[發(fā)明專利]一種氣液膜接觸器及應(yīng)用其的混合氣體分離方法

無(wú)效

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• 申請(qǐng)日: 2012-10-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102908877A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陸建剛;花愛(ài)春;許正文;承玲;林鳳英;樊璠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京信息工程大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D53/22
• 分類號(hào): B01D53/22;B01D63/02
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 顧進(jìn);張慧清

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及膜分離技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種氣液膜接觸器及應(yīng)用其的混合氣體分離方法。

背景技術(shù)

混合氣包括工業(yè)生產(chǎn)中各種工藝氣流和煙道氣等，例如天然氣、合成氣、煉廠氣、Claus尾氣、電廠尾氣和煙道氣，這些混合氣體中含有各種有害的雜質(zhì)氣體，最常見(jiàn)的雜質(zhì)氣體有H₂S、SO₂和CO₂等酸性氣體以及VOCs，這些氣流被進(jìn)一步加工或排放之前，必須進(jìn)行凈化處理，除去其中有害的雜質(zhì)氣體（例如酸性氣體和VOCs等），以滿足后續(xù)工段的要求或環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。膜接觸器是一種新型氣體分離裝置，其具有穩(wěn)定的傳質(zhì)界面、高比表面積、高傳質(zhì)效率，能耗低，裝置體積小和操作彈性大等優(yōu)勢(shì)。其作為一種先進(jìn)的分離裝置被廣泛地應(yīng)用于化學(xué)工程、環(huán)境工程、食品工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)等領(lǐng)域。在當(dāng)前能源日益緊張，環(huán)境日趨嚴(yán)峻的形勢(shì)下，高效節(jié)能已成為各國(guó)技術(shù)發(fā)展的主題。因此膜接觸器的開(kāi)發(fā)受到各國(guó)的高度重視。

膜接觸器由于其在傳質(zhì)面積、傳質(zhì)效率，操作靈活性、裝置的大小等方面具有突出的優(yōu)勢(shì)，受到世界各國(guó)研究者的高度重視，被認(rèn)為具有很大應(yīng)用潛力和有望替代傳統(tǒng)的氣體吸收器（如塔器等）的技術(shù)之一。目前開(kāi)發(fā)的具有實(shí)用性的膜接觸器，包括中空纖維膜組件和平板膜組件，前者的結(jié)構(gòu)有平流式和錯(cuò)流式兩種，后者有螺旋式等。平流式特點(diǎn)是氣液兩相的流動(dòng)方向是平行的，分為并流和逆流，這種組件制造方便，價(jià)格較低，缺點(diǎn)是填充的中空纖維分布密度不均勻，影響殼程流體的均勻分布。錯(cuò)流式特點(diǎn)是氣液兩相的流動(dòng)方向是交叉的，交叉流的獲得可采用直接錯(cuò)流形式和折流板強(qiáng)制形式，錯(cuò)流式中空纖維膜組件的優(yōu)點(diǎn)是中空纖維分布較均勻，錯(cuò)流使流體速度流動(dòng)方向與纖維表面垂直，從而加強(qiáng)了傳質(zhì)效率，其缺點(diǎn)是組裝困難，造價(jià)較高。螺旋卷式膜組件是將做好的平板膜密封成膜袋，在兩膜袋間襯以網(wǎng)狀間隔材料并緊密地卷繞在多孔中心管上制成。螺旋卷式膜組件的結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積的有效膜面積較大，制作工藝相對(duì)比較簡(jiǎn)單，安裝和操作也比較方便。適合在低流速，低壓力下操作。但由于不易清洗，對(duì)原料的預(yù)處理要求較高。中空纖維膜組件能夠提供高填充密度，耐壓性能好，大的比表面面積，結(jié)構(gòu)緊湊，制作方便等優(yōu)點(diǎn)，因此，應(yīng)用性高于其它組件。Hoff等人開(kāi)發(fā)了錯(cuò)流式中空纖維膜組件，研究了其吸收CO₂的過(guò)程，測(cè)定了傳質(zhì)通量，一個(gè)二維擴(kuò)散-反應(yīng)模型可以預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果；Dindore等人測(cè)定了中空纖維膜接觸器殼側(cè)擴(kuò)散系數(shù)，為膜組件的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。日本UBE公司、CHUB公司和NIPPON公司等均開(kāi)發(fā)了中空纖維膜組件，其主要應(yīng)用于煙道氣中CO₂的回收。挪威Kvamer公司開(kāi)發(fā)了一種用于分離天然氣中CO₂的膜吸收法工藝，該工藝可以應(yīng)用平板式和中空纖維膜組件。美國(guó)專利（USP7318854B2）提出一個(gè)選擇性分離混合氣中CO₂的膜系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用中空纖維膜接觸器。國(guó)內(nèi)浙江大學(xué)、天津大學(xué)、北京化工大學(xué)和南京信息工程大學(xué)等高校在膜接觸器應(yīng)用方面開(kāi)展了較多的研究。

膜接觸器本質(zhì)上是一個(gè)分離系統(tǒng)，其高效性涉及膜材料和膜接觸器結(jié)構(gòu)，其中膜接觸器結(jié)構(gòu)是高效節(jié)能的關(guān)鍵，也是提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的基礎(chǔ)。因此開(kāi)發(fā)高效節(jié)能的膜接觸器具有特別重要的意義。目前，用于分離混合氣的膜接觸器存在中空纖維分布密度不均勻，傳質(zhì)效率不穩(wěn)定，組裝困難，造價(jià)較高等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)目前氣液膜接觸器傳質(zhì)效率不穩(wěn)定，組裝困難，造價(jià)高的問(wèn)題提供一種氣液膜接觸器及應(yīng)用其的混合氣體分離方法，

一種多通道氣液膜接觸器，包括長(zhǎng)方形框體，固定于框體上下表面之間的氣腔板一，所述氣腔板一將框體內(nèi)腔分隔為氣腔與液腔；所述氣腔的頂面同側(cè)成對(duì)開(kāi)設(shè)有氣體接口，所述液腔的相對(duì)外側(cè)面成對(duì)開(kāi)設(shè)有液體接口，還包括另一氣腔板二，將氣腔分隔為兩個(gè)單獨(dú)的子氣腔，所述成對(duì)的氣體接口分別與不同的子氣腔相通；還包括有中空纖維膜，所述中空纖維膜固定于膜絲支撐管內(nèi)，所述中空纖維膜兩端頭沿框體長(zhǎng)邊分別固定于不同子氣腔的氣腔板一上，所述膜絲支撐管的水平段浸于液腔內(nèi)。

本發(fā)明提供的氣液膜接觸器呈現(xiàn)管殼式長(zhǎng)方形框架結(jié)構(gòu)，設(shè)置在膜絲支撐管內(nèi)的中空纖維膜為管程，走氣體，長(zhǎng)方形框架為殼程，走液體，其長(zhǎng)邊為有效的殼程長(zhǎng)度。?氣體通過(guò)中空纖維膜，由一個(gè)子氣腔進(jìn)入同側(cè)的另一個(gè)子氣腔，在這個(gè)過(guò)程中，借助液體，實(shí)現(xiàn)混合氣體的分離。全部分離過(guò)程僅在一個(gè)長(zhǎng)方形框架結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)。