用于同时去除悬浮在另一种液体中的固体颗粒和液滴两者的分离系统技术方案

本发明专利技术涉及用于从介质同时去除固相颗粒和扩散相小滴的分离系统，该介质为有待通过过滤而净化的连续相，其中所述分离系统包括：纤维结构形式的过滤‑合并元件(1)；分离元件(2)，其是用于所述扩散相的小滴的阻隔层；以及排放间隙(3)，设置在所述元件(1)和(2)之间，并且使所述元件(1)和(2)彼此分离。所述过滤‑合并元件(1)是深度无纺结构形式的无纺纤维结构，该深度无纺结构由包装成盒的形式的纤维组成，且其包括：过滤层(1a)，其为包括纳米大小的聚合物纤维的初始深度过滤层，其中组成层(la)的所述纤维具有全面厌恶性表面属性且横跨其宽度具有多孔性梯度，合并层(1b)以及相邻地在其之后的滴下层(1c)，两者都由聚合物纤维组成且一起形成包装成纤维的深度梯度结构形式的合并结构(1b，c)，且其中跨过整个合并结构(1b，c)的多孔性梯度相对于所述过滤层(1a)中的所述多孔性梯度以相反方向改变。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于同时去除悬浮在另一种液体中的固体颗粒和液滴两者的分离系统
本专利技术涉及分离系统，其用于同时去除固相颗粒和液体滴形式的扩散相(它们两者都悬浮在连续相中，该连续相为另一液体)，且特别地用于去除扩散在燃料中—尤其是在柴油燃料中的固体污染物和水颗粒，或者扩散在水中的固体污染物和油滴。
技术介绍
与生产线中所使用的或者排放到环境中的液体和气体的质量相关的不断增长的技术和环境要求需要越来越高的挑战来开发用于在纳米级上深度清洁流体、将悬浮在那些流体中的颗粒清洁出来的新的技术解决方案。以液滴的形式扩散在另一液体中而不能与其混合的、或者以微粒形式扩散在另一液体中的致密形式的物质，是多相系统的实例，对于该多相系统而言，对有效的高效率分离的需求是对最近开发的分离系统的挑战。除了别的以外，其包括将在提取页岩气期间在破裂过程中使用的水返回到环境，在能量技术和机动车辆中使用的液体燃料的净化，化学合成物的产品的净化，以及类似性质的其它用途。取决于颗粒或扩散相小滴的大小，以及表征两相系统—尤其是关于它们的稳定性—的不同的物理化学属性，已知的意图用于分离悬浮液的解决方案具有多种结构。在纳米大小的物体的情况下，移除它们的最有效的方式是通过无纺织物过滤器来过滤。这样的过滤器每体积单位具有已高度开发的表面，因此确保了保持沉积在这样的过滤无纺织物的纤维上的颗粒的较高能力。此外，这样的结构可关于它们的外部几何形状和这样的无纺织物材料的纤维形态的要求而自由地成形。过滤器的内部结构设计成使得允许颗粒在其纤维上沉积的效率以及其容量的最大化。这取决于这样的过滤器的局部多孔性，以及制成过滤器的纤维的直径。已知意图从液体移除固相颗粒或用于分离乳液(即包含一种流体的连续相和另一流体/液体的扩散相的浆料)的这种类型的过滤器的多种多样的商业解决方案。当将要被过滤的悬浮液包括固体颗粒和另一流体(尤其是液体)的小滴两者时，问题变得更加困难，例如在这样的系统中：其中水是连续相，而碳氢化合物(例如油)的小滴，以及固体颗粒(例如硅石)扩散于其中；或在另一种情况下,其中气态介质是连续相，而水滴和固体颗粒(例如碳黑或铁氧化物)是扩散相。为了设计用于分离这样的系统的合适的分离解决方案，要求合适地使用对在同一装置中同时去除液滴和固体颗粒有利的物理化学现象和效应。在将要被过滤的介质(下文中称为“被过滤的介质”)中同时存在另一流体的小滴，即扩散相和固体颗粒，尤其是当它们具有亚微米的大小时，导致当额外地还存在小液滴时，用于移除微粒的设计良好的设备并不有效。沉积在分离表面上且随后从其上滴下的小滴可导致沉积在该表面上的微粒移除，并且损害过滤效果。当意图从连续相(流体)移除亚微米大小的颗粒和液体小滴时，其穿过多孔过滤结构的流动必须以有助于合并且在所述结构的出口处提供大的液滴的产生的方式进行，且在第二步中，它们通过重力方法或通过其它特定方法进行沉淀。