磁分离技术与应用.doc

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1、精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除分离工程 期末论文磁分离技术与应用Magnetic separation technology and application学 院： 化学工程学院 专业班级： 化学工程与工艺 化工081 学生姓名： 樊 波 学 号： 050811101 指导教师： 戴卫东（副教授） 2011年6月期末论文中文摘要磁分离技术与应用摘 要：本文概括的介绍了磁分离技术的研究历史、现状、分离原理、工艺流程以及在化工领域的应用。磁分离技术是一项新兴的分离技术，该技术已经渗透到各个领域。磁分离技术是利用溶液中各物质的磁敏感性差异，在外加磁场磁力作用下分离出目标产物的新技术

2、。随着强磁场、高梯度磁场分离技术的问世，该技术的应用已经从分离强磁性大颗粒到弱磁性小颗粒物质，应经从最初的矿物分选发展到工业废水处理、催化剂回收、抗原的分离等。作为洁净、节能的新兴技术，磁分离将显示巨大的价值。在石油化工行业，催化剂的节约就意味着成本的节约，然而磁分离技术在FCC废催化剂回收方面功勋显著。关键词：磁分离；原理；FCC催化剂回收；基质期末论文外文摘要Magnetic separation technology and applicationAbstract: This paper summarized the magnetic separation technology intr

3、oduced the research history, present situation, separation principle, process flow and the application in chemical field. Magnetic separation technology is a new separation technique, this technology has penetrated into every field. Magnetic separation technology is a new technology that it based on

4、 different magnetic sensitivity in the solution,under magnetic field to separate target product. With the appearance of strong magnetic field, the high gradient magnetic separation technology. The application of the technology has from separation strong magnetic large particles to the weak magnetic

5、small particulate matter, from the original mineral separation has been to industrial wastewater treatment, catalyst recovery, the separation of antigen and so on. As a clean, efficient emerging technology, magnetic separation will show great value. In petroleum chemical industry, the catalyst save

6、means cost savings, however magnetic separation technology in FCC catalyst recycling waste exploits are significant. Keywords: The Magnetic separation；theory；The FCC catalysts recycling；matrix【精品文档】第 10 页磁分离技术1 引言磁化技术是将物质进行磁场处理，并导致物质的宏观性质发生某些变化，从而实现某种工程或工艺目的【1】。液态物质磁场处理技术的研究工作起始于60年代，近半个世纪来获得飞速发展，给科

7、技进步和社会经济的发展注入了新的活力。随着强磁场、高梯度磁分离技术的问世，磁分离技术的应用已经从分离强磁性大颗粒到去除弱磁性及反磁性的细小颗粒、从最初的矿物分选、煤脱硫发展到工业水处理、从磁性与非磁性元素的分离发展到抗磁性流体均相混合物组分的分离。2 正文2.1 磁分离技术研究历史采用超导磁体分离矿石、煤、高岭土等固体物质中磁性杂质在国内外已得到广泛应用，但用于废水分离净化尚少涉及。主要原因是对于废水中的有机、无机污染物，由于这些污染物本身没有磁性，靠磁场产生的磁吸引力无法分离。日本大阪大学Nshijima研究组最早开始超导磁分离污水处理研究，并建立了示范装置，用于分离造纸厂污水，分离后污水C

8、OD(化学需氧值)可由起始的110mg/L，降到25mg/L，去除率近80。他们采用的是预先在污水中添加Fe3O4磁种子颗粒和聚氯化铝絮凝剂，絮凝剂将污水中有害物质和Fe3O4磁性颗粒一起絮凝，这样通过超导磁体吸引分离。尽管分离效果很好，但由于还需加入有机絮凝剂，没有完全摆脱因有机絮凝剂的加入带来的二次污染，此外超导磁体冷却采用的是液氦浸泡冷却，对于我国，氦资源贫乏，这将导致大规模应用推广的限制。而李来凤的研究却克服了以上问题，采用等离子有机覆膜技术在Fe3O4磁性颗粒表面生长带活性基团的有机薄膜，这层纳米厚度的薄膜可以有效地捕捉污水中的有机物、无机离子，代替了有机絮凝剂的加入，而且由于有机膜

