CN109107368B - 膜吸收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种膜吸收装置，包括：第一膜接触器，第一膜接触器设有第一气相入口、第一气相出口、第一液相入口、第一液相出口；第二膜接触器，第二膜接触器与第一膜接触器并联设置，所述第二膜接触器设有第二气相入口、第二气相出口、第二液相入口、第二液相出口。膜吸收装置具有反冲洗和反吹功能，能够有效地控制膜污染，并消除膜吸收运行过程中产生的膜润湿现象，第一膜接触器与第二膜接触器轮换运行，可以连续生产，一个膜接触器的反冲洗和反吹过程不影响另一个膜接触器的正常吸收，从而增加装置的适用性。
Description
技术领域
本发明涉及油气回收技术领域，更具体地，涉及一种膜吸收装置。
背景技术
目前在天然气净化和烟气处理领域广泛应用化学吸收法，该方法由于采用板式塔或填料塔，有效传质面积小，使得设备尺寸大、工程建设费用高，同时容易产生雾沫夹带、液泛和漏液等问题。而采用膜接触反应器的膜吸收法，气体和吸收液分别在膜两侧流动，避免了化学吸收法的液相起泡、夹带、液泛等操作难题，且膜所具有的比表面积大、传质速率高等特性可大幅减少装置的体积和占地面积。
现有技术的膜吸收装置以采用中空纤维膜组件的膜接触反应器为主，但是在膜分离过程中，随着吸收反应的进行，会不可避免的产生膜污染和膜润湿等现象。尤其是润湿特性是固体表面的重要性质之一，近年来主要通过采用疏水性膜或进行膜的表面改性来减少润湿问题。但是，在实际的膜吸收法工程应用当中，吸收剂溶液不可避免的还是会渗透到疏水性膜上的部分微孔里，即使采用的膜是疏水性的，也会因为微孔膜的性质和操作条件而导致部分润湿。如果膜被润湿，即使是部分湿润，也会显著增加传质阻力，从而显著增大传质阻力，造成装置运行效率急剧下降，极大限制了膜吸收法的应用。
现有技术主要用于解决膜污染问题，对于膜润湿问题主要通过选用疏水性膜来解决，没有从根本上解决长期运行导致的膜润湿问题。公开号为CN 102485320A的中国发明专利《膜吸收法海水烟气脱硫装置及其工艺》采用了疏水性中空纤维膜，并且设有自动在线反冲洗及清洗工艺，采用了多个喷嘴喷洒的在线清洗工艺。但是由于中空纤维膜组件成束状，采用喷嘴喷洒的方式必然会造成处于中心位置膜丝的清理效果不理想，并且喷洒清洗液可能进一步加剧膜润湿的问题。因此，期待一种能够消除膜吸收运行过程中产生的膜润湿现象的膜吸收装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种膜吸收装置，其具有反冲洗和反吹功能，能够有效地控制膜污染，并消除膜吸收运行过程中产生的膜润湿现象。
本发明采用以下解决方案：
一种膜吸收装置，包括：
第一膜接触器，所述第一膜接触器设有第一气相入口、第一气相出口、第一液相入口、第一液相出口；
第二膜接触器，所述第二膜接触器与所述第一膜接触器并联设置，所述第二膜接触器设有第二气相入口、第二气相出口、第二液相入口、第二液相出口；
其中，所述第一气相入口和第二气相入口分别通过第一原料气管线电磁阀和第二原料气管线电磁阀连接至原料气管线，且分别通过第一反吹排气管线电磁阀和第二反吹排气管线电磁阀连接至反吹排气管线；
所述第一气相出口和第二气相出口分别通过第一净化气管线电磁阀和第二净化气管线电磁阀连接至净化器管线，且分别通过第一反吹进气管线电磁阀和第二反吹进气管线电磁阀连接至反吹进气管线；
所述第一液相入口和第二液相入口分别通过第一吸收剂贫液管线电磁阀和第二吸收剂贫液管线电磁阀连接至吸收剂贫液管线，且分别通过第一反冲洗排水管线电磁阀和第二反冲洗排水管线电磁阀连接至反冲洗排水管线；
所述第一液相出口和第二液相出口分别通过第一吸收剂富液管线电磁阀和第二吸收剂富液管线电磁阀连接至吸收剂富液管线，且分别通过第一反冲洗进水管线电磁阀和第二反冲洗进水管线电磁阀连接至反冲洗进水管线。
优选地，所述第一膜接触器和第二膜接触器包括壳体和设置于所述壳体内的膜组件。
优选地，所述膜组件是中空纤维膜组件。
优选地，所述壳体的外壁上设有多个超声波探头。
优选地，所述反吹进气管线上设有加热器、温度计和温度变送器。
优选地，所述反吹进气管线上设有第一压力表和第一压力变送器。
优选地，所述反吹进气管线上设有过滤器。
优选地，所述反吹排气管线上设有水露点分析仪和水露点变送器。
优选地，所述反冲洗排水管线上设有悬浮物检测仪和悬浮物变送器。
