用于流体分离的灵活适配的膜滤筒制造技术

本发明专利技术涉及用于流体混合物分离、尤其是用于气体分离的新型滤筒和模件；涉及其生产工艺和其使用方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于流体分离的灵活适配的膜滤筒
本专利技术提供用于流体混合物分离、尤其是用于气体分离的新型滤筒(cartridge)和模件(module)、其生产工艺以及其使用方法。
技术介绍
膜在工业上用于分离气体混合物、液体混合物和气体/液体混合物的许多领域中，所述混合物在下文中均被称为流体混合物。膜通常用于安装在膜件或滤筒中。模件与滤筒的不同之处在于它们构成包括壳体的完整分离单元。相比之下，滤筒用于分开的壳体中，优选用于以固定方式安装至分离系统中的壳体中。因此，滤筒的优点在于其在更换时所产生的成本低于采用模件时的情况，因为也不需要替换昂贵的耐压壳体。虽然通常在生物气处理领域中使用小体积的滤筒或模件，但例如在天然气纯化领域中需要大体积的滤筒或模件，以便能够处理大体积的气体。另外，该使用领域需要能够在优选30至100巴的相对较高的进料气体压力下使用的滤筒和模件。例如，UOP出售用于纯化天然气的SeparexTM气体分离系统。这些是其中扁平片状膜围绕中央渗透物收集管缠绕的滤筒。多个此类滤筒串联连接在以固定方式安装在气体分离系统中的壳体中。所述膜由乙酸纤维素构成。UOP的技术具有以下缺点：滤筒具有相对较短的寿命，根据使用条件，滤筒在几个月的时间之后可能就已经必须更换。此外，单个滤筒的容量不令人满意，需要改进的系统。除了如上所述已在商业上使用的扁平片状膜模件之外，也已经进行了大量尝试以由中空纤维膜制备滤筒或模件。这些的实例可在US3422008、US3455460、US3475331、US4207192、US4210536、US4220489、US4430219、US4631128、US4715953、US4865736、US4881955、US5,026,479、US5084073、US5160042、US5299749、US5411662、US5702601、US5837032、US5837033、US5897729、US7410580、US7998254、US8747980、US8778062、EP1598105和CN103691323找到。EP0943367A1描述了由膜元件和可逆地固定至其上的密封元件组成的滤筒。该专利技术的目的是在更换滤筒时能够重复使用密封元件，且仅须更换膜元件。因此密封元件的可逆连接。然而，在EP0943367A1中描述的滤筒具有一些缺点。例如，其中所公开的螺旋缠绕的模件中的密封元件同时构成“抗伸缩”板。在EP0943367A1中，滤筒是在没有抗伸缩板的情况下被制造、储存并运输至使用场所。因此，所述滤筒，尤其是其端面在这些时候是不受机械保护的。在使用场所安装至压力壳体中时，必须将滤筒连接至密封元件。因此，膜在运输过程中或安装过程中容易在端面上受损坏，因此它们的功能可能受损。此外，EP0943367A1的系统意味着需要各种密封件，以便以流体密封的方式将密封元件连接至膜元件。这些密封件是维护强度大的薄弱环节。此外，额外的密封件是导致额外成本的可消耗材料。US2006/0049093同样公开了具有螺旋缠绕的膜元件和密封元件的滤筒。该密封元件同样由载体元件和密封件组成。与EP0943367A1类似，US2006/0049093中的膜元件也没有抗伸缩板。这里，也是密封元件替代了抗伸缩板。然而，与EP0943367A1不同，US2006/0049093中的密封元件不可逆地接合(bond)至膜元件，这意味着密封元件的载体元件接合至流体密封的屏障和渗透物收集管。来自US2006/0049093的系统具有类似于EP0943367A1的缺点。此外，密封元件的载体元件必须粘合剂-接合(adhesive-bonded)至流体密封的屏障和渗透物收集管，这是非常昂贵且不方便的。流体分离系统的操作者特别感兴趣的是能够将来自多个供应商的滤筒安装至他们的系统中。这增加了滤筒供应商之间的竞争并因此降低了其成本，但它另外也增加了操作可靠性，因为可避免可能由于依赖于少量供应商而引起的供应瓶颈。在这种背景下，滤筒供应商对使其产品能够用于最大数量的流体分离系统具有极大的兴趣。然而，这里出现的问题是，具有不同内径和几何形状的模件壳体可存在于不同的流体分离系统中。因此，滤筒制造商必须为每个流体分离系统在库存中保持特别匹配的滤筒几何形状。这增加了生产工艺以及库存和物流的复杂性。