9、与Fe3O4有很强的结合力，使得这种新型复合磁种子材料可以重复使用，较单纯的Fe3O4磁种子材料有明显优势【2】。因此开展新型、高效、低成本超导磁分离工业废水处理技术的研究对我国节能减排具有重要意义，是未来极具潜在应用价值的技术。2.2 磁分离技术的现状从1993年开始，洛阳石化总厂、洛阳石化工程公司炼制所和中南工业大学合作致力于FCC废催化剂磁分离技术的开发，到1995年底，在洛阳石化总厂建成了我国第一套用于回收利用FCC废催化剂的电磁式高梯度磁分离装置，由于国内无先例可供参考造成新建的磁分离装置存在一些事先没有预计到的技术难题，在通过攻关解决了存在的技术难题并加强内部沟通争取各方面支持后，

10、我们于1999年13月份进行了工业应用实验，取得了节约新鲜催化剂20%以上的满意效果。随后该装置一直在的FCC废催化剂回收利用方面发挥着积极而且重要的作用。截止目前，共向催化装置提供低磁高活性剂 1200余t，仅节约新鲜催化剂的直接经济效益就达到800多万元3。技术于2001年 4月获得中国石化集团公司科技进步奖三等奖，先后取得两项国家专利，分别是：ZL98 1 10319.7催化裂化废催化剂磁分离机与工艺流程及配套装置和ZL 98 2 21637.8催化裂化废催化剂磁分离装置。1998年石家庄炼油厂与中科院电工所合作进行了永磁辊式FCC废催化剂磁分离技术研究，但没有达到最终成功。武汉新通创科

11、技有限公司从1997年开始研制废催化剂磁分离技术，成功地开发出永磁型磁分离装置，于2000年12月至2001年3月在济南炼油厂完成了该技术的工业应用实验4。2.3 磁分离技术分离原理2.3.1催化裂化废催化剂磁分离技术工作原理由于原油性质的变重，为了增加轻质油品的产量，催化裂化工艺装置的数量和加工能力不断增加。截止1999年底，我国炼油原油一次加工能力达到276 Mt/a，当年实际加工了176 Mt，我国石油、石化两大集团的催化裂化加工能力占原油一次加工能力的34.5%3。催化裂化生产过程中，原料油在与催化剂混合反应时，原料油中所含的金属杂质连同生焦物质在高温条件下沉积在催化剂粒子上。在再生过

12、程中，催化剂粒子上的焦碳被烧掉，而金属杂质保留了下来，随着催化剂的不断循环使用，金属杂质就在催化剂粒子上积累增加，从而使催化剂的活性和选择性下降，因此为了保持催化剂具有适当的活性和选择性，生产过程中必须不断向装置补充新鲜催化剂并分离出一些已达平衡催化剂。然而在分离出来的催化剂中含有部分未达平衡的催化剂，此部分催化剂仍然含有比较高的活性与选择性，如果将这些催化剂分离出来并重复使用就可达到节约成本的目的【5】。实验显示：催化裂化催化剂主要受到铁、镍和钒等金属杂质污染，而这些金属均具有一定的磁性因此那些使用寿命短的催化剂粒子，由于铁、镍和钒杂质含量低，磁性就弱；而那些使用寿命长的催化剂粒子，由于铁、

13、镍和钒杂质含量高，磁性就强。在一定强度的磁场存在下，可以做到使后者吸着，而前者不被吸着，从而实现两者的分离，这就是磁分离技术的基本原理【6】。2.3.2 高梯度磁分离工作原理7高梯度磁分离器由轭铁、电磁线圈和装填不锈钢毛的分离容器组成。通电时，电磁线圈产生电磁场，流过分离器的废水中的颗粒物在磁场中受到磁力的作用，被基质钢毛捕获。磁力愈强，捕获颗粒物的可能性愈大。在理论上，颗粒物所受的磁力(Fm)同磁场强度(H)、磁场梯度(dH/dx)和颗粒物的磁化率(x)和体积(V)等呈正相关关系，因此，在磁场强度相同的情况下，高梯度磁分离器的分离能力比常规磁分离器要高，梯度越高，分离能力越强。所谓磁场梯度是

