CN102596862A

CN102596862A - 表面聚结器

Info

Publication number: CN102596862A
Application number: CN2010800219926A
Authority: CN
Inventors: 巴里·M·维德根; 布赖恩·W·施瓦德; 郑颂达; 马克·T·维乔雷克
Original assignee: Cummins Filtration IP Inc
Current assignee: Cummins Filtration IP Inc
Priority date: 2009-05-15
Filing date: 2010-05-14
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2030-05-14
Also published as: WO2010132785A3; CN105477903B; CN105477903A; CN102596862B; US20110124941A1; DE112010002027B4; WO2010132785A2; DE112010002027T5; US9199185B2

Abstract

所披露的是用作聚结两相混合物的聚结器、系统和方法，两相即连续相和分散相。所披露的聚结器、系统和方法包括或利用一个或多个具有不同的平均孔径和润湿性的介质材料层。所披露的聚结器、系统和方法是有效地用于从混合物除去分散相。

Description

表面聚结器

相关申请的交叉引用

根据美国法典第35编第119(e)款，本申请要求在2009年5月20日提交的第61/179,939号、在2009年5月18日提交的第61/179,170号和在2009年5月15日提交第61/178,738号美国临时申请的利益，这些临时申请的内容通过全部引用合并于本文。

技术领域

本发明的领域涉及用于聚结两相混合物的聚结器、聚结元件、聚结系统、聚结方法和聚结介质，两相即连续相和分散相。特别地，所述领域涉及为了从混合物收集和除去分散相而用于聚结分散相的液滴的聚结器、聚结元件、聚结系统、聚结方法和聚结介质。

背景技术

聚结器被广泛用于从气态或液态连续相除去不混溶的小液滴，如在曲轴箱通风过滤(CV)、燃料水分离(FWS)、和油-水分离中。现有技术的聚结器的设计结合了通过利用分级捕获(即，减小聚结介质中的纤维直径，孔径和/或孔隙率)或通过利用厚深聚结器提高小液滴捕获和聚结的原理。润湿性也被认为是影响聚结器的性能(例如，见第6,767,459号美国专利和第2007-0131235号、第2007-0062887号美国公布的专利申请)。第5,443,724号美国专利披露，介质应该具有比水大的表面能量以提高聚结器性能(即介质应优先地被聚结的小液滴和连续相两者润湿)。第4,081,373号美国专利号披露，为了从燃料中除去水，聚结介质应该是疏水的。第2006-0242933号美国公布的专利申请披露一种油-雾聚结器，该油-雾聚结器中过滤介质是疏油的，从而使流动的雾聚结成小液滴，并且从过滤介质排出。

关于从燃料中除去水，有需要提高除去效率和除去比过去更小的小液滴，以保护高压共轨燃油喷射系统。这种挑战通过引入具有比过去的燃料更低的界面张力和与过去的燃料不同的复合添加剂的新燃料被进一步放大。在具有更低界面张力的燃料中，分散液滴的大小减小使液滴更难以除去。因此，增强的聚结需要迎接这些挑战。包括改进的聚结介质的改进的聚结器也是可取的，因为鉴于提高的聚结效率，它们允许使用更小的介质包。在具有更低界面张力的燃料中，液滴的大小是减小的，使液滴更难以除去。

在燃料的例子中，高压共轨(HPCR)的应用，基本上所有的非溶解的水应该从超低硫柴油(ULSD)的燃料和生物柴油被除去。这些燃料趋于具有比以往的柴油燃料更低的界面张力，从而具有比以往的柴油燃料更小的滴尺寸和更稳定的乳液。此外，液滴之间的聚结速率可由于表面活性剂的存在而降低。传统的FWS倾向于单阶段设备，单级设备中介质相对于分散相是厌性的，并且担任分散相的屏障。传统的FWS倾向于不对HPCR系统进行足够的去除，由于它们被设计用于具有高界面张力燃料的燃料泵的上游，因此，它们的孔径倾向于太大以致不能有效地捕获小的液滴。而且，即使当平均孔径足够小的时候，FWS介质通常拥有最大孔径，最大孔径足够过量的水通过这些大的孔。传统的两阶段燃料-水聚结器(FWC)被设计为用于燃料泵的下游并且倾向于用于燃料的两阶段设备，在所述燃料中第一阶段捕获液滴，保持它们因而聚结可以发生，然后释放变大的液滴，所述变大的液滴通过沉积/沉降除去，通常被第二分离器阶段(第二分离器阶段作为FWS)封锁。传统的二阶段FWC倾向于提供比FWS更高的除去效率，但是由于固体或准固体的堵塞，也倾向于不具备足够的寿命。在不同程度上，FWS和FWC都受表面活性剂的存在的不良影响，表面活性剂降低了界面张力、减小了液滴大小、减慢了聚结率、稳定了乳液，并且可能吸附于介质，并使其不那么有效。因此，需要一种高效率、低压降燃料水聚结器，该聚结器最小程度地受到低界面张力与表面活性剂的存在的影响。

作为CV的应用，为了保护在封闭的CV应用中的涡轮增压器，并且为了保护在开放的CV应用中的环境，需要近100％的油雾除去效率。更高的效率、低的压降和更长的寿命被寻求。要实现这一点，介质应该防堵塞，亚微米的小液滴需要被除去，并且油需要从介质迅速排出。

发明内容

所披露的是用于聚结两不混溶相混合物的聚结介质、聚结器、聚结元件、聚结系统以及聚结方法，两不混溶相即连续相和分散相。所披露的聚结器、元件、系统和方法可被利用以从混合物除去或收集分散相，并可包含单层或多层的介质材料，或由单层或多层的介质材料组成。

所披露的聚结介质、聚结器、元件、系统和方法被设定用于从分散相和连续相的混合物捕获分散相的小液滴。在所述聚结器、元件、系统和方法中，所述混合物穿过一个或多个聚结介质层，从上游向下游移动。当混合物经过介质时，分散相的小液滴聚结并且在介质的上游表面生长至足够的尺寸，籍此它们被释放、排出或收集。聚结介质可能包括单层介质材料，单层介质材料相对连续相中的分散相是不可润湿的，并且可选择地包括附加的介质材料层。

