[發(fā)明專利]處理高粉塵氣體的中空纖維膜組件及其應(yīng)用結(jié)構(gòu)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810655024.9
• 申請日: 2018-06-23
• 公開（公告）號: CN109224694A
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭紹華
• 申請（專利權(quán)）人: 郭紹華
• 主分類號: B01D46/54
• 分類號: B01D46/54;B01D63/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提出了采用中空纖維膜為主要材料制成處理高粉塵氣體的中空纖維膜組件，以及這種膜組件的應(yīng)用結(jié)構(gòu)的整體解決方案。用鉚接或鑄造的方式制成上花板和下花板，上面分別設(shè)有氣嘴和風(fēng)嘴，風(fēng)嘴一端用壓接或粘接的方式固定中空纖維膜膜絲，組成膜絲集束。高壓空氣從氣嘴噴出進入風(fēng)嘴，達到膜絲內(nèi)孔，起到反吹的作用。相比布袋除塵器，本發(fā)明可以將過濾效果提高1000倍。

技術(shù)領(lǐng)域

處理高粉塵氣體的中空纖維膜組件及其應(yīng)用結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

高粉塵環(huán)氣體主要指發(fā)電、冶煉、焚燒廠等典型的高粉塵排放場合，以及工作在人為、天然沙塵暴環(huán)境中的車輛、房屋所面臨的大氣。這些氣體中的粉塵含量通常達到10---1000g/m3的濃度。處理高粉塵氣體的常用方法是機械離心除塵、靜電除塵、布袋除塵、濾網(wǎng)除塵以及這些方式的混合。但是這些方式都面臨三個共同的缺陷，一是容塵量不足，難以經(jīng)受長期高粉塵的沖擊和堆積。二是過濾效率不足或不穩(wěn)定，難以保障長期輸出符合要求的潔凈空氣。三是風(fēng)阻過高，消耗能量很大。例如，發(fā)電廠現(xiàn)在的排放標準是30—50mg/m3，但是普遍使用的布袋除塵器很難達到這個標準，而且，這個標準本身也是不能令人滿意的，社會期望的標準是30ug/m3，還有1000倍的差距。又如裝甲車輛在沙塵暴條件下只能行走幾十千米，就必須停車清灰，更換濾芯。坦克上用的空氣濾清器系統(tǒng)，正常工況下消耗發(fā)動機總功率的3-5%，堵塞條件下消耗20%，可以使車輛失去能力。

業(yè)界都在努力尋找一種新的材料和方法，來提高高粉塵氣體處理的效率。努力尋求更加廉價、可靠、過濾性能優(yōu)良、容塵量更大、風(fēng)阻更低的解決方案。

解決上述困難的一個途徑是：直接采用中空纖維膜，特別是PTFE中空纖維膜。

PTFE中空纖維膜使用純聚四氟乙烯材料，通過擠壓、拉伸成型。一般制成直徑3—20mm的細管狀，管壁的厚度為0.5—5mm。膜微孔為細長孔，一般寬度為0.1um—0.3um,長度為1---5um。

中空纖維膜表面的性能與平板膜相仿，但是中空纖維膜是立體的，整個壁厚都是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了更加綿密的攔截縱深，大幅度降低了風(fēng)阻。

中空纖維膜本身就具有相當(dāng)可觀的機械強度，不需要其他材料作為支撐，也就避免了在與其他材料復(fù)合的過程中產(chǎn)生孔隙率的損失。

在同樣的體積下，比表面積是普通除塵袋的3---10倍，這就意味著風(fēng)速可以降低3—10倍，對延長空氣在膜表面穿過的時間，對提高過濾效率有非常重要的意義。特別是在半干法脫硫中，濾袋表面的粉塵層含有未反應(yīng)完全的脫硫劑，相當(dāng)于一個“固定床”的作用。若濾袋表面粉塵層厚度2.0mm，過濾風(fēng)速為1m/min，則含塵氣 流通過粉塵層的時間為1.2s，顯著延長了脫硫反應(yīng)的時間。如果風(fēng)速進一步降低，脫硫反應(yīng)時間會延長到2秒---12秒，就可能實現(xiàn)充分反應(yīng)。

中空纖維膜本身的柔軟性，表面的不粘性和拒水、拒油性使得粉餅難以持久附著，很容易通過風(fēng)吹和抖動自行脫落，極大增加了材料的容塵量和可持續(xù)工作時間。

基于這些原因，有理由相信聚四氟乙烯中空纖維膜是一種非常有潛力的新材料，完全可能在治理高粉塵污染方面有所作為。

雖然如此，市場上卻沒有這樣的產(chǎn)品，也沒有能檢索到這方面的專利和報道。

中空纖維膜出現(xiàn)于19世紀，興盛于20世紀80年代。普通的塑料都無法承受150度左右的高溫，沒有足夠的機械強度，足夠低的風(fēng)阻，足夠大的容塵量，都不可能用在煙氣處理這樣嚴酷的環(huán)境中。直到上世紀90年代，聚四氟乙烯中空纖維膜出現(xiàn)，郭玉海等人第一份制備專利出現(xiàn)在2012年。然而，直到目前，能夠批量生產(chǎn)聚四氟乙烯中空纖維膜的廠家極少，也只有用于水處理的型號，其一致性、成品率、造價等經(jīng)濟技術(shù)指標都很不理想。直到最近，也沒有專門用于空氣處理的專用膜絲產(chǎn)品問世。

用于水和空氣處理的膜絲是兩種參數(shù)相差極大的產(chǎn)品，制造工藝上也有很大差別。只有當(dāng)這種材料能走出實驗室，可以實現(xiàn)大規(guī)模、低成本、穩(wěn)定可靠生產(chǎn)時，用于高粉塵處理才成為可能。