一種高頻脈沖用于真空膜蒸餾再生方法
【專利摘要】一種高頻脈沖用于真空膜蒸餾再生方法，屬于真空膜蒸餾【技術(shù)領(lǐng)域】。電源接入頻率為50Hz的220V交流電后，通過升壓變壓器轉(zhuǎn)換后輸出電壓1KV～10KV，頻率為1.31KHz～8KHz的高頻脈沖信號，將高頻脈沖信號插入膜組件溶液入口，在膜組件的溶液的出口通過導(dǎo)線與入口處的高頻脈沖電極相連，高頻脈沖使裝置溶液中的壓力發(fā)生急劇變化，溶液中的氣體及其自身由于壓力變化產(chǎn)生的大量氣泡，在極短時間內(nèi)發(fā)生頻繁的暴發(fā)和潰陷，氣泡的暴發(fā)和潰陷會產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波，使溶液中局部的溫度和壓力急劇升高，局部溫度和壓力的變化導(dǎo)致溶液振蕩加劇，通過控制脈沖頻率和占空比（脈沖輸出時間與脈沖周期之比），形成高頻脈沖用于膜蒸餾脫硫。
【專利說明】一種高頻脈沖用于真空膜蒸餾再生方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高頻脈沖用于真空膜蒸餾再生方法，屬于真空膜蒸餾【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 申請?zhí)?01010034385. 5的一種將螺旋式膜組件應(yīng)用于真空膜蒸餾的方法，將疏 水平膜及一些輔助材料，按蒸汽流動方向，以粗網(wǎng)，膜片和細(xì)網(wǎng)的三層結(jié)構(gòu)形式排列，一起 卷繞在打有小孔的中心管上制作螺旋式膜組件，其中細(xì)網(wǎng)與膜片直接接觸的區(qū)域采用了規(guī) 則排列的條狀孔隙結(jié)構(gòu)；卷制的同時各部分按真空操作過程的要求進(jìn)行密封粘結(jié)；并根據(jù) 組件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)制作出膜殼，將組件置入膜殼并進(jìn)行封裝得到可有效應(yīng)用于真空膜蒸餾的 裝置，從而使疏水平膜能以更合理的方式應(yīng)用于真空膜蒸餾。
[0003] 申請?zhí)?01010113543. 6的一種利用直接蒸汽壓縮熱泵進(jìn)行真空膜蒸餾的方法及 裝置。通過采用一個蒸汽壓縮機(jī)直接對膜組件透過側(cè)的蒸汽進(jìn)行壓縮，將壓縮后的高溫高 壓蒸汽依次通過一個加熱器和一個預(yù)熱器，同時將原料也通過加熱器和預(yù)熱器。在這個過 程中，利用該蒸汽的溫度與原料進(jìn)行熱交換，即實(shí)現(xiàn)蒸汽的冷凝、降溫釋放熱量，從而不需 要額外的制冷工質(zhì)及其蒸發(fā)器和冷凝器，并且利用蒸汽壓縮機(jī)在吸入蒸汽時形成的負(fù)壓作 為真空源，從而省去真空泵；同時，將從膜組件出來的濃縮物通過一個預(yù)熱器與原料進(jìn)行熱 交換。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)沒有將高頻脈沖用于真空膜蒸餾再生的技術(shù)方案。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種高頻脈沖用于真空膜蒸餾再生方 法，此方法在不影響常規(guī)操作的前提下，減小膜表面形成附著層或濃度、溫度梯度差，維持 脫硫過程中的膜通量，增加膜的使用壽命，提高天然氣脫硫的分離效率，降低生產(chǎn)成本，提 高經(jīng)濟(jì)效益。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用技術(shù)方案如下：一種高頻脈沖用于真空膜蒸餾再生方法，含 有以下步驟；
