[發(fā)明專利]一種利用固相粒子強(qiáng)化膜吸收傳質(zhì)過程的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910084951.0
• 申請(qǐng)日: 2009-06-05
• 公開（公告）號(hào): CN101564638A
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張衛(wèi)東;陳庚;李江;劉君騰;任鐘旗;江漪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D53/18
• 分類號(hào): B01D53/18;B01D53/22
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 劉 萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種膜吸收過程的傳質(zhì)強(qiáng)化方法，是一種通過在吸收劑中添加第三相粒子并使用機(jī)械攪拌或超聲輻射實(shí)現(xiàn)第三相粒子強(qiáng)化傳質(zhì)的方法，可用于強(qiáng)化板式膜器或中空纖維膜器的膜吸收過程，提高吸收效率。

背景技術(shù)

溫室氣體對(duì)全球氣候變化的影響已經(jīng)受到了越來越廣泛的關(guān)注。在世界范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)CO₂等溫室氣體減排，防止全球變暖，是一項(xiàng)戰(zhàn)略性課題。從長遠(yuǎn)來說，提高能源的利用效率，徹底改變能源結(jié)構(gòu)是人類解決自身發(fā)展和實(shí)現(xiàn)環(huán)境控制的根本解決之道。但在未來相當(dāng)長一段時(shí)期內(nèi)，煤、石油、天然氣等化石燃料仍將占據(jù)著人類能源結(jié)構(gòu)中最重要的部分，因而將CO₂捕集分離和封存(CCS)是減排CO₂目前可行的主要方法，其中CO₂捕集分離所占成本約為CCS總成本的70～80％，因此，降低CO₂捕集分離的成本具有極為重要的意義。常用的CO₂分離技術(shù)有吸收-解吸、膜分離、吸附法等。

膜吸收方法是在膜分離方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型耦合技術(shù)。上世紀(jì)90年代國際能源署(International?Energy?Agency)研究認(rèn)為膜吸收技術(shù)是脫除CO₂等溫室氣體最有前途的方法之一。相比于固定膜分離方法，在膜吸收方法中，使CO₂溶質(zhì)在固體膜中的擴(kuò)散變?yōu)樵诖媪粲谀た字械囊后w(潤濕型操作)或氣體(非潤濕型操作)中的擴(kuò)散，因而擴(kuò)散系數(shù)和傳質(zhì)效率大大提高。不同于膜分離技術(shù)，膜吸收過程的選擇性主要靠溶劑的溶解度差異來實(shí)現(xiàn)，從而有效地解決了膜分離技術(shù)所存在的傳質(zhì)通量與選擇性的矛盾。在膜吸收法的操作過程中，氣、液兩相分別在膜的兩側(cè)流動(dòng)，兩相流量可以在很大的范圍內(nèi)獨(dú)立調(diào)節(jié)，因而極大的提高了吸收過程中操作彈性，并有效地避免了一般吸收操作中所存在的液泛、霧沫夾帶等問題。

然而，對(duì)于板式膜器的膜吸收過程，近膜壁面處溶質(zhì)濃度分布的不均性是影響傳質(zhì)效率的一個(gè)關(guān)鍵因素；而對(duì)于中空纖維膜器的膜吸收過程，由于中空纖維裝填的隨機(jī)性，使得中空纖維膜接觸器的殼程流道極不均勻，殼程流體的流動(dòng)為非理想性流動(dòng)，存在溝流、短路等問題，影響了傳質(zhì)效果。因此，設(shè)法改變液相側(cè)近膜壁面處溶質(zhì)濃度分布的不均性以及改善殼程流體流動(dòng)狀態(tài)、提高吸收速率，是目前膜吸收相關(guān)研究中的一個(gè)熱點(diǎn)問題。

文獻(xiàn)1：Wichramasinghe?S?R，Semmens?M?J，Cussler?E?L.?Hollow?fibre?modules?made?withhollow?fibre?fabric[J].J.Membr.Sci.，1993，84：1-14.Wickramasinghe等用中空纖維膜器的不同操作方式研究了氧的解吸過程，在流量相同時(shí)對(duì)比單位膜面積和單位膜器體積的性能。結(jié)果表明，不論用哪種判據(jù)，結(jié)論都是錯(cuò)流操作的效率比并流時(shí)要高。然而，錯(cuò)流式中空纖維膜器的制作工藝遠(yuǎn)比逆流式中空纖維膜器的制作工藝復(fù)雜，成本較大。

文獻(xiàn)2：張衛(wèi)東，朱慎林，駱廣生等.中空纖維封閉液膜技術(shù)的傳質(zhì)強(qiáng)化研究[J].膜科學(xué)與技術(shù)，1998，18(3)：53-57。張衛(wèi)東等采用鼓泡強(qiáng)化傳質(zhì)的方法，通過鼓泡抑制殼程流體“非傳質(zhì)溝流區(qū)”的形成。研究結(jié)果表明，將鼓泡攪拌應(yīng)用于較高裝填密度中空纖維膜器的膜萃取過程中，使殼程流體的非理想性得到改善，膜器的傳質(zhì)效率有較大提高。但是，鼓泡也會(huì)增加軸向混合，對(duì)傳質(zhì)帶來不利影響。

文獻(xiàn)3：薛娟琴，蘭新哲等.煙氣膜吸收法脫除SO₂的超聲波強(qiáng)化處理[J].化工學(xué)報(bào)，2007，58(3)：750-754.薛娟琴研究了超聲對(duì)膜吸收法脫除SO₂的過程，結(jié)果表明，超聲波對(duì)膜吸收有促進(jìn)作用，隨著功率的增大，SO₂吸收率的下降速度變慢，從而說明超聲波可以增大膜吸收通量，對(duì)氣液傳質(zhì)有促進(jìn)作用，但是功率較高時(shí)不明顯。雖然超聲波輻射可以在一定程度上增大吸收通量，但僅使用超聲波對(duì)吸收過程的強(qiáng)化程度有限，且能耗也并非十分理想。