CN109603417A - 一种适用于微重力条件下的气体分离装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于微重力条件下的气体分离装置，包括用于吸附待分离气体的反应器，所述反应器包括多个气体吸附质通道及液态吸附剂通道，所述气体吸附质通道与液态吸附剂通道交隔布置，相邻气体吸附质通道与液态吸附剂通道由分隔传导界面分隔，所述分隔传导界面由微观条件下具有密集微孔的材料制成，用于利用微重力条件下的毛细作用进行传质，以加大吸附作用的表面积。本发明提高了微重力条件下气体吸附质与液态吸附剂分隔界面的接触程度，增大了吸附过程的表面积，从而提了高吸附效率。
Description
技术领域
本发明属于气体分离技术领域，尤其涉及一种适用于微重力条件下的气体分离装置。
背景技术
气体分离通常采用冷凝分离、吸附分离等方法，其中使用吸附剂材料进行气体吸附分离是化工、环保等行业最常用的方式。常用的吸附分离方法有利用活性炭作为吸附剂分离空气中的微量有害气体、利用硅胶作为吸附剂分离空气中的水蒸气、利用分子筛作为吸附剂分离空气中的CO2气体等。
吸附剂在具体吸附使用过程中存在吸附量上限的制约，不同的吸附剂材料对分离对象(吸附质)有不同的吸附量，以固态分子筛吸附分离CO2气体为例，其CO2平衡吸附量约为分子筛材料自身重量的4％，吸附4kg的CO2即需要100kg的分子筛材料，吸附剂耗用量较大；装载吸附剂通常采用多层流道的反应器内部型式。对于液态吸附剂，由于待分离气体在液体中实现吸附分离过程时，通常气液界面间难以实现大表面积的接触和吸收，因而吸附效率不高。为吸附指定量的待分离气体，故需增加吸附剂使用量，造成系统重量、体积偏大。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于微重力条件下的气体分离装置，通过提高微重力条件下气体吸附质与液态吸附剂分隔界面的接触程度，增大吸附过程的表面积，提高吸附效率。
本发明提供了一种适用于微重力条件下的气体分离装置，包括用于吸附待分离气体的反应器，反应器包括多个气体吸附质通道及液态吸附剂通道，气体吸附质通道与液态吸附剂通道交隔布置，相邻气体吸附质通道与液态吸附剂通道由分隔传导界面分隔，分隔传导界面由微观条件下具有密集微孔的材料制成，用于利用微重力条件下的毛细作用进行传质，以加大吸附作用的表面积。
进一步地，分隔传导界面采用多微孔金属板或表面具有憎水透气性的纤维凝胶网状促进膜。
进一步地，分隔传导界面采用化工合成或3D打印方式制成。
进一步地，反应器还用于气体的解吸。
进一步地，二个反应器通过吸附回路及解吸回路连接，用于吸附及解吸气体，吸附回路设有加热器，解吸回路设有冷却器。
借由上述方案，通过适用于微重力条件下的气体分离装置，提高了微重力条件下气体吸附质与液态吸附剂分隔界面的接触程度，增大了吸附过程的表面积，从而提了高吸附效率。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明反应器的整体示意图；
图2为本发明反应器内部结构图一(隐藏一侧进出口壳体)；
图3为本发明反应器内部结构图二(隐藏另一侧进出口壳体)；
图4为图3中C-C剖视图；
图5为本发明一种典型的分隔传导界面示意图；
图6为应用本发明进行实现循环吸收-解吸CO2的示意图。
图中标号：
1-反应器壳体；2-通道；3-分隔传导界面；4-通道侧板；5-循环泵；6-加热器；7-冷却器；8-风机；9-真空泵；10-吸附质气路；11-吸附剂液路。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参图1至3所示，本实施例提供了一种适用于微重力条件下的气体分离装置，包括用于吸附待分离气体的反应器，反应器包括多个气体吸附质通道及液态吸附剂通道(图中通道2为等间距尺寸结构，实际反应器的通道2间距较小，分隔传导界面3层数较多)，气体吸附质通道与液态吸附剂通道交隔布置，相邻气体吸附质通道与液态吸附剂通道由分隔传导界面3分隔，分隔传导界面3由微观条件下具有密集微孔的材料制成，用于利用微重力条件下的毛细作用进行传质，以加大吸附作用的表面积，提高气体分离效率。
通过该适用于微重力条件下的气体分离装置，能够提高微重力条件下气体吸附质与液态吸附剂分隔界面的接触程度，增大吸附过程的表面积，提高吸附效率。
