磁分離技術(shù)與應(yīng)用

1、分離工程期末論文磁分離技術(shù)與應(yīng)用Magnetic separation technology andapplication學(xué)院 ：化學(xué)工程學(xué)院專業(yè)班級：化學(xué)工程與工藝化工 081學(xué)生姓名：樊 波學(xué)號： 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)是一項新興的分離技術(shù)， 該技術(shù)已經(jīng)滲透到各個領(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， 在外加磁場磁力作用下分離出目標(biāo)產(chǎn)物的新技術(shù)。隨著強磁場、 高梯度磁場分離技術(shù)的問世， 該技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)從分

2、離強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Magnetic separation technology and applicationAbstract: This paper summarized the magnetic separation technology introduced the research hi

3、story, present situation, separation principle, process flow and the application in chemical field. Magnetic separation technology is a new separation technique, this technology has penetrated into every field. Magnetic separation technology is a new technology that it based on different magnetic se

4、nsitivity in the solution,under magnetic field to separate target product. With the appearance of strong magnetic field, the high gradient magnetic separation technology. The application of the technology has from separation strong magnetic large particles to the weak magnetic small particulate matt

5、er, from the original mineral separation has been to industrial wastewater treatment, catalyst recovery, the separation of antigen and so on. As a clean, efficient emerging technology, magnetic separation will show great value. In petroleum chemical industry, the catalyst save means cost savings, ho

6、wever magnetic separation technology in FCC catalyst recycling waste exploits are significant.Keywords: The Magnetic separation；theory； The FCC catalysts recycling；matrix磁分離技術(shù)引言磁化技術(shù)是將物質(zhì)進行磁場處理， 并導(dǎo)致物質(zhì)的宏觀性質(zhì)發(fā)生某些變化， 從而實現(xiàn)某種工程或工藝目的 【 1】。液態(tài)物質(zhì)磁場處理技術(shù)的研究工作起始于 60 年代，近半個世紀(jì)來獲得飛速發(fā)展， 給科技進步和社會經(jīng)濟的發(fā)展注入了新的活力。隨著強磁場、高梯度磁

7、分離技術(shù)的問世， 磁分離技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)從分離強磁性大顆粒到去除弱磁性及反磁性的細小顆粒、 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。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。 主要原因是對于廢水中的有機、 無機污染物，由于這些污染物本身沒有磁性， 靠磁場產(chǎn)生的磁吸引力無法分離。 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 110m

8、g/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絮凝劑，沒有完全擺脫因有機絮凝劑的加入帶來的二次污染， 此外超導(dǎo)磁體冷卻采用的是液氦浸泡冷卻，對于我國，氦資源貧乏，這將導(dǎo)致大規(guī)模應(yīng)用推廣的限制。而李來鳳的研究卻克服了以上問題， 采用等離子有機覆膜技術(shù)在 Fe3O4磁性顆粒表面生長帶活性基團的有機薄膜， 這層納米厚度的薄膜可以有效地捕捉污水中的有機物、無機離子，代替了有機絮凝劑的加入，而且由于有機膜與 Fe3O4 有

9、很強的結(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【 2】Fe3O4磁種子材料有明顯優(yōu)勢 。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)的研究對我國節(jié)能減排具有重要意義， 是未來極具潛在應(yīng)用價值的技術(shù)。2.2磁分離技術(shù)的現(xiàn)狀從 1993 年開始，洛陽石化總廠、洛陽石化工程公司煉制所和中南工業(yè)大學(xué)合作致力于 FCC廢催化劑磁分離技術(shù)的開發(fā)，到 1995 年底，在洛陽石化總廠建成了我國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， 由于國內(nèi)無先例可供參考造成新建的磁分離裝置存在一些事先沒有預(yù)計到的技術(shù)難題，在通過攻關(guān)解決了存在的技術(shù)難題并加強內(nèi)部溝通爭取各方面

10、支持后，我們于1999 年 13 月份進行了工業(yè)應(yīng)用實驗，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)濟效益就達到 800 多萬元 3 。技術(shù)于 2001 年 4月獲得中國石化集團公司科技進步獎三等獎，先后取得兩項國家專利，分別是：ZL98 1 10319.7 催化裂化廢催化劑磁分離機與工藝流程及配套裝置和ZL98221637.8 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行了永磁輥式FCC廢催化劑磁分離技術(shù)研究，

11、但沒有達到最終成功。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 月在濟南煉油廠完成了該技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用實驗 4 。2.3磁分離技術(shù)分離原理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， 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，我國煉油原油一次加工能力達到 276 Mt/a ，當(dāng)年實際加工了 176 Mt ，我國石油、石化兩大集團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)過程中， 原料油在與催化劑混合反應(yīng)時， 原料油

12、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， 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)過程中必須不斷向裝置補充新鮮催化劑并分離出一些已達平衡催化劑。 然而在分離出來的催化劑中含有部分未達平衡的催化劑，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并重復(fù)使用就可達到節(jié)約成本的目的 【 5】。實驗顯示：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

13、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；而那些使用壽命長的催化劑粒子， 由于鐵、鎳和釩雜質(zhì)含量高，磁性就強。在一定強度的磁場存在下，可以做到使后者吸著，而前者不被吸著，【6】從而實現(xiàn)兩者的分離，這就是磁分離技術(shù)的基本原理。高梯度磁分離器由軛鐵、 電磁線圈和裝填不銹鋼毛的分離容器組成。 通電時，電磁線圈產(chǎn)生電磁場，流過分離器的廢水中的顆粒物在磁場中受到磁力的作用，被基質(zhì)鋼毛捕獲。磁力愈強，捕獲顆粒物的可能性愈大。在理論上，顆粒物所受的磁力 (Fm)同磁場強度 (H) 、磁場梯度 (dH/dx) 和顆粒物的磁化率 (x) 和體積等呈正相關(guān)關(guān)系，因此，在磁場強度相同的情況下，高梯

14、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。所謂磁場梯度是指單位距離內(nèi)磁場強度的變化。 在一定的磁場強度下， 梯度的高低同基質(zhì)的磁化強度、形狀、直徑、填裝率等有關(guān)。纖維狀不銹鋼毛基質(zhì)磁化強度高，銳邊多，直徑小，填裝率低 (4 6 ) ，梯度可高達 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，捕集點多，過水性能好，是目前公認(rèn)的最好基質(zhì)材料。2.4磁分離技術(shù)工藝流程電磁式磁分離工藝流程81- 催化劑原料2

15、- 原料罐3- 閥門4- 進料控制器5- 空氣流量計6- 壓縮風(fēng)源7- 磁分離機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)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 21-9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)。由圖 1從催化裂化裝置卸出的廢催化劑運到磁分離裝置后， 用提升機將其提升到原料罐加料口，經(jīng)過細篩過濾處理后進入原料罐 2。廢催化劑經(jīng)過閥門 3 和進料量調(diào)節(jié)器 4，被來自壓縮風(fēng)源 6 并經(jīng)空氣流量計 5 控制風(fēng)量后的壓縮風(fēng)送至磁

16、分離機 7 的給料器，廢催化劑從給料器進入到園環(huán)形鋼板網(wǎng)位于強磁場區(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)動到脫離高磁場區(qū)域被來自一次風(fēng)風(fēng)斗的壓縮風(fēng)吹離鋼板網(wǎng)進入高磁性劑料斗21。而低磁高活性的催化劑粒子不能被強磁場區(qū)的鋼板網(wǎng)吸著，直接被輸送風(fēng)吹過鋼板網(wǎng)進入低磁性劑料斗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磁場由直流電源11 經(jīng)過磁分離機內(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

17、續(xù)使用，而高磁低活性劑從罐21卸出并運到指定填埋場10 。永磁式磁分離工藝流程 11試驗型磁分離機的主要性能。項目性能指標(biāo)最大磁場強度 /GS12000最大磁場梯度 /GS.cm-112000 105動力消耗 /kW1.7處理能力 /t.d-12 3外型尺寸 /mm(長寬高)1140 700 1820總重量 /t0.7該技術(shù)于 2000 年 12 月至 2001 年 3 月在濟南煉油廠進行了工業(yè)應(yīng)用實驗，實驗過程共使用了采用實驗室小型永磁型式磁分離機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)計在 2002 年底，武漢新通創(chuàng)科技有限

18、公司的第一套處理能力為9t/d 的工業(yè)化磁分離裝置將在濟南煉油廠安裝投用。6t/d2.5 磁分離技術(shù)在化工領(lǐng)域中的應(yīng)用【12】2.5.1 乳濁液的分離在磁場作用下 ,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+ ,試驗結(jié)果顯示 , 由于磁場作用 , 這兩個系統(tǒng)的乳濁液分離比重力場中的分離提高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/ 3 1/ 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 95% 以上。13廢水處理日本大阪大學(xué)和京都工藝?yán)w維大學(xué)共同開發(fā)了廢紙造紙廢

19、水處理裝置。 該裝置是利用超導(dǎo)磁鐵的高磁場、 高梯度、高效率來分離造紙廠廢水中含有的有機成分和懸浮物質(zhì) , 進行水再利用的裝置。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)進行磁分離。對廢水中的懸浮物質(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，達到凈化廢水的目的。稀土元素的萃取分離 14磁場處理可以影響組分在萃取相中的分配系數(shù) , 如利用三價稀土離子磁矩的差別 , 在用有機溶劑萃取稀土離子時 , 借助外磁場可提高分離系數(shù) , 有利于萃取分離的進行。例如 , 在 P350-HNO3體系中萃取稀土元素時 , 若外加 ( 0. 6872

20、) T 的磁場 , 除Y3+ 的分配比有所降低外 , 其余三價稀土離子的分配比都有所提高 , 這樣就使 Y3+ 與 Tb、Dy 、 H0、Er 等的分離系數(shù)增大 , 有利于分離過程的進行。磁性制氧利用空氣中各種元素磁化率的差異 , 可實現(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高梯度磁場時 , 順磁性氧被磁化 , 繼而被吸附到磁場附近 , 而其它抗磁性的未被磁化就已隨氣流離開磁場。 通過一定方式將束縛于磁場附近的氧取出。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

21、一定產(chǎn)量的富氧氣?？偨Y(jié)盡管磁分離技術(shù)優(yōu)點顯著， 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： 介質(zhì)的剩磁使得磁分離設(shè)備在系統(tǒng)反沖洗時，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。 為了提高磁場梯度， 必須選擇高磁飽和度的聚磁介質(zhì)， 對聚磁介質(zhì)的選擇具有一定的技術(shù)困難，且增加運行的費用。盡管磁分離技術(shù)是一種簡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，在實際應(yīng)用中影響著它的廣泛應(yīng)用。參考文獻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.2009(6) ：6167.3】洛陽石化總廠內(nèi)部技術(shù)資料 . ，F(xiàn)CC廢催化劑磁分離回收技術(shù)開發(fā)， 19994】范雨潤，樊福生 . 中石化中石油催化裂化協(xié)作組第八屆年會論文 . 催化裂