大型中空纖維膜富氮裝置是整個膜法富氮技術水平的標志。我國是一個煤炭、石油和糧食大國，發(fā)展我國自己的大型膜法富氮技術和裝置，對于我國國民經(jīng)濟的發(fā)展和膜分離技術整體水平的提高與進步有十分重要意義。
七十年代氣體分離膜國內(nèi)外現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢是，膜法富氮技術適用的場合在富氮氣量0.3-500NM3/hr，富氮濃度為95-98%的范圍內(nèi)。在更大氣量或更高濃度要求范圍內(nèi)，尚不能與其它富氮過程相競爭。開發(fā)富氮產(chǎn)量為500NM3/hr，富氮濃度為>95%的膜法富氮裝置有助于探索該項技術在我國市場的競爭力及應用前景。
中科院大連化學物理研究所擁有膜分離器生產(chǎn)基地，在膜技術大型化方面多年積累的經(jīng)驗。“七五”期間作了探索性研究，為“八五”期間完成富氮產(chǎn)量500NN3/hr，富氮濃度≥95%工業(yè)裝置的建立奠定了基礎。
膜空分制氮工藝流程
1983年大連化物所氣體膜分離組對分離膜和中空纖維新材料發(fā)展現(xiàn)狀提出意見，認為我們還處于研究或小批量，間歇性生產(chǎn)階段，基本上還沒有形成工業(yè)化生產(chǎn)。
大家認識到要發(fā)展國內(nèi)膜分離科研與生產(chǎn)的重要性，建議建立“基礎研究和過程應用開發(fā)”中心，重點的武裝一、二個點，并針對國際上最活躍的膜分離過程中的一、二個，從高分子材料，成膜工藝，分離器研制，一直到工業(yè)應用，形成聯(lián)合體，突破和抓住一、二個過程，建立工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)，不要什么都搞，什么都上不去，錢花了不少，效果不大。建議以氣體膜分離器中的氫氣分離器和反滲透分離器作為攻關項目來抓。
中空纖維式氣體膜分離器
膜分離技術在近二十年來有了很大的突破，已經(jīng)形成一門新興的工業(yè)。例如，美國孟山都公司在1979年研制的“普里森”氫氮膜分離器，到1983年就已出口40套，價值約4000萬美元。
采用這種分離器來回收合成氨排放廢氣中的氫氣，在不增加原料和動力的情況下，可增產(chǎn)合成氨4——5%。若以我國目前合成氨產(chǎn)量1500萬噸計算，每年就可增產(chǎn)60萬噸，獲得二億元左右的經(jīng)濟收入，而且這種分離器還可用于煉油廠、石油化工廠等加氫裝置排出廢氣中的氫氣回收和其它分離過程。上海吳經(jīng)化工廠在1983年上半年引進了美國的“普里森”裝置，操作穩(wěn)定，經(jīng)濟效果明顯。
中國科學院大連化物所經(jīng)過兩年多的努力，研制出直徑為25毫米的分離器，其技術性能已達到美國孟山都公司產(chǎn)品的水平。當年年底組裝成兩個分離面積為8平方米的分離器，到上海吳經(jīng)化工廠進行現(xiàn)場試驗，并與引進裝置進一步進行性能對比。取得良好的試驗數(shù)據(jù)，說明國產(chǎn)分離膜材料基本上可以與引進的技術媲美。
由于使用這種分離器經(jīng)濟效果明顯，許多化肥廠都紛紛要求引進。如果大量從國外再引進這種裝置，必將嚴重阻礙我國膜分離技術的發(fā)展，因此建議盡快考慮我國膜分離器的試生產(chǎn)。據(jù)粗略估計，如果暫不考慮新建廠房和水、電、汽等公用工程和行政管理機構，有二百萬元投資和一百名工程技術人員和工人，就可以建立起一個年產(chǎn)300臺，100x3000毫米分離器的生產(chǎn)規(guī)模，用三年的時間就可以把國內(nèi)化肥廠加以改造，同時還可以開辟在石油化工等生產(chǎn)領域上的應用。
該項成果獲得了中國科學院特等科技成果獎。此后，國家決定不再進口此類裝置，由國內(nèi)組織生產(chǎn)，國家科委將該課題列為國家“七五”攻關課題，要求到 1990年，膜分離器的性能達到國際上1984-1985年同類產(chǎn)品性能，并建成有一定生產(chǎn)規(guī)模的中試車間，同時研制新的品種，使該技術達到國際水平。
1985年，中科院決定組織院內(nèi)單位協(xié)作，共同研究氧、氮分離獲得富氧空氣。由大連化物所、蘭州化物所、長春應化所、北京化學所組成院的富氧膜分離器攻關協(xié)作組。大連化物所內(nèi)組成的富氧膜分離器攻關組由膜分離過程研究室江成璋、鄭領英負責，主要研制卷式富氧膜分離器。此項目后被列人國家“七五”攻關計劃。
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