分离工程作业.docx

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分离工程作业

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离

过

程

节

能

减

排

姓名xxx

班级代号123

学号123

指导老师123

目录

摘要1

1.膜分离概述2

2.膜分离技术在石油化工节能减排中的应用3

2.1化工废水历年的回用情况3

2.2各种膜技术在石油废水处理中的应用4

2.2.1微滤技术在石油废水处理中的应用4

2.2.2超滤技术在石油、化工废水处理中的应用5

2.2.3膜集成技术在石油化工废水处理中的应用5

3.膜分离技术在农药化工清洁生产中的应用概况7

3.1膜分离技术在抗生素生产中的应用7

3.2膜分离技术在回收中的应用8

4.膜分离技术在化肥工业节能减排中的应用9

4.1废水处理9

4.2含PO43-废水处理9

5.结语10

6.参考文献11

摘要

能源是发展工业的必要物质条件，据报道，化学化学工业是能耗较多的一个部门，我国化工能耗占全国能量消耗总量的12.7%，折合标准煤7848吨。

若以每万元产值能耗平均值计，为全国万元产值能耗平均的2.3倍而在化学工业中分离系统能耗更大，特别是精馏单元操作，且余热量也大，据英美等国统计，精馏单元操作能耗占全国能量消耗总量的3%。

因此，要发展化学工业，开创化学工业的新局面，节能问题极为重要。

确定气体混合物的分离最小能耗，了解能耗的因素，寻求接近此极限的实际分离过程是很有意义的。

膜分离作为一项高新技术，在近几十年来迅速发展为产业化的高效节能分离过程。

几十年来，膜分离技术在能源、电子、石油、化工、医药卫生、重工、轻工、食品、饮料行业和人民日常生活及环保等领域均获得广泛的应用，产生了显著的经济和社会效益。

本文主要论述了膜分离技术在化工节能减排中的应用。

关键词：

膜分离；技术；节能；减排

1.膜分离概述

膜分离作为一项高新技术，在能源、电子、石油、化工、医药卫生、重工、轻工、食品、饮料行业和人民日常生活及环保等领域均获得广泛的应用，产生了显著的经济和社会效益。

社会的需求促使膜技术发展迅速，使膜技术不断创新、进步、完善，成为单元操作，成为集成过程中的关键。

近年来，各行业工业废水深度处理回用与资源化，已经引起了人们的广泛重视，不断有应用膜分离技术进行工业废水深度处理回用成功的报道。

这表明我国工业废水深度处理回用已进入大规模应用阶段，石油化工、氯碱化工、造纸、钢铁、电力等行业相继建立了示范工程，并进行行业推广，工程规模已从日处理量百吨级跨入到万吨级，并将跨入十万吨级的规模。

目前，农药化工、医药化工方面的产品分离精制/原料中间体的纯化得到了广泛的应用，如淡盐水精制、草甘膦母液的回收、抗生素的分离提纯等，在提高分离效率的同时，能耗大大降低。

在国家大力提倡节能减排的大形势下，大力发展膜分离技术对于化工行业、乃至各行各业的节能减排工作均具有重要而深远的意义。

2.膜分离技术在石油化工节能减排中的应用

2.1化工废水历年的回用情况

以中国石油炼油企业为例，中国石油炼化企业污水回用工程投资逐年增加。

从1998年开始，9年中回用工程总投资为3.38亿，2005年和2006年投资总额达2.443亿，占9年来投资额的72％。

这表明，中国石油污水回用的投资力度越来越大。

具体情况见表1。

表1中国石油炼化企业污水回用历年投资情况

年度

当年建成回用装置（套数/套）

投资/（万元/年）

占投资总额的百分比/%

1998

1

700

2

2001

2

1398

4

2002

3

3500

10

2003

1

2100

7

2004

2

1640

5

2005

6

4686

14

2006

5

19744

58

合计

20

33764

100

根据对中国石油炼化企业污水处理回用的需求调研结果，2006年至2010年的五年间，有16家炼化企业规划建设21项污水处理回用工程。

其中，炼油企业共有10家计划建设13项污水回用项目；化工企业共有6家建设8项污水回用项目。

这些项目的实施将大大提高中国石油炼化污水的回用率，在加大节水减排力度、炼化污水产生量维持目前水平的情况下，预计炼化污水回用率将由06年的8.4％提高到2010年的30％左右。

