中空纖維蒸汽滲透膜制取無(wú)水乙醇項(xiàng)目

1、中空纖維蒸汽滲透膜制取無(wú)水乙醇項(xiàng)目一、 前 言項(xiàng)目名稱(chēng)：中空纖維蒸汽滲透膜技術(shù)用于制取無(wú)水乙醇項(xiàng)目簡(jiǎn)介：濮陽(yáng)穎太農(nóng)化公司無(wú)水乙醇制取工藝能耗高以及操作復(fù)雜，此次改造采用鄭州德信泰膜技術(shù) 的專(zhuān)利技術(shù)中空纖維蒸汽滲透膜技術(shù)，精餾段工藝進(jìn)行改造，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。在此次改造中，用蒸汽滲透技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的乙二醇加鹽萃取精餾技術(shù)，將乙醇含水約95%wt進(jìn)行處理，得到成品含水量低于0.5%wt的無(wú)水乙醇。公司介紹：鄭州德信泰膜技術(shù) 是中國(guó)領(lǐng)先的中空纖維蒸汽滲透膜有機(jī)溶劑除水設(shè)備供應(yīng)商。公司的前身是加拿大Intech Energy Inc. Intech Energy Inc 公司的產(chǎn)品是中空纖維蒸汽滲

2、透膜，由于目標(biāo)市場(chǎng)是中國(guó)以及中國(guó)較低的生產(chǎn)成本原因，將生產(chǎn)基地轉(zhuǎn)移至中國(guó)，于2010年3月成立了鄭州德信泰膜技術(shù) 。 公司擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的的中空纖維蒸汽滲透膜制備技術(shù)。是一家專(zhuān)業(yè)從事中空纖維膜分離技術(shù)，集研發(fā)、生產(chǎn)、設(shè)備集成及售后服務(wù)為一體的高科技公司。公司生產(chǎn)的中空纖維蒸汽滲透膜有機(jī)溶劑除水設(shè)備，可以用來(lái)分離提純常見(jiàn)與水共沸的有機(jī)溶劑?？梢詫⑺啃∮?0%的有機(jī)溶劑的水含量降低到小于0.5%。運(yùn)行成本低，低能耗，一般比共沸蒸餾法節(jié)能1/22/3，產(chǎn)品質(zhì)量好，過(guò)程中不引入雜質(zhì)組分，產(chǎn)品不會(huì)受到污染。該產(chǎn)品主要用于醇類(lèi)、酯類(lèi)、醚類(lèi)、酮類(lèi)、芳香族化合物、羧酸類(lèi)等各種有機(jī)溶劑的脫水工程。適用領(lǐng)域

3、為石油化工、能源、醫(yī)藥化工、生物化工、精細(xì)化工等。蒸汽滲透膜屬于滲透汽化膜。滲透汽化膜分離原理分離原理簡(jiǎn)介滲透汽化膜技術(shù)是一種以有機(jī)溶劑中組分蒸汽分壓差為推動(dòng)力，依靠各組分在膜中的溶解與擴(kuò)散速率不同的性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)混合物分離的技術(shù)過(guò)程。均相流體混合體系中各組分在物理化學(xué)性質(zhì)上是存在差異的，各組份在膜中的熱力學(xué)性質(zhì)（溶解度）、動(dòng)力學(xué)性質(zhì)（擴(kuò)散速度）存在著差異，導(dǎo)致滲透汽化膜對(duì)不同組分具有選擇透過(guò)性，使得各組分得以分離。含水的料液被加熱到一定溫度后汽化進(jìn)入中空纖維滲透汽化膜組件，膜對(duì)料液中的水分子有選擇透過(guò)性，水分子溶解吸附于膜表面，由于真空的作用，在膜的另一側(cè)中水的蒸汽分壓小于其飽和蒸汽壓，依靠這種

