什么是气体分离膜？
气体分离膜是一种选择性膜，其对不同种类的气体分子具有不同的透过率和选择性，因此气体分离膜可以从气体混合物中选择性分离某种特殊气体。如合成氨尾气中收集氢气、从空气中富集氧气、从石油裂解混合气中分离氢气、一氧化碳等气体、进行二氧化碳捕集、回收VOCs等。
为什么要发展气体分离膜？
气体分离是一个基本的工业过程，占世界能源消耗的很大一部分。但是，现代工业中广泛采用的精馏分离法能耗高，能源利用率很低。仅乙烯/乙烷的分离就消耗了世界能源总量的0.3％。在新兴的分离技术中， 膜分离是一种非热驱动的分离技术，理论上能极大降低分离过程的能耗。因此膜分离技术被广泛认为是 未来最具前景的新型分离技术之一。而实现这一技术的关键在于开发具有更高渗透性和选择性的新型膜材料。
分离膜相关政策
什么是气体分离膜的产业化方向呢？
二氧化碳捕集分离
随着全球能源需求的不断增长、全球气候变暖形势的日益严峻，世界能源结构正加速向低碳能源体系转型，为努力实现“碳达峰、碳中和”的战略目标，CCUS 是我国化石能源低碳利用的唯一技术选择。
CCUS（碳捕集、利用与封存） 技术作为我国实现碳中和目标技术组合的重要组成部分,不仅是我国化石能源低碳利用的唯一技术选择、保持电力系统灵活性的主要技术手段还是钢铁水泥等难减排行业的重要可行技术方案。此外,CCUS 与新能源耦合的负排放技术还是抵消无法削减碳排放、实现碳中和目标的托底技术保障。因此 二氧化碳的补集与分离是当前能源和环境领域最重要的课题之一。
双碳政策下，CCUS技术的应用迅速扩大， 到2020年，全球二氧化碳捕获能力已经达到4000万吨。当前第一代碳捕集技术 ( 燃烧 后捕集技术、燃烧前捕集技术、富氧燃烧技术 ) 发展渐趋成熟,主要瓶颈为成本和能耗偏高、缺乏广泛的大规模示范工程经验 ;
第二代技术 ( 如新型膜分离技术、新型吸收技术、新型吸附技术、增压富氧燃烧技术等 )将是未来发展方向，技术成熟后其能耗和成 本会比成熟的第一代技术 降低30%以上。
中国已投运或建设中的CCUS示范项目约为40个，捕集能力300万吨/年。多以石油、煤化工、电力行业小规模的捕集驱油示范为主，缺乏大规模的多种技术组合的全流程工业化示范。然而匮乏的工业应用面前却拥有极好发展前景，国际能源机构(IEA)称，到2070年，全世界实现碳中和仅CCS/CCUS技术就需要占全球CO2减排量的约19%，相关产业一片向好！
2019年以来中国主要项目进展与分布
（图片来自 络）
氢气回收
工业尾气及其他气体分离回收（VOCs）
化石能源在我国能源消费中扮演着重要角色，其生产制造过程中产生的VOCS对生态环境、职工健康、设备状况影响突出，必须要严格管控，同时，煤化工对大型空分设备的需求不断上升，也对空气分离制得的氧气、氮气、氩气等气体提出了更高要求。
膜法VOCs回收相较于冷凝法、燃烧法、吸附法、吸收法等处理工艺更为优越。在 VOCs高浓度范围时可与冷凝法联合使用，处理效率高，费用低，并且可以回收有经济价值的VOCs溶剂，在 低浓度范围时也能达到较好的处理效果，回收的 VOCs足以补贴其回收成本。随着制膜工艺的进步和膜材料选择的多样化，膜材料的成本 己经不再是制约膜技术发展的问题，膜技术的将会有更加广泛的应用前景。
天然气脱碳