2.2各种膜技术在石油废水处理中的应用

2.2.1微滤技术在石油废水处理中的应用

王怀林等采用南京化工大学膜科学技术研究所生产的0.2um和0.8um陶瓷膜进行了陆上和海上采油平台的采出水处理研究，经过适当的预处理后取得了较好的效果，悬浮物含量由73-290mg/l降到1mg/l以下，油含水量由8-583mg/l降到5mg/l以下。

探讨了不同温度、压差、膜面流速、孔径等参数对过滤特性的影响。

针对膜处理中最为关键的清洗问题，他们设计了脉冲及预处理工艺，有效地延长了过滤周期。

同时根据油田采出水对膜面的污染特征，确定了B、C两种清洗剂交替使用的清洗方案，并验证了所采用的预处理工艺、清洗工艺、脉冲工艺的可重复性和稳定性，为工业性放大试验奠定了技术基础。

顾文滨等针对低渗透油田注入水而研制的新型含油污水精细过滤装置，该装置采用表层过滤技术，用陶瓷微滤膜（无机膜）作滤芯，采取交叉流过滤方式（即过滤液体平行于滤膜表面流动）对含油污水进行精细过滤，对于以小细粒（8m）为主的含油污水颗粒去除率达90%以上，精度可达1m。

研制的控制系统，作为无机膜含油污水处理装置的配套装置，实现了对整个过滤过程及脉冲反洗过程的全自动控制。

采用絮凝剂絮凝和陶瓷膜微滤的组合工艺处理炼油厂“三泥”水相。

研究结果表明:

絮凝处理可明显降低水相的石油类浓度和COD，将絮凝处理与0.2m氧化锆膜过滤处理相结合，渗透液的石油类浓度和COD可达到国家排放标准。

以絮凝处理后出水的石油类浓度为基准，确定了合适的絮凝剂为3530S，并通过正交试验确定了合适的絮凝处理工艺条件:

絮凝剂加入量为70mg/L，絮凝温度为40℃，搅拌时间为90min，静置时间为1.5h。

同时，絮凝处理能减轻膜污染，增大膜的渗透通量.考察了操作压力和错流速率对渗透液质量和膜渗透通量的影响，确定了合适的操作条件。

2.2.2超滤技术在石油、化工废水处理中的应用

油田含油污水量较大，大约占油田总污水量的三分之一，且成分复杂，用超滤技术处理油田含油废水。

既可以避免对环境和水体产生污染，又可以提供高质量的油田回注用水。

国内外都有此方面的研究报道。

李永发等用超滤膜对油田采油预处理过的废水进行了再处理，试验研究证明，经过超滤膜处理的废水，膜对油的截留率为97.7%以上。

水质指标可以达到低压渗透油田注水站的回注水标准。

用外压管式聚砜超滤膜装置现场处理采油污水，研究了操作压力、膜面流速等操作条件对超滤膜通量的影响及膜污染的清洗方法。

在适宜的操作条件下，膜通量为80-490L/m2·h。

所处理过的污水达到了低渗透油田注水标准。

采用分步清洗的方法能有效地清除膜面污物。

为进一步工业试验装置的放大提供了基础数据。

方忠海等针对石化炼油废水回用至锅炉补给水的节水技术进行工艺研究。

根据该石化厂具体情况设计了专为废水处理和反渗透预处理所使用的超滤设备，采用改性的PVC材质，耐污染、抗氧化。

反渗透选用的是LFC1抗污染膜。

经过超滤处理的污水，保证出水浊度小于1.0NTU、SDI值小于3。

降低浊度后，完全能够满足下游反渗透的进水要求，并最终实现整个回用水系统的可靠运行。

梁立军等用中空纤维超滤膜器对大庆油田注水站的回注水进行了试验，开发的膜组件在通量上比常规的中空纤维组件大了1-4倍，在0.08MPa的压差下，其稳定通量达到最大，采用自配的清洗液清洗后，通量恢复达95%以上。

2.2.3膜集成技术在石油化工废水处理中的应用

石油化工废水成分复杂，采用集成膜技术可以有效地去除废水中的各种杂质，使处理后净水达到再生利用水质的要求。

安兴才等利用连续微滤（CMF）和反渗透（RO）膜集成技术对西北某石化厂的排放污水进行废水处理试验研究，试验设备所选用的CMF膜组件是由天津膜天公司生产的聚偏氟乙烯中空纤维膜，规格是90900，孔径为0.2um，共九根。

