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氦气分离/提纯

专注于以气体分离膜为核心技术的工业气体分离与纯化的科技型企业

商品名称：氦气分离/提纯

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产品详情

气体分离膜工作原理

膜分离系统的工作原理就是利用一种高分子聚合物（通常是聚酰亚胺）薄膜来选择“过滤”进料气而达到分离的目的。当两种或两种以上的气体混合物通过聚合物薄膜时，各气体组分在聚合物中的溶解扩散系数的差异，导致其渗透通过膜壁的速率不同。由此可将气体分为“快气”(如H₂O、H₂、He等)和“慢气”(如N₂、CH₄及其它烃类等)。当混合气体在驱动力-膜两侧相应组分分压差的作用下，透速率相对较的快气体优先透过膜壁而在低压渗透侧被富集，而渗透速率相对较慢的气体则在高压滞留侧被富集。

典型的膜分离器含有数万根纤维，两端用环氧树脂浇铸密封。纤维束端部被切除，使其两端露出纤维孔，以让气体从一端移动到另一端。纤维束封闭在一个合适的壳体中。该壳体用于保护纤维，并引导气体正确流动。

气体分子靠不同的分压驱动渗透过膜纤维丝薄壁，影响渗透率因素是包括溶解性、扩散速度、气体-聚合物配位状况和不同气体组分分子的渗透速率。渗透速率差别越大分离效率越好。

气体分离膜性能描述

气体分离用的所有种类膜的核心技术，都是添加了不同组分的改性高分子材料，其气体分离的原理都一样，膜的性能取决于各生产厂家膜材料配方和生产工艺。因此，不同膜有不同的分离效率，不同的耐压及不同的使用寿命。

一般地，膜的性能可以用产气量、回收率、膜的寿命来描述:

1) 产气量：单根膜可以生产的产品气体的量；

2) 回收率: 目标产品气体的产量与原料气体中相同组分含量比值的百分比。回收率高表示获得相同量的产品气体所需要的原料气体量更少，运行就更经济；

3) 膜的寿命:膜的使用耐久性与膜材料本身、分离系统设计合理性及运行维护等诸多因素有关。

膜的性能还与产生的产品气体的纯度、操作温度和运行压力等诸多因素相关。对于空气分离制取氮气的膜而言，氮气回收率随工作温度的升高而降低，随工作压力的增加而稍有增加，而膜的产量随温度和压力的升高而增加。因此，膜的运行必须是在定的温度和压力下才能达到较佳运行效果。

气体分离膜结构-中空纤维膜

膜分离系统的核心部件是类似于管壳式换热器的膜分离器，数万根细小的中空纤维丝浇铸成管束而置于承压管壳内。混合气体进入分离器后沿纤维的一侧轴向流动，“快气”不断透过膜壁而在纤维的另一侧富集，通过渗透气出口排出，而滞留气则从与气体入口相对的另一端非渗透气出口排出。

气体分离膜结构-膜分离器设计和布置

膜分离器的设计

● 每个膜束易于安装到压力容器内

● 单向且耐用的、不同压力的密封设计

● 轴向塞满膜丝（而不是紧紧缠绕的配置）

● 压力容器符合：美标、欧标、俄标、国标等标准

膜分离器的布置：联和并联

● 串联布置易使能力增大或减小，保护后级分离器

● 并联配置可以用于大流量隆低膜分离器内线速

气体分离膜结构-中空纤维膜

1.外压式: 工艺气体处理膜----PO和P2、P3膜，从2至 8英寸等30余种规格。

　　　　天然气处理膜------材质同P2，有从1到8英寸等数十种规格。

2.内压式: 空分富氧制氮膜------P1，N1,2,3和P3 膜，从1到8英寸等多种规格。

气体分离膜系统特点

灵活：当计划或工艺中出现未预料变化时，膜系统可提供操作的灵活性。若要满足产量增大时，投入更多膜分离器即可。如若需减产，关掉分离器的控制阀门就能保持系统的回收率和纯度。多方式整合可从渗透侧得到不同的纯度和流量。

