中空纖維蒸汽滲透膜制取無水乙醇項目

1、中空纖維蒸汽滲透膜制取無水乙醇項目一、 前 言項目名稱：中空纖維蒸汽滲透膜技術(shù)用于制取無水乙醇項目簡介：濮陽穎太農(nóng)化公司無水乙醇制取工藝能耗高以及操作復雜，此次改造采用鄭州德信泰膜技術(shù) 的專利技術(shù)中空纖維蒸汽滲透膜技術(shù)，精餾段工藝進行改造，從而達到節(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進行處理，得到成品含水量低于0.5%wt的無水乙醇。公司介紹：鄭州德信泰膜技術(shù) 是中國領(lǐng)先的中空纖維蒸汽滲透膜有機溶劑除水設(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，由于目標市場是中國以及中國較低的生產(chǎn)成本原因，將生產(chǎn)基地轉(zhuǎn)移至中國，于2010年3月成立了鄭州德信泰膜技術(shù) 。 公司擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的的中空纖維蒸汽滲透膜制備技術(shù)。是一家專業(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溶劑除水設(shè)備，可以用來分離提純常見與水共沸的有機溶劑?？梢詫⑺啃∮?0%的有機溶劑的水含量降低到小于0.5%。運行成本低，低能耗，一般比共沸蒸餾法節(jié)能1/22/3，產(chǎn)品質(zhì)量好，過程中不引入雜質(zhì)組分，產(chǎn)品不會受到污染。該產(chǎn)品主要用于醇類、酯類、醚類、酮類、芳香族化合物、羧酸類等各種有機溶劑的脫水工程。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介滲透汽化膜技術(shù)是一種以有機溶劑中組分蒸汽分壓差為推動力，依靠各組分在膜中的溶解與擴散速率不同的性質(zhì)來實現(xiàn)混合物分離的技術(shù)過程。均相流體混合體系中各組分在物理化學性質(zhì)上是存在差異的，各組份在膜中的熱力學性質(zhì)（溶解度）、動力學性質(zhì)（擴散速度）存在著差異，導致滲透汽化膜對不同組分具有選擇透過性，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入中空纖維滲透汽化膜組件，膜對料液中的水分子有選擇透過性，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。膜組件出口得到無水級的產(chǎn)品。技術(shù)特點滲透汽化膜技術(shù)用于從含水的有機溶劑中將水分離，其突出的優(yōu)點是能夠以低的能耗實現(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)勢概括如下：（1）節(jié)能當有機溶劑和水的混合物達到共沸平衡時，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性使有機溶劑中少量的水蒸氣透過膜，

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行，較之其他技術(shù)至少需要的蒸汽才能正常運行，其優(yōu)勢更為明顯。（2）提高產(chǎn)品質(zhì)量在藥品和精細化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程中要廣泛應(yīng)用到無水級的有機溶劑，從資源合理利用、環(huán)保、生產(chǎn)成本等各角度考慮，必須使溶劑實現(xiàn)循環(huán)使用，因此將使用后含有少量和微量水的有機溶劑制備成無水級的有機溶劑是至關(guān)重要的。以用95的乙醇制備的無水乙醇為例，如果采用加鹽萃取蒸餾技術(shù)，無論使用哪種萃取劑（苯、環(huán)己烷、乙二醇等），得到的無水乙醇中，都會有萃取劑殘留，當這種途經(jīng)來源的無水乙醇再用于藥品生產(chǎn)中，就可能對藥品造成污染。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)分離有機溶劑中的水的過程中不引入第三組分，可以確保得到的無水級有機溶劑的質(zhì)量，同時也確保了藥品的質(zhì)量，這是滲透汽化技術(shù)的一大優(yōu)勢。（3）環(huán)保如前面工藝流程所描述，采用滲透汽化膜技術(shù)進行有機溶劑脫水，所得到的滲透液的量是很少的，其中會帶有很少量的有機溶劑，只需對其進行簡單蒸餾處理使其達到共沸平衡，重新進入滲透汽化膜技術(shù)的主工藝路線，整個流程中僅產(chǎn)生很少量的蒸餾殘液（或殘渣）。相比之下，加鹽萃取蒸餾技術(shù)在萃取劑的回收過程中將會產(chǎn)生大量的含有鹽的萃取劑殘渣，難以降解處理；如采用分子篩技術(shù)，就會存在著再生時的環(huán)境污染和淘汰使

