标准技术 / S t a n d a r d T e c h n o l o g y
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1 前言
以膜为介质来分离物质很早就有应用，但利用高分子膜分离气体的研究工作却只在近20年发展起来。最早是1954年，美国学者通过特殊的三氟氯乙烯膜，对混合气体进行浓缩时，发现膜对气体具有一定的分离作用，20世纪80年代气体膜分离产品在美国生产后，美国和欧洲都将气体膜分离技术作为主要发展方向之一。国内的气体膜分离技术也发展迅速，科研机构和膜技术公司通过自主研发，其技术和设备已经达到一定的水平，为国内气体分离膜的发展起了很大的推动作用。 2 气体分离膜的分类
气体渗透膜一般可由各类材料构成，膜的制备方法也各不相同，可分为多孔质和非多孔质两种，它们各由无机物和有机高分子材料组成。其中多孔膜材质包括玻璃、陶瓷、金属、微孔聚乙烯、多孔乙酸纤维等，非多孔质膜（均质）材质包括离子导电性固体（ZrO 2），(β-氧化铝）钯合金、均质乙酸纤维、合成高分子等。3 气体分离膜的应用3.1 空气分离
空气中含有78%的氮气和21%的氧气，空气是工业用氮气和氧气的主要原料，传统氮气和氧气是通过深
冷精馏法生产。但传统方法能耗高、投资大、操作难度大，而通过膜分离发，解决了上述难题，具有很大的发展潜力。
氮在某些工业和商业的应用中并不需要超高纯度，通过膜分离法生产的氮气纯度能达到99%，且投资小。目前膜分离法制氮大约占氮总生产量的30%。膜分离过程是将空气通过压缩机，加压至0.8~1.0 MPa，通过膜组件(中空纤维膜组件)，分离得到氧气和氮气。此系统中原料空气压缩费用占总生产费用的2/3，而膜组件的费用仅占1/3或更少，降低空气压缩费和提高膜通量是减少膜法制氮成本的关键。
碳化稻壳
通过膜分离法生产的氧气通常不是纯氧，而是富养空气，富养空气不能直接使用，因此，在制氧过程中还需要加入二次分离装置。一级分离单元中含有
21%氧气的空气通过真空泵渗透后生产的富氧空气，再次进行分离，此时进入二级分离系统的气体体积是第一级的1/4~1/3，同时氧的纯度也提高了，所以二级分离比一级分离要容易，也可以使用另外的膜系统，需要的成本也相对较小。3.2 氢气的回收浓缩
合成氨厂和石油化工厂排放的气体中氢气含量很高，通过气体膜分离技术可以从排放气体中回收大量氢气，可以获得很大的经济效益，目前已大量使用。其中合成氨的过程中，氢气和氮气的合成效率只有1/3，因此，废气中还有大量未利用氢气，回收废气中的氢气能大大节约生产成本，解决了传统回收
氢气成本高的问题。
3.3 CO 2、SO 2、H 2S 等酸性气体的回收和脱除
天然气是世界第三大能源，它不仅仅是一种清洁能源，还是一种优质的化工燃料。但天然气是一种复杂的气体混合物，它含有人们需要的碳氢化合物和一些非碳氢化合物，如H 2S、CO 2和H 2O 等，其中碳氢化合物可以进行能源利用，但因为H 2S 和CO 2能腐蚀输送管道，并且降低气体的热值，其中的CO 2、SO 2等酸性气体需要去除。
从低分子量的碳氢化合物中脱除H 2S 和CO 2是天然气一个重要加工处理过程。目前有2种方法来除去其中的一些酸性气体，一是用玻璃态聚合物膜法吸收，二是胺吸收法。但目前膜分离发应用于天然气加工时还存着一定问题，天然气中少量的可凝性高碳烃会使某些聚合物膜损失选择性和失渗透率。同时，天然气中高压的CO 2也对聚合物分离膜的选择性表皮有一定的塑化作用。这些问题都使得膜法分离这些酸性气体需要进一步的改进，需要有稳定性更好的高选择性膜，才能将膜法分离普遍商业化。3.4 蒸汽分离