[0007] 電源接入頻率為50Hz的220V交流電后，通過升壓變壓器轉(zhuǎn)換后輸出電壓1KV? 10KV，頻率為1. 31KHZ?8KHZ的高頻脈沖信號，將高頻脈沖信號插入膜組件溶液入口，在膜 組件的溶液的出口通過導(dǎo)線與入口處的高頻脈沖電極相連，高頻脈沖使裝置溶液中的壓力 發(fā)生急劇變化，溶液中的氣體及其自身由于壓力變化產(chǎn)生的大量氣泡，在極短時間內(nèi)發(fā)生 頻繁的暴發(fā)和潰陷，氣泡的暴發(fā)和潰陷會產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波，使溶液中局部的溫度和壓力 急劇升高，局部溫度和壓力的變化導(dǎo)致溶液振蕩加劇，通過控制脈沖頻率和占空比(脈沖輸 出時間與脈沖周期之比)，形成高頻脈沖用于膜蒸餾脫硫；
[0008] 高頻脈沖產(chǎn)生磁場，脈沖電場和脈沖磁場交替作用，溶液受到較大的振蕩力，溶液 在膜組件中劇烈振蕩，膜透性增加，溶液與膜邊界區(qū)域充分接觸，緩解膜蒸餾過程產(chǎn)生的濃 度極化和溫差極化的現(xiàn)象，增加脫硫過程中的膜通量，增大傳質(zhì)的推動力，避免膜污染；減 小溶液與膜臨界區(qū)域的濃度梯度差和溫度梯度差，維持較高的膜通量；
[0009] 在溶液入口電極與溶液出口電極的連接處設(shè)置絕緣層；
[0010] 堿性溶劑MDEA與H2S發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成一種不穩(wěn)定的溶于水的絡(luò)合物，其反應(yīng) 式如下：
[0011] 2R:N + H2S ^ (R,NH)2S
[0012]
[ILNHuS + H2S ^-> 2R,NHHS
[0013] 上述反應(yīng)為可逆反應(yīng)，當(dāng)H2S組分分壓高和溫度低時，反應(yīng)向右側(cè)進(jìn)行，貧MDEA溶 液從原料氣中吸收酸性組分，并且放熱；而在H 2s組分分壓低和溫度高時，反應(yīng)向左側(cè)進(jìn)行， 從富MDEA溶液中將酸性組分釋放出來，使溶液得到再生，并且吸熱；
[0014] 膜蒸餾是膜技術(shù)與蒸發(fā)過程相結(jié)合的膜分離過程，其所用的膜為不被待處理的溶 液潤濕的疏水微孔膜；膜蒸餾基本過程是膜的一側(cè)與熱的待處理溶液直接接觸，另一側(cè)直 接或間接與冷的液體接觸，由于膜的疏水微孔性，水溶液和大分子物質(zhì)不能透過膜壁，而其 他揮發(fā)性物質(zhì)則在膜兩側(cè)蒸汽壓差的推動下通過膜孔進(jìn)入到膜的另一側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)了混合 物的分離或提純；
[0015] 在分離過程中，由于膜的選擇透過性，料液中的溶劑在壓力驅(qū)動下透過膜，溶質(zhì)大 部分被膜截留，在膜與本體溶液界面或臨近膜界面區(qū)域的濃度越來越高，造成膜臨界面區(qū) 域到主體溶液間的濃度梯度，在濃度梯度作用下，溶質(zhì)又會由膜面向本體溶液擴(kuò)散，形成邊 界層，使流體阻力與局部滲透壓增加，導(dǎo)致溶劑透過通量下降，甚至出現(xiàn)膜污染，導(dǎo)致膜分 離性能的改變；
[0016] 由于膜蒸餾時熱量、質(zhì)量同時傳遞的過程，跨膜溫度差不但產(chǎn)生熱量傳遞，同時還 能引起質(zhì)量傳遞，在壓力差的作用下，膜從溫度高側(cè)向溫度低側(cè)傳遞，傳遞過程中在溶液與 膜臨界區(qū)域產(chǎn)生溫度梯度，使得跨膜溫差小于溶劑與膜的主體溫差，減小傳質(zhì)的推動力。
[0017] 本發(fā)明將高頻脈沖用于天然氣脫硫劑甲基二乙醇胺的真空膜蒸餾，使溶液發(fā)生振 蕩，緩解膜蒸餾過程產(chǎn)生的濃度極化和溫差極化的現(xiàn)象，增加脫硫過程中的膜通量，增大傳 質(zhì)的推動力，避免膜污染。
[0018] 本發(fā)明在不影響常規(guī)操作的前提下，減小膜表面形成附著層或濃度、溫度梯度差， 維持脫硫過程中的膜通量，增加膜的使用壽命，提高天然氣脫硫的分離效率，降低生產(chǎn)成 本，提1?經(jīng)濟(jì)效益。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 當(dāng)結(jié)合附圖考慮時，通過參照下面的詳細(xì)描述，能夠更完整更好地理解本發(fā)明以 及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點(diǎn)，但此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解， 構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā) 明的不當(dāng)限定，如圖其中：
