中空纤维蒸汽渗透膜制取无水乙醇项目

1、中空纤维蒸汽渗透膜制取无水乙醇项目一、 前 言项目名称：中空纤维蒸汽渗透膜技术用于制取无水乙醇项目简介：濮阳颖太农化公司无水乙醇制取工艺能耗高以及操作复杂，此次改造采用郑州德信泰膜技术 的专利技术中空纤维蒸汽渗透膜技术，精馏段工艺进行改造，从而达到节能减排的目的。在此次改造中，用蒸汽渗透技术代替传统的乙二醇加盐萃取精馏技术，将乙醇含水约95%wt进行处理，得到成品含水量低于0.5%wt的无水乙醇。公司介绍：郑州德信泰膜技术 是中国领先的中空纤维蒸汽渗透膜有机溶剂除水设备供应商。公司的前身是加拿大Intech Energy Inc. Intech Energy Inc 公司的产品是中空纤维蒸汽渗

2、透膜，由于目标市场是中国以及中国较低的生产成本原因，将生产基地转移至中国，于2010年3月成立了郑州德信泰膜技术 。 公司拥有自主知识产权的的中空纤维蒸汽渗透膜制备技术。是一家专业从事中空纤维膜分离技术，集研发、生产、设备集成及售后服务为一体的高科技公司。公司生产的中空纤维蒸汽渗透膜有机溶剂除水设备，可以用来分离提纯常见与水共沸的有机溶剂。可以将水含量小于50%的有机溶剂的水含量降低到小于0.5%。运行成本低，低能耗，一般比共沸蒸馏法节能1/22/3，产品质量好，过程中不引入杂质组分，产品不会受到污染。该产品主要用于醇类、酯类、醚类、酮类、芳香族化合物、羧酸类等各种有机溶剂的脱水工程。适用领域

3、为石油化工、能源、医药化工、生物化工、精细化工等。蒸汽渗透膜属于渗透汽化膜。渗透汽化膜分离原理分离原理简介渗透汽化膜技术是一种以有机溶剂中组分蒸汽分压差为推动力，依靠各组分在膜中的溶解与扩散速率不同的性质来实现混合物分离的技术过程。均相流体混合体系中各组分在物理化学性质上是存在差异的，各组份在膜中的热力学性质（溶解度）、动力学性质（扩散速度）存在着差异，导致渗透汽化膜对不同组分具有选择透过性，使得各组分得以分离。含水的料液被加热到一定温度后汽化进入中空纤维渗透汽化膜组件，膜对料液中的水分子有选择透过性，水分子溶解吸附于膜表面，由于真空的作用，在膜的另一侧中水的蒸汽分压小于其饱和蒸汽压，依靠这种

4、在膜两侧形成的水蒸汽分压的不同，使水分子得以不断地渗透通过膜，并在膜的另一侧汽化，被真空带到冷凝系统，经冷凝得到液体渗透物。膜组件出口得到无水级的产品。技术特点渗透汽化膜技术用于从含水的有机溶剂中将水分离，其突出的优点是能够以低的能耗实现蒸馏、萃取、吸附等传统的方法难于完成的分离任务，在石油化工、精细化工、医药化工、日用化工、食品、环保等工业领域中具有广阔的应用前景，其技术优势概括如下：（1）节能当有机溶剂和水的混合物达到共沸平衡时，若需将其中少量的水除去，传统的方法是采用加盐萃取蒸馏、加压蒸馏或分子筛吸附等技术。渗透汽化膜技术的核心是借助渗透汽化膜的选择透过性使有机溶剂中少量的水蒸气透过膜，

5、然后在膜的另一侧汽化，用真空带到冷凝装置冷凝。只要提供的低压蒸汽或其他系统的回汽就可以维持渗透汽化膜装置的正常运行，较之其他技术至少需要的蒸汽才能正常运行，其优势更为明显。（2）提高产品质量在药品和精细化工产品生产过程中要广泛应用到无水级的有机溶剂，从资源合理利用、环保、生产成本等各角度考虑，必须使溶剂实现循环使用，因此将使用后含有少量和微量水的有机溶剂制备成无水级的有机溶剂是至关重要的。以用95的乙醇制备的无水乙醇为例，如果采用加盐萃取蒸馏技术，无论使用哪种萃取剂（苯、环己烷、乙二醇等），得到的无水乙醇中，都会有萃取剂残留，当这种途经来源的无水乙醇再用于药品生产中，就可能对药品造成污染。药品