14、指单位距离内磁场强度的变化。在一定的磁场强度下，梯度的高低同基质的磁化强度、形状、直径、填装率等有关。纤维状不锈钢毛基质磁化强度高，锐边多，直径小，填装率低(46)，梯度可高达1000高斯微米，是普通的小铁球、齿板、钢针等基质所不能比拟的。所以，采用钢毛基质的高梯度磁分离器可以分离一般磁分离器不能分离的磁化率低、体积小的弱磁性细颗粒物。此外，钢毛基质还具有一定的物理和化学稳定性，矫顽力小，捕集点多，过水性能好，是目前公认的最好基质材料。2.4 磁分离技术工艺流程2.4.1 电磁式磁分离工艺流程81-催化剂原料 2-原料罐 3-阀门 4-进料控制器 5-空气流量计 6-压缩风源 7-磁分离机 8

15、-冷水线 9-热水线10-冷却水源 11-整流电源 12-整流电负极返回 13-直流电正极输出 14-二次风风斗 15-一次风风斗 16-给料器17-清洗风风斗 18-非磁性剂和风 19-磁性剂和风 20-非磁性剂罐 21-磁性剂罐 22-气固分离器 23-非磁性剂 24-磁性剂 25-尾风和催化剂细粉 26-尾风净化器 27-净化后尾风 图1 电磁型式分离装置的工艺流程图由图19可以看出，装置采用压缩风作为催化剂输送用风和其他工艺用风。从催化裂化装置卸出的废催化剂运到磁分离装置后，用提升机将其提升到原料罐加料口，经过细筛过滤处理后进入原料罐2。废催化剂经过阀门3和进料量调节器4，被来自压缩风

16、源6并经空气流量计5控制风量后的压缩风送至磁分离机7的给料器，废催化剂从给料器进入到园环形钢板网位于强磁场区的部分，低活性的高磁性催化剂粒子便被吸着在钢板网上，随着钢板网转动到脱离高磁场区域被来自一次风风斗的压缩风吹离钢板网进入高磁性剂料斗21。而低磁高活性的催化剂粒子不能被强磁场区的钢板网吸着，直接被输送风吹过钢板网进入低磁性剂料斗20。为了控制粉尘污染，低磁性剂和高磁性剂料斗上均装有旋风分离器22，从旋风分离器出来的尾风吹入水封除尘器洗去尾风携带的少量粉尘。分离废催化剂的高强磁场由直流电源11经过磁分离机内部的激磁线圈提供。给装置提供循环冷却水用于不断除去整流电源和激磁线圈所产生的热量。低

17、磁高活性剂从罐20卸出送催化装置继续使用，而高磁低活性剂从罐21卸出并运到指定填埋场10。2.4.2 永磁式磁分离工艺流程11试验型磁分离机的主要性能。项 目性能指标最大磁场强度/GS12000最大磁场梯度/GS.cm-112000105动力消耗/kW1.7处理能力/t.d-123外型尺寸/mm(长宽高)11407001820总重量/t0.7该技术于2000年12月至2001年3月在济南炼油厂进行了工业应用实验，实验过程共使用了采用实验室小型永磁型式磁分离机分离出的低磁高活性剂96t，取得了新鲜催化剂使用量下降、轻油收率增加、焦碳和干气产率降低的预期效果。预计在2002年底，武汉新通创科技有限

18、公司的第一套处理能力为6t/d9t/d的工业化磁分离装置将在济南炼油厂安装投用。2.5 磁分离技术在化工领域中的应用【12】2.5.1 乳浊液的分离在磁场作用下, 分离两相乳浊液用带磁性的萃取剂D-2EHPA 和T BP 从水性介质中提取Cu2+ , 试验结果显示, 由于磁场作用, 这两个系统的乳浊液分离比重力场中的分离提高160 倍。乳化原油经磁化后脱水速度比未磁化原油脱水速度一般可快一倍以上, 脱水效率高出1/ 31/ 2。此外, 用高梯度磁分离技术还可用于反应触媒氧化钴和镍的分离回收, 回收率均达95% 以上。2.5.2 废水处理13日本大阪大学和京都工艺纤维大学共同开发了废纸造纸废水处

