一种用于膜吸收的陶瓷膜管的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于膜吸收的陶瓷膜管，属于陶瓷膜技术领域。
【背景技术】
[0002]S0X、⑶x、CmHn、N0x是大气污染的主要来源，也是大气污染的最主要的物质之一，对人类健康和生态环境都有着严重且长期的不利影响。随着人类对大气保护的日益重视，对污染气体排放的强制性法规也趋于严格。大气中污染物主要来源于煤和油的燃烧，包括锅炉、轮船、机动车以及其他燃烧过程。
[0003]大气污染物的处理方法有传统的塔柱式气液接触法，该工艺易受液泛、漏液和雾沫夹带等流体力学条件的限制，同时吸收液径向分布不均匀，设施占地面积大、投资高、运行费用高，在很多领域的应用都受到限制。
[0004]以有机膜为核心部件的膜吸收系统成为一种新型技术，在烟气脱硫、脱硝方面展现了超强的竞争优势。国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所发表了膜吸收海水烟气脱硫、脱硝的装置与工艺(CN 102485320 A、CN 103331095 A)，专利中采用疏水性的中空纤维膜作为膜吸收的界面实现了膜吸收法脱硫脱硝的工艺要求，同时采用了超温保护、自动化控制等措施使装置的有效运行。
[0005]陶瓷膜具有耐高温、耐腐蚀、高强度、抗氧化、孔径分布窄且可调等优点，从而使设备的使用寿命、烟气净化效果、操作范围得到有效的保障，在膜吸收领域具有广阔的应用前景。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的是:提供一种用于膜吸收的陶瓷膜管，这种膜管需要具有安装强度好、装填密度高、吸收效率高的优点。
[0007]技术方案是:
[0008]—种用于膜吸收的陶瓷膜管，其管壁是由支撑层以及覆于支撑层外部的膜层所构成，支撑层内部形成单个管腔;所述的膜管外壁截面的当量直径是10?15mm，所述的管腔的截面当量直径是6?9mm。
[0009]所述的膜管和管腔的截面形状选自正方形、六边形、三角形或者圆形。
[00?0]所述的膜层的厚度在5?ΙΟΟμπι之间。
[0011 ]所述的支撑层和膜层的孔隙率范围在15?45%之间，更优选20?40%。
[0012]所述的支撑层和/或膜层的材质选自碳化硅、硅藻土、莫来石、氧化铝、氧化锆或者氧化钛。
[0013]所述的支撑层的平均孔径范围是在I?20μηι之间，更优选范围是3?ΙΟμπι。
[0014]所述的膜层的平均孔径范围是在0.01?Ιμπι之间，更优选范围是0.02?0.8μηι。
[0015]有益效果
[0016]本实用新型提供的用于膜吸收的陶瓷膜管适合于膜吸收的工业过程，其具有强度高、装填密度高、吸收效率高的优点。
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型提供的陶瓷膜管的截面结构示意图。
[0018]图2是用于测试陶瓷膜管的膜吸收试验装置结构图。
[0019]其中，1、管腔;2、支撑层;3、膜层;4、膜管;5、膜组件;6、吸收液槽;7、真空栗。
【具体实施方式】
[0020]实施例1陶瓷膜管结构
[0021]本实用新型提供的用于膜吸收的陶瓷膜管的结构为长管型，其截面形状如图1所示，膜管的管内为一个管腔1，管腔I是由支撑层2环绕所形成，而在支撑层2的外层还覆有膜层3，因此支撑层2和膜层3整体形成了膜管的外壁。
[0022]管腔I的截面形状可以是选自正方形、六边形、三角形或者圆形，而膜管的外壁所形成截面形状也可以类似地选自这些形状，并且管腔I的截面与膜管的外壁形成的截面的形状可以相同，也可以不同。在一些优选的情况下，最好是两个截面形状都相同，因为方便生产加工;另外，截面形状最好是采用圆形，可以较大的保证膜面积，并且适合生产成型。
[0023]关于膜管截面的尺寸，在实际应用中，发现最优的范围是使膜管的外壁形成的截面的当量直径为10?15mm，而管腔I的截面当量直径是6?9mm。上面所述的当量直径是液体力学中的一种计算方式，当截面不是圆形时，计量直径是4倍的水力半径，而水力半径等于截面总流的有效截面积A和湿周L之比定义为水力半径。而如果是圆管时，其几何直径即为其当量直径。在一些更优选的条件下，最好采用膜管外壁和管腔截面都是圆形的膜管，外壁直径12mm，管腔内壁直径8mm。采用这样尺寸的膜结构，一方面可以保证安装时陶瓷膜管具有合适的强度，否则如果膜管过细的话，导致安装强度低，而另一方面，其尺寸如果过大的话，会导致在将陶瓷膜管安装于组件装置中时，导致装填量过小，使设备效率和成本提高，例如:当采用截面为正方形的组件，将膜管相互平行地安装于组件中，若组件截面的边长为
0.5m，膜管与膜管之间的间距保持为Icm时，采用外径为12mm圆形截面的膜管可以安装484根，装填面积达到18.24m2，而如果采用外径为20mm的圆形截面的膜管，可以安装256根，其装填面积为16.08m2。
