气体分离器设备制造技术

提供了一种用于从多个化学物类的混合物中分离出至少一个成分的设备（１０）。设备（１０）包括膜结构（１２），该膜结构包括设置在基质（１６）材料中的多个气孔（１４）以允许物质从膜结构（１２）的第一表面（１８）传递到膜结构（１２）的第二表面（１９）。基质（１６）材料具有至少大约１０Ｗ／ｍ／Ｋ的导热系数；以及设置在多个气孔（１４）的至少一部分中的功能材料（２０）。功能材料（２０）具有促进穿过膜结构（１２）从第一表面（１８）到第二表面（１９）选择性地传递至少一个物类的特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体涉及一种膜基气体分离器，并且更特别地涉及一种 适用于高温使用的膜基气体分离器。
技术介绍
通过膜对气体的分离是个不断变化的并且快速成长的领域。膜 分离工艺在低能耗和低成本投资方面提供了许多优点。然而，在膜 分离领域中主要的挑战是发展经济的和有效的膜。特别的挑战是发 展用于从包含分子比如氮或氢的气流中分离二氧化碳(CO》的膜。目前，co2例行公事地是通过化学(胺)或物理(乙二醇)吸附系统从工业过程中被分离。然而，相对于没有收集的基础工厂，操作这种co2 收集系统所需要的高能量可减少工厂的总效率，导致增加的燃料需 求、固体废物和环境问题。所以，希望发展一种适用于气体分离的 膜，和先进的工业工艺设计以显著地减少关联的能量需求。
技术实现思路
本专利技术通过提供一种用于将比如co2的成分从气态混合物中分离的有效的分离器系统来满足这些和其它的要求。因此，本专利技术的一个实施例是用于从多个化学物类(chemical species)的混合物中分离 出至少一个成分的设备。设备包括膜结构，该膜结构包括多个设置 在基质材料中的气孔以允许物质(mass)从膜结构的第 一表面处传递 (transport)到膜结构的第二表面。基质材料具有至少大约10瓦/米/开 尔文(W/m/K)的导热系数；和设置在多个气孔的至少一部分中的功能 材料。功能材料具有促进穿过膜结构从第 一表面到第二表面的选择 性地传递至少 一个物类的特性。本专利技术的特定实施例是包括多个气孔的金属膜结构。金属膜结 构便于从膜结构的第一表面到膜结构的第二表面的热传递。功能材 料被设置在多个气孔的至少一部分中。功能材料具有促进穿过膜结 构从第 一表面到第二表面的选择性地传递C02的特性。附图说明当参考附图阅读了下面的具体实施方式时，本专利技术的这些和其 它的特征、方面和优点将变得更好理解，在整个附图中相同的标号代表相同的零件，其中图1是根据本专利技术的一个实施例的结合本专利技术的膜结构的气体 分离器的示意图；图2是本专利技术的合成膜结构实施例和多层膜结构实施例的示意图；图3所示为用于本专利技术的合成膜结构实施例和多层膜结构实施 例的有效导热系数和标准化导热系数的图表；图4是根据本专利技术的一个实施例的设备的示意图； 图5是图4的实施例的局部视图； 图6是当前专利技术的另一个实施例的图示；和 图7是当前专利技术的仍然另一个实施例的图示。元件符号列表 10设备 12膜结构 14气孔 16基质 18第一表面 19第二表面 20功能材料22待分离的物类24气体混合物26穿透气(sweep gas)30合成膜结构32介孔二氧化硅34多孔金属36多层膜结构38介孔二氧化硅层39多孔金属层50气体分离系统52热交换器54分离器56冷凝器58第一流动通路60待分离的物类62第二流动通路64传热流体66 C02100 co2收集系统 102发电系统 103电 104废气106余热回收蒸汽发生器 108冷却回路 110冷却液体 112气相废气 114泵116蒸汽4仑机系统117电118废气120 C。2提取系统122 C02124冷凝器126通路128废气部分200可翻新的-友收集系统202 二氧化碳提取系统220提取回路221冷凝器222 C02224传热流体226通路具体实施方式在下面的描述中，贯穿附图中所示的几个视图，相同的标号指 代相同的或相应的零件。还可理解的是，用语比如"顶部"、"底 部"、"向外的"、"向内的"、"第一"、"第二"等等是方便 的词语并且不是被构建为限制的用语。此外，不论本专利技术的特定方 面祐:i兌成是包括组的多个元件的至少 一个和其组合或由组的多个元 件的至少一个和其组合组成，都能理解的是该方面可包括组的任一 元件或由组的任一元件组成，或者个别地或者与该组的{壬4可其它的 元件组合。