在这种情况下，本领域中已知有，例如在航空燃料和柴油的脱水过程中使用的疏水性分离措施。在本领域中已知的系统中，分离过程以这样的方式执行：由连续相以及扩散在其中的小滴组成的乳液流过第一过滤器层，该第一过滤器层用作合并器，其中小滴结合在一起成为大滴，且然后夹带在连续相的流中的大滴由第二分离过滤器层停止，该第二分离过滤器层仅仅对于这样的连续相是可渗透的。所保持的大滴然后向下流动到下部或者上部接收器。第二层应当具有足够的表面属性，即具有关于扩散相的小滴的疏水特性。当需要额外地从被过滤的介质同时去除固体颗粒时，上文所述类型的已知过滤系统变得无效，或它们的寿命被显著地缩短。因为合并元件具有这样的属性，通过在连续相流过多孔合并结构的狭窄通道期间增大连续相中的剪切应力，流中的小滴结合的效果增强。这又会减小流体在过滤器区域中的驻留时间，该减小的驻留时间会显著地降低亚微米固体颗粒在合并结构中沉积的效率。此外，直接沉积在合并结构的纤维上的固相颗粒可导致所述纤维的特性表面的属性的改变，且因此导致流动的小滴在所述多孔结构的这样的纤维上的沉积有效性的显著减小。这样的解决方案例如是从以下专利中已知的：US20110127211A1—柴油燃料过滤器，US20070084776A1(WO2007041559)—水分离和过滤结构，US4,253,954A–两级旋转式分离装置，以及WO2013079172A1—过滤器装置。US20110127211A1公开了具有圆柱形状的柴油过滤系统，包括第一和第二过滤层，其中第二过滤层同心地布置在具有更大的直径和已开发的过滤表面(优选为褶皱层的形式)的第一过滤层的内部。两个过滤层都布置在过滤器壳体中，且通过间隙的形式的空间而彼此分离，从而形成与收集室流体连通的收集通路，从油中分离的水滴滴入该收集通路。所述第一过滤层(细微水滴在其中结合成具有更大大小的水滴)包括PBT纤维层和纤维素层，而所述第二过滤层(其过滤出在第一层中形成的大的水滴)包括玻璃纤维。滴入收集通路中的分离的水分子，大滴和小滴两者，都收集在过滤层下方的收集室中，且之后从此处移除，而净化的柴油通过第二过滤层而流到过滤器装置的出口。在上述实施例中，并不存在意图用于分离固相颗粒的任何单独的预过滤结构，这导致固体微粒污染物的整个污染载荷由合并结构接收。结果，这样的结构的对于从扩散相高效捕获小滴以及将它们结合在一起而成为较大滴而言关键的表面属性将由于沉积的固体颗粒的存在而不受控地被改变。公开WO2013079172A1公开了一种过滤装置，其具有与上文所述类似的操作原理以及类似的结构，意图用于过滤液体，尤其是被扩散的细微小滴形式的水和固体颗粒形式的固体污染物污染的柴油。装置具有圆柱形状，并且具有壳体，其具有将要被过滤的介质的入口和出口，并且在所述壳体内沿着被过滤的介质从所述入口到所述出口的流动方向连续地布置有：过滤材料层，其支承在可渗透被过滤的介质的多孔支承管上，该过滤材料用于分离固体污染物的颗粒，且同时用于扩散的细微水颗粒(即扩散相)初始凝结成更大大小的小滴；合并过滤层，其以旋喷纤维层(即通过喷洒方法沉积的纤维)的形式直接沉积在所述过滤材料上。紧随其后布置有排放间隙，直接设置在其之后，呈分离区和疏水性纤维层的形式，组成水阻隔层。在排放间隙中，与所述被过滤的介质的流一起离开合并过滤纤维层且被所述阻隔层止挡的水滴在重力的影响下落下，并且它们被收集在收集空间中，该收集空间与排放间隙流体连通，该收集空间设置在所述过滤装置的下部部分中，它们从此处被移除。在穿过疏水性纤维阻隔层之后，被净化的柴油流动到过滤装置的出口。根据该实施例，所述过滤材料层由已知的多层过滤垫形成，该已知的多层过滤垫为褶皱层或以星形形状皱褶的层的形式，包括无纺或纤维材料或固体过滤布。旋喷类型的合并过滤层与通常使用的聚酯纤维的疏水性合并层相比呈现出更有效的合并功能。