6、是一种特殊的商品，在一定程度上讲，其安全性比有效性更加重要。采用渗透汽化膜技术分离有机溶剂中的水的过程中不引入第三组分，可以确保得到的无水级有机溶剂的质量，同时也确保了药品的质量，这是渗透汽化技术的一大优势。（3）环保如前面工艺流程所描述，采用渗透汽化膜技术进行有机溶剂脱水，所得到的渗透液的量是很少的，其中会带有很少量的有机溶剂，只需对其进行简单蒸馏处理使其达到共沸平衡，重新进入渗透汽化膜技术的主工艺路线，整个流程中仅产生很少量的蒸馏残液（或残渣）。相比之下，加盐萃取蒸馏技术在萃取剂的回收过程中将会产生大量的含有盐的萃取剂残渣，难以降解处理；如采用分子筛技术，就会存在着再生时的环境污染和淘汰使

7、用到寿命期的分子筛的问题，这在环保上是非常棘手的。（4）物耗低，资源利用率高，占地面积少，操作方便由于采用渗透汽化膜技术更容易实现有机溶剂的低含水量，有益于产品收率的提高，相应降低了物耗，提高了资源利用率；而且渗透汽化膜技术的生产流程简单，装置结构紧凑，占地面积少，操作方便。（5）运行成本低工程案例显示，以现能源价格，用95的乙醇为原料制备的无水乙醇，采用渗透汽化膜技术的运行成本（含换膜费用）大约较加盐萃取蒸馏法低400元吨。综上，在能源价格一路走高、环保压力日益严峻、产品质量已经成为企业生命线的市场大趋势下，采用渗透汽化膜技术不仅符合国家降耗减排产业政策的要求，而且能使产品质量得到切实的保障

8、，并有效地降低运行成本。二、 产品介绍郑州德信泰膜技术 的中空纤维膜的专利产品(CN101992033A),除了广泛用于有机溶剂除水,还可用于天然气除水,制备纯氧气,氮气以及工业氢气回收等。图1 德信泰中空纤维膜选择性图1是郑州德信泰膜技术 的中空纤维膜对常见气体的选择性,水蒸汽最容易快速通过,而有机溶剂很难通过,这是我们产品工作的基本原理。中空纤维膜中空纤维渗透汽化膜材质为聚酰亚胺,具有耐高温、耐化学腐蚀，机械强度大、通量大、分离系数高的优点。中空纤维渗透汽化膜的外径为-2mm,壁厚为。水的渗透通量大于1000g/m2.h。图2是中空纤维膜的示意图以及电镜图片,内壁的致密层对待分离的有机溶剂

9、中的水有选择性的通过,外壁的疏松层起着支撑作用。 图2 中空纤维 图3是中空纤维分离原理图,绿色的代表水分子,红色的代表乙醇分子。水分子在中空纤维内由于中空纤维膜的内外壁存在压力差,水分透过中空纤维,而乙醇不会透过中空纤维,从中空纤维的另外一侧出来成为无水乙醇。 图3 中空纤维分离原理中空纤维膜组件中空纤维渗透汽化膜组件材质为不锈钢。中空纤维渗透汽化膜组件装填面积为25-100m2,膜长度为1m。中空纤维膜组件是将中空纤维装入不锈钢壳体内,两端用环氧树脂密封得到中空纤维膜组件。图4是膜组件工作原理,淡紫色的箭头代表含水乙醇,蓝色的代表水,橙色的代表的无水乙醇。 图4 中空纤维膜组件中空纤维膜组

