[發(fā)明專利]高效分離含有不同極化率氣體的非極性混合氣體的裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110295088.4
• 申請(qǐng)日: 2021-03-19
• 公開（公告）號(hào): CN113082940B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐斌;吳曉靜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D53/04
• 分類號(hào): B01D53/04;B01D53/32
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 李新新

本發(fā)明涉及一種高效分離含有不同極化率氣體的非極性混合氣體的裝置及方法。裝置包含玻璃管、吸附柱、多孔材料、電源、進(jìn)氣管、出氣管和多個(gè)導(dǎo)線，玻璃管的一端設(shè)有與進(jìn)氣管相連通的進(jìn)氣口，玻璃管的側(cè)壁上設(shè)有與出氣管相連通的出氣口，吸附柱置于玻璃管中，吸附柱內(nèi)部中空，多孔材料沿周向填充在吸附柱內(nèi)部并圍成氣體通道。分離方法是采用多孔材料作為吸附劑，通過電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)多孔材料的荷電和表面極性，同時(shí)誘導(dǎo)極化率較高的氣體分子產(chǎn)生一定的極性，氣體分子極化率越高，被吸附作用越強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)不同極化率非極性混合氣體的分離具體。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的多孔材料能高效分離極化率不同的兩種或幾種非極性混合氣體。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于混合氣體分離凈化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高效分離含有不同極化率氣體的非極性混合氣體的裝置及方法。

背景技術(shù)

近年來，我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展，同時(shí)也面臨著化石能源的儲(chǔ)量風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境污染的雙重壓力。因此優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、發(fā)展更多清潔低碳能源勢(shì)在必行。我國天然氣資源相對(duì)匱乏，而沼氣是一種有機(jī)物經(jīng)厭氧發(fā)酵后產(chǎn)生的可燃性氣體，其中甲烷的含量可達(dá)50～70％，其余為二氧化碳和少量其他氣體，其特性與天然氣相似。與傳統(tǒng)沼氣相比，生物天然氣的本質(zhì)是規(guī)模化和商業(yè)化，是一種新型的全產(chǎn)業(yè)鏈運(yùn)作模式。

我國豐富的生物質(zhì)資源使得生物天然氣的發(fā)展極具潛力，農(nóng)作物秸稈、禽畜糞便等有機(jī)物都能作為原料。除農(nóng)業(yè)領(lǐng)域外，市政領(lǐng)域的餐廚垃圾、污泥以及工業(yè)領(lǐng)域的高濃度有機(jī)廢水、工業(yè)有機(jī)污泥等都是生物天然氣生產(chǎn)的原料。隨著我國垃圾分類的實(shí)施，餐廚垃圾的產(chǎn)量將呈現(xiàn)爆發(fā)式的增長，餐廚垃圾市場(chǎng)存在巨大的處置缺口和生物天然氣生產(chǎn)潛力。因此深入研究厭氧發(fā)酵工藝、沼氣提純工藝、有機(jī)肥生產(chǎn)裝備，對(duì)于生物天然氣工程的順利實(shí)施、投產(chǎn)達(dá)標(biāo)以及行業(yè)快速健康發(fā)展具有重要意義。其中沼氣提純工藝是指去除沼氣中的二氧化碳，提高甲烷的體積分?jǐn)?shù)和沼氣熱值。CH₄/CO₂混合物廣泛存在于天然氣、生物氣、油田氣、沼氣、強(qiáng)化開采原油伴生氣中，大量CO₂的存在將直接影響混合物的燃燒效果和以這些氣體為原料的產(chǎn)品的質(zhì)量，并對(duì)管線及設(shè)備造成腐蝕。同時(shí)由于CH₄和CO₂氣體能夠?qū)е聹厥倚?yīng)，正引起越來越嚴(yán)重的后果。但由于CH₄和CO₂都是非極性氣體，許多性質(zhì)相近，二者的分離存在難度。因此如何將CH₄/CO₂混合氣分離開來成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。

目前CH₄/CO₂混合氣體的分離方法主要有吸收法、膜分離法、變壓吸附法及低溫分離法。吸收法不可避免會(huì)使用到有毒有害藥劑，并產(chǎn)生大量廢水，造成二次污染；膜分離法雖然工藝簡(jiǎn)單，但操作壓力高，運(yùn)行費(fèi)用較高；變壓吸附法應(yīng)用較為廣泛，但變壓吸附系統(tǒng)復(fù)雜，控制難度較大，過程甲烷損失率較高；低溫分離技術(shù)處于起步階段，尚需完善提升。為提高天然氣利用率，確保生物天然氣工程的順利推進(jìn)，優(yōu)化沼氣/生物天然氣提純工藝的研究勢(shì)在必行。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是提供一種高效分離含有不同極化率氣體的非極性混合氣體的裝置及方法，多孔材料表面的含氧酸性基團(tuán)的含量達(dá)到一定濃度，能高效分離極化率不同的兩種或幾種非極性混合氣體。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種高效分離含有不同極化率氣體的非極性混合氣體的裝置，所述非極性混合氣體包含兩種及以上極化率不同的非極性氣體，所述分離裝置包含玻璃管、吸附柱、多孔材料、電源、進(jìn)氣管、出氣管和多個(gè)導(dǎo)線，所述玻璃管的一端設(shè)有與進(jìn)氣管相連通的進(jìn)氣口，所述玻璃管的側(cè)壁上設(shè)有與出氣管相連通的出氣口，所述吸附柱置于玻璃管中，所述吸附柱內(nèi)部中空，所述多孔材料沿周向填充在吸附柱內(nèi)部并圍成氣體通道(即多孔材料填充呈環(huán)狀)，多個(gè)導(dǎo)線包括設(shè)于電源和吸附柱之間的傳導(dǎo)導(dǎo)線以及與吸附柱相連接的接地導(dǎo)線。

所述多孔材料表面羧基基團(tuán)的濃度不低于0.2mol/kg，和/或羥基基團(tuán)的濃度不低于0.3mol/kg，即兩者濃度條件可單獨(dú)滿足也可同時(shí)滿足。