1 / 37

9.4 渗透汽化

9.4 渗透汽化. 一、引言. 1917 年 , 渗透汽化概念出现， Kober 首次提出，描述水通过火棉胶的情形。 (P.A.Kober, J. Amer. Chem. Soc., 39:944, 1917). 1960 年，渗透汽化专利出现， Binning (R.C. Binning, US Patent, 2923749, 1960). 1965 年，渗透汽化膜分离机理， Lonsdals (H.K. Lonsdals, V. Merten et. Al., J. Appl. Polym. Sci., 9:1341, 1965).

jovan
Download Presentation

9.4 渗透汽化

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 9.4 渗透汽化

  2. 一、引言 1917年, 渗透汽化概念出现，Kober首次提出，描述水通过火棉胶的情形。(P.A.Kober, J. Amer. Chem. Soc., 39:944, 1917) 1960年，渗透汽化专利出现，Binning (R.C. Binning, US Patent, 2923749, 1960) 1965年，渗透汽化膜分离机理， Lonsdals (H.K. Lonsdals, V. Merten et. Al., J. Appl. Polym. Sci., 9:1341, 1965) 上世纪70年代末80年代初，1984年德国GFT公司首次建成了400吨/年无水乙醇渗透汽化膜工业装置。

  3. Diffusion Permeate vapor Dissolution Feed liquid Evaporation δ

  4. 渗透汽化膜分离原理示意图 料液 出料 液相 膜 冷凝器 真空系统 渗透相 (汽相) 冷凝物

  5. 渗透汽化膜分离技术的突出优点： * 典型的节能技术（低能耗，一般比恒沸精馏节能1/2 ～3/4） * 典型的清洁生产技术（过程不引入其它组成，产品和环境不会受到污染） * 典型的便于放大、耦合和集成技术

  6. 它特别适用于普通精馏难于分离或不能分离的近沸点、恒沸点混合物的分离，对有机溶剂及混合溶剂中微量水的脱除，对废水中少量有机物的回收，对有机物/有机物分离和与反应耦合、将反应生成物不断脱除等具有明显的经济上和技术上的优势。

  7. Utilities Azeotropic distillation Adsorption Pervaporation Evaporation energy 17 3.3 3.9 Condensation energy 17 – – Cooling water – 3.3 3.9 Pumps, etc. 2 22 4 4 Total cost 36 29 12 Comparison of energy costs (in kWh) for the dehydration of 100 kg of isopropanol (starting from the azeotrope: isopropanol 88 wt.%) by different separation processesa U. Sander, P. Soukup, Design and operation of a pervaporation plant for ethanol dehydration, J. Membr. Sci. 36 (1988) 463, (contribution of the company LURGI).

  8. Utilities Azeotropic distillation (entrainer = cyclohexane) Pervaporation Low pressure steam 50–75 6.25 Cooling water 7.5 2 Electric power 2.25 5.70 Entrainer 2.4–4.5 – Membranes – 8–16 Total cost 62–89 22–30 Cost comparison for the dehydration of ethanol (94 wt.%) by ‘azeotropic distillation’ and pervaporation. Costs estimated in Deutsch Mark per tonne of produced anhydrous ethanol (99.8 wt.%)

  9. J. Bergdorf, Case study of solvent dehydration in hybrid processes with and without pervaporation, in: R. Bakish (Ed.), Proceedings of the Fifth International Conference on Pervaporation Processes in the Chemical Industry, 11–15 March 1991, Bakish Materials Corporation, Heidelberg, Germany, pp. 362–382 (contribution of the German company BMVT).