采用并联连接，系统产水量为2000L/h。

RO膜采用的是陶氏抗污染膜元件，四寸组件；三根，串联连接，设计产水量为0.75T/h。

试验研究证明:

所产水的水质是，浊度<1NTU，pH=6-7.5、电导率<160us/cm、COD在5mg/L以下，与冷却水的水质标准对比，完全达到回用水的水质要求。

试验证明，石化行业排放水经膜集成系统处理，出水水质达到生产回用的要求，系统出水量稳定。

李航宇等采用膜集成技术为配合某石化厂500t/h工业废水再生利用项目的实施，设计制造了一套5t/h的中试装置，以超滤+反渗透为主导工艺，进行了约4800h的运行试验，采用的超滤（美国公司V8048-35-PMC型）材质为聚砜，膜面积为31.3m2，中空纤维管内直径为0.9mm，截留的最小分子量为10104Dalton，产水率为透水率>68L/（m2.h）90%-99%。

反渗透膜为（日本司的TML20-370型）低压、抗污染、芳香族聚酰安复合膜。

试验结果证明:

超滤+反渗透工艺处理石化废水能达到石化废水再生利用的要求，产水水质完全可以满足石化生产用水的水质要求。

具体试验情况如下：

石油化工废水除含油、硫、酚、氰外，还含有金属盐、反应残渣等，废水中有机污染物浓度高，可生化性差、水量及酸碱度变化大，易形成冲击负荷，采用传统的处理工艺很难达到再生利用的水质要求。

为配合某石化厂500t/h工业废水再生利用项目的实施，设计制造了一套5t/h的中试装置，以超滤+反渗透为主导工艺，进行了约4800h的运行试验。

3.膜分离技术在农药化工清洁生产中的应用概况

农业是国民经济的基础，病菌、害虫、杂草是农业生产中的三大敌害，应用农药进行防治是主要的手段。

农药的种类比较多，可分为杀菌剂、杀虫剂、除草剂以及植物生长调节剂等四大类。

膜分离是一种新型的高效分离、浓缩、提纯及净化技术，近30年来发展迅速，在能源、资源、电子、石化、医药卫生、重工、轻工、食品、饮料行业和人民日常生活及环保等领域均获得广泛的应用，经济和社会效益显著。

与传统的分离技术如蒸发、蒸馏、萃取、吸收、吸附等相比，膜分离具有无相变、可在常温下连续操作、设备简单、操作容易、能耗低、分离效率高、无二次污染等优点。

因此，膜分离已成为解决当代能源、资源、环境污染等问题的重要高新技术及可持续发展技术的基础，是21世纪最有发展前途的高新技术之一。

农药生产过程的分离、过滤、纯化、浓缩、提取等过程，大都采用传统的鼓式真空过滤、板框压滤、离子交换、离心分离、溶媒抽提、吸附、絮凝、沉淀、蒸发、结晶等生产工艺，传统工艺存在技术落后、工艺繁杂、资源浪费、污染严重等问题，经济效益甚低，产品质量差。

运用膜集成分离技术，科学地整合上下游工艺，可以实现改造传统生产工艺，提升企业技术水平，提高产品收率，减少能耗，降低成本益，提高产品质量，大幅度地减少污染，实现清洁生产，符合环保标准与要求。