4、在膜兩側(cè)形成的水蒸汽分壓的不同，使水分子得以不斷地滲透通過(guò)膜，并在膜的另一側(cè)汽化，被真空帶到冷凝系統(tǒng)，經(jīng)冷凝得到液體滲透物。膜組件出口得到無(wú)水級(jí)的產(chǎn)品。技術(shù)特點(diǎn)滲透汽化膜技術(shù)用于從含水的有機(jī)溶劑中將水分離，其突出的優(yōu)點(diǎn)是能夠以低的能耗實(shí)現(xiàn)蒸餾、萃取、吸附等傳統(tǒng)的方法難于完成的分離任務(wù)，在石油化工、精細(xì)化工、醫(yī)藥化工、日用化工、食品、環(huán)保等工業(yè)領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)概括如下：（1）節(jié)能當(dāng)有機(jī)溶劑和水的混合物達(dá)到共沸平衡時(shí)，若需將其中少量的水除去，傳統(tǒng)的方法是采用加鹽萃取蒸餾、加壓蒸餾或分子篩吸附等技術(shù)。滲透汽化膜技術(shù)的核心是借助滲透汽化膜的選擇透過(guò)性使有機(jī)溶劑中少量的水蒸氣透過(guò)膜，

5、然后在膜的另一側(cè)汽化，用真空帶到冷凝裝置冷凝。只要提供的低壓蒸汽或其他系統(tǒng)的回汽就可以維持滲透汽化膜裝置的正常運(yùn)行，較之其他技術(shù)至少需要的蒸汽才能正常運(yùn)行，其優(yōu)勢(shì)更為明顯。（2）提高產(chǎn)品質(zhì)量在藥品和精細(xì)化工產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中要廣泛應(yīng)用到無(wú)水級(jí)的有機(jī)溶劑，從資源合理利用、環(huán)保、生產(chǎn)成本等各角度考慮，必須使溶劑實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用，因此將使用后含有少量和微量水的有機(jī)溶劑制備成無(wú)水級(jí)的有機(jī)溶劑是至關(guān)重要的。以用95的乙醇制備的無(wú)水乙醇為例，如果采用加鹽萃取蒸餾技術(shù)，無(wú)論使用哪種萃取劑（苯、環(huán)己烷、乙二醇等），得到的無(wú)水乙醇中，都會(huì)有萃取劑殘留，當(dāng)這種途經(jīng)來(lái)源的無(wú)水乙醇再用于藥品生產(chǎn)中，就可能對(duì)藥品造成污染。藥品

6、是一種特殊的商品，在一定程度上講，其安全性比有效性更加重要。采用滲透汽化膜技術(shù)分離有機(jī)溶劑中的水的過(guò)程中不引入第三組分，可以確保得到的無(wú)水級(jí)有機(jī)溶劑的質(zhì)量，同時(shí)也確保了藥品的質(zhì)量，這是滲透汽化技術(shù)的一大優(yōu)勢(shì)。（3）環(huán)保如前面工藝流程所描述，采用滲透汽化膜技術(shù)進(jìn)行有機(jī)溶劑脫水，所得到的滲透液的量是很少的，其中會(huì)帶有很少量的有機(jī)溶劑，只需對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單蒸餾處理使其達(dá)到共沸平衡，重新進(jìn)入滲透汽化膜技術(shù)的主工藝路線，整個(gè)流程中僅產(chǎn)生很少量的蒸餾殘液（或殘?jiān)?。相比之下，加鹽萃取蒸餾技術(shù)在萃取劑的回收過(guò)程中將會(huì)產(chǎn)生大量的含有鹽的萃取劑殘?jiān)?，難以降解處理；如采用分子篩技術(shù)，就會(huì)存在著再生時(shí)的環(huán)境污染和淘汰使

7、用到壽命期的分子篩的問(wèn)題，這在環(huán)保上是非常棘手的。（4）物耗低，資源利用率高，占地面積少，操作方便由于采用滲透汽化膜技術(shù)更容易實(shí)現(xiàn)有機(jī)溶劑的低含水量，有益于產(chǎn)品收率的提高，相應(yīng)降低了物耗，提高了資源利用率；而且滲透汽化膜技術(shù)的生產(chǎn)流程簡(jiǎn)單，裝置結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積少，操作方便。（5）運(yùn)行成本低工程案例顯示，以現(xiàn)能源價(jià)格，用95的乙醇為原料制備的無(wú)水乙醇，采用滲透汽化膜技術(shù)的運(yùn)行成本（含換膜費(fèi)用）大約較加鹽萃取蒸餾法低400元噸。綜上，在能源價(jià)格一路走高、環(huán)保壓力日益嚴(yán)峻、產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)成為企業(yè)生命線的市場(chǎng)大趨勢(shì)下，采用滲透汽化膜技術(shù)不僅符合國(guó)家降耗減排產(chǎn)業(yè)政策的要求，而且能使產(chǎn)品質(zhì)量得到切實(shí)的保障