[0020] 圖1為本發(fā)明的膜組件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 顯然，本領(lǐng)域技術(shù)人員基于本發(fā)明的宗旨所做的許多修改和變化屬于本發(fā)明的保 護(hù)范圍。
[0023] 實(shí)施例1 :如圖1所示，一種高頻脈沖用于真空膜蒸餾再生方法，含有以下步驟；
[0024] 電源接入頻率為50Hz的220V交流電后，通過升壓變壓器轉(zhuǎn)換后輸出電壓1KV? 10KV，頻率為1. 31KHz?8KHz的高頻脈沖信號，將高頻脈沖信號插入膜組件溶液入口，在膜 組件的溶液的出口通過導(dǎo)線與入口處的高頻脈沖電極相連，高頻脈沖使裝置溶液中的壓力 發(fā)生急劇變化，溶液中的氣體及其自身由于壓力變化產(chǎn)生的大量氣泡，在極短時間內(nèi)發(fā)生 頻繁的暴發(fā)和潰陷，氣泡的暴發(fā)和潰陷會產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波，使溶液中局部的溫度和壓力 急劇升高，局部溫度和壓力的變化導(dǎo)致溶液振蕩加劇，通過控制脈沖頻率和占空比(脈沖輸 出時間與脈沖周期之比)，形成高頻脈沖用于膜蒸餾脫硫；
[0025] 采用交流供電裝置通過升壓變壓器轉(zhuǎn)換為電壓1KV?10KV，頻率為1.31KHZ? 8KHz的高頻脈沖信號，裝置溶液中的壓力在脈沖電場的作用下發(fā)生急劇變化，溶液中的氣 體及其自身由于壓力變化產(chǎn)生的大量氣泡在極短時間內(nèi)發(fā)生頻繁的暴發(fā)和潰陷，氣泡的暴 發(fā)和潰陷會產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波，使溶液中局部的溫度和壓力急劇升高，高頻脈沖產(chǎn)生磁場， 脈沖電場和脈沖磁場交替作用，溶液受到較大的振蕩力，溶液在膜組件中劇烈振蕩，膜透性 增加，溶液與膜邊界區(qū)域充分接觸，緩解膜蒸餾過程產(chǎn)生的濃度極化和溫差極化的現(xiàn)象，增 加脫硫過程中的膜通量，增大傳質(zhì)的推動力，避免膜污染；減小溶液與膜臨界區(qū)域的濃度梯 度差和溫度梯度差，維持較高的膜通量；
[0026] 在溶液入口電極與溶液出口電極的連接處設(shè)置絕緣層；
[0027] 堿性溶劑MDEA與H2S發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成一種不穩(wěn)定的溶于水的絡(luò)合物，其反應(yīng) 式如下：
[0028] ΙΚ,Ν + ΙΙ,β ^(R,NH)2S
[0029] (β,ΝΗ)》十 Η，β o2R、NHHS
[0030] 上述反應(yīng)為可逆反應(yīng)，當(dāng)H2S組分分壓高和溫度低時，反應(yīng)向右側(cè)進(jìn)行，貧MDEA溶 液從原料氣中吸收酸性組分，并且放熱；而在H 2s組分分壓低和溫度高時，反應(yīng)向左側(cè)進(jìn)行， 從富MDEA溶液中將酸性組分釋放出來，使溶液得到再生，并且吸熱。
[0031] 膜蒸餾是膜技術(shù)與蒸發(fā)過程相結(jié)合的膜分離過程，其所用的膜為不被待處理的溶 液潤濕的疏水微孔膜；膜蒸餾基本過程是膜的一側(cè)與熱的待處理溶液直接接觸，另一側(cè)直 接或間接與冷的液體接觸，由于膜的疏水微孔性，水溶液和大分子物質(zhì)不能透過膜壁，而其 他揮發(fā)性物質(zhì)則在膜兩側(cè)蒸汽壓差的推動下通過膜孔進(jìn)入到膜的另一側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)了混合 物的分離或提純。
