气体膜分离技术的应用及发展前景

【摘要】气体膜分离技术对于油田企业的发展来说非常重要，不但关系到原油是否能充分释放的问题，对于人们的日常生活也息息相关。目前，随着科学技术的不断提升和进步，气体膜分离技术得到了突飞猛进的发展。本文首先分析了气体分离膜的各种材料的使用范围，着重介绍了气膜分离技术在油气田中的应用，最后对于我国气体膜分离技术的发展方向进行预测。

【关键词】气体膜 分离技术

在二十世纪的时候，气体膜分离技术就已经成熟发展起来，而且与之前比较传统的冷凝分离技术相比，有较大的差异，首先就是节约能源，降低能耗，其次就是分离的更加彻底，工作效率较高，而且这种技术操作起来更加简单方便，不会造成二次污染。然而，气体膜技术并不是完美的，因为高效的膜分离材料难找，气体膜分离技术只能限制在某些领域应用，而不能应用在更广阔的领域。本文通过具体的例子介绍了气体膜分离技术在石油工业中的应用，并对实际情况进行了分析，除此之外，对气体膜技术今后的发展趋势做了些研究。

1 进行气体分离膜所需要的关键材料

气体分离膜技术的实施需要几个关键材料，根据材料性能上的差异，可以把膜材料分为高分子材料、无机材料和金属材料三种，详细的说明如下：

1.1 高分子材料

高分子材料的组成成分并不是单一的，主要是由聚二甲硅氧烷、聚砜、醋酸纤维素、乙基纤维素等早期气体所合成。在分离膜材料的实际应用中，通常也采用其他的成分应用在分离膜领域。目前大量的研究工作者开始对高性能的气体分离膜进行多面钻研，尽力找出各类聚合物的分子结构与气体分离性能两者之间的联系。通过实际应用可得应用高分子具有很高的透气性，在气体分离领域有着很多的应用，并且取得了很好的应用效果。

1.2 无机材料

和高分子材料一样，无机也是一种合成材料，目前主要有陶瓷膜，微单玻璃膜，金属膜和碳分子薄膜等作为主要成分合成的无价材料。具有良好的化学性能和热稳定的无机材料，它可以在更高的温度下工作，强酸性环境，沸石膜的无机晶体结构，具有良好的耐高温和化学降解性能，但缺点是该分子膜的制备环境需要达到一定的条件，目前只能在实验室中生产，在其他工厂由于无法运用严格的技术设备进行控制而无法量产。目前应用最多的就是无机陶瓷材料，因为其与无机膜和玻璃膜相比具有许多特点使得生产工艺简单，易于生产，其过滤面积大，能够使气体分离更加彻底。

1.3 金属材料

这里所指的金属材料，并不包括所有的金属，而主要是稀有金属，尤其是钯以及合金材料，在分离膜技术上具有较好的应用，一般用于H2的分离。钯银合金的特点使得其在分离膜的构成材料上得到较好的应用，这主要在就在纯钯在气体分离的过程中会变脆，影响分离的效果。目前，钯膜材料已应用于加氢、脱氢及氢氧化等过程。

2 气体分离膜的应用

根据市场和油田企业的需要，气体膜技术的应用也越来越广泛，实际应用主要包括：

2.1 有机蒸汽的净化及回收

气体分离膜的应用是较为广泛的，在石油、化工和喷涂等行业中都是必不可少的，主要原因在于在这些行业的生产经营过程中，都会释放出大量的有机蒸汽，这些气体所含的许多有机物是有毒的，而且气体中有些成分还易燃易爆，如果不对它们进行合理的处理，及时的进行净化，整个企业的安全就存在着较大的威胁。正因为如此，才需要运用气体膜分离技术，将这些蒸汽进行较好的分离，保证环境不被污染，回收利用有价值的气体。我国自1989年采用了第一套膜法有机蒸汽回收装置（主要用于汽油罐区的排放气的回收）以来，经过了多次改良，目前已经能够较好运行，一套膜的使用寿命长达4年之久，这充分表明了气体分离技术的进步和发展。在有些化学工厂中，运用了气体膜分离技术，不但会给企业带来更多的具有经济价值的气体，还能对周围的环境进行保护，这样就为企业增加额外的经济效益，为企业的进一步发展准备了条件。

2.2 气体脱湿

进行气体分离技术的过程中，还需要对气体进行脱湿处理，一般情况下，气体脱湿主要包括天然气脱湿、空气脱湿两种。天然气脱湿主要是处理水溶液中的第二天然气，在处理过程中，尤其是寒冷的冬天，必须及时对水中的天然气进行处理，且天然气的含水量要低于6立方米。从膜中的酸性气体脱除天然气中分离，而且去除水分，因此没有额外的空气干燥脱水设备。在这方面，传统的机械设备不但投资大，效果不佳，而且操作起来比较繁琐。因此，气体脱湿过程中采用一般是空气除湿，其设备操作起来比较简单，且分离效果也符合技术要求。经过空气除湿后，空气露点温度为60 ～ 40℃。达到标准的天然气管道，将需要的水分去除，膜分离，其原理就是天然气自身的压力作为分离动力，这样一来能源就会大大的节约，这种去湿过程不会添加分离剂，容易操作和控制。

2.3 天然气中H2的脱除及油田二氧化碳回收利用

事实上，在上世纪80年代开始，国外的一些石油企业就已经采用了三次采油的方法，这个步骤主要是将二氧化碳压入进行自喷称为一次采油，然后进行注水采油称为二次采油，这两个过程采油比较多，而当油井枯竭时，还需要进行第三次采油，也就是对残留在井中的余油进行开采。当然，除了油田企业使用气体分离技术外，在对城市垃圾进行处理和沼气分离中也要采用，基本是运用二氧化碳分离膜进行分离。处理天然气使采用膜技术，不但具有装置小易于操作的特点，还具有良好的分离效果。

3 气体膜分离技术的发展趋势

气体膜分离技术也在飞速发展，出现的新科技也随之增多，目前发展趋势主要有以下几个方向：

3.1 不断开发研制高效的气体分离膜材料

经过研究表明，聚合物的渗透性和选择性是相反的，也就是说当聚合物的选择性加强的时候，其渗透量就减少了，这样的特性就导致其无法进行大规模生产。正因为这样，科研工作者致力于新的聚合物材料的研究以克服一般聚合物的缺陷，目前研发的聚酰亚胺就是一个典型的例子。

3.2 积极开发膜组件组合及优化

传统的膜组件主要有空心纤维膜组件、卷绕式膜组件及垫套式膜组件等等，这几种膜组件各有优点，但同时又存在着弊端，就螺旋卷绕式膜组件来说，其粘合技术较低，且粘合宽度的减少，这就需要在今后的科研中不断改进以加强膜分离技术的发展。

3.3 发展集成分离技术

无论哪种技术，都具有技术边界和经济边界，膜分离技术也是如此，正因为这样，在特定的条件下，膜分离技术才能发挥出最佳的效果。于是，在实践中，需要将膜分离技术与其它技术结合起来，这样就会实现最优的工艺组合和最低的经济投资，同时也扩大了气体膜分离技术应用的领域和适用范围，如采用固体脱硫和膜法脱水相结合，进行天然气外输前的净化处理。此外，在净化和回收卤代烃上也研究出了新方法，就是采用膜分离和冷凝法两者相结合的方法。

参考文献

[1] 李悦生，丁孟贤.聚酰亚胺气体膜分离材料的结构与性能[J].高分子通报，1991（3）：138

[2] 刘丽，邓麦村，等.气体分离膜研究和应用新进展[J].现代化工，2000（20.1）：17-21