8、，并有效地降低運(yùn)行成本。二、 產(chǎn)品介紹鄭州德信泰膜技術(shù) 的中空纖維膜的專(zhuān)利產(chǎn)品(CN101992033A),除了廣泛用于有機(jī)溶劑除水,還可用于天然氣除水,制備純氧氣,氮?dú)庖约肮I(yè)氫氣回收等。圖1 德信泰中空纖維膜選擇性圖1是鄭州德信泰膜技術(shù) 的中空纖維膜對(duì)常見(jiàn)氣體的選擇性,水蒸汽最容易快速通過(guò),而有機(jī)溶劑很難通過(guò),這是我們產(chǎn)品工作的基本原理。中空纖維膜中空纖維滲透汽化膜材質(zhì)為聚酰亞胺,具有耐高溫、耐化學(xué)腐蝕，機(jī)械強(qiáng)度大、通量大、分離系數(shù)高的優(yōu)點(diǎn)。中空纖維滲透汽化膜的外徑為-2mm,壁厚為。水的滲透通量大于1000g/m2.h。圖2是中空纖維膜的示意圖以及電鏡圖片,內(nèi)壁的致密層對(duì)待分離的有機(jī)溶劑

9、中的水有選擇性的通過(guò),外壁的疏松層起著支撐作用。 圖2 中空纖維 圖3是中空纖維分離原理圖,綠色的代表水分子,紅色的代表乙醇分子。水分子在中空纖維內(nèi)由于中空纖維膜的內(nèi)外壁存在壓力差,水分透過(guò)中空纖維,而乙醇不會(huì)透過(guò)中空纖維,從中空纖維的另外一側(cè)出來(lái)成為無(wú)水乙醇。 圖3 中空纖維分離原理中空纖維膜組件中空纖維滲透汽化膜組件材質(zhì)為不銹鋼。中空纖維滲透汽化膜組件裝填面積為25-100m2,膜長(zhǎng)度為1m。中空纖維膜組件是將中空纖維裝入不銹鋼殼體內(nèi),兩端用環(huán)氧樹(shù)脂密封得到中空纖維膜組件。圖4是膜組件工作原理,淡紫色的箭頭代表含水乙醇,藍(lán)色的代表水,橙色的代表的無(wú)水乙醇。 圖4 中空纖維膜組件中空纖維膜組

10、件 當(dāng)除水設(shè)備需要多個(gè)膜組件時(shí),其連接方式見(jiàn)圖5. 圖5 中空纖維膜組件組產(chǎn)品的用途鄭州德信泰膜技術(shù) 生產(chǎn)的中空纖維滲透汽化膜有機(jī)溶劑除水設(shè)備，可以用于以下有機(jī)溶劑脫水：溶劑最適宜處理料液水含量(wt %)處理后料液水含量(<wt %)無(wú)水乙醇燃料乙醇35異丙醇0.1正丙醇叔丁醇正丁醇正戊醇異戊醇醋酸20酮類(lèi)：丙酮、丁酮等酯類(lèi)：乙酸乙酯等醚類(lèi)：甲基叔丁基醚、乙基叔丁基醚、雙異丙基醚等芳香族化合物：苯、甲苯、乙基苯、二甲苯等三、 工藝技術(shù) 采用我公司專(zhuān)利技術(shù)生產(chǎn)中空纖維滲透汽化膜組件，在改造過(guò)程中新增了高效分離設(shè)備中空纖維滲透汽化膜組件，提高了產(chǎn)品的收率；通過(guò)采用換熱器、真空泵等設(shè)備，達(dá)到

11、了降低能源消耗，減少“三廢”排放的目的。此項(xiàng)目是用高效節(jié)能的中空纖維滲透汽化膜裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)的精餾塔，并采取一系列工程優(yōu)化措施實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。具體節(jié)能減排的措施如下：核心部分采用中空纖維滲透汽化膜技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能和減排的雙重目的。a、滲透汽化膜分離過(guò)程中只需將料液升溫到95左右即可滿足脫水要求，因此對(duì)能源的品質(zhì)要求不高；b、只有少量滲透液通過(guò)汽化從體系中脫出，因此能耗很低；c、不添加任何組分，產(chǎn)品不會(huì)受到污染； d、廢棄的中空纖維滲透汽化膜由生產(chǎn)廠家統(tǒng)一回收處理，不會(huì)造成環(huán)境污染。 主要工藝過(guò)程： 含水5%wt的乙醇混合蒸氣從粗餾塔中出來(lái)后，經(jīng)過(guò)換熱器過(guò)熱10后，進(jìn)入中空纖維膜組件，中空纖維

12、膜組件內(nèi)乙醇蒸汽脫水進(jìn)入冷水凝器，冷凝得成品（水含量小于0.5%wt）。中空纖維膜組件外水經(jīng)真空蒸發(fā)冷凝成水溶液，由真空泵抽系統(tǒng)中未能冷凝的氣體，保證系統(tǒng)的真空度。工藝簡(jiǎn)要說(shuō)明（詳見(jiàn)工藝流程圖）提供一臺(tái)10000噸的年處理能力的除水設(shè)備，初步設(shè)計(jì)用15個(gè)膜組件并聯(lián),將5%wt的水降到0.5%wt以下, 除過(guò)水之后的乙醇儲(chǔ)存在產(chǎn)品暫存罐內(nèi)。工藝流程： 20KPa的乙醇與水的混合蒸汽從粗餾塔經(jīng)換熱器過(guò)熱到95后進(jìn)入入中空纖維膜組件，進(jìn)入膜組件前有流量計(jì)和自控閥門(mén)，保證粗餾塔的回流量。水蒸汽在中空纖維膜壁兩側(cè)的壓力差存在的條件下可以透過(guò)中空纖維，冷凝成為水進(jìn)入滲透液暫存槽，暫存槽頂氣相空間出氣口管道

13、連接真空泵，進(jìn)口管將真空系統(tǒng)的不可凝和未凝的氣體提抽，保持系統(tǒng)的真空度。真空度保持在-98KPa左右。原料蒸汽經(jīng)過(guò)中空纖維膜組件處理后，得到含水量小于0.5%wt的常壓產(chǎn)品蒸汽，通過(guò)循環(huán)水冷凝器冷凝，進(jìn)入產(chǎn)品暫存罐。工藝流程圖四、生產(chǎn)裝置處理能力：年處理無(wú)水乙醇10000噸。生產(chǎn)工時(shí)：7200小時(shí)原料：乙醇水含量95%wt產(chǎn)品規(guī)格：水含量不大于0.5%wt；占地規(guī)模：100平關(guān)鍵設(shè)備：中空纖維滲透汽化膜組件重要設(shè)備：無(wú)油往復(fù)羅茨串聯(lián)真空機(jī)組：極限真空度 133Pa，抽氣量200升/秒，真空度較高，無(wú)二次污染。 蒸汽過(guò)熱器：固定管板式換熱器，325×2000，換熱面積2。產(chǎn)品冷凝器：固

14、定管板式換熱器，450×3000，換熱面積2。產(chǎn)品過(guò)冷器：固定管板式換熱器，273×3000，換熱面積2。滲透液冷凝器：固定管板式換熱器，450×3000，換熱面積2。五、  水電用量            循環(huán)水：進(jìn)水溫度32，出水溫度35。用量：90 m3/ hr。冷凍水：進(jìn)水溫度-10，出水溫度-5，制冷功率52kw，冷凍水用量15 m3/ hr。 電：電總裝機(jī)總量（15+5.5+7.5）KW。六、經(jīng)濟(jì)分析在乙醇精餾過(guò)程中，除了能源消耗，還包括裝置折舊、萃取劑和鹽消耗、膜的更換等費(fèi)用。我們對(duì)比了東北制藥總廠乙二醇加鹽萃取精餾工藝和現(xiàn)有的中空纖維膜制取無(wú)水乙醇的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用，詳見(jiàn)下表。乙醇從95%處理到到99.5%項(xiàng)目單價(jià)乙二醇加鹽萃取中空纖維膜成本單耗 單項(xiàng)成本單耗 單項(xiàng)成本乙二醇（噸/噸）8000元/噸128鹽（噸/噸）11000元/噸22電 （千瓦時(shí)/噸）16循環(huán)水（立方米/噸）30冷媒（立方米/噸）2