[发明专利]耐高温、抗氧化、耐腐蚀MAX相过滤分离元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种过滤分离元件，尤其涉及MAX相过滤分离元件，属于新型过滤分离材料及其元件。

背景技术

现代工业如石油化工、金属冶金、玻璃、水泥、多晶硅、核乏燃料处理以及垃圾焚烧等工业过程中需要进行大量高温腐蚀气体中粉尘的净化，生物制药、食品加工以及工业污水处理等工业过程中需要进行大量腐蚀液体中固体颗粒的过滤分离，以上工业过程的气固分离、液固分离均需要采用大量耐高温、抗氧化、耐腐蚀的高性能过滤分离元件。为了提高工业过程系统的稳定性和安全性，对气体净化和液体过滤分离元件的抗热冲击性能、过滤性能、腐蚀性能以及使用寿命提出了更为苛刻的要求。

针对工业过程中的工况要求，国内外投入大量资金开展新型过滤分离元件的研究工作。在气固分离元件方面，美国、德、日、英开展了以陶瓷过滤介质为主的高温气体过滤分离技术的开发，上世纪90年代以来开发了一大批高性能过滤材料，其中美国PALL公司成功开发出了Φ60×1500mm SiC-堇青石陶瓷过滤元件，过滤精度≤2μm，使用温度≥450℃，使用工况为含H₂S气氛；日本Asahi公司开发出匀质堇青石陶瓷滤管；德国Schumacher公司研制出SiC-Al₂O₃ 双层试管式滤管，德国BWF公司生产出真空成型陶瓷纤维管等，以上产品均在工业过程中获得了成功应用。国内山东工业陶瓷研究所开发出了堇青石过滤元件，中科院金属研究所开发出了均质SiC泡沫过滤元件等，该类产品在我国一些化工等工业过程获得了应用。

在液固过滤分离方面，针对耐腐蚀等工况条件要求，新加坡凯发公司开发出了不锈钢/纳米TiO₂复合过滤元件，开发的过滤元件具有优异的耐腐蚀性能，过滤TiO₂层的过滤精度为20nm以下，该产品在生物制药、食品饮料、石油化工、工业废水等工业过程获得了广泛应用。德国GKN公司选用亚微米级甚至纳米级的金属粉末进行湿法喷涂技术开发出了一系列不锈钢和镍基合金过滤元件，过滤精度在20μm以下，该产品应用在石油化工、煤化工等领域。

选用耐高温、抗氧化、耐腐蚀的高性能材质以开发出新型高性能的过滤分离元件是一个重要的发展方向。MAX相材料是近二十年来发展的新材料体系，它具有六方晶格结构的纳米层状三元化合物，分子式为M_n+1AX_n,其中M为过渡族金属，A为A族元素，X为碳或氮，n=1-3。该材料具有高可靠性、高强度、高韧性、高模量、高热导率、低辐照活性、优良的损伤容限和抗热震能力，并且耐高温、抗氧化、易烧结、可加工以及良好的材料连接性能。将材料作为过滤元件的材质，开发出具有高性能的过滤分离元件，目前还未见资料报道。因此，开发出MAX相过滤元件，将在高温气体净化和腐蚀液相过滤方面具有广阔的市场前景。

发明内容

针对高温气固分离和液固分离的工况需求，本发明提供了一种基于MAX相材料的过滤分离元件。本发明所采用的技术方案是：一类具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀的MAX相过滤分离元件，其特征在于元件由Ti₃SiC₂、Ti₃AlC₂、TiAlC、Ti₂AlN或Ti₄AlN₃ 制成。

所述元件尤为适用于气固分离，液固过滤分离和气体净化等。

所述元件为管状或板状过滤元件；

所述管状元件的尺寸为直径Φ5~200mm，10mm≤长度≤1500mm，壁厚0.5~20mm；板状元件的尺寸为直径10mm≤Φ≤600，厚度0.5~20mm；

所述元件的使用温度为：大气气氛下≤1200℃。

 本发明的突出优点是过滤分离元件具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀等优点，非常适合高温复杂工况条件应用。过滤分离性能为：过滤精度20~0.1μm，过滤效率98%，透气系数≥10m³/m²·kPa·h。

以下对本发明的实施方式作进一步详细描述，但所述的实施例并不用于限制本发明，凡是在不脱离本发明技术实质或宗旨的前提下，采用与本发明相似的结构或作出等同或等效的变化或替换，均应列入本发明的保护范围。

具体实施方式

实施例1

Ti₃SiC₂过滤分离元件