紧凑：适合小或拥挤的工厂且最少的现场安装时间、费用和潜在的施工误差。现场准备期时间短，只需简单混凝土支撑台和公用工程。膜系统是撬装结构，方便移动。

效果和经济：在大多数应用中，膜系统有高回收率，其对气和碳化合物的效率有80-95%。膜系统的操作压力基本等同精炼时的压力，不需要附加压缩能量来供分离过程。消耗很少的蒸汽(用于温度控制)、仪表气和吹扫的氮气。此系统的开停车简单产品气不需要冷却和预处理。

低维护：膜分离器组没有运动部件可监查、维护、替换。在合适的设计、安装和操作条件下是免维护保养的。不过需要关注的是运转时各种工艺条件和所能容忍的一些污染物，如:液态水、氨气、硫化氢、碳氢化合物和芳香族。

寿命长：健全的设计和结构确保在石化行业应用的长寿命。

优势

基本性能		深冷法	变压吸附法	膜分离法
原理	分离介质		碳分子筛	中空纤维膜
原理	分离原理	将空气液化，根据氧、氮沸点不同而分离	加压吸附，减压脱附	有压渗透（不同渗透率〉
能耗	耗能部件	压缩机、膨胀机加压泵、加热设备	空压机	空压机
	耗电KWh/Nm3	>0.62	0.4-0. 6（平均）	0.4-0.6（平均）
	成本元/Nm3	>0.6	0.3	0.2-0.3
设备性能	氮产重Nm3/h	>500	＜1000	10-5000
	氮气纯度　%	99-99.999（稳定）	98-99.9（波动）	95-99.9（稳定）
	氮气压力　MPa		0.6（波劫〉	0.6-1.8
	露点　℃	-60－－70	-40	-60- -70
	启动时间	20小时	30分	10分钟以内
	维修量	运动部件多，维修量大，需定时大修。	换阀门易损，动作频繁，有维修工作量和故障率存在。	无活动部件，甚少维修和保养。
	分离介质寿命		国产5年，进口10年。	中空纤维10年以上。
设备参数	工艺流程	复杂	一般	简单
	设备状态	只能固定	只能固定	固定、移动、室内外。
	厂房面积	最大	较小	小
	冷却水	很多	无	无
	高度	局部12米	4-10米	4米
	电容量	最大	较小	最小
	外形尺寸	体积最大	体积较小	体积最小
	增容	增容困难	增容困难	分离膜并联组装，易增容。
	随机开/停车	不能	一般	很容易
	基本投资	高	低	较低
	操作工人	需专人操作	无需专人操作	无需专人操作
	特殊要求	需专人安装，安装费高	尢	尢
	运行费用	较高	一般	较低

气体分离膜适用行业及场景

▶ 合成氨驰放气的氢气分离回收

▶ 炼厂气中的氢气分离回收

▶ 重整气的氢气提纯

▶ H₂/CO比例调节及CO纯化

▶ 甲醇尾气氢回收

▶ 天然气脱水和酸性气体包括脱除(二氧化碳和硫化氢)

▶ LNG闪蒸汽中氨气净化和提纯

▶ 煤层气中氦气净化和提纯

▶ 各种原料气中氦气净化和提纯

膜分离系统在合成氨厂的应用

规模分类	氦气储量(Mm³)	含量分类	氦气含量(体积%)
特大型气田	≥100	特富氦气田	≥0.500
大型气田	50-100	富氦气田	0.150-0.500
中型气田	25-50	含氦气田	0.050-0.150
小型气田	5-25	贫氦气田	0.005-0.050
特小型气田	＜5	特贫氦气田	<0.005

氦气制备方法主要有4种，分别为天然气分离法、合成氨法（在合成氨中，从尾气分离提纯的氦)、空气分馏法和铀矿石法。其中，天然气分离法是目前唯一工业化获取氦的方法。天然气中氦含量最高可达7.5%，是空气中氦含量的1.5万倍，目前全球已发现规模氦气储量均为天然气伴生气。依据油气田里氦气储量的大小，可以将氦气田按规模分为特大型、大型、中型、小型、特小型气田:依据油气田里氦气含量的大小，可以将氦气田按含量分为特富氦、富氦、贫氦、特贫氦气田。以此为标准，卡塔尔境内的北方气田氦气含量为 0.04%，氦气资源量达10.1亿立方米，属于特大型含氦气田。

氦气提纯/富集膜工程