大型中空纖維膜富氮裝置是整個膜法富氮技術(shù)水平的標(biāo)志。我國是一個煤炭、石油和糧食大國，發(fā)展我國自己的大型膜法富氮技術(shù)和裝置，對于我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和膜分離技術(shù)整體水平的提高與進(jìn)步有十分重要意義。
七十年代氣體分離膜國內(nèi)外現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢是，膜法富氮技術(shù)適用的場合在富氮?dú)饬?.3-500NM3/hr，富氮濃度為95-98%的范圍內(nèi)。在更大氣量或更高濃度要求范圍內(nèi)，尚不能與其它富氮過程相競爭。開發(fā)富氮產(chǎn)量為500NM3/hr，富氮濃度為>95%的膜法富氮裝置有助于探索該項(xiàng)技術(shù)在我國市場的競爭力及應(yīng)用前景。
中科院大連化學(xué)物理研究所擁有膜分離器生產(chǎn)基地，在膜技術(shù)大型化方面多年積累的經(jīng)驗(yàn)。“七五”期間作了探索性研究，為“八五”期間完成富氮產(chǎn)量500NN3/hr，富氮濃度≥95%工業(yè)裝置的建立奠定了基礎(chǔ)。
膜空分制氮工藝流程
1983年大連化物所氣體膜分離組對分離膜和中空纖維新材料發(fā)展現(xiàn)狀提出意見，認(rèn)為我們還處于研究或小批量，間歇性生產(chǎn)階段，基本上還沒有形成工業(yè)化生產(chǎn)。
大家認(rèn)識到要發(fā)展國內(nèi)膜分離科研與生產(chǎn)的重要性，建議建立“基礎(chǔ)研究和過程應(yīng)用開發(fā)”中心，重點(diǎn)的武裝一、二個點(diǎn)，并針對國際上最活躍的膜分離過程中的一、二個，從高分子材料，成膜工藝，分離器研制，一直到工業(yè)應(yīng)用，形成聯(lián)合體，突破和抓住一、二個過程，建立工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)，不要什么都搞，什么都上不去，錢花了不少，效果不大。建議以氣體膜分離器中的氫氣分離器和反滲透分離器作為攻關(guān)項(xiàng)目來抓。
中空纖維式氣體膜分離器
膜分離技術(shù)在近二十年來有了很大的突破，已經(jīng)形成一門新興的工業(yè)。例如，美國孟山都公司在1979年研制的“普里森”氫氮膜分離器，到1983年就已出口40套，價值約4000萬美元。
采用這種分離器來回收合成氨排放廢氣中的氫氣，在不增加原料和動力的情況下，可增產(chǎn)合成氨4——5%。若以我國目前合成氨產(chǎn)量1500萬噸計(jì)算，每年就可增產(chǎn)60萬噸，獲得二億元左右的經(jīng)濟(jì)收入，而且這種分離器還可用于煉油廠、石油化工廠等加氫裝置排出廢氣中的氫氣回收和其它分離過程。上海吳經(jīng)化工廠在1983年上半年引進(jìn)了美國的“普里森”裝置，操作穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)效果明顯。
中國科學(xué)院大連化物所經(jīng)過兩年多的努力，研制出直徑為25毫米的分離器，其技術(shù)性能已達(dá)到美國孟山都公司產(chǎn)品的水平。當(dāng)年年底組裝成兩個分離面積為8平方米的分離器，到上海吳經(jīng)化工廠進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，并與引進(jìn)裝置進(jìn)一步進(jìn)行性能對比。取得良好的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，說明國產(chǎn)分離膜材料基本上可以與引進(jìn)的技術(shù)媲美。
由于使用這種分離器經(jīng)濟(jì)效果明顯，許多化肥廠都紛紛要求引進(jìn)。如果大量從國外再引進(jìn)這種裝置，必將嚴(yán)重阻礙我國膜分離技術(shù)的發(fā)展，因此建議盡快考慮我國膜分離器的試生產(chǎn)。據(jù)粗略估計(jì)，如果暫不考慮新建廠房和水、電、汽等公用工程和行政管理機(jī)構(gòu)，有二百萬元投資和一百名工程技術(shù)人員和工人，就可以建立起一個年產(chǎn)300臺，100x3000毫米分離器的生產(chǎn)規(guī)模，用三年的時間就可以把國內(nèi)化肥廠加以改造，同時還可以開辟在石油化工等生產(chǎn)領(lǐng)域上的應(yīng)用。
該項(xiàng)成果獲得了中國科學(xué)院特等科技成果獎。此后，國家決定不再進(jìn)口此類裝置，由國內(nèi)組織生產(chǎn)，國家科委將該課題列為國家“七五”攻關(guān)課題，要求到 1990年，膜分離器的性能達(dá)到國際上1984-1985年同類產(chǎn)品性能，并建成有一定生產(chǎn)規(guī)模的中試車間，同時研制新的品種，使該技術(shù)達(dá)到國際水平。
1985年，中科院決定組織院內(nèi)單位協(xié)作，共同研究氧、氮分離獲得富氧空氣。由大連化物所、蘭州化物所、長春應(yīng)化所、北京化學(xué)所組成院的富氧膜分離器攻關(guān)協(xié)作組。大連化物所內(nèi)組成的富氧膜分離器攻關(guān)組由膜分離過程研究室江成璋、鄭領(lǐng)英負(fù)責(zé)，主要研制卷式富氧膜分離器。此項(xiàng)目后被列人國家“七五”攻關(guān)計(jì)劃。
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