[0032] 在分離過程中，由于膜的選擇透過性，料液中的溶劑在壓力驅(qū)動下透過膜，溶質(zhì)大 部分被膜截留，在膜與本體溶液界面或臨近膜界面區(qū)域的濃度越來越高，造成膜臨界面區(qū) 域到主體溶液間的濃度梯度，在濃度梯度作用下，溶質(zhì)又會由膜面向本體溶液擴(kuò)散，形成邊 界層，使流體阻力與局部滲透壓增加，導(dǎo)致溶劑透過通量下降，甚至出現(xiàn)膜污染，導(dǎo)致膜分 離性能的改變。
[0033] 由于膜蒸餾時熱量、質(zhì)量同時傳遞的過程，跨膜溫度差不但產(chǎn)生熱量傳遞，同時還 能引起質(zhì)量傳遞，在壓力差的作用下，膜從溫度高側(cè)向溫度低側(cè)傳遞，傳遞過程中在溶液與 膜臨界區(qū)域產(chǎn)生溫度梯度，使得跨膜溫差小于溶劑與膜的主體溫差，減小傳質(zhì)的推動力。 [0034] 交流供電裝置通過升壓變壓器轉(zhuǎn)化為高頻脈沖加入膜組件中，裝置溶液中的壓力 在脈沖電場的作用下發(fā)生急劇變化，溶液中的氣體及其自身由于壓力變化產(chǎn)生的大量氣泡 在極短時間內(nèi)發(fā)生頻繁的暴發(fā)和潰陷，氣泡的暴發(fā)和潰陷會產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波，使溶液中 局部的溫度和壓力急劇升高，局部溫度和壓力的變化導(dǎo)致溶液振蕩加劇，通過控制脈沖頻 率和占空比(脈沖輸出時間與脈沖周期之比)，不會發(fā)生電極間的短路現(xiàn)象。
[0035] 實(shí)施例2 :如圖1所示，一種高頻脈沖用于真空膜蒸餾再生方法，含有以下步驟；
[0036] 需要再生的富MDEA溶液由加熱罐加熱至實(shí)驗(yàn)溫度，輸送至膜組件中，交流供電裝 置通過升壓變壓器轉(zhuǎn)換后輸出高頻脈沖信號，脈沖信號使溶液中的壓力發(fā)生急劇變化，溶 液中的氣體及其自身由于壓力變化產(chǎn)生的大量氣泡在極短時間內(nèi)發(fā)生頻繁的暴發(fā)和潰陷， 氣泡的暴發(fā)和潰陷會產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波，使溶液中局部的溫度和壓力急劇升高，局部溫度 和壓力的變化導(dǎo)致溶液振蕩加劇，膜透性增加，溶液與膜邊界區(qū)域充分接觸，降低了溶液與 膜邊界的濃度極差和溫度極差，維持了實(shí)驗(yàn)過程中較高的膜通量。
[0037] -種高頻脈沖用于真空膜蒸餾再生方法，其裝置包括入口 2、出口 5、膜組件4、絕 緣層3和電極1，接入頻率為50Hz的220V交流電源后，通過升壓變壓器轉(zhuǎn)換后輸出電壓 1KV?10KV，頻率為1. 31KHz?8KHz的高頻脈沖信號，將高頻脈沖信號通過電極輸入膜組 件溶液入口，通過膜組件4內(nèi)的溶液與出口高頻脈沖電極相連。
[0038] 高頻脈沖使裝置溶液中的壓力發(fā)生急劇變化，溶液中的氣體及其自身由于壓力變 化產(chǎn)生的大量氣泡在極短時間內(nèi)發(fā)生頻繁的暴發(fā)和潰陷，氣泡的暴發(fā)和潰陷會產(chǎn)生強(qiáng)烈的 沖擊波使溶液中局部的溫度和壓力急劇升高，局部溫度和壓力的變化導(dǎo)致溶液振蕩加劇
[0039] 高頻脈沖頻率和占空比可調(diào)，脈沖輸出時間與脈沖周期之比為可控。
[0040] 高頻脈沖使溶液受到較大的振蕩力，溶液在膜組件中劇烈振蕩，膜透性增加，溶液 與膜邊界區(qū)域充分接觸，緩解膜蒸餾過程產(chǎn)生的濃度極化和溫差極化的現(xiàn)象，增加脫硫過 程中的膜通量，增大傳質(zhì)的推動力，避免膜污染；減小溶液與膜臨界區(qū)域的濃度梯度差和溫 度梯度差，維持較高的膜通量。
[0041] 絕緣層3設(shè)置在溶液的入口 2的電極1與溶液的出口 5電極的連接處。
