物需要进一步分离。变压吸附、干式/湿式氨吸收法和低温蒸馏等技术是传统的气体分离技术。但这些分离方法存在分离难度较大、能耗大、成本较高、容易造成环境污染等问题。为解决传统方法的缺点，提高原材料利用率，降低环境污染，新型的气体分离技术应运而生。气体分离膜技术作为一种新型的分离技术，能耗低、效率高、操作简单。克服了传统吸附分离和蒸馏分离技术分离过程中渗透物质存在相变、不可连续操作、设备占地大、能耗高的缺点。近些年来成为学术界和工业界普遍关注的先进分离技术。
关键词：气体分离膜技术；石油化工；应用
1气体分离膜
膜法滤除技术的基本理论是利用膜层的选择性透过特性，以高压为动力，实现对不同种类气体的有效分离。而在当前广泛使用的非孔隙型高分子膜中，人们更倾向于采用溶-扩散机理来
进行分离。当前用于气体分离的高分子薄膜主要是由选择薄层和多孔支撑层组成的非对称复合薄膜。选择层薄膜具有厚度小，纳米级，密度大，具有较高的选择性。支持层具有低密度，多孔性，大孔性，无选择层。其效果除了与膜材料、膜结构、膜组件及系统结构等有关外，还与生气预处理、膜分离系统等因素密切相关，其中任意一项因素的失效都会直接影响到膜分离技术的发展。文章着重阐述了该技术在气相谱中的应用。当前世界上最大的气体过滤薄膜制造商以欧美和日本为主，所用的原料以聚砜，聚酰亚胺和聚酰胺为主；四溴化聚碳酸酯，醋酸纤维素，聚苯醚，硅胶，用于空气分离，天然气分离，生物气分离；天然气去湿化，空气去湿化，VOC提取；如：炼气化氢回收等。 新型环保包装材料2膜分离机理
其机制包括：1）努森（Knudesn）扩散。气体分子在流动过程中具有不规则的非规律性，且在流动过程中，气体分子在流动过程中会与气体分子或气体分子发生碰撞。利用孔径和平均自由程比（λ），可以很好地反映出在移动过程中，主要的撞击阻力。但是，如果孔内的空气和空气发生了剧烈的撞击，那么空气和空气中的空气就会发生反应，反应速度就是空气中空气中空气和空气的质量的比值的平方。2)表面漫射（surface diffusion）。在微孔
内，气体在微孔内的分布主要是由微孔内的微孔内所引起的。当孔径变小时，会发生克努森扩散效应，形成相变。此外，系统温度的下降将明显加强界面的扩散作用。3)毛细血管收缩效应。当膜微孔尺寸为纳米级，且有冷凝气体进入分离气体时，冷凝气体将在膜微孔表面生成冷凝液体，从而使冷凝气体透过，并阻挡其它成分透过，从而实现分离。4)分子筛效应（Method）。在微孔中，由于微孔的孔径与气体的分子量相近，使得微孔中的微孔在分离过程中起到了一定的过滤作用。研究表明，在微孔径范围内，气态分子可以通过微孔径大小的孔径进入到微孔道内，而比微孔径更大的气态分子被阻隔在微孔道外。5)溶质的分散作用。在无孔隙度的薄膜中，溶----扩散机制基本成立。其作用机理是：接触-溶解-扩散-吸附。在溶液的作用下，溶液在溶液中的分布呈现出一种驱力，溶液在溶液中的分布呈均一状态。
3气体分离膜在石油化工中的应用
剖分式骨架油封3.1H2分离
第一个大规模的工业应用是利用聚磺酸中空纤维薄膜Prism体系从纯氨气中提取氢气。此后，薄膜技术被延伸至氢气的循环利用，例如调节氢气对甲烷或氢气对一氧化碳的比例。