优选地，所述吸收剂贫液管线上设有第二压力表和第二压力变送器。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
第一，具有反冲洗和反吹功能，能够有效地控制膜污染，并消除膜吸收运行过程中产生的膜润湿现象，从而能够减少传质阻力，提高膜吸收的吸收效果，在长期运行过程中保持良好的传质性能；
第二，第一膜接触器与第二膜接触器轮换运行，可以连续生产，一个膜接触器的反冲洗和反吹过程不影响另一个膜接触器的正常吸收，从而增加装置的适用性；
第三，膜接触器的外壁安装有多个超声波探头，利用液体能够有效传播超声波的特点，将超声波传递到膜组件的表面，能够有效强化对膜组件的反冲洗效果，缩短反冲洗时间；
第四，通过水露点分析仪控制反吹时间，减少反吹气用量；
第五，通过悬浮物检测仪控制反冲洗时间，避免无效反冲洗。
本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的附图标记通常代表相同部件。
图1显示根据本发明实施例的膜吸收装置的示意图；
图2显示根据本发明实施例的膜吸收装置的膜接触器的示意图。
附图标记说明：
1a—第一膜接触器，1b—第二膜接触器；
21a—第一气相入口，21b—第二气相入口；
22a—第一气相出口，22b—第二气相出口；
31a—第一液相入口，31b—第二液相入口；
32a—第一液相出口，32b—第二液相出口；
2—加热器，3—过滤器，4—温度计，5—温度变送器，6—第一压力表，7—第一压力变送器，8—水露点分析仪，9—第二压力表，10—第二压力变送器，11—超声波探头，12—壳体，13—膜组件，14—水露点变送器，15—悬浮物检测仪，16—悬浮物变送器；
101a—第一原料气管线电磁阀，101b—第二原料气管线电磁阀；
102a—第一净化气管线电磁阀，102b—第二净化气管线电磁阀；
103a—第一吸收剂贫液管线电磁阀，103b—第二吸收剂贫液管线电磁阀；
104a—第一吸收剂富液管线电磁阀，104b—第二吸收剂富液管线电磁阀；
105a—第一反冲洗进水管线电磁阀，105b—第二反冲洗进水管线电磁阀；
106a—第一反冲洗排水管线电磁阀，106b—第二反冲洗排水管线电磁阀；
107a—第一反吹进气管线电磁阀，107b—第二反吹进气管线电磁阀；
108a—第一反吹排气管线电磁阀，108b—第二反吹排气管线电磁阀。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
图1显示根据本发明实施例的膜吸收装置的示意图，图2显示根据本发明实施例的膜吸收装置的膜接触器的示意图。
如图1所示，根据本发明实施例的膜吸收装置包括：
第一膜接触器1a，第一膜接触器1a设有第一气相入口21a、第一气相出口22a、第一液相入口31a、第一液相出口32a；
第二膜接触器1b，第二膜接触器1b与第一膜接触器1a并联设置，第二膜接触器1b设有第二气相入口21b、第二气相出口22b、第二液相入口31b、第二液相出口32b；
其中，第一气相入口21a和第二气相入口21b分别通过第一原料气管线电磁阀101a和第二原料气管线电磁阀101b连接至原料气管线，且分别通过第一反吹排气管线电磁阀108a和第二反吹排气管线电磁阀108b连接至反吹排气管线；
第一气相出口22a和第二气相出口22b分别通过第一净化气管线电磁阀102a和第二净化气管线电磁阀102b连接至净化器管线，且分别通过第一反吹进气管线电磁阀107a和第二反吹进气管线电磁阀107b连接至反吹进气管线；
第一液相入口31a和第二液相入口31b分别通过第一吸收剂贫液管线电磁阀103a和第二吸收剂贫液管线电磁阀103b连接至吸收剂贫液管线，且分别通过第一反冲洗排水管线电磁阀106a和第二反冲洗排水管线电磁阀106b连接至反冲洗排水管线；
第一液相出口32a和第二液相出口32b分别通过第一吸收剂富液管线电磁阀104a和第二吸收剂富液管线电磁阀104b连接至吸收剂富液管线，且分别通过第一反冲洗进水管线电磁阀105a和第二反冲洗进水管线电磁阀105b连接至反冲洗进水管线。
第一膜接触器1a和第二膜接触器1b轮换运行，平时吸收时只开启一个膜接触器，另一个膜接触器备用。当气体组分分析仪测定输出的净化气不合格时，将用于吸收的膜接触器切换为反冲洗和反吹模式，开启备用的膜接触器，用于气体净化。