所披露的聚结器、元件、系统和方法可以被用于聚结任何合适的包括连续相和分散相的混合物。通常，连续相和分散相是不混溶的液体。例如，所披露的系统和方法可以被设定用于或利用于聚结分散在烃类液体中的水(例如，烃类燃料、柴油燃料、生物柴油燃料、润滑油、液压油或传输油)。在其他具体实施方式中，连续相是水，并且分散相是烃类液体。在另一方面的具体实施方式中，连续相是气体，并且分散相是液体。

所述聚结介质可包括相对于连续相中的分散相是不可润湿的单层介质材料，以便利在介质材料上游表面的分散相的聚结。优选地，介质材料的上游表面(或面)是相对光滑的(例如，使表面受到碾压)以便利分散相的聚结液滴的排出。

所述单层有平均孔径M，它通过气孔计测定。通常，单层的平均孔径小于混合物的分散相的平均小液滴尺寸。单层的平均孔径可以有优选尺寸。在某些具体实施方式中，0.2μM≤M≤12.0μM(优选地2.0μM≤M≤10.0μM，或更优选地4.0μM≤M≤8.0μM)。单层进一步还具有最大孔径M_M。优选地，单层有最大孔径M_M，并且1≤M_M/M≤3，或更优选地，1≤M_M/M≤2。

介质材料的单层有毛细管压力P。所述层的毛细管压力可被定义为：

P = \frac{4 γ \cos θ}{M}

其中，P＝层的局部毛细管压力；

γ＝界面张力；

θ＝在层上的连续相中的分散相的液滴的接触角；以及

M＝层的孔径。

介质材料的单层相对于连续相中的分散相是不可润湿的。在某些具体实施方式中，在介质材料上的连续相中的分散相的液滴的接触角θ不小于90°，并且优选地不小于120°(更优选地不小于135°)。

介质材料的单层有孔隙率ε。优选地，孔隙率ε不小于0.8。在某些具体实施方式中，介质材料的单层包括具有平均直径在0.07μm至3.0μm之间(优选地，在0.15μm至1.5μm之间)的相对细的纤维层，所述相对细的纤维层被支持在相对粗的纤维的基底，相对粗的纤维具有大于相对细的纤维的平均直径的平均直径(例如，其中相对粗的纤维具有大于大约10μm的平均直径，优选地，大于大约20μm)。在其他具体实施方式中，单层包括包含相对细的纤维和相对粗的纤维的非均匀混合物，相对细的纤维具有在0.07μm至3.0μm之间的直径(优选地，在0.15μm至1.5μm之间)，并且相对粗的纤维具有大于相对细的纤维的平均直径的直径(例如，其中相对粗的纤维具有大于大约10μm的平均直径，优选地，大于20μm)。

单层优选地具有适合聚结连续相中的分散相的厚度。在某些具体实施方式中，单层具有从上游到下游测量(针对流经所述层的)的在0.05至0.4mm之间(优选地，0.1至0.3mm)的厚度。

在进一步的具体实施方式中，所披露的聚结介质包括至少两个从上游至下游依次延伸的毗邻层，即至少第一层和至少第二层，其中第二层可能具有如上所述的单层的特点。第一层具有平均孔径M₁，M₁大于第二层的平均孔径M₂，例如由气孔计测定的。在某些优选的具体实施方式中，M₁至少比M₂大大约2.5倍(优选地，至少比M₂大大约5倍，或更优选地，至少比M₂大大约10倍，甚至更优选地，至少比M₂大大约20倍)。第一层和第二层的平均孔径可具有优选的尺寸。在某些具体实施方式中，M₁可能不小于大约30μm(优选地不小于大约180μm)。在其他具体实施方式中，0.2μM≤M₂≤12.0μM(优选地2.0μM≤M₂≤10.0μM，或更优选地4.0μM≤M₂≤8.0μM)。

第一层和第二层进一步可分别具有最大孔径M_M1和M_M2。优选地，第二层具有最大孔径M_M2，并且1≤M_M2/M₂≤3。更优选地，1≤M_M2/M₂≤2。

在所披露的聚结介质中，第一层和第二层分别具有毛细管压力P₁和P₂。层的毛细管压力可被定义为：

P_{I} = \frac{4 γ \cos θ_{I}}{M_{I}}

其中，P＝所指定的层I的局部毛细管压力；

γ＝界面张力；

θ＝在层上的连续相中的分散相的液滴的接触角；以及

M＝所指定的层I的孔径。

在本文所披露的聚结介质的某些具体实施方式中，P₁≥P₂。

在所披露的聚结介质中，与第二层相比，第一层包括介质材料，该介质材料相对连续相中的分散相是相对可润湿的。并且相反地，与第一层相比，第二层包括介质材料，该介质材料相对连续相中的分散相是相对不可润湿的。在某些具体实施方式中，在层一上的连续相中的分散相的液滴的接触角θ₁不大于90°，并且优选地不大于45°。在进一步的具体实施方式中，在层二上的连续相中的分散相的液滴的接触角θ₂不小于90°，并且优选地不小于120°(更优选地不小于135°)。

在所披露的聚结介质中，第一层和第二层包含分别具有孔隙率ε₁和ε₂的过滤介质。优选地，第二层包含具有不小于0.8的孔隙率ε₂的过滤介质(可选择地，纤维过滤介质)。在某些具体实施方式中，第二层介质材料包括具有平均直径在0.07μm至3.0μm之间(优选地，在0.15μm至1.5μm之间)的相对细的纤维层，相对细的纤维层被支持在相对粗的纤维的基底，相对粗的纤维具有大于相对细的纤维的平均直径的平均直径(例如，其中相对粗的纤维具有大于大约10μm的平均直径，优选地，大于大约20μm)。在其他具体实施方式中，第二层包括包含相对细的纤维和相对粗的纤维的非均匀混合物，相对细的纤维具有在0.07μm至3.0μm之间(优选地，在0.15μm至1.5μm之间)的直径，相对粗的纤维具有大于相对细的纤维的平均直径的直径(例如，其中相对粗的纤维具有大于大约10μm的平均直径，优选地，大于大约20μm)。

第二层优选地具有适合连续相中的分散相聚结的厚度。在某些具体实施方式中，第二层具有从上游到下游测量的(针对流经所述层的)在大约0.05至0.4mm之间的厚度(优选地，0.1至0.3mm)。

