磁分離技術(shù)與應(yīng)用#

1、HUAIHAI INSTITUTE OF TECHNOLOGY分離工程期末論文磁分離技術(shù)與應(yīng)用Magn etic separati on tech no logy andapplicati on學(xué)院：專業(yè)班級(jí)：化學(xué)工程學(xué)院化學(xué)工程與工藝化工081學(xué)生姓名：樊波學(xué)號(hào)：050811101指導(dǎo)教師：戴衛(wèi)東（副教授）2011年6月期末論文中文摘要磁分離技術(shù)與應(yīng)用摘 要：本文概括的介紹了磁分離技術(shù)的研究歷史、現(xiàn)狀、分離原理、工藝流程 以及在化工領(lǐng)域的應(yīng)用。磁分離技術(shù)是一項(xiàng)新興的分離技術(shù)， 該技術(shù)已經(jīng)滲透到 各個(gè)領(lǐng)域。磁分離技術(shù)是利用溶液中各物質(zhì)的磁敏感性差異， 在外加磁場(chǎng)磁力作 用下分離出目標(biāo)產(chǎn)物的新技

2、術(shù)。隨著強(qiáng)磁場(chǎng)、 高梯度磁場(chǎng)分離技術(shù)的問(wèn)世，該技 術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)從分離強(qiáng)磁性大顆粒到弱磁性小顆粒物質(zhì)，應(yīng)經(jīng)從最初的礦物分選發(fā)展到工業(yè)廢水處理、催化劑回收、抗原的分離等。作為潔凈、節(jié)能的新興技術(shù)， 磁分離將顯示巨大的價(jià)值。在石油化工行業(yè)，催化劑的節(jié)約就意味著成本的節(jié)約， 然而磁分離技術(shù)在FCC廢催化劑回收方面功勛顯著。關(guān)鍵詞：磁分離；原理；FCC催化劑回收；基質(zhì)期末論文外文摘要Magn etic separatio n tech no logy and applicati onAbstract: This paper summarized the mag netic separati on tec

3、h no logy in troduced the research history, present situation, separation principle, process flow and the applicati on in chemical field. Magn etic separati on tech no logy is a new separati on tech niq ue, this tech no logy has pen etrated into every field. Magn etic separati on tech no logy is a n

4、ew tech no logy that it based on differe nt magn etic sen sitivity in the soluti on,un der magn etic field to separate target product. With the appeara nee of strong magn etic field, the high gradie nt magn etic separatio n tech no logy. The applicati on of the tech no logy has from separati on stro

5、 ng magn etic large particles to the weak mag netic small particulate matter, from the origi nal mi neral separati on has bee n to in dustrial wastewater treatme nt, catalyst recovery, the separati on of an tige n and so on. As a clea n, efficie nt emerg ing tech no logy, magn etic separati on will

6、show great value. In petroleum chemical in dustry, the catalyst save means cost sav in gs, however magn etic separati on tech no logy in FCC catalyst recycli ng waste exploits are sig nifica nt.Keywords: The Magnetic separation； theory； The FCC catalysts recycling； matrix磁分離技術(shù)1 引言磁化技術(shù)是將物質(zhì)進(jìn)行磁場(chǎng)處理， 并導(dǎo)致

7、物質(zhì)的宏觀性質(zhì)發(fā)生某些變化， 從 而實(shí)現(xiàn)某種工程或工藝目的 【1】。液態(tài)物質(zhì)磁場(chǎng)處理技術(shù)的研究工作起始于 60 年 代，近半個(gè)世紀(jì)來(lái)獲得飛速發(fā)展， 給科技進(jìn)步和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展注入了新的活力。隨著強(qiáng)磁場(chǎng)、 高梯度磁分離技術(shù)的問(wèn)世， 磁分離技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)從分離強(qiáng)磁 性大顆粒到去除弱磁性及反磁性的細(xì)小顆粒、 從最初的礦物分選、 煤脫硫發(fā)展到 工業(yè)水處理、從磁性與非磁性元素的分離發(fā)展到抗磁性流體均相混合物組分的分 離。2 正文2.1 磁分離技術(shù)研究歷史采用超導(dǎo)磁體分離礦石、 煤、高嶺土等固體物質(zhì)中磁性雜質(zhì)在國(guó)內(nèi)外已得到 廣泛應(yīng)用， 但用于廢水分離凈化尚少涉及。 主要原因是對(duì)于廢水中的有機(jī)、 無(wú)機(jī) 污染