因此，迫切需要简单且廉价的解决方案，其允许使标准滤筒适配不同的流体分离系统中的各种环境。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供新型滤筒或流体分离系统，其不具有现有技术滤筒的上述缺点或仅具有减小程度的上述缺点。所述新型滤筒应当尤其适于替代现有系统中的常规滤筒。同时，尤其应当可以简单且廉价的方式使滤筒适配不同流体分离系统中的各种环境。在又一具体目的中，本专利技术的滤筒将可以灵活方式配置，使得它们可设置有中空纤维膜以及扁平片状膜。在又一具体目的中，与现有技术的系统相比，所述新型滤筒或模件应具有至少相当的分离性能。优选地，它们应当能够实现更长的操作时间和/或可以更低的成本生产和/或具有更好的分离性能，尤其是基于每小时的流体体积和/或纯度。本专利技术所要解决的问题同样在于提供组成部分从生产直至在使用现场安装都具有高机械稳定性和高机械保护的滤筒。此外，滤筒在使用场所的安装应当可以简单且快速的方式进行。根据本说明书、实施例、权利要求书和附图的总体上下文，未明确提到的其它目的是显见的。专利技术优点专利技术人现已发现，通过提供由膜元件(2)和独立并因此可逆地连接的密封元件(3)组成的滤筒(1)，可实现上述目的。膜元件(2)包括滤筒(1)的负责流体分离的所有组件。密封元件(3)是滤筒(1)的独立部件，其具有在安装滤筒(1)至模件壳体(4)中之后以流体密封的方式将滤筒(1)连接至模件壳体(4)的内表面的功能。这对于防止通向滤筒(1)的进料料流与其产物料流(通常为渗余物料流)混合是必要的。本专利技术的密封元件(3)由密封体(8)和载体元件(9)组成，载体元件(9)的大小和形状是可变的，并且载体元件(9)能够可逆地连接至膜元件(2)。载体元件(9)在其面向模件壳体(4)的内表面的表面(9a)上被周向密封体(8)覆盖，该周向密封体在将滤筒(1)安装至模件壳体(4)中之后与模件壳体(4)建立流体密封性的连接。本专利技术的滤筒(1)具有极大的优点，即作为滤筒(1)的成本最高的部件的膜元件(2)可以标准大小生产，并且与模件壳体(4)的各种几何形状的配合仅需要交换和适配密封元件(3)。适配相应的密封元件(3)比适配完整的膜元件(2)省力得多。还可毫无问题地保持各种密封元件(3)作为库存，因此能够以快速且灵活的方式满足不同的客户需求。除了由待清洁的气体体积所导致的模件的大小变化之外，不同客户要求的原因还可能是由操作压力导致的耐压模件壳体(4)的厚度变化。较高的压力需要较厚的模件壳体(4)。然而，较大的厚度通常表现为模件壳体(4)的较小内径。在这样的情况下，本专利技术的滤筒(1)由于其可变性而具有特别的优点。本专利技术的滤筒(1)可通过使用不同的膜元件(2)以简单且灵活的方式适配。因此，可使用中空纤维膜和扁平片状膜两者，以及各种模件构造。下面进一步给出了其细节。未明确陈述的本专利技术的其它优点从说明书、实施例、权利要求书和附图的总体上本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于流体混合物的分离、优选气体混合物的分离的滤筒(1)，其包括膜元件(2)，其具有：‑中空纤维或扁平片状膜(11)，其在相对侧上具有前端部ME1(11a)和后端部ME2(11b)，‑位于ME1(11a)处的前封闭件V1(5a)‑位于ME2(11b)处的后封闭件V2(5b)‑屏障体(6)，其对于待分离的流体混合物是不可渗透的，并且围绕所述膜(11)布置在V1(5a)和V2(5b)之间的区域中，和‑密封元件(3)，其特征在于‑所述密封元件(3)是所述滤筒(1)的分开的独立元件，并且由至少两个部件组成，其中●一个部件是密封体(8)，优选密封环或擦拭器，其在将所述滤筒(1)安装至流体分离模件(7)的模件壳体(4)中之后，紧密地邻接所述模件壳体(4)的内壁，并且●另一部件是载体元件(9)，其承载密封体(8)，并且可逆地连接至所述膜元件(2)的前封闭件V1(5a)或后封闭件V2(5b)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.30 EP 15179092.01.