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陶瓷膜将在石化市场显身手
来源:中化新网    编辑:绿色化工信息网

【绿色化工网讯】6月20日,中国膜工业协会石油和化工膜技术应用专业委员会秘书长党延斋在接受中国化工报记者专访时表示,我国大直径陶瓷膜生产工艺取得突破,未来10年内陶瓷膜将大量代替有机的超滤、微滤膜,成为水处理领域中极其重要的膜材料。目前,陶瓷膜已在低渗透油田采出水和稠油高温采出水处理试验和应用中展现出优势,今后会在石油石化、煤化工领域有更多的应用。

  价高量少,应用领域受限

  党延斋告诉记者,目前有机膜在膜应用中占比很高,特别是微滤膜和超滤膜。微滤和超滤有机膜常用材质是偏氟乙烯,已广泛应用于各种水处理领域。

  他表示,除了有机膜,还有各种无机膜的应用。无机膜包括陶瓷膜、金属膜、炭膜等。其中,陶瓷膜是陶瓷烧结制成的,在我国水处理领域应用占比为6%~7%;金属膜目前最小孔径可以做到0.1微米,应用受到限制;炭膜目前处于发展阶段。

  他指出,陶瓷膜是将来的发展方向,但目前陶瓷膜应用领域还较小。

  他解释,之所以出现这种情况,是因为陶瓷膜直径小、价格高、生产量少限制了其发展。由于陶瓷膜需要高温烧结,因此成本比有机膜高出四五倍以上,限制了其应用。此外,我国能够生产小直径陶瓷膜(直径为30毫米)的厂家仅有几家,也制约着陶瓷膜的应用和发展。

  党延斋指出,随着生产技术的突破,陶瓷膜将向大直径和平板两个方向发展。鉴于陶瓷膜比有机膜拥有更多的优点,尤其在耐高温、耐酸碱、寿命长等方面,今后10年时间里,陶瓷膜将大量代替有机超滤、微滤膜。届时,除了反渗透脱盐以外,在预处理超微滤领域中,陶瓷膜将占到很高的比例。

  攻下大直径,降低使用成本

  据党延斋介绍,河南方周瓷业有限公司用10年时间研发出大直径陶瓷膜和大直径耐污染陶瓷膜,成为继美国CORNING、日本NGK之后,国际上第三家全面掌握大直径高通量陶瓷超滤膜制备核心技术,且具有完全自主知识产权的国内唯一企业。

  陶瓷膜实现大直径后,可以使通量增加、电耗降低、运行费用降低。

  首先,这种陶瓷膜具有直径大的特点。烧结和制成的大直径陶瓷膜直径可达142毫米,膜管组件单支通道孔数高达800~1200孔,单支膜面积高达11.29平方米。常规陶瓷膜直径是30毫米,管道孔数为19或者37孔,膜管面积为0.24平方米或0.46平方米。

  他对比说,用19根30毫米的陶瓷膜组成直径200毫米的膜组件,其膜管面积也才能达到2.56平方米,与直径142毫米的大直径陶瓷膜管面积11.29平方米相差甚远。

  其次,大直径陶瓷膜通量高。有机膜通量一般为每小时每平方米五六十升;小直径陶瓷膜通量可以达到每小时每平方米四五百升;大直径陶瓷膜通量每小时每平方米可达2000升,通量是有机膜的几十倍。

  再次,使用陶瓷膜后,膜组件配套设备能耗会降低。陶瓷膜性能好,不怕污堵,错流速度就会很低,相关泵的能耗也会降低。相对于有机膜过滤饮用水每吨水需要0.3千瓦时电耗,陶瓷膜过水运行压力低,处理每吨水只需消耗0.1~0.15千瓦时的电耗。

  最后,耐油污染陶瓷膜还具有耐油污染的特点。耐油陶瓷膜是陶瓷烧结后在表面涂上层耐油污染材料,又烧结了一次。耐油陶瓷膜具有亲水疏油性,其表面可以实现一二十分钟经受高浓度的含油污水的冲击,反冲后可恢复膜的性能。

  因此,大直径可以让陶瓷膜大幅降低使用成本。

  他指出,同样处理一立方米的饮用水,大直径陶瓷膜的直接处理价格和大品牌有机膜处理价格基本相当。同样,将来用在海水淡化预处理方面,也是类似情况,所以大直径陶瓷膜使用价格上极具竞争力,会很有前途。

  优势突出,油田应用显身手

  据党延斋介绍,陶瓷膜目前在油田、石油化工、煤化工等领域已经开始应用,尤其在低渗透油田采出液处理方面显现出了优势。

  低渗透油田采出水处理再回注需达到A1标准(即511标准)。这个标准必须用50纳米孔径左右的膜才能实现,一般过滤器达不到这个水平。目前,部分企业使用生物法先把低渗透油田采出水含油量降到每升6毫克以下,再用有机膜进行处理。这样虽然处理速度较快,但是电耗最低为每吨水耗电1.5~2千瓦时。

  他指出,如果用大直径耐污染陶瓷膜替代后,除了吨水电耗可降到0.5千瓦时之外,处理流程也能简化。目前,低渗透油田采出液处理的传统流程为大罐沉降—除油—气浮—旋流—多级过滤,整个流程包括四五个工艺,1立方米水的处理直接成本在4~5元。换成陶瓷膜后,流程短了,变为大罐沉降—预处理—陶瓷膜,1立方米水的处理成本至少降低一半,直接运行成本不超过1元。

  据党延斋介绍,陶瓷膜的处理工艺于2016年在华北油田西47站进行了120立方米/天采出水现场试用,至今设备已平稳运行了两年。今年他们将在另外两个低渗透油田做示范项目,分别为:华北油田采油一厂处理能力500立方米/天的示范项目,长庆油田采油一厂600立方米/天的示范项目。

  他介绍,我国低渗透采出水每年达到七八亿吨,如采用大直径耐污染陶瓷膜改造目前低渗透采出水处理的传统工艺,初步估算,处理每吨水直接运行费用减少3元,电耗减少2.5千瓦时,膜寿命增长一倍,膜通量增加四五倍,每年可节约成本21亿~24亿元,节电17.5亿~20亿千瓦时。另外,我国油田采出水每年达到十五六亿吨,如果陶瓷膜能在这方面应用,未来的降本和节能效果将更显著。

  他指出,陶瓷膜另一个重点应用领域是稠油采出水处理。我国每年生产2000多万吨稠油,由于沥青质高,需要注蒸汽采油,采出水温度达到八九十摄氏度,处理后返回锅炉形成蒸汽后继续使用,处理流程长,直接运行成本达9元/吨水,并且需要大量的化学试剂。

  有机膜耐高温一般能达到六七十摄氏度,而陶瓷材料可以达到100多摄氏度。如果将预处理流程改为电化学法+陶瓷膜,不仅可以缩短流程,降低运行成本,减少污泥量,还可以减少整个工艺中的热损失。目前实验室试验已经成功了,正准备进行工业化试验。