3.1膜分离技术在抗生素生产中的应用

我国农用抗生素的研究始于20世纪50年代，是随医用抗生素之后发展起来的。

20世纪80代以来，农用抗生素发展较快，处于世界先进国家之列。

目前我国已商品化（登记注册）的农用抗生素类有21种，原药生产企业达47家，复配生产企业达到110多家，年产制剂量达到8万多吨，已实现大规年产值约为12亿元。

模生产的品种有阿维菌素、井冈霉素、硫酸链霉素、农抗120、多抗霉素、宁南霉素等。

随着我国WTO的加入，国外对我国农抗产品的出口加大了反倾销力度，关税壁垒促使我国农抗产品的出口成本剧增这就迫使生产企业必须降低生产成本企业的全球竞争力。

目前农用抗生素大多数是采用微生物发酵的方法制成的，其生产成本主要包括原料成本和能耗成本两大部分，分别占总成本的的70%和30%左右。

目前国内外生产企业主要通过提高农用抗生素的发酵水平即改善发酵工艺来节约原料成本而能耗成本则主要集中在后处理提取工艺和剂型加工工艺上。

但目前绝大多数的生产企业仍然采用原有的后处理工艺来提取产品，而随着能源水、电使用的日趋紧张，节约能源、降低能耗也势必成为企业亟待解决的问题。

农用抗生素的化学发酵液中有效成分较低，其后处理工艺主要采用板框过滤、蒸发浓缩法。

3.2膜分离技术在回收中的应用

亚氨基二乙酸是一种用途广泛的重要精细化工中间体，已广泛应用于农药、电镀行业、染料、水处理、电子等众多领域。

亚氨基二乙酸的生产方法主要有氯乙酸法和氢氰酸法。

在亚氨基二乙酸生产过程中，其分离和纯化方法很多，大可分为化学法和电渗析膜法。

此方法操作简单，缺点是产品回收率低，最大回收率仅为85%。

损失的亚氨基二乙酸还造成环境污染，此法将逐渐被电渗析取代。

由于离子交换膜技术比较成熟，在国外此法已经处于中试阶段，国内一些单位也在积极开发此工艺。

4.膜分离技术在化肥工业节能减排中的应用

随着膜科学技术的发展，膜分离的应用亦愈来愈广，从早期脱盐发展到今天的工业废水废气处理、生产原料净化、产品分离和高纯水生产等。

化肥工业中已成功应用、正在开发或有发展前景的膜技术有膜法水处理、包膜化肥和气体净化及回收等。

其中，水处理包括工艺用水和废水处理，包膜化肥主要有包膜尿素和包膜碳铵，气体净化及回收包、H2S和水蒸括天然气脱除CO2水蒸气，以及烟气，合成氨弛放气回收H2以及烟气和尾气脱SO2、NOx和CO2等。

4.1废水处理

工业废水处理中所应用的膜技术以液膜分离居多，包括乳状液膜和支撑液膜，该分离方法是在20世纪60年代中期由美国埃克森研究与工程公司的黎念之博士提出的，直到1987年奥地利的DraxlerJ等科学家采用液膜方法，从粘胶废液中回收锌获得成功，液膜分离技术才进入了实际应用阶段。

我国液膜技术的研究始于1979年，虽起步较晚，但起点较高。

液膜法处理工业废水的原理在于液膜能够选择性地渗透离子，并在内水相富集而不破裂。

乳状液膜法处理工业废水分步进行制乳、传质、破乳。

目前，液膜技术在化肥工业废水处理中的应用研究主要有含磷酸盐、硫化物、亚硫酸盐、硝酸盐、砷化物、氰化物、氟化物或氨等废水的处理。

4.2含PO43-废水处理

王玉鑫等采用伯胺N1023为流动载体、胺N205作表面活和性剂、煤油作膜溶剂、CaCl2和NH3·H2O作内相试剂组成的乳状液膜对PO43-废水进行处理，经一级分离，使PO43-浓度由150mg/L降至5mg/L以下。

但是该方法要达到工业应用水平尚需作深入研究，主要原因在于膜内相脱除剂CaCl2、PO43-以及Ca2（PO4）2对破乳和分离带来困难。

5.结语

与很多传统工业技术相比，膜技术有很多优点，如：

投资省、占地少、能耗低、操作方便、高效等，一经问世就受到美、英、日等工业发达国家的青睐。

随着研究的深入，膜技术、膜组件和系统化技术不断进步，各种材质的膜层出不穷，其是功能高分子材料和新型无机材料的成功开发使得膜技术工业水平不断提高，应用范围越来越广。

在化工污水的处理中也得到广泛的应用，但还有需要改进的方面。

目前分离技术的研究应用重点主要是合理选择膜种类和处理工艺参数的选择和确定；对膜进行表面改性，以减少膜污染；探索合适的清理周期，选用合适的清理剂以及清理工艺；同时开发新工艺，研制高通、抗污染的新型膜材料。

如成功解决以上问题，膜分离技术在化工及其他行业的节能减排方面的应用将会越来越广泛。

6.参考文献

[1]解振华.《中国节能减排》.高等教育出版社.2007

[5]陈莉娥,周兴求,伍健东.表面活性剂废水的危害及处理技术[J].工业水处理,2003,（10）

[2]陈继善.《黄磷副产物磷铁矿的综合利用》.2010.06