一种应用于膜吸收过程的薄壁陶瓷膜管制造技术

本实用新型专利技术涉及一种应用于膜吸收过程的薄壁陶瓷膜管，属于膜吸收技术领域。其包括有管壁及由管壁内部形成的管腔；所述的膜管的外壁截面的当量直径范围是4～20mm，管壁的厚度范围小于3mm；在管腔的内部还设置有至少两个气体传导多孔材料片，气体传导多孔材料片沿着膜管的管径方向设置；在管腔的截面上，所述的气体传导多孔材料片的一端设置于膜管的内壁上，而另一端之间相互搭接。本实用新型专利技术提供的薄壁陶瓷膜具有较高的传质效率，吸收效果得到了大幅度提升，同时具有较大的装填面积，减小了设备投资成本，同时也能够保持较好的机械强度。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种应用于膜吸收过程的薄壁陶瓷膜管及膜吸收方法，属于膜吸收

技术介绍
膜吸收是一种膜技术与气体吸收技术相结合的新型膜过程，以分离膜为界面将气相、吸收液分开，气液两相在膜界面处发生传质及化学反应，达到去除气相中有害成分的一种方法，其中膜本身没有选择性。该方法作为一种新型的技术广泛于化工生产、大气环保、生物化工等领域。陶瓷膜应用于膜吸收过程，尤其优越的耐高温、腐蚀性。可以保持在较高的酸性、碱性条件下操作，因此具备了优越的吸收效率。但是陶瓷膜也有其自身的特点，在陶瓷膜使用过程中，为了得到较好的机械强度，通常采用多通道构型或是增大陶瓷膜壁厚来制备得到。但是，这两种方式对吸收过程将产生不利影响，因为壁厚的增加使滤阻力增大，影响了膜吸收过程中的吸收效率。
技术实现思路
本技术采用了薄壁陶瓷膜管，可以提高应用于膜吸收过程中的吸收效率，另外通过在陶瓷膜内部增设气体传导结构，可以提高了吸收效率，提高单位体积的装填面积，吸收效果得到了大幅度提升。一种应用于膜吸收过程的薄壁陶瓷膜管，其包括有管壁及由管壁内部形成的管腔；所述的膜管的外壁截面的当量直径范围是4～20mm，管壁的厚度范围小于3mm；其中，在管腔的内部还设置有至少两个气体传导多孔材料片，气体传导多孔材料片沿着膜管的管径方向设置；在管腔的截面上，所述的气体传导多孔材料片的一端设置于膜管的内壁上，而另一端之间相互搭接。所述的薄壁陶瓷膜管的管壁是由支撑层以及覆于支撑层外部的膜层所构成，支撑层内部形成管腔；气体传导多孔材料片的数量范围是2～7个；优选为4个，且4个气体传导多孔材料片之间依次呈90°排列分布。气体传导多孔材料片在管腔截面上的厚度范围是0.1～3mm，优选范围是0.5～2mm。所述的膜管外壁截面的当量直径范围优选是4～12mm。管壁的厚度范围优选是小于1.5mm。所述的膜管和/或管腔的截面形状选自正方形、六边形、三角形或者圆形。在管腔所处的截面上，气体传导多孔材料片的厚度范围是0.1～3mm，优选范围是0.5～2mm。所述的膜层的厚度在5～100μm之间。所述的支撑层和/或膜层和/或气体传导多孔材料片的孔隙率范围在15～45%之间。所述的支撑层和/或膜层和/或气体传导多孔材料片的孔隙率范围优选在20～40%之间。所述的支撑层和/或膜层和/或气体传导多孔材料片的材质是陶瓷。所述的陶瓷选自碳化硅、硅藻土、莫来石、氧化铝、氧化锆或者氧化钛。所述的支撑层的平均孔径范围是在1～20μm之间。所述的支撑层的平均孔径范围优选是在3～10μm之间。所述的膜层的平均孔径范围是在0.01～1μm之间。所述的膜层的平均孔径范围是优选在0.02～0.5μm之间。本技术还提供了一种膜吸收方法，包括如下步骤：将含有待吸收组分的气体送入薄壁陶瓷膜管的外部流动，将吸收液送入薄壁陶瓷膜管的内腔流动，薄壁陶瓷膜管的管壁的厚度小于3mm，薄壁陶瓷膜管外壁截面的当量直径范围是4～20mm，通过至少两个多孔材料将薄壁陶瓷膜管的内壁上的气体传导进内腔内与吸收液液接触，并且通过多孔材料的另外一端之间相互搭接。所述的待吸收组分选自酸性气体或者碱性气体。所述的酸性气体选自CO2、SO2、SO3、H2S、NO2或者NO。所述的碱性气体选自NH3。所述的吸收液选自水。所述的吸收液中还添加有能够与待吸收组分反应的吸收剂。所述的吸收剂选自酸或者碱。本技术还提供了上述薄壁陶瓷膜管在膜吸收中的应用。有益效果本技术提供的薄壁陶瓷膜具有较高的传质效率，吸收效果得到了大幅度提升，同时具有较大的装填面积，减小了设备投资成本，同时也能够保持较好的机械强度。附图说明图1～图3是三种本技术提供的陶瓷膜管的结构示意图。图4是用于测试陶瓷膜管的膜吸收试验装置结构图。图5是气体传导多孔材料片相互之间不搭接的膜管结构图。其中，1、管腔；2、支撑层；3、膜层；4、气体传导多孔材料片；5、膜组件；6、吸收液槽；7、真空泵；8、膜管。