8、物， 由于這些污染物本身沒(méi)有磁性， 靠磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁吸引力無(wú)法分離。 日本 大阪大學(xué) Nshijima 研究組最早開始超導(dǎo)磁分離污水處理研究，并建立了示范裝 置，用于分離造紙廠污水，分離后污水 COD化學(xué)需氧值）可由起始的110mg/L, 降到25mg/L,去除率近80%。他們采用的是預(yù)先在污水中添加 Fe3O4,磁種子" 顆粒和聚氯化鋁絮凝劑，絮凝劑將污水中有害物質(zhì)和Fe3O4磁性顆粒一起絮凝，這樣通過(guò)超導(dǎo)磁體吸引分離。盡管分離效果很好，但由于還需加入有機(jī)絮凝劑， 沒(méi)有完全擺脫因有機(jī)絮凝劑的加入帶來(lái)的二次污染， 此外超導(dǎo)磁體冷卻采用的是 液氦浸泡冷卻，對(duì)于我國(guó)，氦資源貧乏，這將導(dǎo)致大

9、規(guī)模應(yīng)用推廣的限制。而李來(lái)鳳的研究卻克服了以上問(wèn)題，采用等離子有機(jī)覆膜技術(shù)在Fe3O4磁性 顆粒表面生長(zhǎng)帶活性基團(tuán)的有機(jī)薄膜， 這層納米厚度的薄膜可以有效地捕捉污水 中的有機(jī)物、無(wú)機(jī)離子，代替了有機(jī)絮凝劑的加入，而且由于有機(jī)膜與Fe3O4有很強(qiáng)的結(jié)合力，使得這種新型復(fù)合 "磁種子"材料可以重復(fù)使用，較單純的 Fe3O4磁種子材料有明顯優(yōu)勢(shì)【2】。因此開展新型、高效、低成本超導(dǎo)磁分離工業(yè) 廢水處理技術(shù)的研究對(duì)我國(guó)節(jié)能減排具有重要意義， 是未來(lái)極具潛在應(yīng)用價(jià)值的 技術(shù)。2.2 磁分離技術(shù)的現(xiàn)狀從 1993 年開始，洛陽(yáng)石化總廠、洛陽(yáng)石化工程公司煉制所和中南工業(yè)大學(xué) 合作致力于F

10、CC廢催化劑磁分離技術(shù)的開發(fā)，到1995年底，在洛陽(yáng)石化總廠建 成了我國(guó)第一套用于回收利用 FCC廢催化劑的電磁式高梯度磁分離裝置，由于國(guó) 內(nèi)無(wú)先例可供參考造成新建的磁分離裝置存在一些事先沒(méi)有預(yù)計(jì)到的技術(shù)難題， 在通過(guò)攻關(guān)解決了存在的技術(shù)難題并加強(qiáng)內(nèi)部溝通爭(zhēng)取各方面支持后，我們于 1999年13月份進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，取得了節(jié)約新鮮催化劑 20%以上的滿意 效果。隨后該裝置一直在的FCC廢催化劑回收利用方面發(fā)揮著積極而且重要的作 用。截止目前，共向催化裝置提供低磁高活性劑 1200余t，僅節(jié)約新鮮催化劑 的直接經(jīng)濟(jì)效益就達(dá)到 800多萬(wàn)元3。技術(shù)于 2001年 4 月獲得中國(guó)石化集團(tuán)公 司科技

11、進(jìn)步獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)，先后取得兩項(xiàng)國(guó)家專利，分別是： ZL98 1 10319.7 催化 裂化廢催化劑磁分離機(jī)與工藝流程及配套裝置和 ZL 98 2 21637.8 催化裂化廢催 化劑磁分離裝置。1998年石家莊煉油廠與中科院電工所合作進(jìn)行了永磁輥式 FCC廢催化劑磁 分離技術(shù)研究，但沒(méi)有達(dá)到最終成功。武漢新通創(chuàng)科技有限公司從 1997年開始 研制廢催化劑磁分離技術(shù)， 成功地開發(fā)出永磁型磁分離裝置， 于 2000年12月至 2001 年 3 月在濟(jì)南煉油廠完成了該技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用實(shí)驗(yàn) 4。2.3 磁分離技術(shù)分離原理2.3.1 催化裂化廢催化劑磁分離技術(shù)工作原理由于原油性質(zhì)的變重， 為了增加輕質(zhì)油品的產(chǎn)量

12、， 催化裂化工藝裝置的數(shù)量 和加工能力不斷增加。截止 1999 年底，我國(guó)煉油原油一次加工能力達(dá)到 276 Mt/a，當(dāng)年實(shí)際加工了 176 Mt，我國(guó)石油、石化兩大集團(tuán)的催化裂化加工能力 占原油一次加工能力的 34.5%3 。催化裂化生產(chǎn)過(guò)程中， 原料油在與催化劑混合反應(yīng)時(shí)， 原料油中所含的金屬 雜質(zhì)連同生焦物質(zhì)在高溫條件下沉積在催化劑粒子上。 在再生過(guò)程中， 催化劑粒 子上的焦碳被燒掉， 而金屬雜質(zhì)保留了下來(lái)， 隨著催化劑的不斷循環(huán)使用， 金屬 雜質(zhì)就在催化劑粒子上積累增加， 從而使催化劑的活性和選擇性下降， 因此為了 保持催化劑具有適當(dāng)?shù)幕钚院瓦x擇性， 生產(chǎn)過(guò)程中必須不斷向裝置補(bǔ)充新鮮催

13、化 劑并分離出一些已達(dá)平衡催化劑。 然而在分離出來(lái)的催化劑中含有部分未達(dá)平衡 的催化劑， 此部分催化劑仍然含有比較高的活性與選擇性， 如果將這些催化劑分 離出來(lái)并重復(fù)使用就可達(dá)到節(jié)約成本的目的 【5】。實(shí)驗(yàn)顯示： 催化裂化催化劑主要受到鐵、 鎳和釩等金屬雜質(zhì)污染， 而這些金 屬均具有一定的磁性因此那些使用壽命短的催化劑粒子， 由于鐵、鎳和釩雜質(zhì)含 量低，磁性就弱；而那些使用壽命長(zhǎng)的催化劑粒子， 由于鐵、鎳和釩雜質(zhì)含量高， 磁性就強(qiáng)。在一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)存在下，可以做到使后者吸著，而前者不被吸著， 從而實(shí)現(xiàn)兩者的分離，這就是磁分離技術(shù)的基本原理 【6】。2.3.2 高梯度磁分離工作原理 7高梯度磁分

14、離器由軛鐵、電磁線圈和裝填不銹鋼毛的分離容器組成。 通電時(shí)， 電磁線圈產(chǎn)生電磁場(chǎng)，流過(guò)分離器的廢水中的顆粒物在磁場(chǎng)中受到磁力的作用， 被基質(zhì)鋼毛捕獲。磁力愈強(qiáng)，捕獲顆粒物的可能性愈大。在理論上，顆粒物 所受的磁力（Fm）同磁場(chǎng)強(qiáng)度（H）、磁場(chǎng)梯度（dH/dx）和顆粒物的磁化率（x）和體積 （V）等呈正相關(guān)關(guān)系，因此，在磁場(chǎng)強(qiáng)度相同的情況下，高梯度磁分離器的分離 能力比常規(guī)磁分離器要高，梯度越高，分離能力越強(qiáng)。所謂磁場(chǎng)梯度是指單位距離內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化。在一定的磁場(chǎng)強(qiáng)度下，梯度 的高低同基質(zhì)的磁化強(qiáng)度、形狀、直徑、填裝率等有關(guān)。纖維狀不銹鋼毛基質(zhì)磁 化強(qiáng)度高，銳邊多，直徑小，填裝率低（46%），梯

15、度可高達(dá)1000高斯/微米， 是普通的小鐵球、齒板、鋼針等基質(zhì)所不能比擬的。所以，采用鋼毛基質(zhì)的高梯 度磁分離器可以分離一般磁分離器不能分離的磁化率低、體積小的弱磁性細(xì)顆粒 物。此外，鋼毛基質(zhì)還具有一定的物理和化學(xué)穩(wěn)定性，矯頑力小，捕集點(diǎn)多，過(guò) 水性能好，是目前公認(rèn)的最好基質(zhì)材料。團(tuán)和高卻區(qū)議分夷界處理工藝巨駛2.4磁分離技術(shù)工藝流程2.4.1電磁式磁分離工藝流程1-催化劑原料 2-原料罐 3-閥門 4-進(jìn)料控制器 5-空氣流量計(jì) 6-壓縮風(fēng) 源 7-磁分離機(jī) 8-冷水線 9-熱水線10-冷卻水源 11-整流電源 12-整流 電負(fù)極返回 13-直流電正極輸出 14-二次風(fēng)風(fēng)斗 15- 一次風(fēng)風(fēng)