根据该专利，特别优选的是这样的过滤装置构造，其中过滤材料的层形成为中空圆柱形的形状，且所述被过滤的介质的流动在其中从内部向外部实现，即所述装置的入口连接到过滤材料的层限定的圆柱的内部中空空间，在其外表面上，沉积了旋喷类型纤维疏水性层，其又在其外表面的一侧上邻接排放间隙，该排放间隙限定于该表面与阻隔织物的所述疏水性层的径向内表面之间，该疏水性层的径向外表面与装置的所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从将通过过滤而被净化的介质中同时去除固相颗粒和扩散相小滴的分离系统，所述将通过过滤而被净化的介质为悬浮液或乳液形式的被过滤的介质，即包括所述固相颗粒和液体的扩散相的液体连续相，所述扩散相的液体以悬浮在与其不可混合的液体连续相中的小滴的形式扩散，所述连续相组成将要被过滤的所述介质，其中所述分离系统具有多层纤维结构的形式，所述多层纤维结构为自支承设计构造或支承在一个或多个穿孔支承元件(EN1，EN2)上的构造，所述一个或多个穿孔支承元件(EN1，EN2)优选为圆柱形，且其设有将要被过滤的所述介质的入口和出口，其中所述分离系统包括在将要被过滤的所述介质从所述入口到所述出口的流动方向上连续地布置的、具有连续层形式的如下元件：—纤维结构形式的过滤‑合并元件(1)，—分离元件(2)，其是所述扩散相的小滴阻隔层，所述元件由相对于所述扩散相的小滴具有厌恶性属性的纤维形成，且—排放间隙(3)，设置在所述元件(1)和(2)之间，且使所述元件(1)和(2)彼此分离，所述间隙(3)是自由空间，用于所述扩散相的小滴在重力的影响下滴下，且与积聚空间(4)流体连通，所述扩散相的滴下的小滴收集在所述积聚空间(4)中，所述积聚空间(4)直接位于所述分离系统下方或所述系统上方，且其设有阀(5)，其中所述过滤‑合并元件(1)是由至少两个层组成的无纺纤维结构，至少包括过滤结构，所述分离系统的特征在于：所述过滤‑合并元件(1)为由包装成盒的形式的纤维组成的深度无纺结构的形式，且在从将要被过滤的介质流入的所述入口朝向所述出口的流动方向上观察，其包括彼此前后顺序地布置的：—过滤层(1a)，其为包括纳米大小的聚合物纤维的初始深度过滤层，其中组成层(1a)的所述纤维具有全面厌恶性表面属性，优选它们的表面相对于所述扩散相的小滴的超厌恶性属性由等于或者大于120°的接触角限定，且另外，过滤层(1a)是横跨其宽度具有多孔性梯度的结构，即：其多孔性跨过所述层在将要被过滤的所述介质的所述流动方向上从入口侧向出口侧减小，所述多孔性在范围为从90到95％的平均多孔性限值内；—由聚合物纤维组成的合并层(1b)，且相邻地在其之后布置有，—由聚合物纤维组成的滴下层(1c)，其中一起形成合并结构(1b，c)的后两个层两者均包装成纤维的深度梯度结构的形式，且其中多孔性梯度跨过整个合并结构(1b，c)相对于所述过滤层(1a)中的所述多孔性梯度沿相反的方向改变，即多孔性在将要被过滤的所述介质流的所述流动方向上增加，且其中组成以上列出的层(1b)和(1c)的聚合物纤维呈现出变化的表面属性，其由在所述流动方向上跨过所述合并结构(1b，c)沿着所述介质的所述流动的路径相对于所述扩散相的小滴变化的接触角限定，这样使得所述合并层(1b)中的多孔性沿着所述流动方向在从75％到95％的梯度范围中变化，且所述合并层(1b)中的所述纤维相对于所述扩散相的小滴呈现较差的亲密性表面属性和/或较差的厌恶性属性，这些属性由从45°到95°的范围中的接触角限定，而所述滴下层(1c)具有85‑98％范围中的平均多孔性，且限定组成所述滴下层(1c)的所述纤维的表面属性的接触角在从75°到105°的范围中。