[0042] 如上所述，對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)地說明，但是只要實(shí)質(zhì)上沒有脫離本發(fā) 明的發(fā)明點(diǎn)及效果可以有很多的變形，這對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的；因此，這 樣的變形例也全部包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種高頻脈沖用于真空膜蒸餾再生方法，其特征在含有以下步驟； 電源接入頻率為50Hz的220V交流電后，通過升壓變壓器轉(zhuǎn)換后輸出電壓1KV?10KV， 頻率為1. 31KHz?8KHz的高頻脈沖信號，將高頻脈沖信號插入膜組件溶液入口，在膜組件 的溶液的出口通過導(dǎo)線與入口處的高頻脈沖電極相連，高頻脈沖使裝置溶液中的壓力發(fā)生 急劇變化，溶液中的氣體及其自身由于壓力變化產(chǎn)生的大量氣泡，在極短時間內(nèi)發(fā)生頻繁 的暴發(fā)和潰陷，氣泡的暴發(fā)和潰陷會產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波，使溶液中局部的溫度和壓力急劇 升高，局部溫度和壓力的變化導(dǎo)致溶液振蕩加劇，通過控制脈沖頻率和占空比(脈沖輸出時 間與脈沖周期之比)，形成高頻脈沖用于膜蒸餾脫硫； 高頻脈沖產(chǎn)生磁場，脈沖電場和脈沖磁場交替作用，溶液受到較大的振蕩力，溶液在膜 組件中劇烈振蕩，膜透性增加，溶液與膜邊界區(qū)域充分接觸，緩解膜蒸餾過程產(chǎn)生的濃度極 化和溫差極化的現(xiàn)象，增加脫硫過程中的膜通量，增大傳質(zhì)的推動力，避免膜污染；減小溶 液與膜臨界區(qū)域的濃度梯度差和溫度梯度差，維持較高的膜通量； 在溶液入口電極與溶液出口電極的連接處設(shè)置絕緣層； 堿性溶劑MDEA與H2S發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成一種不穩(wěn)定的溶于水的絡(luò)合物，其反應(yīng)式如 下：
上述反應(yīng)為可逆反應(yīng)，當(dāng)H2S組分分壓高和溫度低時，反應(yīng)向右側(cè)進(jìn)行，貧MDEA溶液從 原料氣中吸收酸性組分，并且放熱；而在H2S組分分壓低和溫度高時，反應(yīng)向左側(cè)進(jìn)行，從富 MDEA溶液中將酸性組分釋放出來，使溶液得到再生，并且吸熱； 膜蒸餾是膜技術(shù)與蒸發(fā)過程相結(jié)合的膜分離過程，其所用的膜為不被待處理的溶液潤 濕的疏水微孔膜；膜蒸餾基本過程是膜的一側(cè)與熱的待處理溶液直接接觸，另一側(cè)直接或 間接與冷的液體接觸，由于膜的疏水微孔性，水溶液和大分子物質(zhì)不能透過膜壁，而其他揮 發(fā)性物質(zhì)則在膜兩側(cè)蒸汽壓差的推動下通過膜孔進(jìn)入到膜的另一側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)了混合物的 分離或提純； 在分離過程中，由于膜的選擇透過性，料液中的溶劑在壓力驅(qū)動下透過膜，溶質(zhì)大部 分被膜截留，在膜與本體溶液界面或臨近膜界面區(qū)域的濃度越來越高，造成膜臨界面區(qū)域 到主體溶液間的濃度梯度，在濃度梯度作用下，溶質(zhì)又會由膜面向本體溶液擴(kuò)散，形成邊界 層，使流體阻力與局部滲透壓增加，導(dǎo)致溶劑透過通量下降，甚至出現(xiàn)膜污染，導(dǎo)致膜分離 性能的改變； 由于膜蒸餾時熱量、質(zhì)量同時傳遞的過程，跨膜溫度差不但產(chǎn)生熱量傳遞，同時還能引 起質(zhì)量傳遞，在壓力差的作用下，膜從溫度高側(cè)向溫度低側(cè)傳遞，傳遞過程中在溶液與膜臨 界區(qū)域產(chǎn)生溫度梯度，使得跨膜溫差小于溶劑與膜的主體溫差，減小傳質(zhì)的推動力。
【文檔編號】B01D61/36GK104289108SQ201310304064
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年7月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月19日
【發(fā)明者】趙會軍, 邵悅, 周詩崠, 李恩田, 趙書華, 梅磊 申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司, 常州大學(xué)