  10. The dehydration of an IPA/water stream of 1875 kg/h from 80 wt % up to 99.9 wt % product purity with a solvent recovery of 99.98%, 2004 Stefan Sommer，Thomas Melin，Design and Optimization of Hybrid Separation Processes for the Dehydration of 2-Propanol and Other Organics，Ind. Eng. Chem. Res. 2004, 43, 5248-5259

  11. 二、渗透汽化膜分离技术应用现状 国外： 1984年，德国GFT公司率先 在巴西建成了日产1300升无水乙醇工厂，标志着渗透汽化膜技术真正意义上实现了工业化应用。

  12. 渗透汽化工业应用情况由于商业机密，很难获得精确数字。GFT公司（现属于瑞士Sulzer Chemtech公司）1984年至1996年间，做了63个工业应用项目，其中乙醇脱水22个、异丙醇脱水16个、其它有机溶剂脱水16个、酯化反应脱水4个、醚化反应脱水4个、三乙胺脱水1个，从废水中回收四氟乙烯1个。按年增15％保守估算，至2005年底，该公司约有215套渗透汽化工业装置在运行。

  13. 二、渗透汽化膜分离技术应用现状 2003年至2005年间，国内有7个工业应用项目，其中乙醇脱水2个、异丙醇脱水3个、叔丁醇脱水2个。

  14. 1.广州天赐异丙醇脱水装置（8000t/a） 2003年

  15. 2.山东淄博叔丁醇脱水装置（2500t/a） 2004年

  16. 3.四川泸州异丙醇脱水装置（2500t/a） 2004年

  17. 4.中石油锦州异丙醇脱水装置 2004年

  18. 5.哈药集团乙醇脱水装置，3000t/a 2005年

  19. 6. 山东淄博海正化工公司叔丁醇脱水装置，2500t/a 2005年

  20. 7.东药集团脑复康公司异丙醇脱水装置（300t/a）7.东药集团脑复康公司异丙醇脱水装置（300t/a） 2005年

  21. 8.东药集团东瑞公司乙醇脱水装置，5000t/a 2005年

  22. 三、可在石化领域直接工业应用的渗透汽化膜分离技术三、可在石化领域直接工业应用的渗透汽化膜分离技术 1、含水恒沸体系脱水 大部分醇类、酮类等与水形成恒沸体系 用工业乙醇生产无水乙醇节能75％ 2005年我国生产无水乙醇110万吨（其中燃料乙醇81万吨），如果考虑部分乙醇作为溶剂循环使用，这样需要脱水处理保守估计也要大于150万吨，另外，可以预期，我国燃料乙醇产量将呈大幅上升趋势。

  23. 三、可在石化领域直接工业应用的渗透汽化膜分离技术三、可在石化领域直接工业应用的渗透汽化膜分离技术 1、含水恒沸体系脱水 大部分醇类、酮类等与水形成恒沸体系 用含水15％的异丙醇生产无水异丙醇节能65％；用含水15％的叔丁醇生产无水叔丁醇节能68％ 醇类（除甲醇乙醇）、酮类，其2005年产量到目前为止尚无统计结果，估计可能要在100万吨左右，其中大部分作为溶剂循环使用，这样需要脱水处理保守估计也要大于300万吨，

  24. 三、可在石化领域直接工业应用的渗透汽化膜分离技术三、可在石化领域直接工业应用的渗透汽化膜分离技术 2、酯化反应脱水 如甲酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯等 乙酸乙酯，节能58％，收率提高20％ 2005年，我国酯类产量约30万吨（估计值）。

  25. 三、可在石化领域直接工业应用的渗透汽化膜分离技术三、可在石化领域直接工业应用的渗透汽化膜分离技术 2、酯化反应脱水 如甲酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯等 乙酸乙酯，节能58％，收率提高20％ 2005年，我国酯类产量约30万吨（估计值）。

  26. 膜分离强化酯化过程－脱水

  27. 渗透汽化与精馏或反应精馏结合的中试规模有：有机酸与醇反应生成酯脱水、MTBE与甲醇、ETBE与乙醇、 DMC与甲醇等共沸物分离 70 wt.% 甲醇 ( 恒沸物） 渗透蒸发器 精馏塔 70 wt.% 甲醇 ( 恒沸物） 95 wt.% 甲醇 ( 循 环至反应器） DMC 99wt.%