具体实施方式本技术所涉及的陶瓷膜管的应用领域主要是通过吸收液对气体中的待吸收组分的膜吸收分离，例如：对于气体中的酸性气体（SOx、COx、NOx等）进行吸收，气体在陶瓷膜管的外部运动，而吸收液在陶瓷膜管的内部流动，气体中的待吸收组分透过陶瓷膜管的孔道进入管内腔，组分被吸收液所吸收。另外，吸收液当中也可以添加可以与待吸收组分反应的吸收剂，以提高吸收效率，例如可以是NaOH、KOH、NH3等。如果是针对碱性气体NH3吸收时，可以采用水作为吸收液，而以盐酸、硫酸等作为吸收剂。本技术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1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。为了使膜吸收过程中的效率得到提高，本技术主要是采用了薄壁结构，即上述的外壁的厚度范围需要控制得较薄，在优选的条件下，是小于3mm，更优选是小于1.5mm。本技术中，为了使效率得到进一步地提高，在管腔1的内部，还设置有至少两个气体传导多孔材料片4，气体传导多孔材料片4沿着膜管的管径方向设置，在图1中所示的结构中为2个，在图2和图3中所示的结构中，气体传导多孔材料片4分别为3个和4个。气体传导多孔材料4的作用是使膜管外部的酸性气体进一步地通过多孔材料引入到管腔中，与吸收液接触，达到提高吸收效率的作用。关于气体传导多孔材料片在管腔所处截面上的形状，最好是厚度较薄，否则容易导致从总体上使膜管壁厚增加的效果，例如：在管腔1所处的截面上，其厚度范围是0.1～3mm，优选范围是0.5～2mm。并且气体传导多孔材料片4的数量最好大于2且小于7，一方面能够提高传质效果，另一方面又不至于使膜管的表面壁面厚度过度增大。另外，气体传导多孔材料片的一端设置于管腔的内壁上，而另一端为自由端，这些气体传导多孔材料片的自由端之间相互搭接，这种实施方式可以将管腔内部形成多个闭合结构，即可以减小流道直径。由于在膜吸收过程中，酸性气体与内部吸收液中的吸收剂（NaOH、KOH、NH3等）相互反应之后，会生成盐，这些盐在浓度过大或者温度过低时，会存在着在膜管内壁表面析出、结晶、浓差极化等现象，会影响到后续的吸收效果；当通过将几个多孔材料结构的自由端相互搭接闭合后，可以使管腔的内部形成多个闭合流道，减小了流道的直径，使流体的剪切力提高，有利于去除气体与吸收液反应物的移除，进一步地产生提高吸收效率的作用。如图2，可以是由3个气体传导多孔材料片互相呈60°角排列分布于管腔内部、中央搭接；也可以是如图3所示，由4个气体传导多孔材料片相互之间依次呈90°角排列分布于管腔当中。管腔1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1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。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4～20mm，更优选4～12mm。上面所述的当量直径是液体力学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于膜吸收过程的薄壁陶瓷膜管，其包括有管壁及由管壁内部形成的管腔（1）；所述的膜管的外壁截面的当量直径范围是4～20mm，管壁的厚度范围小于3mm；其特征在于：在管腔（1）的内部还设置有至少两个气体传导多孔材料片（4），气体传导多孔材料片（4）沿着膜管的管径方向设置；在管腔的截面上，所述的气体传导多孔材料片（4）的一端设置于膜管的内壁上，而另一端之间相互搭接。

【技术特征摘要】
1.一种应用于膜吸收过程的薄壁陶瓷膜管，其包括有管壁及由管壁内部形成的管腔（1）；所述的膜管的外壁截面的当量直径范围是4～20mm，管壁的厚度范围小于3mm；其特征在于：在管腔（1）的内部还设置有至少两个气体传导多孔材料片（4），气体传导多孔材料片（4）沿着膜管的管径方向设置；在管腔的截面上，所述的气体传导多孔材料片（4）的一端设置于膜管的内壁上，而另一端之间相互搭接。2.根据权利要求1所述的应用于膜吸收过程的薄壁陶瓷膜管，其特征在于：所述的薄壁陶瓷膜管的管壁是由支撑层（2）以及覆于支撑层（2）外部的膜层（3）所构成，支撑层（2）内部形成管腔（1）；气体传导多孔材料片（4）的数量范围是2～7个。3.根据权利要求2所述的应用于膜吸收过程的薄壁陶瓷膜管，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：常冬杰，徐德刊，周邢，吴健，潘锁良，邓唯，程恒，
申请(专利权)人：江苏久吾高科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32