对于气体中的氢，基于气体容量大小与浓度的不同，膜材料是一种可以取代传统的变压吸收与低温分离的技术。氢气分离薄膜可划分为高分子（有机）、金属（金属）、碳（碳）和陶瓷（有机）四种。当前，对于高分子隔氢材料的研究投资较多，而对于非高分子隔氢材料的研究则较少。UOP公司生产的PolysepTM中空纤维薄膜体系能够将氢气与多种不同来源的原材料进行分离。利用精炼液中的氢气进行加氢加工，是一种新型的气相分离器。在精炼过程中，采用了现有的工业高分子膜。MTR公司生产的渗透式VaporSep-H2TM高分子薄膜，其氢气的纯度在90-99%之间，回收效率在90%以上。精炼对氢的需要也在不断上升，因为加氢加工（脱硫剂）和加氢裂解（将重烃转变成更轻更有价值的燃油。在高压下，上述工艺所生成的剩余气体中，包含着许多没有被利用的氢，而薄膜分离技术是一个很好的循环利用方法。法。
3.2炼油工业尾气中H2的回收
90年代初期，以中国石油集团齐鲁、抚顺两家石油化工集团有限公司为例，国内各大石油化工集团已经对普里森膜进行了全套的技术改造。近几年，我国自主装配的薄膜式氢回收装置已在石油化工行业得到了广泛的应用。中国石油化工有限公司荆门石油化工公司的一
项新技术是利用一台 Prism薄膜分离技术从汽油中提取出氢气，其回收率超过85%，年利润远远超过了投入成本。在中国石化长岭分公司，应用了一套膜回收的氢气体系，氢气回收率超过80%，投入一年内就能收回。中国石油化工有限公司上海公司加氢 FCC废气是利用 Prism膜分离净化技术来实现 FCC废气的高效脱除，而 FCC废气中H2的浓度仅为20%-50%（Φ），其排放量大，损失也大。中国石油化工有限公司武汉公司利用 MBR和 PSA相结合的方法，将H2从82%-93%（Φ）的重质气净化到99%（Φ），并在6-12个月内回收生产费用。中国石油化工有限公司洛阳石化有限公司、燕山石化有限公司和长岭石油化工有限公司都已建立了类似的精炼体系。
3.3天然气分离升级
由于不同的来源，不同的天然气生源气有不同的来源，以甲烷为主，一般约为75-90%。其中，乙烷含量较高，部分丙烷、丁烷含量较高，且重碳氢化合物含量在1%~3%之间。除此之外，还有其它一些不纯的东西，比如水，二氧化碳，硫化氢，氮气等等。CO2能使气体的热值下降，它是一种强腐蚀气体，在高温条件下容易发生冻结，从而产生干冰；会造成装置管路的阻塞和水泵的损伤。有机胺吸收技术是当前最常用的二氧化碳脱除技术。但是，铝蜂窝芯
氨基吸收法因其投资巨大，操作繁琐，维护费用高。目前，除甲烷外，很多膜材料都能实现CO2和H2S的高效脱除。利用高分子薄膜脱除天然气中的酸气已越来越多地被开发并用于工业上。利用该技术可以获得较高的气体回收率（95%）。MTR独有的高分子材料 PolarisTM （PolarisTM）是一种可商业化的CO2分离技术，具有比其它组分更好的CO2渗透性能，在CO2封存、提高原油采收率以及化工等领域具有广阔的前景。美国 UOP公司生产的 SeparexTM型螺旋式薄膜分离装置，在陆地及海洋环境下都得到了广泛的使用。卡梅隆利用三乙酸酯为原料制备了一种新型的中空纤维分离膜。
4结论
目前，膜分离技术正与低温蒸馏，吸收，变压吸附等技术相抗衡。该技术在氮气的脱除、天然气的脱除和氢气的提取等方面具有重要的应用价值。利用膜技术脱除天然气中的CO2、H2S、He、N2等是目前国内外最具潜力的脱除技术，其中对脱除CO2、H2S、He、N2的性能调控尤为重要。在此基础上，开发出具有优异性能、高稳定性能的新型膜材，是实现恶劣条件下气液分离技术的关键。
参考文献：
锚杆垫板
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