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于从将通过过滤而被净化的介质中同时去除固相颗粒和扩散相小滴的分离系统，所述将通过过滤而被净化的介质为悬浮液或乳液形式的被过滤的介质，即包括所述固相颗粒和液体的扩散相的液体连续相，所述扩散相的液体以悬浮在与其不可混合的液体连续相中的小滴的形式扩散，所述连续相组成将要被过滤的所述介质，其中所述分离系统具有多层纤维结构的形式，所述多层纤维结构为自支承设计构造或支承在一个或多个穿孔支承元件(EN1，EN2)上的构造，所述一个或多个穿孔支承元件(EN1，EN2)优选为圆柱形，且其设有将要被过滤的所述介质的入口和出口，其中所述分离系统包括在将要被过滤的所述介质从所述入口到所述出口的流动方向上连续地布置的、具有连续层形式的如下元件：—纤维结构形式的过滤-合并元件(1)，—分离元件(2)，其是所述扩散相的小滴阻隔层，所述元件由相对于所述扩散相的小滴具有厌恶性属性的纤维形成，且—排放间隙(3)，设置在所述元件(1)和(2)之间，且使所述元件(1)和(2)彼此分离，所述间隙(3)是自由空间，用于所述扩散相的小滴在重力的影响下滴下，且与积聚空间(4)流体连通，所述扩散相的滴下的小滴收集在所述积聚空间(4)中，所述积聚空间(4)直接位于所述分离系统下方或所述系统上方，且其设有阀(5)，其中所述过滤-合并元件(1)是由至少两个层组成的无纺纤维结构，至少包括过滤结构，所述分离系统的特征在于：所述过滤-合并元件(1)为由包装成盒的形式的纤维组成的深度无纺结构的形式，且在从将要被过滤的介质流入的所述入口朝向所述出口的流动方向上观察，其包括彼此前后顺序地布置的：—过滤层(1a)，其为包括纳米大小的聚合物纤维的初始深度过滤层，其中组成层(1a)的所述纤维具有全面厌恶性表面属性，优选它们的表面相对于所述扩散相的小滴的超厌恶性属性由等于或者大于120°的接触角限定，且另外，过滤层(1a)是横跨其宽度具有多孔性梯度的结构，即：其多孔性跨过所述层在将要被过滤的所述介质的所述流动方向上从入口侧向出口侧减小，所述多孔性在范围为从90到95％的平均多孔性限值内；—由聚合物纤维组成的合并层(1b)，且相邻地在其之后布置有，—由聚合物纤维组成的滴下层(1c)，其中一起形成合并结构(1b，c)的后两个层两者均包装成纤维的深度梯度结构的形式，且其中多孔性梯度跨过整个合并结构(1b，c)相对于所述过滤层(1a)中的所述多孔性梯度沿相反的方向改变，即多孔性在将要被过滤的所述介质流的所述流动方向上增加，且其中组成以上列出的层(1b)和(1c)的聚合物纤维呈现出变化的表面属性，其由在所述流动方向上跨过所述合并结构(1b，c)沿着所述介质的所述流动的路径相对于所述扩散相的小滴变化的接触角限定，这样使得所述合并层(1b)中的多孔性沿着所述流动方向在从75％到95％的梯度范围中变化，且所述合并层(1b)中的所述纤维相对于所述扩散相的小滴呈现较差的亲密性表面属性和/或较差的厌恶性属性，这些属性由从45°到95°的范围中的接触角限定，而所述滴下层(1c)具有85-98％范围中的平均多孔性，且限定组成所述滴下层(1c)的所述纤维的表面属性的接触角在从75°到105°的范围中。2.根据权利要求1所述的分离系统，其特征在于，所述过滤层(1a)包括纤维，该纤维的直径在250-800nm的范围中，且优选在400-600nm的范围中，并且具有5-20mm范围中的厚度，所述过滤-合并元件(1)的合并层(1b)包括直径大小在0.5-30μm，优选0.8-15μm的范围中且厚度在2-6mm范围中的纤维，且过滤-合并元件(1)的滴下层(1c)包括直径大小在40-120μm，优选60-90μm范围中且厚度在4-8mm范围中的纤维。3.根据权利要求1或2所述的分离系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·克拉辛斯基，L·格莱顿，J·波达辛斯基，P·科姆克，J·格莱顿，
申请(专利权)人：亚马逊过滤器有限责任公司，
类型：发明
国别省市：波兰,PL