16、斗 16-給料 器17-清洗風(fēng)風(fēng)斗 18-非磁性劑和風(fēng) 19-磁性劑和風(fēng) 20-非磁性劑罐 21-由圖19可以看出，裝置采用壓縮風(fēng)作為催化劑輸送用風(fēng)和其他工藝用風(fēng)。 從催化裂化裝置卸出的廢催化劑運(yùn)到磁分離裝置后，用提升機(jī)將其提升到原料罐加料口，經(jīng)過(guò)細(xì)篩過(guò)濾處理后進(jìn)入原料罐 2。廢催化劑經(jīng)過(guò)閥門3和進(jìn)料量調(diào)節(jié) 器4,被來(lái)自壓縮風(fēng)源6并經(jīng)空氣流量計(jì)5控制風(fēng)量后的壓縮風(fēng)送至磁分離機(jī)7的給料器，廢催化劑從給料器進(jìn)入到園環(huán)形鋼板網(wǎng)位于強(qiáng)磁場(chǎng) 區(qū)的部分，低活性的高磁性催化劑粒子便被吸著在鋼板網(wǎng)上，隨著鋼板網(wǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)到脫離高磁場(chǎng)區(qū)域被來(lái)自一次風(fēng)風(fēng)斗的壓縮風(fēng)吹離鋼板網(wǎng)進(jìn)入高磁性劑料斗21。而低磁高活性的催化劑粒子

17、不能被強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)的鋼板網(wǎng)吸著，直接被輸送風(fēng)吹過(guò)鋼 板網(wǎng)進(jìn)入低磁性劑料斗 20。為了控制粉塵污染，低磁性劑和高磁性劑料斗上均 裝有旋風(fēng)分離器22,從旋風(fēng)分離器出來(lái)的尾風(fēng)吹入水封除塵器洗去尾風(fēng)攜帶的 少量粉塵。分離廢催化劑的高強(qiáng)磁場(chǎng)由直流電源11經(jīng)過(guò)磁分離機(jī)內(nèi)部的激磁線圈提供。給裝置提供循環(huán)冷卻水用于不斷除去整流電源和激磁線圈所產(chǎn)生的熱量。低磁高活性劑從罐 20卸出送催化裝置繼續(xù)使用，而高磁低活性劑從罐21卸出并運(yùn)到指定填埋場(chǎng)10。2.4.2永磁式磁分離工藝流程11試驗(yàn)型磁分離機(jī)的主要性能。項(xiàng)目性能指標(biāo)最大磁場(chǎng)強(qiáng)度/GS12000最大磁場(chǎng)梯度/GS.cm-112000 X105動(dòng)力消耗/kW1.7處

18、理能力/t.d-123外型尺寸/mm（長(zhǎng)x寬x高）1140 X700 X1820總重量/t0.7該技術(shù)于2000年12月至2001年3月在濟(jì)南煉油廠進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)， 實(shí)驗(yàn)過(guò)程共使用了采用實(shí)驗(yàn)室小型永磁型式磁分離機(jī)分離出的低磁高活性劑 96t，取得了新鮮催化劑使用量下降、輕油收率增加、焦碳和干氣產(chǎn)率降低的預(yù) 期效果。預(yù)計(jì)在2002年底，武漢新通創(chuàng)科技有限公司的第一套處理能力為6t/d9t/d的工業(yè)化磁分離裝置將在濟(jì)南煉油廠安裝投用。原料（廢催化剤'入口+料倉(cāng)刮叡鬲?dú)肮托娲咧穭┫鋞平禰劑?調(diào)速電機(jī)磁輾（主動(dòng)槍）收集箱團(tuán)丁去感責(zé)聽分離岳來(lái)曲工蕓建理示直圖2.5磁分離技術(shù)在化工領(lǐng)域中的應(yīng)用

19、2.5.1乳濁液的分離在磁場(chǎng)作用下，分離兩相乳濁液用帶磁性的萃取劑 D-2EHPA和T BP從水性 介質(zhì)中提取Cu2+ ,試驗(yàn)結(jié)果顯示，由于磁場(chǎng)作用，這兩個(gè)系統(tǒng)的乳濁液分離比 重力場(chǎng)中的分離提高160倍。乳化原油經(jīng)磁化后脫水速度比未磁化原油脫水速 度一般可快一倍以上，脫水效率高出1/ 31/ 2。此外，用高梯度磁分離技術(shù) 還可用于反應(yīng)觸媒氧化鈷和鎳的分離回收 , 回收率均達(dá) 95% 以上。2.5.2 廢水處理 13日本大阪大學(xué)和京都工藝?yán)w維大學(xué)共同開發(fā)了廢紙?jiān)旒垙U水處理裝置。 該裝 置是利用超導(dǎo)磁鐵的高磁場(chǎng)、 高梯度、高效率來(lái)分離造紙廠廢水中含有的有機(jī)成 分和懸浮物質(zhì) , 進(jìn)行水再利用的裝置。