  28. 三、可在石化领域直接工业应用的渗透汽化膜分离技术三、可在石化领域直接工业应用的渗透汽化膜分离技术 4、脱有机溶剂微量水 芳香族化合物：苯、甲苯、乙基苯、二甲苯等中微量水脱除。1000ppm 脱水至50ppm以下 己烷、环己烷、碳六油等油类溶剂中微量水脱除。300ppm 脱水至10ppm以下 其它有机溶剂脱除

  29. 2005年，我国年产合成橡胶160多万吨，合成树脂及共聚物2000多万吨，聚酯750多万吨，合成纤维1400多万吨，合成洗涤剂450多万吨，，这些产品的生产中涉及苯、甲苯、己烷、环己烷、四氢呋喃等原材料及溶剂的脱水过程。

  30. 三、可在石化领域直接工业应用的渗透汽化膜分离技术三、可在石化领域直接工业应用的渗透汽化膜分离技术 5、含氯烃化物（一氯甲烷、二氯甲烷等）气相脱水 3000ppm 脱水至300ppm以下 丁基橡胶生产等。

  31. 压力/MPa 0.1 0.2 0.4 0.8 1.0 1.5 共沸组成/% (质量分数) MeOH 70 73.4 79.3 85.2 87.6 93.0 DMC 30 26.6 17.5 14.8 12.4 7.0 共沸温度/℃ 64 82 104 118 138 155 四、处在工业中试阶段的渗透汽化膜分离技术 1、脱甲醇 MTBE/甲醇分离、 DMC/甲醇分离 不同压力下共沸物的共沸组成与共沸温度的关系

  32. 四、处在工业中试阶段的渗透汽化膜分离技术 2、脱乙醇 ETBE/乙醇分离、发酵液乙醇提取

  33. 四、处在工业中试阶段的渗透汽化膜分离技术 3、FCC汽油脱硫 汽车拥有量不断扩大而引起的日益严重的环境污染问题。2005年欧盟要求汽油中硫含量小于50ppm，2008年小于10ppm。 现有的催化加氢脱硫技术投资大、流程长、操作困难、费用高、汽油辛烷值下降。采用渗透汽汽油脱硫，一次性投资节约79％，运行费节约20％。汽油辛烷值不影响。

  34. 四、处在工业中试阶段的渗透汽化膜分离技术 3、FCC汽油脱硫 低、中沸程 膜分离系统 FCC汽油 低含硫汽油 高含硫渗透物 低含硫汽油 加氢系统 高沸程 渗透汽化膜法耦合加氢脱硫工艺过程示意图

  35. 五、处在实验室研究阶段的渗透汽化膜分离技术五、处在实验室研究阶段的渗透汽化膜分离技术 * 水中脱有机物 从废水中脱除己烷、环己烷、氯甲烷、氯仿、氯乙烯、苯、甲苯、二甲苯、乙苯等的分离因子已达到200～1000，脱除醇、酮、酯、醛的分离因子已达到20～200，用于处理含酚废水，可以使含3wt%的苯酚水溶液中的酚含量下降至0.17wt%左右。

  36. 五、处在实验室研究阶段的渗透汽化膜分离技术五、处在实验室研究阶段的渗透汽化膜分离技术 * 烷烃/芳烃分离 * 苯/环己烷分离 * 同分异构体的分离 如邻二甲苯/对二甲苯/间二甲苯分离 ****

  37. 五、处在实验室研究阶段的渗透汽化膜分离技术五、处在实验室研究阶段的渗透汽化膜分离技术 * 环己烷氧化生产环己酮 环己酮也是己内酰胺等产品的关键中间体。进口数量达100万吨左右。 环己酮 酸类 短链酸 环己烷 环己基过氧化氢 酯类 环己醇 环己烷氧化过程中主要产物的转变次序简图

More Related