10、件 当除水设备需要多个膜组件时,其连接方式见图5. 图5 中空纤维膜组件组产品的用途郑州德信泰膜技术 生产的中空纤维渗透汽化膜有机溶剂除水设备，可以用于以下有机溶剂脱水：溶剂最适宜处理料液水含量(wt %)处理后料液水含量(<wt %)无水乙醇燃料乙醇35异丙醇0.1正丙醇叔丁醇正丁醇正戊醇异戊醇醋酸20酮类：丙酮、丁酮等酯类：乙酸乙酯等醚类：甲基叔丁基醚、乙基叔丁基醚、双异丙基醚等芳香族化合物：苯、甲苯、乙基苯、二甲苯等三、 工艺技术 采用我公司专利技术生产中空纤维渗透汽化膜组件，在改造过程中新增了高效分离设备中空纤维渗透汽化膜组件，提高了产品的收率；通过采用换热器、真空泵等设备，达到

11、了降低能源消耗，减少“三废”排放的目的。此项目是用高效节能的中空纤维渗透汽化膜装置代替传统的精馏塔，并采取一系列工程优化措施实现节能减排的目的。具体节能减排的措施如下：核心部分采用中空纤维渗透汽化膜技术，实现了节能和减排的双重目的。a、渗透汽化膜分离过程中只需将料液升温到95左右即可满足脱水要求，因此对能源的品质要求不高；b、只有少量渗透液通过汽化从体系中脱出，因此能耗很低；c、不添加任何组分，产品不会受到污染； d、废弃的中空纤维渗透汽化膜由生产厂家统一回收处理，不会造成环境污染。 主要工艺过程： 含水5%wt的乙醇混合蒸气从粗馏塔中出来后，经过换热器过热10后，进入中空纤维膜组件，中空纤维

12、膜组件内乙醇蒸汽脱水进入冷水凝器，冷凝得成品（水含量小于0.5%wt）。中空纤维膜组件外水经真空蒸发冷凝成水溶液，由真空泵抽系统中未能冷凝的气体，保证系统的真空度。工艺简要说明（详见工艺流程图）提供一台10000吨的年处理能力的除水设备，初步设计用15个膜组件并联,将5%wt的水降到0.5%wt以下, 除过水之后的乙醇储存在产品暂存罐内。工艺流程： 20KPa的乙醇与水的混合蒸汽从粗馏塔经换热器过热到95后进入入中空纤维膜组件，进入膜组件前有流量计和自控阀门，保证粗馏塔的回流量。水蒸汽在中空纤维膜壁两侧的压力差存在的条件下可以透过中空纤维，冷凝成为水进入渗透液暂存槽，暂存槽顶气相空间出气口管道

13、连接真空泵，进口管将真空系统的不可凝和未凝的气体提抽，保持系统的真空度。真空度保持在-98KPa左右。原料蒸汽经过中空纤维膜组件处理后，得到含水量小于0.5%wt的常压产品蒸汽，通过循环水冷凝器冷凝，进入产品暂存罐。工艺流程图四、生产装置处理能力：年处理无水乙醇10000吨。生产工时：7200小时原料：乙醇水含量95%wt产品规格：水含量不大于0.5%wt；占地规模：100平关键设备：中空纤维渗透汽化膜组件重要设备：无油往复罗茨串联真空机组：极限真空度 133Pa，抽气量200升/秒，真空度较高，无二次污染。 蒸汽过热器：固定管板式换热器，325×2000，换热面积2。产品冷凝器：固

14、定管板式换热器，450×3000，换热面积2。产品过冷器：固定管板式换热器，273×3000，换热面积2。渗透液冷凝器：固定管板式换热器，450×3000，换热面积2。五、  水电用量            循环水：进水温度32，出水温度35。用量：90 m3/ hr。冷冻水：进水温度-10，出水温度-5，制冷功率52kw，冷冻水用量15 m3/ hr。 电：电总装机总量（15+5.5+7.5）KW。六、经济分析在乙醇精馏过程中，除了能源消耗，还包括装置折旧、萃取剂和盐消耗、膜的更换等费用。我们对比了东北制药总厂乙二醇加盐萃取精馏工艺和现有的中空纤维膜制取无水乙醇的经济费用，详见下表。乙醇从95%处理到到99.5%项目单价乙二醇加盐萃取中空纤维膜成本单耗 单项成本单耗 单项成本乙二醇（吨/吨）8000元/吨128盐（吨/吨）11000元/吨22电 （千瓦时/吨）16循环水（立方米/吨）30冷媒（立方米/吨）2