空气净化膜技术及装备

空气净化膜技术及装备

一、案例背景

控制大气污染物排放已成为国家可持续发展的重大战略需求。我国过程工业的烟尘排放总量超过全国排放总量的1/2以上，严格控制超细粉尘排放，实现资源的高效洁净利用，是化工、能源、钢铁、冶金、建材等行业面临的共性问题。针对燃煤锅炉、生物质锅炉、废弃物焚烧等过程产生的烟尘排放控制，以及催化剂、染料、防腐剂等经气流干燥后粉体产品的高效回收，开发新型高效的空气净化膜技术，以满足大气污染治理和过程工业可持续发展的重大战略需求。

二、案例详情

针对生物质锅炉尾气特点，空气净化膜技术及装备依据对原有除尘设备进行了升级改造。通过空气净化膜可控制备与规模化、膜材料表面形貌控制，进一步提高膜材料的净化性能和膜过程的稳定性能，最后通过膜装备与净化工艺的设计，大幅度降低装备的运行能耗，实现空气净化膜技术在烟尘净化、高附加值粉体产品回收等领域的工业化应用。

 

实施方案：

（1）通过“量体裁衣”式的设计，开展气体净化膜可控制备与规模化生产

依据净化体系的具体情况和净化要求，进行“量体裁衣”式的膜材料微结构设计，建立膜材料制备的宏观控制条件与材料微结构之间的关系；采用双向拉伸法，通过外力牵引和温度场分布的控制，实现膜孔径、厚度以及透气速率的调控，获得具有良好分离性能的膜材料，并实现了结构均一的空气净化膜规模化。

 

（2）膜材料表面改性进而控制表面形貌，提升膜材料抗污染性能

通过原子层沉积技术进行膜材料表面修饰，在组成膜材料的纳米纤维表面包裹纳米级厚度的金属氧化物，然后在等离子体作用下进行聚合接枝改性，成功制备出既疏水又疏油的膜材料。烟气中油性气溶胶等污染物在双疏膜表面吸附作用力小，所形成污染层在重力和反吹等外力的作用下会脱离膜表面，从而具有自清洁效果，且水洗后具有较好的重复使用性能。结合在线反吹控制技术的开发，有效脱除膜表面吸附沉积层，解决了膜过滤含油性气溶胶烟气易污染的难题，实现了膜过程的稳定运行。

 

（3）设计空气净化膜装备与应用新工艺，大幅度降低装备的运行能耗，实现空气净化膜技术的工业化应用

通过分析工业烟气特征，基于计算流体力学的数值模拟方法，模拟了膜分离器内速度场、压力场以及粉尘浓度场的分布，优化了膜元件的装填密度与膜元件尺寸，进行了气流分布系统设计。通过反吹喷嘴构型、位置、脉冲压力等参数优化，设计了在线和离线反吹系统，设计了膜法烟气净化装备，用以合理的提高装备的净化效率、降低装备的运行能耗，开发系列膜法烟气治理工艺并实现了应用。

 

三、应用价值

传统过滤材料（如布袋）是对称结构，采用“深层过滤”模式，过滤效率低，阻力大，清灰频繁，能耗高。空气净化膜材料为非对称结构，将过滤模式转变为“表面过滤”，颠覆了传统净化模式，不仅维持较高的过滤效率，而且能够降低运行阻力，容易清灰，有效延长了使用寿命。另外，空气净化膜材料在高温烟气的过滤中，可直接将净化后的气体循环利用，最大程度地有效利用气体的物理显热，实现能量回收，已广泛用于工业尾气净化、超细粉体回收、厂房通风净化等工业领域以及室内空气净化、个人防护口罩等民用领域。

针对化工行业技术升级和大气污染控制的需要，面向典型工业过程的烟气超低排放控制和高附加值粉体产品的回收，使得企业的产业链得到升级改造，为应用企业降低能耗、节约费用，提高产能、创造新增产值，与“减污降碳”、绿色低碳发展等政策方向高度契合。不仅解决了环保问题，同时减少了能耗成本，增加了产品效益。

 

四、实践效果

采用膜法除尘技术和装备处理生物质锅炉烟气，除尘器出口粉尘浓度低于5mg/m3。与传统技术相比，空气净化膜材料过滤效率高、过滤阻力小，具有优良的疏油性能，抗焦油污染能力强，不易被焦油污染，大大延长了膜材料的使用寿命，节约了滤料更换费用。同时，膜法除尘设备运行阻力小，减小了设备运行能耗，已连续且稳定运行6年以上，提高了公司的综合经济效益。另外，锅炉的负荷提升7%，每年新增产值1200余万元；导热油炉负荷提升20%，提高苯二酚、苯二醚等系列产品产能，新增效益。