参图4所示，通道2包括气体吸附质通道(A通道)及液态吸附剂通道(B通道)，以纤维凝胶网状促进膜作为分隔传导界面(气液分隔界面)，吸附剂采用有机胺类水溶液，分离空气中CO2的过程为：待分离空气从纤维凝胶网状促进膜一侧(A通道)通过，与CO2发生可逆络合反应的有机胺水溶液吸收液(吸收剂)从纤维凝胶网状促进膜的另一侧(B通道)通过。该纤维凝胶网状促进膜是透气憎水膜，吸收液不易进入膜微孔中，而气体可以进入，气液两相在分隔传导界面3的液体侧形成固定的传质界面，气体中的CO2在气液界面上进行反应，扩散进入吸收液。由于微重力条件下气液界面的毛细作用，吸收剂在多孔网状的分隔传导界面3面上分散的较为充分和均匀，对吸附质的吸收效率更高。
该反应器还可用于气体的解吸，解吸过程则相反，通过对纤维凝胶网状促进膜的气体侧抽低压，使CO2从吸收液中脱出，从纤维凝胶网状促进膜的孔隙中逸出。每一层吸收液均夹在两层多孔憎水膜之间，通过循环泵可在两个反应器中不断循环来吸收——解吸CO2。因此，该反应器可以作为吸附、解吸过程的通用反应装置。
分隔传导界面3采用多微孔金属板或表面具有憎水透气性的纤维凝胶网状促进膜。
参图5所示，纤维凝胶网状促进膜作为一种典型的分隔传导界面，其为多层复合纤维多微孔聚合物，制备过程可使得表面状态为憎水透气性质，利用凝胶交联方式，在分隔界面分子上接枝能与CO2产生若化学结合的固定载体(充满CO32-/HCO3-离子)作为输送作用的载体，以增加CO2的溶解和传质速率，提高CO2选择性和渗透速率。分隔传导界面3可采用化工合成或3D打印方式制成。
参图6所示，二个反应器通过吸附回路及解吸回路连接，用于吸附及解吸气体，吸附回路设有循环泵5、加热器6，解吸回路设有冷却器7。
待分离气体(例如：常压空气，其中待分离的CO2气体分压为0.6kpa)被风机8吹入CO2吸收器(左侧反应器)，气体可透过多孔纤维膜的孔隙进行扩散，其中的CO2溶解于乙醇胺吸收液中，与吸收液中的胺形成不稳定的化学络合物。净化后的空气通过反应器出口排出；吸收了CO2的吸收液经加热器6加热(例：45℃)，进入CO2解吸器(右侧反应器)，在加热和低压(真空)条件下，CO2透过多孔纤维膜的孔隙从吸收液中脱出，随后排放走或被压入贮存罐中。吸收液脱除CO2后，经冷却器7冷却(例：15℃左右)后重新进入吸收分离装置，继续吸收CO2。进行循环往复，完成对CO2的分离和浓缩收集。
本实施例提供的气体分离装置，在微重力条件下，将特殊形状设计，3D打印制备的毛细管结构(分隔传导界面)，应用于气液接触分离的一种新的二氧化碳去除方法，可用于制造更有效的CO2分离和空气再生系统。在微重力环境下，吸附剂液体由毛细管结构独特的表面几何结构所产生的表面张力所驱动，使得气液接触和液体循环更为优化。吸附剂也可以分解成多个通道(如图4所示，有多条B通道)，以达到更高表面积的反应。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种适用于微重力条件下的气体分离装置，其特征在于，包括用于吸附待分离气体的反应器，所述反应器包括多个气体吸附质通道及液态吸附剂通道，所述气体吸附质通道与液态吸附剂通道交隔布置，相邻气体吸附质通道与液态吸附剂通道由分隔传导界面分隔，所述分隔传导界面由微观条件下具有密集微孔的材料制成，用于利用微重力条件下的毛细作用进行传质，以加大吸附作用的表面积。
2.根据权利要求1所述的气体分离装置，其特征在于，所述分隔传导界面采用多微孔金属板或表面具有憎水透气性的纤维凝胶网状促进膜。
3.根据权利要求2所述的气体分离装置，其特征在于，所述分隔传导界面采用化工合成或3D打印方式制成。
4.根据权利要求1至3任一项所述的气体分离装置，其特征在于，所述反应器还用于气体的解吸。
5.根据权利要求4所述的气体分离装置，其特征在于，二个所述反应器通过吸附回路及解吸回路连接，用于吸附及解吸气体，所述吸附回路设有加热器，所述解吸回路设有冷却器。
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|---|---|
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080060651A1 (en) * | 2006-09-08 | 2008-03-13 | Drager Medical Ag & Co. Kg | Process and device for separating carbon dioxide from a breathing gas mixture by means of a fixed site carrier membrane |
