渗透汽化膜分离技术

蒸汽渗透膜分离技术

清华大学膜技术工程研究中心北京清源洁华膜技术有限公司

2015年10月

1. ,概要

北京清源洁华膜技术有限公司成立于2013年，公司以清华大学膜技术工程研究中心渗透汽化膜等专利技术为基础，从事渗透汽化、汽体渗透、透醇膜、超滤膜、纳滤膜等的研发生产。

北京清源洁华膜技术有限公司主要发起人全部毕业于清华大学，分别具有几十年的膜性能研发生产、化工工艺开发设计、化工设备加工制造、化工装置及企业生产管理经验，对国家环境保护工作的紧迫性及膜分离技术的先进性共同认知促成大家走到了一起。

汽体渗透和渗透汽化膜分离技术是近二十年来发展起来的一种高新技术，依据溶解扩散分离原理，依靠有机汽体和空气各组分在膜中的溶解与扩散速度不同的性质来实现分离的新型膜分离技术，以混合物中组分分压差为分离推动力，有机汽体透过膜、空气不能透过膜。该技术具有高效、低能耗、操作安全等优点，与传统油汽回收技术相比，具有明显的技术上和经济上的优势。

北京清源洁华膜技术有限公司作为清华大学膜技术工程中心生产、实验基地，拥有三项国家发明专利，分别是：一种渗透汽化优先透醇沸石填充硅橡胶复合膜的制备方法（专利号：ZL 2008 1 0105405.6；专利有效期：2008年4月30日至2028年4月29日）、一种渗透汽化汽油脱硫用互穿网络膜的制备方法（专利号：ZL 2010 1 0282031.2；专利有效期：2010年9月14日至2030年9月13日）、二氮杂萘聚醚砜酮类聚合物平板超滤膜及其制备方法（专利证书号：ZL 2007

1 0177247.0；专利有效期：2007年11月13日至2027年11月12日）。

2.项目背景

清华大学膜技术工程研究中心深知国际竞争的残酷性和中国人拥有该先进技术自主产权的重要性，是国内最早开展渗透汽化和汽体渗透膜技术研究单位。在国家的支持下，本研究中心先后承担了国家自然科学基金“七五”重大项目“膜分离与分离膜”、“八五”重点项目“新型膜分离过程的应用基础研究”、“九五”国家重点科技攻关“渗透汽化透水膜及其过程关键技术开发”研究以及国家“十五”“863”项目“渗透汽化膜材料及其应用”研究，取得了醇、酯、酮脱水等16项小试研究成果和苯脱水、碳六油脱水两项工业中试研究成果，建立了年生产能力10万平方米的渗透汽化膜生产线，在广东、山东、江苏、浙江、四川等地相继建成了30

多套渗透汽化膜脱水工业装置，在渗透汽化膜制备、膜组件设计、膜工艺等方面申请专利10多项，形成了完整的具有我国自主知识产权的专有技术，代表着我国渗透汽化和汽体渗透膜技术的先进水平。

国内已有少数几家公司在做蒸汽渗透膜分离业务，主要应用领域是汽车加油站尾气中汽油成分回收，油库有机蒸汽回收，聚合反应器放空尾气中聚合物单体回收，油田井口天然气中重组分回收等。规模较大的是大连欧科膜工程技术有限公司，2011年合同额超过2亿元，但欧科是外国公司蒸汽渗透膜产品的代理，利润空间有限。

作为一种新型分离技术，蒸汽渗透膜分离过程与另一个新近飞速发展的分离技术 - 吸附过程之间是竞争关系，但是蒸汽渗透与传统分离技术–精馏是目标一致互为补充的关系。国内西南地区的一些大的吸附公司已经吸纳精馏工程技术人员，靠强强结合去赢得项目，发展势头很猛。但是，令人惊讶的是，国内仅有的几家蒸汽渗透膜公司几乎和精馏公司没有联合关系，仅仅是靠自己单打独拼去赢得有机蒸汽回收合同；另外，国内知名精馏工程公司忙于自己份内业务，对蒸汽渗透了解甚少，在此以前也没有主动和蒸汽渗透膜公司联系共同开拓市场。

北京清源洁华膜技术有限公司自2013年成立以来，研发生产的透有机气体油汽分离膜已经实现规模化工业生产，生产的膜组件产品已经成功应用于中石化北京清华西门加油站尾气回收系统及山东油脂行业溶剂油尾气回收系统。相比原有技术装置，采用膜分离工艺装置不仅提高了工艺性能指标，还降低了生产及运行成本。

北京清源洁华膜技术有限公司与中石化青岛安全工程研究院、北京燕山石化设计院合作建设的中石化安徽阜阳油库油汽回收装置，采用我公司技术方案，使用我们加工生产的膜组件及装置，已经通过中石化系统专家认证，阜阳油库现场已经完成设备安装，即将进行正常生产调试运行。

蒸汽渗透膜简介

蒸气渗透膜法基于膜对气体（或蒸汽）的渗透性，利用一定压力差下混合气体中各组分在膜中具有不同的渗透速率而实现分离。气体或蒸汽分子首先被吸附并溶解于膜与料气接触的表面，然后借助浓度梯度在膜中扩散，最后从膜的另一

侧解吸出来。蒸气渗透膜可以分为玻璃态聚合物膜和橡胶态聚合物膜，前者优先透过相对分子量小的分子（氢气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等），适用于不可凝性混合气体分离；后者优先渗透相对分子量较大或者沸点高易冷凝的分子（甲醇，乙醇、二甲醚，甲酸甲酯、乙酸、丙酮、丁烷、戊烷等），特别适用于有机蒸气和不可凝性气体分离，如图1示。

蒸气渗透膜法回收有机蒸气是20世纪90年代兴起的新型膜分离技术，1989年德国设计并投入运行了世界上第一套工业规模的蒸气渗透装置，现在已被许多国家研究并实现工业化。蒸汽渗透膜分离过程应用于废气中有机物回收，废水中有机溶剂回收等领域，并在有机物脱水，有机物分离等领域具有潜在的应用市场。近十年来，蒸汽渗透技术工业化步伐很快，市场占有率以每年5％～10％的速度增长。

图1 蒸气渗透膜法分离回收有机蒸气原理示意图

1. 汽车加油站油气回收

1.1油气回收意义

由于成品油具有可挥发性，加油站在接卸油、存贮以及加油过程时，随着液相油进入油罐或者汽车油箱，油罐或邮箱内液体体积增加，将气相的油蒸汽置换，并使油蒸汽排放到大气中。油蒸气是烃类物质与空气组成的具有一定毒性的易挥发有机化合物。它在一定的气候条件和阳光的作用下会发生化学反应，形成光化学烟雾；这种烟雾会影响人和牲畜的肺部功能，破坏植物叶面组织，影响树木和农作物生长，还会对一些材料造成损坏，如使橡胶开裂甚至解体。光化学烟雾还

高分子膜