新能源汽车产业温室气体与传统污染物协同减排研究(15)
4.3 二甲醚汽车——膜分离法
膜分离法是利用某些聚合材料制成的薄膜对不同气体的渗透率差异来分离气体的。膜分离的驱动力是压差，当膜两边存在压差时，渗透率高的气体组分以很高的速率透过薄膜，形成渗透气流，渗透率低的气体则绝大部分在薄膜进气侧形成残留气流，两股气流分别引出从而达到分离的目的[25]。图4.3为膜分离工艺流程。
图4.3：膜分离技术流程图
工艺优点是在常温下进行、无相态变化、无化学变化、选择性好、适应性强、能耗低。
膜在大自然中，特别是在生物体内是广泛存在的。我国膜科学技术的发展是从1958年研究离子交换膜开始的。60年代进入开创阶段。1965年着手反渗透的探索，1967年开始的全国海水淡化会战，大大促进了我国膜科技的发展。70年代进入开发阶段。这时期，微滤、电渗析、反渗透和超滤等各种膜和组器件都相继研究开发出来，80年代跨入了推广应用阶段。80年代又是气体分离和其他新膜开发阶段。
随着我国膜科学技术的发展，相应的学术、技术团体也相继成立。她们的成立为规范膜行业的标准、促进膜行业的发展起着举足轻重的作用。半个世纪以来，膜分离完成了从实验室到大规模工业应用的转变，成为一项高效节能的新型分离技术。由于膜分离技术本身具有的优越性能，故膜过程已经得到世界各国的普遍重视。在能源紧张、资源短缺、生态环境恶化的今天，产业界和科技界把膜过程视为二十一世纪工业技术改造中的一项极为重要的新技术。曾有专家指出：谁掌握了膜技术谁就掌握了化学工业的明天。
利用膜分离气体主要有以下7种方法：用高分子膜分离气体、用液膜分离气体、利用毛细管凝缩作用分离气体、用多孔质膜分离气体、利用表面扩散流分离气体、利用分子筛分离气体、利用离子传导分离气体。上述1~6种方法均可用来分离二氧化碳气体，但实际上大都采用前两种方法。
用液膜法分离气体，是利用透过气体在液体中的强溶解性及液体中所含担体与透过气的反应特征。液膜由支持液膜与乳化液膜组成。支持液膜是多孔质的支持体，液体被担体支持在液膜中。支持液膜又称浸渗液膜。具体实例：以醋酸纤文素膜用碳酸氢铯盐浸透作为二氧化碳分离的液膜。其CO2分离的传送机理可用如下模式表示：
CO +H O+CO ⇌2HCO
高压侧气体成分中的CO2在高压侧液膜表面溶解，并与担体反应生成络合物HCO3，由于膜内络合物浓度梯度的原因则向低压侧扩散，低压侧络合物进行分解，CO2脱离表面进入低压侧，达到了气体成分中CO2分离的目的。此种液膜对CO2的分离有很高的选择性及分离系数[26]。
利用液膜可分离合成气中的CO2，其过程如图所示：
图4.4：液膜分离技术过程
在本过程中，膜透过侧气体中的水蒸气浓度应与膜的水蒸气分压保持平衡，液膜的干燥程度应予控制，操作温度上升，则反应速度增大，相应的透过率也增加。此外，一些弱酸类的阴离子可作为液膜中反应的催化剂，以保持和增加液膜的透过率。
5 传统污染物减排
5.1 燃料电池汽车——选择性吸附脱硫和天然气膜法脱氮
5.1.1 选择性吸附脱硫工艺简介
燃料电池所用能源的重要一环是供应超清洁燃料。使柴油和汽油中的硫减少或去除是清洁燃料研究中最严峻的挑战之一，也是美国实施“21世纪梦想”能源计划重要的组成部分。美国能源新法规要求汽油含硫从350μg/g减小到30μg/g，柴油含硫从500μg/g减小到15μg/g，2006年实施。法规还要求减少燃料中芳烃含量。降低燃料尤其是车用柴油和汽油中的硫含硫是很棘手的问题。
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