天然气是一种高燃烧热值的清洁能源，但开采出来的天然气中含有一定量的酸性气体 CO2，会造成热值降低、管道腐蚀等问题，因此在管道运输和使用前需对其进行脱碳处理。
目前，已开发的脱碳技术主要有 低温精馏、溶剂吸收、吸附和 膜分离。其中， 膜分离脱碳技术作为一种新兴的高效绿色分离技术，展现出许多独特优势，近些年在工业应用中显示出一定的发展潜力。
对于天然气脱碳过程，CO2 在膜的渗透侧富集，CH4 在膜的渗余侧富集。膜分离过程不发生相变，具有能耗低、操作简单、设备占地面积小等优点，特别适用于空间受限的场合，如海上平台天然气脱碳处理。因此，膜分离脱碳技术受到广泛关注，被认为是分离领域最重大的技术进展之一。而天然气膜法脱碳技术的关键是开发可规模化应用的 高性能膜材料， 除了具备优异的气体分离性能，其稳定性也是膜技术大规模应用极为重要的一环。
回归膜材料本身，将如何发展？
以CO2分离膜为例，可分为有机高分子膜、无机膜、混合基质膜等。
有机高分子膜制备过程具有相对简单、能耗低、易于扩展等优势，且适用于大规模制造。有机高分子膜材料按照聚合物的形态可分为玻璃态和橡胶态两大类。玻璃态聚合物具有更好的选择性，但其缺点是渗透性差。橡胶态聚合物具有良好的渗透性，但在高压下易膨胀和变形。常用聚合物膜材料有醋酸纤维素、聚酰亚胺、聚矾和聚醚酰亚胺。
无机膜按照膜的结构可分为多孔无机膜和无孔无机膜。由于多孔无机膜较聚合膜具有更好的选择性，能抑制CO2造成的塑化效应，因此多孔无机膜更有利于从混合气中分离出CO2。 在无机膜材料中，用于分离CO2的膜主要包括二氧化硅膜、沸石膜、氧化石墨烯膜等。无机膜具有较窄的孔径分布，且耐高温和高压，在CO2分离上具有很好的应用前景。但由于无机膜在现实生产过程中制备起来较困难，因此在气体分离中的应用受到了极大的限制。
总体来说，无机膜具有气体透过性好、稳定性佳的优点，但其成膜性差、制备成本高；高分子膜虽然制备过程简单、成本低，但分离效果不理想，且高分子膜受制于透过性与选择性间此升彼降的矛盾关系，无法同时达到两者的理想水平。
混合基质膜制备出的膜材料同时具有无机膜与高分子膜的优点，常见的用于制备混合基质膜的聚合物有：聚砜、聚醚砜（PES）、聚酰亚胺以及嵌段共聚物（如Pebax）等根据混合基质膜中的填料相态，填料可分为固态填料、液态填料与同时含有固液2类填料的三元混合基质膜。篇幅所限，在之后的 章为大家详述。
为针对性的提高能化企业在 CO2、H2、工业尾气及其他气体相关领域的解决方案，分享先进的回收技术、气体净化分离技术、尾气治理技术等新工艺与新设备，促进行业低碳绿色发展。 DT新材料特定于 2022年3月28-29日在 宁波举办 《2022气体分离产业大会》，
本次会议，将切合当下气体分离产业发展情况，特设 一大主论坛+三大专场：
主论坛聚焦气体分离产业宏观政策、当下产业发展情况及未来趋势······
三大专场围绕当下 CO2、H2、VOCs及其他气体相关领域的解决方案，聚焦 研究开发、工艺设计及产业化应用。
本次大会将邀请国内CCUS碳捕集示范项目专家、膜分离技术、气体吸附材料和新型气体吸收技术领域的相关学者和企事业单位代表莅临宁波，分享气体吸附分离技术和产业相关科技成果，加强产学研和上下游合作与交流，推动气体吸附分离领域创新发展。 助力企业掘金新蓝海！
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