水蒸气或其他可凝性气体可以优先通过某些高分子聚合物膜，也可以利用此特性来回收此类气体。在20世纪90年代，美国就将膜分离法应用于冷冻剂制造厂排放的氯代烃。同时期，欧洲将这种装置用于从空气中回收碳氢化合物。近年来，这些回收系统又用于石油化工厂和炼厂的排放气来回收高价值的
VOCs
摘要：文章从材料选取和分离机理2方面讨论了气体分离膜的种类，对气体膜分离应用于空气分离、氢气回收、CO 2、SO 2、H 2S 等酸性气体的回收和脱除以及蒸汽分离等方面进行了总结，在此基础上对气体分离膜未来的发展进行的展望。
关键词：膜技术；气体分离；酸性气体；膜材料罗 鸣
膜技术在气体分离中的应用
（陕西省土地工程建设集团 汉中分公司，陕西 西安 710075）
S t a n d a r d T e c h n o l o g y /标准技术
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（挥发性有机物）。
典型的应用是聚烯烃脱气操作的排放气中回收氯乙烯、丙烯或乙烯单体。在大多数的蒸汽/气体分离装置中，常常连带着第2个过程如冷凝或吸收分离。膜分离富集丙烯的渗透气循环至压缩机的原料气入
苯丙酮合成口。丙烯凝液中含有一些溶解氮，所以丙烯凝液用降低压力方法闪蒸除去氮(这部分气也可返回原料气入口)，得到的丙烯质量分数大于99.5%。
4 国内膜分离技术的发展
国内的天邦膜技术国家工程研究中心有限责任公司、山东蓝景膜技术工程有限公司和大连欧科膜技术工程有限公司等通过自主研发，有一些气体分离膜产品的生产和应用。
天邦膜技术公司的主导产品氮氢膜分离器及装置，已在国内外200余家石油、化工企业得到应用，其产品主要为氮氢膜、有机蒸气膜、富氧膜、富氮膜等，其氢气提取浓度可达99.5%，氮气最高浓度可达99.7%。其研发的气体分离膜技术成果多次获得国家奖项，如表1所示。
二维码打印设备
表1 天邦膜技术国家工程研究中心有限责任公司获得科研成果
项目
奖项
高性能中空纤维氮氢膜
分离器的研制国家科技进步二等奖中空纤维氮氢膜分离器中科院科技进步特等奖高性能中空纤维氮氢膜
分离器的研制中科院科技进步一等奖LTV-PS 富氧膜φ100x1000
卷式组件I 型装置中科院科技进步一等奖
天然气(干法)净化脱除硫化氢和水蒸气
国家科技部、国家财政部、国家计委、国家经贸部“九五”国家重点科技攻
关计划优秀科技成果
山东蓝景膜技术工程有限公司主要研发及生产渗透汽化（包括蒸汽渗透）膜及组件，并持有大量专利，其渗透汽化膜主要应用于醇类、酯类、醚类、酮类、芳香族化合物、含氯烃化物、有机硅环体等各种有机溶剂等脱水工程。其产品相对于传统的萃取蒸馏技术和分子筛技术分离效率高、占地面积小，且更为节能。
大连欧科膜技术工程有限公司在有机蒸汽回收、氢气回收、油气回收、油田回注水和大规模水处理用的超滤膜组件等方面具有一定的核心产品和核心竞争力。其产品主要应用于采油共页、炼油工业、石
油化工业、煤合成氨工业、聚氯乙烯工业和油气回收等。主要研究方向包括润滑油溶剂脱蜡过程中的溶剂回收膜分离系统、冶金行业膜蒸馏技术以及膜法脱硫。4 总结
目前气体膜分离技术已经进入工业化阶段。由于膜法装置简单、耗能较低和操作方便等特点，已经在
国内外受到普遍关注和推广应用。随着膜科学的发展，不断开发新的膜材料，一些新型膜如高性能陶瓷材料膜、混合基质膜、有机-无机集成材料和碳膜等也将会得到进一步的研究，膜的选择性和透过性会得到加强，价格也会降低，气体膜分离技术的应用会更加广泛。作者简介：罗鸣（1989-），女，籍贯：陕西商洛，学历：环境工程硕士，职称：工程师，研究方向：水处理、生态修复等方面研究及工作。卫生裤头
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