以下参考图1具体描述根据本发明实施例的膜吸收装置的工作过程。当开启第一膜接触器1a时，第一原料气管线电磁阀101a、第一净化气管线电磁阀102a、第一吸收剂贫液管线电磁阀103a、第一吸收剂富液管线电磁阀104a打开，第一反冲洗进水管线电磁阀105a、第一反冲洗排水管线电磁阀106a、第一反吹进气管线电磁阀107a、第一反吹排气管线电磁阀108a关闭。第二膜接触器1b备用，与第二膜接触器1b相连接的所有电磁阀均关闭。
需要净化的气体(即原料气)A1经第一气相入口21a进入第一膜接触器1a壳程，吸收剂贫液B1经第一液相入口31a进入第一膜接触器1a管程，需要净化的气体A1中需要净化的组分与吸收剂贫液B1在第一膜接触器1a内进行反应从而被吸收，净化后的气体A2从第一膜接触器1a的第一气相出口22a排出，与此同时，吸收完的吸收液富液B2经第一液相出口32a排出。
当第一膜接触器1a的吸收效果不理想需要进行反冲洗和反吹时，关闭第一原料气管线电磁阀101a、第一净化气管线电磁阀102a、第一吸收剂贫液管线电磁阀103a、第一吸收剂富液管线电磁阀104a、第一反吹进气管线电磁阀107a和第一反吹排气管线电磁阀108a，打开第一反冲洗进水管线电磁阀105a、第一反冲洗排水管线电磁阀106a，先采用反冲洗液进行反冲洗。反冲洗液C1通过第一膜接触器1a的第一液相出口32a进入，使用过的反冲洗液C2从第一液相入口31a排出。当反冲洗结束以后，关闭第一反冲洗进水管线电磁阀105a、第一反冲洗排水管线电磁阀106a，打开第一反吹进气管线电磁阀107a和第一反吹排气管线电磁阀108a，对第一膜接触器1a进行反吹和干燥。反吹气D1通过第一膜接触器1a的第一气相出口22a进入，使用过的反吹气D2通过第一气相入口21a排出。反吹结束以后关闭与第一膜接触器1a相连接的所有电磁阀，第一膜接触器1a进行备用。在图1中，箭头表示流体的流动方向。
在第一膜接触器1a进行反冲洗和反吹的同时，开启第二膜接触器1b进行吸收。第二膜接触器1b的工作过程与第一膜接触器1a类似：吸收时，第二原料气管线电磁阀101b、第二净化气管线电磁阀102b、第二吸收剂贫液管线电磁阀103b、第二吸收剂富液管线电磁阀104b打开，第二反冲洗进水管线电磁阀105b、第二反冲洗排水管线电磁阀106b、第二反吹进气管线电磁阀107b、第二反吹排气管线电磁阀108b关闭。
需要净化的气体(即原料气)A1经第二气相入口21b进入第二膜接触器1b壳程，吸收剂贫液B1经第二液相入口31b进入第二膜接触器1b管程，需要净化的气体A1中需要净化的组分与吸收剂贫液B1在第二膜接触器1b内进行反应从而被吸收，净化后的气体A2从第二膜接触器1b的第二气相出口22b排出，与此同时，吸收完的吸收液富液B2经第二液相出口32b排出。
当第二膜接触器中1b的吸收效果不理想需要进行反冲洗和反吹时，开启第一膜接触器1a进行吸收，对第二膜接触器中1b进行反冲洗和反吹。第二膜接触器中1b的反冲洗和反吹过程与第一膜接触器1a类似，在此不再赘述。
根据本发明实施例的膜吸收装置具有反冲洗和反吹功能，能够有效地控制膜污染，并消除膜吸收运行过程中产生的膜润湿现象，从而能够减少传质阻力，提高膜吸收的吸收效果，在长期运行过程中保持良好的传质性能。此外，第一膜接触器与第二膜接触器轮换运行，可以连续生产，一个膜接触器的反冲洗和反吹过程不影响另一个膜接触器的正常吸收，从而增加装置的适用性。
在一个示例中，第一膜接触器1a和第二膜接触器1b结构相同，均包括壳体12和设置于壳体内的膜组件13，如图2所示。优选地，膜组件13是中空纤维膜组件，需要净化的气体与吸收剂贫液在中空纤维膜组件的微孔处形成反应界面，气体被吸收。膜组件可选择聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)等材料，或为上述材料经疏水性改良处理，或直接采用复合膜膜材料。
在一个示例中，壳体12的外壁上设有多个超声波探头11，如图2所示。在反冲洗过程中，启用超声波探头，利用液体能够有效传播超声波的特点，将超声波传递到膜组件的表面，能够有效强化对膜组件的反冲洗效果，缩短反冲洗时间。超声波探头11可以均匀分布在壳体12的外壁上。
在一个示例中，反吹进气管线上设有加热器2、温度计4和温度变送器5。通过加热器2进行加热，并通过温度计4和温度变送器5获取反吹温度，从而可以控制反吹温度、提高反吹效果，保证反吹温度不过高从而对膜造成不可逆的破坏。反吹温度一般不超过80℃。