19、理装置。该装置是利用超导磁铁的高磁场、高梯度、高效率来分离造纸厂废水中含有的有机成分和悬浮物质,进行水再利用的装置。在空气和水等介质中将具有悬浮磁性的微粒子利用磁力分离技术进行磁分离。对废水中的悬浮物质（SS）和溶解于水的物质赋予磁性（担磁），利用超导磁铁，去除（磁分离技术）废水中的污染物，达到净化废水的目的。2.5.3 稀土元素的萃取分离14磁场处理可以影响组分在萃取相中的分配系数, 如利用三价稀土离子磁矩的差别, 在用有机溶剂萃取稀土离子时, 借助外磁场可提高分离系数, 有利于萃取分离的进行。例如, 在P350-HNO3 体系中萃取稀土元素时, 若外加( 0. 680. 72) T 的磁场

20、, 除Y3+ 的分配比有所降低外,其余三价稀土离子的分配比都有所提高, 这样就使Y3+ 与Tb、Dy 、H0、Er 等的分离系数增大,有利于分离过程的进行。2.5.4 磁性制氧利用空气中各种元素磁化率的差异, 可实现磁性制氧。众所周知, 氧是顺磁性物质, 磁化率为正, 而空气中的氮、氢、氩及氦等属抗磁性元素, 磁化率为负。当具有不同磁化率的气体通过高梯度磁场时, 顺磁性氧被磁化, 继而被吸附到磁场附近, 而其它抗磁性的未被磁化就已随气流离开磁场。通过一定方式将束缚于磁场附近的氧取出。利用几组制氧单元的串、并联组合,加以程序控制系统, 就可以连续获得一定产量的富氧气。3 总结尽管磁分离技术优点显

21、著，但是仍然存在一些不好的方面，比如磁分离技术处理废水存在如下的技术难度和局限性：介质的剩磁使得磁分离设备在系统反冲洗时，难以把被聚磁介质所吸附的磁性颗粒冲洗干净，因而影响着下一周期的工作效率。为了提高磁场梯度，必须选择高磁饱和度的聚磁介质，对聚磁介质的选择具有一定的技术困难，且增加运行的费用。尽管磁分离技术是一种简易可行且处理效率高的水处理技术，由于上述技术难度和局限性有待继续研究克服。因此，在实际应用中影响着它的广泛应用。参考文献【1】王军，陈卫东.磁化技术在化工领域中的应用J.天津大学2000年【2】李来凤.超导磁分离技术用于工业污水净化处理J.科技导 报.2009(6)：6167.【3

22、】洛阳石化总厂内部技术资料.，FCC废催化剂磁分离回收技术开发，1999【4】范雨润，樊福生.中石化中石油催化裂化协作组第八届年会论文.催化裂化催化剂磁分离技术工业应用研究，2001【5】Tiflin E.johnson et al.1988 NPRA annual Meeting,Texas:1988.AM-98-16.【6】李中新. 催化裂化废催化剂磁分离技术的原理J. 中国油 化工股份有限公司洛阳分公司研究所2002（12）.【7】姚炜，张洪林. 高梯度磁分离技术的进展及其在FCC废催化剂中的应用J.抚顺石油学院环境工程研究所, 辽宁抚顺.2000(12).【8】 袁峻业,卫全. 炼油设

23、计，2001，3（2）：3032.【9】 中国专利ZL981 10319.7.催化裂化废催化剂磁分离机与工艺 流程及配套装置.【10】中国专利ZL 98 2 21637.8.催化裂化废催化剂磁分离装置.【11】中国发明专利申请公开说明书.公开号CN1258715A.【12】柴诚敬，陈卫东.磁化技术在化工分离领域中的应用J.天津大学1999.【13】CAO Hai-bing. Introduction of an Example of Water Purification Purification System in Pulp and Paper Enterprises.J. Zhejiang Jingxing Paper Co., Ltd., Pinghu Zhejiang Province .2010(1).【14】arvidson,B.R.Two New Magnetic Separator Improving Industrial Minerals Cleaning Preprint No.85-87,SME-AIME Annual meeting, New York,N.Y(Feb.24-28.1985).