第一层和第二层的毗邻表面(即第一层的下游表面和第二层的上游面)可被设定成便利分散相的聚结液滴的排出。例如，在本文所披露的聚结介质的某个具体实施方式中，第一层的下游表面可以包含大体上朝向竖直方向的纤维和/或第二层上游表面可以是相对光滑的(例如，使表面受到碾压)以便利分散相的聚结液滴的排出。

所披露的聚结器、元件、系统和方法的组成部分可以被安排成任何合适的布置。在某些具体实施方式中，组成部分可在轴向方向(例如，其中组成部分被设置为线性聚结元件)从上游到下游依次延伸，或在其他具体实施方式中，组成部分可在径向方向从上游到下游依次延伸(例如，其中组成部分被设置为圆柱形聚结元件，采用内向外或从外向内的流动布置)。聚结介质也可以被设置为平板或其他安排。

所披露的聚结器、元件、系统和方法，可选择地包括或利用壳体。所述壳体可包括上游入口和第一下游出口，上游入口被构置以接受混合物，第一下游出口被构置以聚结后排放净化过的混合物(具有降低的分散相浓度)，并且可选择地包括第二出口，第二出口的被构置以排放聚结的分散相。优选地，第二出口是在介质材料的上游侧，但在上游入口的下游。

所披露的聚结介质、聚结器、聚结元件、聚结系统和聚结方法通常包括或利用单层介质材料(或可选择地多层介质材料)，用于从连续相中的分散相的混合物聚结分散相。作为选择，聚结器、聚结元件、聚结系统和聚结方法可以包括或利用附加的介质(例如，附加的介质被置于聚结介质材料的下游)。在某些具体实施方式中，所披露的聚结器、聚结元件、聚结和聚结方法进一步可以包括或进一步可以利用附加的疏水介质材料来除去水，其中附加的疏水介质材料被置于单层介质材料的下游(或选择的多层介质材料)。在某些具体实施方式中，所披露的聚结介质、聚结器、聚结元件、聚结系统和聚结方法进一步可以包括或进一步可以利用聚结层的下游的附加的介质下层提供结构支持。

在某些具体实施方式中，所披露的聚结器、元件、系统或方法可以被利用于除去分散在疏水液体中的水，包括但不限于，烃类燃料、柴油燃料、生物柴油燃料、润滑油、液压油或传输油。优选地，在液体烃类燃料经过聚结器、系统、或经历所说的方法之后，聚结器、系统或方法除去至少大约93％的分散在液体烃类燃料中的水(更优选地至少大约95％的分散在液体烃类燃料中的水，甚至更优选地至少大约97％的分散在液体烃类燃料中的水，最优选地至少大约99％的分散在液体烃类燃料中的水)。在其他具体实施方式中，聚结器、聚结元件、聚结系统、和聚结方法可被利用于除去分散在水中的烃类液体。

附图说明

图1提供了如本文所考虑的表面聚结过程的概念图。

图2示出了测定在介质相上的被分散液滴的接触角θ的方法。

图3提供了一个作为模型的单元立方体，用于测定M，M为d(纤维直径)和ε的函数，如本文进一步所讨论的。

图4示出了不同孔径的孔隙率和纤维直径之间的关系。

图5示出了本文所披露的聚结介质的层的不同孔径的毛细管压力和接触角之间的关系。

图6提供了本文所考虑的表面聚结过程的概念图。

图7示出了本文所披露的聚结介质的第一层的不同孔径的毛细管压力和接触角之间的关系。

图8示出了不同的界面张力的毛细管压力和孔径之间的关系。

发明详述

所披露的是用于聚结两相的混合物的聚结器、系统和方法，两相即连续相和分散相。所披露的聚结器、系统和方法可以被利用于从混合物收集和除去分散相。

所披露的聚结器、系统和方法包括或使用聚结介质，所述聚结介质含有介质材料的单层，或也可选择地由介质材料的单层组成。如本文所考虑的那样，所述层可能有合适的孔径、毛细管压力、孔隙率和坚固性。术语“孔径”、“毛细管压力”、“孔隙率”、“纤维直径”和“可靠性”可参照这些术语的“平均”(average)或“平均”(mean)值(例如，其中层是非均质的或分级的，并且“孔径”、“毛细管压力”、“孔隙率”、“纤维直径”和“坚固性”被报道为非均质或梯度层的平均孔径、平均毛细管压力、平均孔隙率、平均纤维直径或平均坚固性)。

所披露的聚结器、系统和方法可以被利用于从连续相中的分散相混合物聚结分散相。本文所考虑的混合物可以包括疏水性液体(例如，烃类液体)和水性液体(例如，水)的混合物。在某些具体实施方式中，连续相可能是烃类液体并且分散相可能是水。在其他具体实施方式中，连续相可能是水并且分散相可能是烃类液体。如本文所考虑的那样，烃类液体主要包括烃类物质，但进一步还可以包括非烃类物质(例如，高达大约1％、5％、10％或20％的非烃类物质)。

所披露的聚结器、系统和方法可能特别适合从界面张力低于大约20dyne/cm(或低于约15、10或5dyne/cm)的乳液混合物聚结分散相。例如，该聚结器、系统和方法，可被利用于从含有表面活性剂和具有低于大约20dyne/cm(或低于大约15、10或5dyne/cm)的界面张力的烃类液体聚结水。

被利用于所披露的聚结器、系统和方法的聚结介质材料通常相对在连续相中的分散相是不可润湿的，以便利介质材料的上游面上的分散相的聚结。优选地，经长时间接触混合物，介质材料仍然相对在连续相中的分散相是不可润湿的；特别地，其中混合物包含表面活性剂。如本文所述，聚结介质可以包含纤维材料层(例如，聚合物、玻璃、陶瓷或金属纤维)。在某些具体实施方式中，聚结介质可以包含聚酯材料层(例如，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT))、聚酰胺材料、卤烃物质(例如，Halar

牌的乙烯三氟氯乙烯(ECTFE))或通过用包含氟功能的试剂处理纤维材料获得的介质。在某些具体实施方式中，该介质可以包含具有1-10％(w/w)的氟碳添加剂(例如，六氟丙烯、六氟异丙醇、六氟异丁烯、和十七氟癸烷丙烯酰酯)的PBT，混合10-40％(w/w)的氟碳聚合物(例如，ECTFE)的聚酯材料(例如，PBT)，或100％的熔吹成的/纤维级含氟聚合物(例如，ECTFE)。