在一个示例中，反吹进气管线上设有第一压力表6和第一压力变送器7，以检测反吹气压力。
在一个示例中，反吹进气管线上设有过滤器3，过滤器3可以对反吹气进行过滤，防止反吹气中可能携带的固体颗粒损坏膜材料。
在一个示例中，反冲洗排水管线上设有悬浮物检测仪15和悬浮物变送器16，根据悬浮物检测仪测定的固体悬浮物含量来确定反冲洗的时间。随着反冲洗进行，固体悬浮物含量将逐渐减小并趋于稳定，待固体悬浮物含量稳定后即停止反冲洗。
在一个示例中，反吹排气管线上设有水露点分析仪8和水露点变送器14，根据水露点分析仪测定的水露点来确定反吹时间。随着反吹进行，水露点将逐渐减小，当水露点达到设定值后停止反吹。水露点一般设定为0℃。
在一个示例中，吸收剂贫液管线上设有第二压力表9和第二压力变送器10，以检测吸收剂贫液的压力。
以下参考两个膜接触器描述了根据本发明的膜吸收装置，本领域技术人员可以理解，可以根据实际需要在膜吸收装置中并联设置超过两个膜接触器，从而实现多个膜接触器同时进行吸收、另外多个膜接触器同时进行备用。
以上已经描述了本发明的各实施方式，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施方式。在不偏离所说明的各实施方式的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施方式的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施方式。
Claims (10)
1.一种膜吸收装置，包括：
第一膜接触器(1a)，所述第一膜接触器(1a)设有第一气相入口(21a)、第一气相出口(22a)、第一液相入口(31a)、第一液相出口(32a)；
第二膜接触器(1b)，所述第二膜接触器(1b)与所述第一膜接触器(1a)并联设置，所述第二膜接触器(1b)设有第二气相入口(21b)、第二气相出口(22b)、第二液相入口(31b)、第二液相出口(32b)；
其特征在于，所述第一气相入口(21a)和第二气相入口(21b)分别通过第一原料气管线电磁阀(101a)和第二原料气管线电磁阀(101b)连接至原料气管线，且分别通过第一反吹排气管线电磁阀(108a)和第二反吹排气管线电磁阀(108b)连接至反吹排气管线；
所述第一气相出口(22a)和第二气相出口(22b)分别通过第一净化气管线电磁阀(102a)和第二净化气管线电磁阀(102b)连接至净化器管线，且分别通过第一反吹进气管线电磁阀(107a)和第二反吹进气管线电磁阀(107b)连接至反吹进气管线；
所述第一液相入口(31a)和第二液相入口(31b)分别通过第一吸收剂贫液管线电磁阀(103a)和第二吸收剂贫液管线电磁阀(103b)连接至吸收剂贫液管线，且分别通过第一反冲洗排水管线电磁阀(106a)和第二反冲洗排水管线电磁阀(106b)连接至反冲洗排水管线；
所述第一液相出口(32a)和第二液相出口(32b)分别通过第一吸收剂富液管线电磁阀(104a)和第二吸收剂富液管线电磁阀(104b)连接至吸收剂富液管线，且分别通过第一反冲洗进水管线电磁阀(105a)和第二反冲洗进水管线电磁阀(105b)连接至反冲洗进水管线。
2.根据权利要求1所述的膜吸收装置，其中，所述第一膜接触器(1a)和第二膜接触器(1b)包括壳体(12)和设置于所述壳体(12)内的膜组件(13)。
3.根据权利要求2所述的膜吸收装置，其中，所述膜组件(13)是中空纤维膜组件。
4.根据权利要求2所述的膜吸收装置，其中，所述壳体(12)的外壁上设有多个超声波探头(11)。
5.根据权利要求1所述的膜吸收装置，其中，所述反吹进气管线上设有加热器(2)、温度计(4)和温度变送器(5)。
6.根据权利要求1所述的膜吸收装置，其中，所述反吹进气管线上设有第一压力表(6)和第一压力变送器(7)。
7.根据权利要求1所述的膜吸收装置，其中，所述反吹进气管线上设有过滤器(3)。
8.根据权利要求1所述的膜吸收装置，其中，所述反吹排气管线上设有水露点分析仪(8)和水露点变送器(14)。
9.根据权利要求1所述的膜吸收装置，其中，所述反冲洗排水管线上设有悬浮物检测仪(15)和悬浮物变送器(16)。
10.根据权利要求1所述的膜吸收装置，其中，所述吸收剂贫液管线上设有第二压力表(9)和第二压力变送器(10)。
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