[0024]膜层3的作用是起到了保证气体能够在合适的分压条件下从气相一侧通过膜孔进入至管内的液相一侧，其最优的厚度在5?ΙΟΟμπι之间，如果膜厚较小，会导致膜层的耐久性不高，而如果膜层过厚，容易导致在运行过程中气相阻力提高，导致了吸收效率偏低。
[0025]所述的支撑层和膜层的孔隙率范围在15?45%之间，更优选20?40%，如果孔隙率较小，会导致吸收效率偏低，而如果孔隙率偏大的话，膜管的强度就会偏低。
[0026]所述的支撑层和/或膜层的材质选自碳化硅、硅藻土、莫来石、氧化铝、氧化锆或者氧化钛，其中特别适用于氧化铝、氧化锆和氧化钛材质的支撑层和/或膜层，因为其具有较好的稳定性。
[0027]支撑层的平均孔径范围是在I?20μπι之间，更优选范围是3?ΙΟμπι，同时，所述的膜层的平均孔径范围是在0.01?Ιμ??之间，更优选范围是0.02?0.5μηι。
[0028]膜吸收运行试验
[0029]本实用新型采用的膜吸收试验装置结构如图2所示，将多根如实施例1中所描述的陶瓷膜管平行装配于组件中，组件内部形成的空腔为气体管程，而陶瓷膜管的管腔I为吸收液管程，各只膜管4的管腔I都与装有吸收液的吸收液槽6相连接，而管腔I的另一端连接在真空栗7上，通过真空栗7的负压抽吸使吸收液在管腔I内进行流动；同时，将含有待吸收气体的气体送入组件内部的气体管层，易被吸收的气体透过膜管的膜层3和支撑层I与吸收液接触，进而被吸收。
[0030]试验在不同的工况条件下都进行了测试:
[0031 ]组件中的空腔截面积为Im2，共安装有64根陶瓷膜管，从截面上看为8 X 8排列，膜管长度为lm。
[0032]工况条件为:气体为含有20%C02和80%N2气体，温度50°C，气体流速4m3/min，气相压力0.15MPa;管腔I内部的吸收液采用20wt%MEDA的水溶液，吸收液温度30°C，真空栗开启负压-1OOOPa?2000Pa(表压)之间，使管内吸收液的流速为0.2m/s。
[0033]采用支撑层和膜层的孔隙率30%，材料都为氧化铝的膜管，支撑层的平均孔径20μm，膜层平均孔径200μηι，膜层厚度20μηι，外形尺寸:圆形，外径12mm，内径8mm。经过吸收过程，酸性气体进出口浓度下降量5.44%。
【主权项】
1.一种用于膜吸收的陶瓷膜管，其特征在于，其管壁是由支撑层(2)以及覆于支撑层(2)外部的膜层(3)所构成，支撑层(2)内部形成单个管腔(I);所述的膜管外壁截面的当量直径是10?15_，所述的管腔(I)的截面当量直径是6?9_。2.根据权利要求1所述的用于膜吸收的陶瓷膜管，其特征在于:所述的膜管和管腔(I)的截面形状选自正方形、六边形、三角形或者圆形。3.根据权利要求1所述的用于膜吸收的陶瓷膜管，其特征在于:所述的膜层(3)的厚度在5?10ym之间。4.根据权利要求1所述的用于膜吸收的陶瓷膜管，其特征在于:所述的支撑层(2)和膜层(3)的孔隙率范围在15?45%之间。5.根据权利要求4所述的用于膜吸收的陶瓷膜管，其特征在于:所述的支撑层(2)和膜层(3)的孔隙率范围在20?40%之间。6.根据权利要求1所述的用于膜吸收的陶瓷膜管，其特征在于:所述的支撑层(2)和/或膜层(3)的材质选自碳化硅、硅藻土、莫来石、氧化铝、氧化锆或者氧化钛。7.根据权利要求1所述的用于膜吸收的陶瓷膜管，其特征在于:所述的支撑层(2)的平均孔径范围是在I?20ym之间。8.根据权利要求7所述的用于膜吸收的陶瓷膜管，其特征在于:所述的支撑层(2)的平均孔径范围是在3?I Oym之间。9.根据权利要求1所述的用于膜吸收的陶瓷膜管，其特征在于:所述的膜层(3)的平均孔径范围是在0.01?Iym之间。10.根据权利要求9所述的用于膜吸收的陶瓷膜管，其特征在于:所述的膜层(3)的平均孔径范围是在0.02?0.5μπι之间。
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于膜吸收的陶瓷膜管，属于陶瓷膜技术领域。该陶瓷膜管管壁是由支撑层以及覆于支撑层外部的膜层所构成，支撑层内部形成单个管腔；所述的膜管外壁截面的当量直径是10～15mm，所述的管腔的截面当量直径是6～9mm。本实用新型提供的用于膜吸收的陶瓷膜管适合于膜吸收的工业过程，其具有强度高、装填密度高、吸收效率高的优点。
【IPC分类】B01D69/04, B01D71/02, B01D53/14
【公开号】CN205216602
【申请号】CN201521077333
【发明人】潘锁良, 周邢, 吴健, 徐德刊, 常冬杰, 程恒, 邓唯, 彭文博, 范克银
【申请人】江苏久吾高科技股份有限公司
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年12月22日