20、在空氣和水等介質(zhì)中將具有懸浮磁性的微粒子利用磁力分離技術(shù)進(jìn)行磁分 離。對(duì)廢水中的懸浮物質(zhì)（SS和溶解于水的物質(zhì)賦予磁性（擔(dān)磁），利用超導(dǎo) 磁鐵，去除（磁分離技術(shù)）廢水中的污染物，達(dá)到凈化廢水的目的。2.5.3 稀土元素的萃取分離 磁場(chǎng)處理可以影響組分在萃取相中的分配系數(shù) , 如利用三價(jià)稀土離子磁矩的差別 , 在用有機(jī)溶劑萃取稀土離子時(shí) , 借助外磁場(chǎng)可提高分離系數(shù) , 有利于 萃取分離的進(jìn)行。例如,在P350-HNO3體系中萃取稀土元素時(shí),若外加（0. 68 0. 72） T的磁場(chǎng)，除丫3+的分配比有所降低外，其余三價(jià)稀土離子的分配比都有 所提高,這樣就使丫3+與Tb、Dy、H0 Er等的分離

21、系數(shù)增大,有利于分離過(guò)程 的進(jìn)行。2.5.4 磁性制氧利用空氣中各種元素磁化率的差異 , 可實(shí)現(xiàn)磁性制氧。 眾所周知 , 氧是順磁 性物質(zhì) , 磁化率為正 , 而空氣中的氮、氫、氬及氦等屬抗磁性元素 , 磁化率為負(fù)。 當(dāng)具有不同磁化率的氣體通過(guò)高梯度磁場(chǎng)時(shí) , 順磁性氧被磁化 , 繼而被吸附到 磁場(chǎng)附近 , 而其它抗磁性的未被磁化就已隨氣流離開磁場(chǎng)。 通過(guò)一定方式將束縛 于磁場(chǎng)附近的氧取出。 利用幾組制氧單元的串、并聯(lián)組合,加以程序控制系統(tǒng) , 就 可以連續(xù)獲得一定產(chǎn)量的富氧氣。3 總結(jié)盡管磁分離技術(shù)優(yōu)點(diǎn)顯著， 但是仍然存在一些不好的方面， 比如磁分離技術(shù) 處理廢水存在如下的技術(shù)難度和局限性：

22、 介質(zhì)的剩磁使得磁分離設(shè)備在系統(tǒng)反 沖洗時(shí)，難以把被聚磁介質(zhì)所吸附的磁性顆粒沖洗干凈， 因而影響著下一周期的 工作效率。 為了提高磁場(chǎng)梯度， 必須選擇高磁飽和度的聚磁介質(zhì)， 對(duì)聚磁介質(zhì) 的選擇具有一定的技術(shù)困難，且增加運(yùn)行的費(fèi)用。盡管磁分離技術(shù)是一種簡(jiǎn)易可行且處理效率高的水處理技術(shù)， 由于上述技術(shù) 難度和局限性有待繼續(xù)研究克服。因此，在實(shí)際應(yīng)用中影響著它的廣泛應(yīng)用。參考文獻(xiàn)1】王軍，陳衛(wèi)東 . 磁化技術(shù)在化工領(lǐng)域中的應(yīng)用 J. 天津大學(xué) 2000年2】李來(lái)鳳 . 超導(dǎo)磁分離技術(shù)用于工業(yè)污水凈化處理 J. 科技導(dǎo)報(bào).2009(6) : 61 67.【3】洛陽(yáng)石化總廠內(nèi)部技術(shù)資料.,FCC廢催化劑磁分離回收技術(shù)開發(fā)，19994】范雨潤(rùn)，樊福生 . 中石化中石油催化裂化協(xié)作組第八屆年會(huì)論文 . 催化裂化 催化劑磁分離技術(shù)工業(yè)應(yīng)用研究， 20015】 Tiflin E.johnson et al.1988 NPRA ann