被利用于所披露的聚结器、系统和方法的聚结介质材料具有合适的平均孔径、纤维直径、接触角和孔隙率以实现所期望的聚结。介质材料可能是均质或非均质的。所述的介质材料的“纤维直径”、“接触角”和“孔隙率”可参照介质材料的“平均纤维直径”、“平均接触角”和“平均孔隙率”。

所披露的聚结器、系统和方法通常包括或使用单层介质材料。在某些具体实施方式中，所披露的聚结器、系统和方法包括或利用单独的分离器或剥离平台，放置在下游，并且与单层介质材料(例如，用于除去水的疏水性材料位于下游，并且独立于单层介质材料)分离。

本文所述的聚结介质可以包含具有不同的亲水性或疏水性、或者不同的亲油性或疏油性的物质。在某些具体实施方式中，聚结介质包含单层，单层包含与混合物的分散相相比相对疏水的物质。

本文所考虑的聚结器、系统和方法可以包括或利用如现有技术中所知的那样被称为“聚结元件”、“聚结过滤器”、“聚结装置”、“聚结组件”和“壳体”的组成部分。(例如，见第7,416,657、7,326,266、7,297,279、7,235,177、7,198,718、6,907,997、6,811,693、6,740,358、6,730,236、6,605,224、6,517,615、6,422,396、6,419,721、6,332,987、6,302,932、6,149,408、6,083,380、6,056,128、5,874,008、5,861,087、5,800,597、5,762,810、5,750,024、5,656,173、5,643,431、5,616,244、5,575,896、5,565,078、5,500,132、5,480,547、5,480,547、5,468,385、5,454,945、5,454,937、5,439,588、5,417,848、5,401,404、5,242,604、5,174,907、5,156,745、5,112,498、5,080,802、5,068,035、5,037,454、5,006,260；4,888,117；4,790,947、4,759,782、4,643,834、4,640,781、4,304,671、4,251,369、4,213,863、4,199,447、4,083,778、4,078,965、4,052,316、4,039,441、3,960,719、3,951,814号美国专利和第2007-0289915、2007-0107399、2007-0062887、2007-0062886和2007-0039865号美国公布的申请，其内容通过全部引用合并于本文)。本文所披露的聚结介质可以利用本领域已知的方法来制造，并且可以包括在本领域披露的附加的特征(例如，见第6,767,459、5,443,724和4,081,373号美国专利，和第2007-0131235、2007-0062887和2006-0242933号美国公布的专利申请，其内容通过全部引用合并于本文)。

本文披露的聚结过程可被理解为含有一系列的步骤，步骤包括但不限于：(1)通过聚结介质材料捕获小液滴；(2)聚结和液滴在介质材料上游面的生长；(3)在介质材料的上游面排出聚结液滴；和(4)从介质材料释放聚结液滴。当聚结的液滴变得足够大时，阻力或引力诱导它们从介质材料的上游面向下流动，直到它们被释放。富集在聚结介质材料的上游面上的增大的小液滴和介质材料的相对不可润湿性，利于在介质材料的上游表面的液滴聚结。利用具有相对光滑的表面的上游面的介质材料利于从介质材料排出聚结液滴

本发明可被应用到任何一套不混溶的流体，如柴油中的水，生物柴油中的水，水中的油，和从发动机被气体吹出的曲轴箱油。在进一步的具体实施方式中，目前在聚结系统中的聚结介质进一步包括除去聚结介质聚结的液滴的设备。例如，聚结系统进一步可包括一个或多个重力分离器、离心机、取样器、斜板分离器、倾斜叠放的板、过滤器、静止室及类似物。

本文所披露的聚结器、系统和方法可包括或利用单层介质材料，或可选地多层介质材料，其中聚结原理被优化过(即聚结器、系统和方法，其中的介质材料的物理的、结构的和表面的属性都得到了优化)。下面的讨论提供了典范的规则和介质材料层中变量P、θ、M、d和ε之间最佳的关系。然而，最后所选用的优选值可能取决于在流体中将被聚结的固体和准固体的浓度和粒度分布，由于这些属性影响了聚结器的寿命；和上游的小液滴的粒度分布、和预期的γ、应用的界面张力；直接影响到该层的设计。这些披露的原则可能被用来设计展现更好的性能的聚结器、系统或方法。

所披露的原则可被利用于设计用于从连续相(例如，烃类燃料)除去分散相(例如，水)的聚结器、系统和方法。例如，所披露的聚结器、系统和方法可被利用于从连续相去除分散相，其中至少大约93、95、97或99％的分散相在这些相被经过聚结器、系统、或是受到本文所披露的方法之后被从连续相除去。

表面聚结器系统的一个具体实施方式示于图1，其运作如下：

1、由悬浮在第二不混溶的流体中(连续相)的小液滴(分散相)组成的受污染的流体，这可能含有或也可能不含有固体颗粒，流经该系统和接触介质材料层。

2、小液滴和固体颗粒保留在或靠近介质材料的上游表面，介质材料作为屏障防止它们流经并且富集液滴。

3、被过滤、被清洗的连续相离开介质材料层。

4、由于介质材料的上游表面的被捕获的小液滴的局部浓度增加，它们聚结并且成长，通过介质材料的相对不可润湿性质便利了聚结和成长。

5、来自介质材料表面的聚结液滴是被相对不可润湿表面排斥，并且沿介质材料的不可润湿上游面排下来。

6、聚结分散相和汲吸(wicked)分散相的排出也从介质洗掉一些捕获的固体颗粒。

介质材料可被描述成具有至少三个基本功能：

1、防止大于一定的尺寸小液滴(和固体颗粒)经过；

2、通过富集在其上游表面的保留液滴来便利聚结，和

3、便利从表面释放液滴和小液滴。

优选地，为了便利释放，是否通过重力沉降、阻力或其他手段，并防止液滴渗透介质；介质材料关于混合物的分散相是高度不可润湿的。同样，优选地，在介质材料中的分散相的毛细管压力是负的，并且幅度应当大于穿越介质材料的液滴的压力。进一步，分散的液滴优选地应该既不渗透，也不经过介质材料。

毛细管压力可被定义为：

P = \frac{4 γ \cos θ}{M} - - - (1)

其中，P＝局部毛细管压力；

γ＝界面张力；

θ＝流体中介质上的液滴的接触角；

M＝孔径。

接触角θ可以被定义为如图2所示。其中θ被定义为顶点90在连续相、分散相和介质相的交叉处，一射线92从顶点平行延伸到介质表面，另一射线94在顶点切向地延伸至分散相的表面的角度。通常情况下，角θ报道为通过分散相测量。在某些具体实施方式中，接触角可针对个别的介质材料的纤维上的小液滴测量。在其他具体实施方式中，接触角可针对小块介质材料上的小液滴测量。其他估计和测量θ的方法是本领域已知的。

穿越介质的压降ΔP和临界毛细管压力P_C之间的关系由：

-P_C≥ΔP (2)给出，临界毛细管压力P_C是介质材料防止大于一定尺寸的液滴经过的所需的最低毛细管压力。

临界毛细管压力P_C可使用公式(1)求出，并代入以下值：γ＝被设计为聚结器运作的最低界面张力；M＝介质的最大孔径(应小于将被除去的最小液滴的尺寸)；和θ＝用于系统的介质的接触角。关于本文所披露的聚结介质的某些具体实施方式，θ和M可能是重要的设计属性，而γ是一个应用属性，通常在过滤器的制造商的控制之外，但在过滤器的设计中被考虑。

在介质材料中，小液滴捕获通常通过一个或多个过滤原理发生，如扩散，拦截，惯性碰撞，或筛选。对于高效去除尺寸接近1μm或更小的液滴，扩散或筛选可能是最有效的。因为聚结发生在介质表面是可取的，而不是如在传统的聚结器中那样在介质的深度范围内，本发明的介质被优化以增强通过筛选的除去。对于目前披露的聚结介质，介质材料的孔径M，通常是小于期望被除去的最小液滴尺寸。

作为一个近似，介质材料可被模仿为如图3所示的一个假设的单位立体图，以测定最佳的物理特性。图3展现了过滤或筛选的三维表象。操作上，M可被定义为孔的等同大小，如被气孔计所测定的。在模型中，室单元的面是正方形，具有相当于由气孔计测定的圆形截面的开放区域。正方形的边长m是：

\frac{π M^{2}}{4} = m^{2} - - - (3)

m = \frac{M \sqrt{π}}{2} - - - (4)

单位立方体的总体积V_T是：

V_T＝(m+d)³ (5)

其中d＝介质的纤维直径。

单位立方体中纤维的体积V_f是：

V_{f} = \frac{3 π (m + d) d^{2}}{4} - - - (6)

并且ε从M和d的信息估计：

ϵ = 1 - \frac{V_{f}}{V_{T}} - - - (7)

ϵ = 1 - \frac{V_{f}}{V_{T}}

m = \frac{M \sqrt{π}}{2}

V_T＝(m+d)³

V_{f} = \frac{3 π (m + d) d^{2}}{4}

ϵ = 1 - \frac{\frac{3 π (\frac{M \sqrt{π}}{2} + d) d^{2}}{4}}{{(\frac{M \sqrt{π}}{2} + d)}^{3}}

R = \frac{M}{2}

ϵ = 1 - \frac{3 π d^{2}}{4 {(R \sqrt{π} + d)}^{2}}

\frac{3 π d^{2}}{4 (1 - ϵ)} = {(R \sqrt{π} + d)}^{2} = R^{2} π + 2 Rd \sqrt{π} + d^{2}

0 = R^{2} π + 2 Rd \sqrt{π} + d^{2} - \frac{3 π d^{2}}{4 (1 - ϵ)} - - - (8)

对于一个给定的M(M＝2R)，方程(8)显示d和ε之间的近似关系，被需要来产生所期望的孔径和液滴尺寸以通过筛选被除去。

使用以前开发的方程，介质材料的特点可以被确定。对于所给的应用的优化设计，方程和模型可以被用于特定条件的液滴大小γ和Δp。在图4中，从不同液滴大小(即不同的M值)的方程(8)的结果被用于显示ε和d之间的关系。对于在高压共轨系统中燃料水的除去，系统被设计以除去小于～3μm的液滴。在某些具体实施方式中，小于～0.2μm的液滴能被考虑为被溶解或反胶束。对于纤维介质材料，介质拥有ε＞0.8可能是可取的。因此，在某些具体实施方式中，0.07μm≤d≤3.0μm，并且优选地，0.15μm≤d≤1.5μm。在其它具体实施方式中，介质材料可能包含纤维薄层，纤维具有在0.07μm和3.0μm之间的直径，具有足以产生在0.2至12μm之间的孔径(优选地，在2.0至10μm之间，并且更优选地，在4.0至8.0μm之间)的ε，被支撑在具有大于细纤维的平均直径的平均直径的粗纤维(例如，其中相对粗纤维有大于大约10μm的平均直径，优选地，大于大约20μm)的基底上。在进一步的具体实施方式中，介质材料可包含不均匀的混合物，该混合物包含细纤维和粗纤维，细纤维平均直径在0.07μm至3.0μm之间，具有足以产生在0.2至12μm之间的平均孔径(优选地，在2.0至10μm之间，并且更优选地，在4.0至8.0μm之间)的ε；粗纤维具有大于细纤维的平均直径的平均直径(例如，其中相对粗纤维具有大于大约10μm的平均直径，优选地，大于大约20μm)。

在某些具体实施方式中，为了实现高效率、低压降、或增加的寿命，使用纤维、非织造介质材料可能是可取的，与膜或粒状材料相对。0.07μm到3.0μm之间的细纤维通常有能力产生低压降和高效率。然而，当单独使用时，这些纤维可能缺乏保持过滤元件的所希望的形状不倒塌或爆裂所需的结构特点。因此，在某些具体实施方式中，细纤维和粗结构纤维的结合是优选的。这可以在几个方面实现，包括但不限于，使用：

1、粘合于结构纤维的基底或由结构纤维的基底支撑的一层细纤维，例如，熔吹聚酯，其他聚合物纤维，玻璃纤维，纤维素或其他合适的结构的纤维。这可能通过静电纺或其它在由粗纤维组成的过滤介质的基底上生产和铺设纳米纤维层来实现，粗纤维如3至30μm的聚酯纤维。纳米纤维层通常具有产生低压降和高效率的能力。结构纤维提供支撑，并且可允许打褶和处理。两层可被相互连接，通过超声波粘合、粘合剂的使用、物理上的限制的方式，或仅仅通过提供新鲜制作的、温热的、未干透的，未固化的纳米纤维来冷却和黏附到支撑纤维的方式。

2、父级过滤介质：主要组成为大于1μm、10μm或20μm的粗结构纤维，例如熔吹聚酯FWS介质、微玻璃和浸渍直径小于0.3μm的碳纳米管。基底材料可以是聚合的，例如，聚酯、尼龙、聚丙烯、聚苯硫醚、聚氨酯、氟碳、热塑性聚合物，或其他可被形成无纺布纤维或其他多孔结构的高分子材料。基底可通过湿铺、熔吹、熔融纺丝或其他合适的方法形成无纺布纤维结构。然后基底介质被加工以致碳纳米管被纳入介质以在微孔建桥，微孔由具有碳纳米管的纳米纤维的粗纤维形成，例如在第7,211,320和7,419,601美国专利(它们通过全部引用合并于本文)中所描述的，通过热粘合纳米管到父级介质，或通过使用树脂或其他粘合剂附加纳米管到父级介质。

无纺布过滤介质通常包含一系列不同尺寸的孔隙和纤维。对于高除去率的聚结(例如，大于～98％的范围)，M的范围优选地受控制。如上文所讨论的方程(1)，M是介质材料的平均孔径。平均孔径可通过气孔计测定。对于高效率的聚结器，最大孔径M_M，被优选地受控制。具体来说，M_M与M的比率，孔径比率，优选地符合标准

1 \leq \frac{M_{M}}{M} \leq 3 - - - (9)

这个比例的控制对高效率、单层表面的聚结器的设计是重要的，因为乳液的流动将倾向向于优先地经过更大、更开放的孔，而不是更小、更限制性的孔。因此，高除去效率优选地包括控制最大孔径，其中优选地是，最大孔径接近平均孔径。作为一个先前未确认的第二个好处，具有接近1的孔径比的介质将有一个窄的孔径分布和更均一的、更容易让液滴排出的表面。在某些具体实施方式中，碾压可被用于产生介质材料的更光滑的表面。这可能便利聚结液滴的排出以从介质排出。因此，在优选的具体实施方式中，介质材料的孔径比小于3，更优选地小于2，以及甚至更优选地接近1。

除了这些物理特性，在介质上的连续相中的液滴的接触角可能是一个重要的特征。在优选的具体实施方式中，过滤器的压降不超过～20英寸水柱。图5显示P_C对θ的依赖关系，利用方程1和2，针对具有孔径为0.2和3μm的介质材料的具体实施方式。在这个具体实施方式中，θ≥120°，并且，最理想的是θ≥135°以便保留液滴用于表面聚结和防止小液滴穿过介质材料。高不可润湿性θ可在一些商用的可取的方式中获得，以实现介质材料的表面的不可润湿性能。对于燃料水分离器和其他应用，其中水为分散相，烃类液体为连续相(例如，润滑油或液压油)，介质材料通常是疏水性的以及获得疏水介质材料的方法包括，但不限于：

1、利用固有的疏水性能的聚合纤维，例如氟碳纤维(例如，Halar

牌的ECTFE(乙烯和三氟氯乙烯的共聚物)、聚四氟乙烯、或其他氟碳聚合物)、聚酯(例如，聚对苯二甲酸丁二醇酯或其他疏水的聚酯)、聚丙烯、聚乙烯、聚苯硫醚、聚砜、乙缩醛及类似物。

2、用碳氟化合物或有机硅树脂的或表面活性剂处理(例如，Rain-X

牌玻璃处理)基础聚合物、玻璃、金属、陶瓷或碳纤维介质，以赋予疏水性。

3、具有等离子体的介质的等离子体处理，等离子体含有氟取代基，如在第12/247,502号美国专利申请和Plasma Surface Modification and Plasma Polymerization，N.Inagaki，CRC Press，NY，1996(《等离子体表面改性和等离子体聚合》，N.Inagaki，CRC出版社，纽约，1996)中所描述的，其内容通过全部引用合并于本文。

对于曲轴箱通风，类似的方法可以被使用。然而，优选地，由此产生的表面是疏油的。例如，表面可包括碳氟化合物的功能。在从水、冷却剂或其他极性液体中除去油或非极性的小液滴的聚结介质的应用，疏油的或亲水的表面可通过这些方法获得，包括但不限于：

1、使用矿物氧化物(例如，玻璃、硅、陶瓷)，金属或具有固有的亲水性能的纤维聚合物，例如尼龙6，6或其他亲水性聚酰胺，玻璃或陶瓷，亲水性聚氨酯，聚乙烯醇，其他亲水性聚合物或疏油性氟碳介质。

2、具有等离子体的介质的等离子体处理，等离子体含有氟，氧，氮取代基，如在Plasma Surface Modification and Plasma Polymerization，N.Inagaki，CRC Press，NY，1996(《等离子体表面改性和等离子体聚合》，N.Inagaki，CRC出版社，纽约，1996)中描述的，其内容通过全部引用合并于本文。

在某些具体实施方式中，所披露的在聚结器中的聚结介质的朝向对优化功能是重要的。排出将在重力方向竖直向下，或可能由来自流动的连续相的阻力提供便利。通常情况下，所期望的液滴运动的方向是不与重力方向相反的。

在某些具体实施方式中，所披露的表面聚结介质包含聚结介质材料的单层或由聚结介质材料的单层组成。在其他具体实施方式中，所披露的聚结介质包括上游排出/预过滤层(如，“A层”)，除了聚结介质材料层(如，“B层”)。一个表面聚结器的具体实施方式示于图6中，其运行如下：

1、由悬浮在第二不混溶的流体(连续相)中的小液滴(分散相)组成的受污染的流体，可能或可能也不包含流经第一介质层的固体颗粒。

2、在第一介质层(其可被称为为“A层”)中，一些液滴和固体颗粒，主要是最大的，被捕获或保留。

3、没有被A层流动捕获的小液滴和固体颗粒被保留在或接近第二层(其可被称为“B层”)的上游表面，第二层作为防止它们流经和富集液滴的屏障。

4、被过滤、被清洗的连续相离开B层。

5、由于B层表面的被捕获的小液滴的局部富集增加，它们聚结并且生长，相对润湿的A层的存在促进了它们聚结和成长。

6、从B层表面聚结的液滴被相对不可润湿的表面排斥，并且选择性地被汲吸至回A层(例如，其中A层的接触角是小于约90°)，或者作为替代地，聚结液滴可沿B层的不可润湿面向下排出。

7、由于润湿A层表面的分散相趋于饱和，分散相在重力、压力或其他力量的影响下排出它。

8、被聚结的分散相和被汲吸的分散相的排出也从介质洗掉一些捕获的固体颗粒。

下游层(B层)有三个基础的功能，与上面所讨论的介质材料的单层相似。

1、防止大于一定的尺寸的小液滴(和固体颗粒)经过；

2、通过富集在其上游表面的保留液滴以便聚结，和

3、便于从表面释放液滴和小液滴。

下游层(B层)可能共享一个或多个如上面所讨论的介质材料的单层的特征。下游层(B层)的特征可在如上面所讨论的等同于介质材料的单层的基础上被确定或调整。

可选的第一层，即“A层”，通常起与第二层即“B层”起不同的功能。通常情况下，A层的功能是：

1、提供比B层更高毛细管压力的区域，并选择性地协助从B层表面汲吸走被捕获和被聚结液滴；

2、便于从介质捕获的、聚结的液滴和小液滴的排出；

3、便于捕获的液滴的聚结，和

4、选择地，作为固体或其他可能过快地堵塞介质的污染物的预过滤器。

为了便于汲吸和聚结所捕获的小液滴，第一层优先地是比第二层更可被分散相润湿。分散相的排出，包括来自这一层的液滴和小液滴，通常由于具有大孔径而便利。其中A层起预过滤器的功能是可取的，进一步优选地是，A层的孔径比B层大。在优选的设计中，多层或多介质预过滤器可在A层之前(即，A层的上游)以最大化寿命和延伸本文所披露的介质的服务期限。

A层通常是有大于B层的毛细管压力，以从B层的表面汲吸液滴。优选地，A层具有小于穿过聚结器的压降的P_C，从而

P_C，A≤ΔP (10)

并且

P_C，B≤P_C，A (11)

P_C的幅度越大，分散相越容易从B层汲吸出，鉴于方程(1)和(10)，优选地是A层优先地被分散相润湿(如，其中θ≤90°，和优先地θ≤60°，更优先地θ≤45°)。图7显示对于θ≤45°，P_C的值开始平稳并接近最大值。

对于燃料-水聚结器和其他应用，其中水是分散相和烃类液体是连续相(例如，润滑油或液压油)，A层与B层相比是相对亲水的。实现相对亲水性的表面的方法如上所述。

对于曲轴箱通风和对于从水、冷却液或其他极性的液体中除去油或非极性液滴，可利用类似的方法。然而，通常A层与B层相比是相对亲油的，并且实现亲油的表面的方法如上所述。

在某些具体实施方式中，B层可能包含具有1-10％(w/w)的氟碳添加剂的PBT，由10-40％(重量)的氟碳聚合物，或100％熔吹/纤维级ECTFE组成的聚酯材料。

在某些具体实施方式中，所披露的聚结器中的聚结介质的朝向对于最佳的功能是重要的。排出将在重力方向竖直向下。汲吸，将通常涉及从B层表面水平运输小液滴，但其他方向也是可能。通常情况下，所期望的用于汲吸的液滴运输方向不与重力相反。只要A层是优先地润湿的，汲吸应该发生，即使M是如此之大，以致有忽略不计的毛细管压力。然而，在某些具体实施方式中，M可以是为排出而考虑的重要的设计。例如，如果M太小，P_C将倾向于不排出，并且可能导致在B层内聚结液滴的成长和过大的压降。在这种情况下，在方程(10)的约束范围内减小P_C，同时依然优化汲吸可能是可取的。图8使用公式(1)来示出M在P_C上对各种不同的γ的影响。总体上，对于燃料-水分离器，PC≤5英寸水柱可能是可取的，并且理想地，PC≤1英寸水柱。为了γ从5至15dyn/cm的范围的功能，优选地，对于A层M≥30μm，理想地，对于A层M≥180μm。使用公式(7)，这意味着对于A层d≤100μm，理想地，对于A层d≤20μm，以达到优选的M和ε值。

在某些具体实施方式中，A层可包含大体上朝向竖直方向(例如，在平行重力的轴线上)的纤维。例如，A层可包含在A层下游表面或面大体上朝向竖直方向的纤维，A层下游表面或面邻近B层上游表面或面(见图6)以便于从B层的表面排出小液滴。具有大体上朝向竖直方向的纤维的A层的介质材料可通过使介质材料的表面经历“梳理”过程而被准备，“梳理”过程从属于平行于表面的纤维。在某些具体实施方式中，包含大体上朝向竖直方向(例如，纤维在下游表面或面)的纤维的介质意味着，在介质中至少约70％，80％，或优选地90％的纤维是大体上竖直的(例如，从竖直轴线偏离不超过30、20、或优选地10度)。在进一步的具体实施方式中，B层的上游表面可能是相对光滑的，例如，其中表面受到碾压过程。

表面聚结器的物理的和润湿的性能可实现如下。表面聚结器可包含两个不同的过滤介质，过滤介质在通过打褶、压力、粘合剂、粘合树脂、超声波粘合、热粘合或其他方式的紧密的物理接触中保持具有的特定的属性。作为替代，表面聚结器可包含单一的多层介质，如通过熔吹两个不同的介质层形成的，一层在另一层的上面，通过湿法工艺、电纺、熔融纺丝或其他手段或相结合的手段或工艺。

说明性的实施例

以下的实施例是说明性的，并不是意指限制权利要求的主题范围。

实施例1

一种聚结器，包含用于聚结两相混合物的聚结介质，两相即包含烃类液体的连续相和包含水的分散相；混合物从上游到下游流动通过所述介质；介质包含用于过滤混合物的介质材料层；介质材料具有平均孔径M，其中，分散相包含具有大于平均孔径的平均颗粒尺寸的水的小液滴，介质材料相对分散相是相对不可润湿的；聚结器设定为，当混合物在聚结器中从上游到下游流动时过滤所述混合物，捕获在所述介质材料上游面的分散相的小液滴，以及使小液滴聚结地生长成较大的液滴，较大的液滴进一步聚结并且生长到足够的尺寸，通过这样它们从上游面排出，并从聚结器释放。