| US20110036237A1 (en) * | 2008-01-24 | 2011-02-17 | Renaissance Energy Research Corporation | Co2-facilitated transport membrane and method for producing the same |
| CN103120886A (zh) * | 2013-01-25 | 2013-05-29 | 重庆大学 | 一种中空纤维疏水膜高效脱除烟气中co2的方法 |
| US9267866B2 (en) * | 2013-03-13 | 2016-02-23 | The Florida International University Board Of Trustees | Capillary microextractor of volatiles (CMV) |
| CN106076072A (zh) * | 2016-07-19 | 2016-11-09 | 江苏优拿大环保科技有限公司 | 一种船用陶瓷膜净气装置及其应用 |
| EP3366365A1 (en) * | 2017-02-27 | 2018-08-29 | Honeywell International Inc. | Hollow fiber membrane contactor scrubber/stripper for cabin carbon dioxide and humidity control |
-
2018
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080060651A1 (en) * | 2006-09-08 | 2008-03-13 | Drager Medical Ag & Co. Kg | Process and device for separating carbon dioxide from a breathing gas mixture by means of a fixed site carrier membrane |
| US20110036237A1 (en) * | 2008-01-24 | 2011-02-17 | Renaissance Energy Research Corporation | Co2-facilitated transport membrane and method for producing the same |
| CN103120886A (zh) * | 2013-01-25 | 2013-05-29 | 重庆大学 | 一种中空纤维疏水膜高效脱除烟气中co2的方法 |
| US9267866B2 (en) * | 2013-03-13 | 2016-02-23 | The Florida International University Board Of Trustees | Capillary microextractor of volatiles (CMV) |
| CN106076072A (zh) * | 2016-07-19 | 2016-11-09 | 江苏优拿大环保科技有限公司 | 一种船用陶瓷膜净气装置及其应用 |
| EP3366365A1 (en) * | 2017-02-27 | 2018-08-29 | Honeywell International Inc. | Hollow fiber membrane contactor scrubber/stripper for cabin carbon dioxide and humidity control |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 中国环境科学学会: "《中国环境科学学会学术年会优秀论文集 2006 下》", 31 December 2006 * |
| 崔丽云: "膜气体吸收过程中疏水性微孔膜的润湿机理及过程研究", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 * |
| 陈观文等: "《膜技术新进展与工程应用》", 31 August 2013, 国防工业出版社 * |
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