一般地参考附图，将能理解的是，图解的目的是用于描述本发 明的一个实施例，而不是意在将本专利技术限制于此。为了理解本专利技术，用语"渗透，，指代透过率。"渗透选择性" 指代一个化学物类相对于另一个化学物类穿过膜的优选的渗透。参考图1描述了用于从多个化学物类的混合物中分离出至少一个成分的示范性设备10。设备10包括膜结构12,该膜结构包括多 个设置在基质材料16中的气孔14以允许物质从膜结构的第一表面18 传递到膜结构的第二表面19。基质材料16具有至少大约10W/m/K 的导热系数。功能材料20被设置在多个气孔14的至少一部分中。 功能材料20具有促进从气体混合物24中选择性地将至少一个物类22 穿过膜结构12从第一表面18传递到第二表面19的特性。分离的物 类22可被穿透气26收集。典型地，膜结构12包括具有基本上高渗 透选择性和基本上高渗透性的膜，以用于以有效的方式分离选定的 物类。在特定的实施例中，基质材料16具有至少大约15W/m/K的 导热系数。在另一个特定的实施例中，基质材料16具有至少大约 20W/m/K的导热系数。膜结构12包括具有适当的材料特性的任何基质材料16。希望地， 基质材料16在设备的操作条件下是稳定的并且具有所需的导热系 数。在某些实施例中，基质包括具有适当的导热系数的陶瓷。适当 的陶瓷的实例包括，但不限于，碳化铝、氮化铝、氧化铍、碳化硼、 氮化硼、立方氮化硼、碳化铪、硼化硅、碳化珪、氮化硅、硼化钬、 碳化钛、氮化钛和碳化锆。基质可包括这些陶瓷材料的各种组合。 在示范性实施例中，基质包括碳化硅。在某些实施例中，基质材料16包括金属。适当的金属的实例包 括，但不限于，镍、不锈钢、铁基合金、镍、镍基合金、镍铬铝钇 合金(NiCrAlY)、蒙乃尔合金(Monel)、镍基耐热变形合金(IN600)、钛、 铝基合金、铜基合金和这些的各种组合。在示范性实施例中，基质 包括镍。在另一个实施例中，基质包括不锈钢。膜结构12包括多个设置在基质材料16中的气孔14。多孔基质 便于将物质从膜结构12的第一表面18传递到膜结构12的第二表面 19。气孔14的尺寸和气孔的密度控制了气体物类穿过多孔膜结构的 渗透。典型地，基质材料16具有大于大约5%的孔隙体积分率。在 一个实施例中，基质材料16具有从大约20%到大约70%范围的孔隙体积分率。在一个实施例中，基质材料16具有从大约0.02微米到 大约200微米范围的中值气孔大小。在另一个实施例中，基质材料16 具有从大约0.1微米到大约IO微米范围的中值气孔大小。在本领域中所公知的任何方法都可被使用于制造多孔基质。粉 末固结和烧结可被使用于陶瓷的和金属的多孔基质材料。粉末固结 方法可包才舌干压、均压、流延(tape casting)或压延(tape calendaring)。 气孔大小可从粉末微粒的大小和形态中特制。多孔性可通过在压制 和烧结条件下的变化或从易变的气孔形成材料比如有机溶剂或材料 的使用来设计制造。其它适当的气孔形成技术包括，但不限于，离 子束刻蚀、光刻(lithography)、自组装、」欽细加工、阳^l腐蚀、复制、 熔模祷造、冲压、软光刻、电场纺丝(dectrospinning)、激光钻孔等等。 技术比如离子束刻蚀、阳极腐蚀等等都是公知的以产生任何希望气 孔大小的密集均匀的气孔。为了获得希望的气孔结构在工艺参数中 的变化对本领域的那些技术人员是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从多个化学物类中分离出至少一个成分的设备（１０），所述设备（１０）包括：　　　　膜结构（１２），所述膜结构（１２）包括设置在基质（１６）材料中的多个气孔（１４），以便允许物质从所述膜结构（１２）的第一表面（１８）传递到所述膜结构（１２）的第二表面（１９），其中，所述基质（１６）材料具有至少大约１０Ｗ／ｍ／Ｋ的导热系数；和　　　　功能材料（２０），所述功能材料（２０）设置在所述多个气孔（１４）的至少一部分中，其中，所述功能材料（２０）具有促进穿过所述膜结构（１２）从所述第一表面（１８）到第二表面（１９）选择性地传递至少一个物类的特性。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JA鲁德，MJ保曼，KV萨拉蒂，M马诺哈伦，AYC顾，V拉马斯瓦米，PRL马伦芬特，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]