用于流体混合物的分离、优选气体混合物的分离的滤筒(1)，其包括膜元件(2)，其具有：-中空纤维或扁平片状膜(11)，其在相对侧上具有前端部ME1(11a)和后端部ME2(11b)，-位于ME1(11a)处的前封闭件V1(5a)-位于ME2(11b)处的后封闭件V2(5b)-屏障体(6)，其对于待分离的流体混合物是不可渗透的，并且围绕所述膜(11)布置在V1(5a)和V2(5b)之间的区域中，和-密封元件(3)，其特征在于-所述密封元件(3)是所述滤筒(1)的分开的独立元件，并且由至少两个部件组成，其中●一个部件是密封体(8)，优选密封环或擦拭器，其在将所述滤筒(1)安装至流体分离模件(7)的模件壳体(4)中之后，紧密地邻接所述模件壳体(4)的内壁，并且●另一部件是载体元件(9)，其承载密封体(8)，并且可逆地连接至所述膜元件(2)的前封闭件V1(5a)或后封闭件V2(5b)。2.根据权利要求1所述的滤筒，其特征在于所述膜元件(2)具有：-渗透物收集管PSR(13)，其由一个或多个分段组成，并且具有前端部PSRE1(13a)和后端部PSRE2(13b)，-至少一束中空纤维膜(11)，其具有前端部ME1(11a)和后端部ME2(11b)，并且围绕PSR(13)布置，PSR(13)或PSR(13)的所有分段在ME1(11a)和ME2(11b)之间具有一个或多个孔口或孔，-在ME1(11a)和PSRE1(13a)处的第一浇注区段VA1(14a)以及在ME2(11b)和PSRE2(13b)处的第二浇注区段VA2(14b)，所述中空纤维膜的芯部至少在ME1(11a)、优选在ME1(11a)和ME2(11b)处是敞开的，-前封闭件V1(5a)，其具有至少一个进入所述膜元件(2)的流体进入孔口或离开所述膜元件(2)的排出孔口，-后封闭件V2(5b)，其具有至少一个进入所述膜元件(2)的流体进入孔口或离开所述膜元件(2)的排出孔口。3.根据权利要求1所述的滤筒，其特征在于所述膜元件(2)具有：-渗透物收集管PSR(13)，其由一个或多个分段组成，并且具有前端部PSRE1(13a)和后端部PSRE2(13b)，-至少一束中空纤维膜(11)，其具有前端部ME1(11a)和后端部ME2(11b)，并且围绕PSR(13)布置，所述PSR(13)或PSR(13)的所有分段被配置在ME1(11a)和ME2(11b)之间的区域中，以便对于所述待分离的流体混合物是不可渗透的，-在ME1(11a)和PSRE1(13a)处的第一浇注区段VA1(14a)以及在ME2(11b)和PSRE2(13b)处的第二浇注区段VA2(14b)，在VA1(14a)中ME1(11a)处的中空纤维被包封成使得所述中空纤维膜的芯部是敞开的，并且在VA2(14b)中ME2(11b)处的中空纤维被包封成使得成它们是封闭的，-屏障体(6)，其对于待分离的流体混合物是不可渗透的，并且在VA1(14a)和VA2(14b)之间的区域中围绕由PSR(13)和中空纤维膜(11)构成的装置，基于所述滤筒(1)的纵向轴线，所述不可渗透的屏障体(6)在VA1(14a)和VA2(14b)之间距离的前三分之一中，优选在前四分之一中，更优选在VA1(14ai)的内端面之后0至10cm的距离处，最优选在VA1(14ai)的内端面之后2至4cm的距离处被配置，使得存在通向所述不可渗透的屏障体(6)和PSR(13)之间的空隙的一个或多个流体进入孔口或间隙(12)，-作为前封闭件V1(5a)的前端帽EK1，其被放置至VA1(14a)上；和任选存在的后端帽EK2，如果存在，其被放置至VA2(14b)上，EK2或VA2(14b)形成所述后封闭件V2(5b)，其中-EK1(5a)被配置并放置至VA1(14a)上，使得在其中所述渗透物从所述中空纤维芯部流出的VA1(14aa)的外端面和所述端帽EK1(5a)的内表面之间形成EK1空腔(15)，-渗透物排出孔口(16)存在于所述EK1空腔(15)的区域中的PSR(13)中或所述PSR(13)的分段中，使得在所述EK1空腔(15)中的流体与所述PSR(13)的内部之间存在流体连通，-至少一个用于渗余物的排出孔口(17)存在于VA1(14a)和VA2(14b)之间的后四分之一处的距离中，或嵌入在VA2(14b)中，其中-如果存在EK2(5b)，则其同样具有用于所述渗余物的至少一个排出孔口(18)。4.根据权利要求1所述的滤筒，其特征在于所述膜元件(2)具有：-渗透物收集管PSR(13)，其由一个或多个分段组成，并且具有前端部PSRE1(13a)和后端部PSRE2(13b)，-前封闭件V1(5a)，其具...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·维塞，S·K·佩德森，
申请(专利权)人：赢创纤维有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT