目前成熟的氣體分離技術(shù)可歸為物理手段和化學(xué)手段兩大類(lèi)，其中物理手段的通用性更強(qiáng)。氣體分離的物理方法從原理上可歸為以下三類(lèi)：變壓吸附技術(shù)、低溫技術(shù)和中空纖維膜分離技術(shù)。

以空氣中的氧、氮分離為例，（1）變壓吸附技術(shù)是通過(guò)特定規(guī)格的吸附劑將分子直徑不同的氮?dú)夂脱鯕夥珠_(kāi)。在吸附過(guò)程中，氧氣被吸附劑吸收而氮?dú)饪梢宰杂赏ㄟ^(guò)，通過(guò)高轉(zhuǎn)速球閥將原料空氣等量等時(shí)長(zhǎng)地分配給兩個(gè)相同的吸附罐進(jìn)行交替工作，從而實(shí)現(xiàn)氮?dú)獾纳a(chǎn)。

（2）低溫分離技術(shù)是利用氣體自身的物理屬性，在低溫環(huán)境中氧氣、氮?dú)獾囊夯瘻囟炔煌?，從而?shí)現(xiàn)不同氣體組分的分離。這種技術(shù)適用于多種液態(tài)工業(yè)氣體產(chǎn)品的生產(chǎn)，包括氧氣、氮?dú)?、氖氣、二氧化碳等等?/span>

20世紀(jì)80年代后期，隨著高分子材料的突破和創(chuàng)新，一系列可對(duì)不同氣體分子實(shí)現(xiàn)選擇性溶解滲透的材料被應(yīng)用到空氣分離行業(yè)，形成了（3）中空纖維膜分離技術(shù)。以制氮?dú)膺^(guò)程為例，加壓空氣中的氧氣和氮?dú)庠跉怏w分離膜中的滲透速率的不同，物理活性更為活躍的氧氣透過(guò)膜材料溢出，而氮?dú)饪稍谀?nèi)側(cè)富集。這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)了氣體組分的常溫、連續(xù)分離，且設(shè)備體積小、靜止運(yùn)轉(zhuǎn)，移動(dòng)性和可靠性都較其他技術(shù)更高。

三種氣體分離技術(shù)比較：用于空氣中的氧、氮分離

膜分離技術(shù)的歷史

20世紀(jì)80年代，美國(guó)、日本一些知名化學(xué)公司的科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出可用于空氣分離的高分子復(fù)合材料。經(jīng)過(guò)多年的后續(xù)研發(fā)和應(yīng)用推廣，與頭發(fā)纖維粗細(xì)相當(dāng)?shù)闹锌绽w維膜材料被排列成纖維束，應(yīng)用于空氣分離等各種作業(yè)，在工業(yè)、能源、航天、軍事等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。中空纖維膜分離技術(shù)于20世紀(jì)80年代末、90年代初實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

凱德實(shí)業(yè)是中國(guó)最早引入并成功應(yīng)用膜分離技術(shù)的踐行者，公司于1993年生產(chǎn)的膜分離工業(yè)制氮機(jī)是國(guó)內(nèi)最早的膜分離氣體分離產(chǎn)品。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由1993年至2012年，凱德實(shí)業(yè)向世界范圍內(nèi)的油氣田氮?dú)庥脩?hù)提供了產(chǎn)能累計(jì)超過(guò)160,000立方米/小時(shí)的膜分離設(shè)備（以95%氮?dú)庥?jì)算），向工業(yè)氮?dú)庥脩?hù)提供了產(chǎn)能累計(jì)超過(guò)12,000立方米/小時(shí)的膜分離設(shè)備（以99%氮?dú)庥?jì)算），相當(dāng)于建成了一座24小時(shí)在世界各地連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的移動(dòng)式巨型工廠(chǎng)！

上百萬(wàn)根中空膜纖維排列在一起形成束狀，稱(chēng)之為膜組。不同氣體分子透過(guò)膜組材料的滲透速率不同。以氧、氮分離為例，空氣經(jīng)加壓由膜組一端流入；氧氣比氮?dú)獾臐B透速度快，可稱(chēng)為“快氣”，在壓力下透過(guò)膜材料快速滲透并從膜組外側(cè)溢出；“慢氣”氮?dú)庠谀げ牧仙系臐B透率很小，可在膜組內(nèi)側(cè)富集并從另一端排出，這樣兩種氣體實(shí)現(xiàn)了分離。

“快氣”和“慢氣”是相對(duì)而言的，多種氣體組分可以通過(guò)膜技術(shù)進(jìn)行分離，例如二氧化碳與甲烷（膜分離技術(shù)用于沼氣提純）、氫氣與甲烷等等。

膜組的模塊化設(shè)計(jì)

膜分離技術(shù)大大縮短了許多重要?dú)怏w的分離回收工藝流程，同時(shí)使占地更小的大規(guī)模的分離應(yīng)用成為可能。只要弄清楚單根膜組的工藝參數(shù)，通過(guò)成倍增加膜組數(shù)量，就可以實(shí)現(xiàn)不同規(guī)模的模塊化設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)膜組兩端壓力差及工藝溫度等條件的控制，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)不同純度、不同回收率目標(biāo)氣體的分離。所以說(shuō)掌握了膜分離技術(shù)便占領(lǐng)了氣體分離技術(shù)的至高點(diǎn)。

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