7、用到壽命期的分子篩的問題，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)更容易實現(xiàn)有機溶劑的低含水量，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)流程簡單，裝置結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積少，操作方便。（5）運行成本低工程案例顯示，以現(xiàn)能源價格，用95的乙醇為原料制備的無水乙醇，采用滲透汽化膜技術(shù)的運行成本（含換膜費用）大約較加鹽萃取蒸餾法低400元噸。綜上，在能源價格一路走高、環(huán)保壓力日益嚴峻、產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)成為企業(yè)生命線的市場大趨勢下，采用滲透汽化膜技術(shù)不僅符合國家降耗減排產(chǎn)業(yè)政策的要求，而且能使產(chǎn)品質(zhì)量得到切實的保障

8、，并有效地降低運行成本。二、 產(chǎn)品介紹鄭州德信泰膜技術(shù) 的中空纖維膜的專利產(chǎn)品(CN101992033A),除了廣泛用于有機溶劑除水,還可用于天然氣除水,制備純氧氣,氮氣以及工業(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) 的中空纖維膜對常見氣體的選擇性,水蒸汽最容易快速通過,而有機溶劑很難通過,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、耐化學腐蝕，機械強度大、通量大、分離系數(shù)高的優(yōu)點。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)壁的致密層對待分離的有機溶劑

9、中的水有選擇性的通過,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,水分透過中空纖維,而乙醇不會透過中空纖維,從中空纖維的另外一側(cè)出來成為無水乙醇。 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,藍色的代表水,橙色的代表的無水乙醇。 圖4 中空纖維膜組件中空纖維膜組

10、件 當除水設(shè)備需要多個膜組件時,其連接方式見圖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溶劑除水設(shè)備，可以用于以下有機溶劑脫水：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：丙酮、丁酮等酯類：乙酸乙酯等醚類：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) 采用我公司專利技術(shù)生產(chǎn)中空纖維滲透汽化膜組件，在改造過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；通過采用換熱器、真空泵等設(shè)備，達到

11、了降低能源消耗，減少“三廢”排放的目的。此項目是用高效節(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)，實現(xiàn)了節(jié)能和減排的雙重目的。a、滲透汽化膜分離過程中只需將料液升溫到95左右即可滿足脫水要求，因此對能源的品質(zhì)要求不高；b、只有少量滲透液通過汽化從體系中脫出，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，不會造成環(huán)境污染。 主要工藝過程： 含水5%wt的乙醇混合蒸氣從粗餾塔中出來后，經(jīng)過換熱器過熱10后，進入中空纖維膜組件，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。工藝簡要說明（詳見工藝流程圖）提供一臺10000噸的年處理能力的除水設(shè)備，初步設(shè)計用15個膜組件并聯(lián),將5%wt的水降到0.5%wt以下, 除過水之后的乙醇儲存在產(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)換熱器過熱到95后進入入中空纖維膜組件，進入膜組件前有流量計和自控閥門，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中空纖維，冷凝成為水進入滲透液暫存槽，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，通過循環(huán)水冷凝器冷凝，進入產(chǎn)品暫存罐。工藝流程圖四、生產(chǎn)裝置處理能力：年處理無水乙醇10000噸。生產(chǎn)工時：7200小時原料：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：無油往復羅茨串聯(lián)真空機組：極限真空度 133Pa，抽氣量200升/秒，真空度較高，無二次污染。 蒸汽過熱器：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：進水溫度32，出水溫度35。用量：90 m3/ hr。冷凍水：進水溫度-10，出水溫度-5，制冷功率52kw，冷凍水用量15 m3/ hr。 電：電總裝機總量（15+5.5+7.5）KW。六、經(jīng)濟分析在乙醇精餾過程中，除了能源消耗，還包括裝置折舊、萃取劑和鹽消耗、膜的更換等費用。我們對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水乙醇的經(jīng)濟費用，詳見下表。乙醇從95%處理到到99.5%項目單價乙二醇加鹽萃取中空纖維膜成本單耗 單項成本單耗 單項成本乙二醇（噸/噸）8000元/噸128鹽（噸/噸）11000元/噸22電 （千瓦時/噸）16循環(huán)水（立方米/噸）30冷媒（立方米/噸）2