实施例2

如实施例1所述的聚结器，其中，0.2μm≤M≤12.0μm(优选地2.0μm≤M≤10.0μm，更优选地4.0μm≤M≤8.0μm)。

实施例3

如实施例1或2所述的聚结器，其中，介质材料有最大孔径M_M，并且1≤M_M/M≤3。

实施例4

如实施例1-3任一所述的聚结器，其中，介质材料包含具有平均直径在0.07μm至3μm之间的纤维(优选地，在0.15μm至1.5μm之间)。

实施例5

如实施例4所述的聚结器，其中，纤维包含聚酯纤维材料或聚酰胺材料。

实施例6

如实施例1-5任一所述的聚结器，其中，介质材料进一步包含具有大于1μm的平均直径的粗纤维(优选地，大于10μm，更优选地，大于20μm)。

实施例7

如实施例6所述的聚结器，其中，粗纤维包含疏水性聚合物，疏水聚合物可选择地是ECTFE。

实施例8

如实施例1-7任一所述的聚结器，其中，介质材料具有从上游到下游测量的在0.05至0.4mm之间(优选地，0.1至0.3mm)的厚度。

实施例9

如实施例1-8任一所述的聚结器，其中，在介质材料上的连续相中的分散相的液滴的接触角不小于90°(优选地，不小于120°，更优选地，不小于135°)。

实施例10

如实施例1-9任一所述的聚结器，其中，介质材料具有不小于0.8的孔隙率ε。

实施例11

如实施例1-10任一所述的聚结器，包含与介质材料的上游面毗邻的附加介质材料层，相互毗邻的层从上游到下游依次延伸，即上游第一介质材料层和下游第二介质材料层，第一介质材料层对于在连续相中的分散相是相对可润湿的，并且第一层和第二层分别具有平均孔径M₁和M₂，并且M₁＞M₂。

实施例12

如实施例11所述的聚结器，其中，M₁至少比M₂大大约2.5倍。

实施例13

如实施例11或12所述的聚结器，其中，M₁≥20μm(优选地M₁≥30μm)。

实施例14

如实施例11-13任一所述的聚结器，其中，0.2μm≤M₂≤12.0μm(优选地2.0μm≤M₂≤10.0μm，更优选地4.0μm≤M₂≤8.0μm.).

实施例15

如实施例11-14任一所述的聚结器，其中，第一层包含具有大于约1μm、10μm或20μm，并且小于约100μm的平均纤维直径的介质。

实施例16

如实施例11-15任一所述的聚结器，其中，在层一上的连续相中的分散相的液滴的接触角θ₁不大于90°(优选地不大于60°，更优选地不大于45°)，并且在层二上的连续相中的分散相的液滴的接触角θ₂不小于90°(优选地不小于120°，更优选地不小于135°)。

实施例17

如实施例11-16任一所述的聚结器，其中，第一介质材料层具有包含多个纤维的下游表面，多个纤维朝向大体上竖直的方向。

实施例18

如实施例11-17任一所述的聚结器，其中，聚结介质是通过获得第一介质材料和第二介质材料，并通过将在层中的第一介质材料和第二介质材料进行物理地或化学地连接而形成。

实施例19

如实施例11-17任一所述的聚结器，其中，聚结介质是通过熔吹在层中的第一介质材料和第二介质材料而形成。

实施例20

如实施例11-19任一所述的聚结器，包含在壳体中，壳体具有上游入口和下游出口，上游入口的结构被设定成接受混合物，下游出口的结构被设定成在分散相聚结后排放混合物。

实施例21

包含如实施例20所述的聚结器的聚结系统。

实施例22

如实施例21所述的聚结系统，设定为用于除去分散在烃类燃料中的水。

实施例23

如实施例21或22所述的聚结系统，进一步包含用于除去位于聚结元件的下游的水的疏水介质。

实施例24

如实施例21至23任一所述的聚结系统，进一步包含用于除去位于聚结元件的下游的水的附加设备，设备选自由重力分离器、离心机、取样器、斜板分离器、倾斜叠放的板、过滤器和静止室组成的组。

实施例25

一种除去分散在烃类燃料中的水的方法，所述方法包含使包含烃类燃料和分散在烃类燃料中的水的混合物经过如实施例1-24任一所述的聚结器或聚结系统，以及除去至少约93％、95％、97％或99％的分散在烃类燃料中的水。

在前面的说明中，某些术语因简洁，清晰和易于理解被使用。没有不必要的限制是被隐含的由此超越了现有技术的要求，因为这样的术语用于描述目的和拟以广义的解释。此处所述的不同的配置，系统和方法步骤可被单独使用或与其他的配置、系统和方法步骤相结合。可以预期的是各种等价物、替代品和修改是可能的。上述列举的专利和公布的申请通过整体引用被合并于本文。

Claims

1.一种聚结器，包含用于聚结两相混合物的聚结介质，所述两相即包含烃类液体的连续相和包含水的分散相；所述混合物从上游到下游流动通过所述介质；所述介质包含用于过滤所述混合物的介质材料层；所述介质材料具有平均孔径M，其中，所述分散相包含具有大于所述平均孔径的平均颗粒尺寸的水的小液滴，所述介质材料相对所述分散相是相对不可润湿的；所述聚结器设定为，当所述混合物在所述聚结器中从上游到下游流动时过滤所述混合物，捕获在所述介质材料的上游面的所述分散相的小液滴，以及聚结地使所述小液滴生长成较大的液滴，所述的较大的液滴进一步聚结和生长到足够的尺寸，通过这样它们从所述上游面排出，并从所述聚结器释放。

2.如权利要求1所述的聚结器，其中，0.2μm≤M≤12.0μm。

3.如权利要求1所述的聚结器，其中，所述介质材料有最大孔径M_M，并且1≤M_M/M≤3。

4.如权利要求1所述的聚结器，其中，所述介质材料包含具有在0.07μm至3μm之间的平均直径的纤维。

5.如权利要求4所述的聚结器，其中，所述纤维包含聚酯材料。

6.如权利要求4所述的聚结器，其中，所述介质材料进一步包含平均直径大于10μm的粗纤维。

7.如权利要求6所述的聚结器，其中，所述粗纤维包含疏水聚合物，所述疏水聚合物可选择地为乙烯三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)。

8.如权利要求1所述的聚结器，其中，所述介质材料具有从上游到下游测量的在0.05至0.3mm之间的厚度。

9.如权利要求1所述的聚结器，其中，在所述介质材料上的所述连续相中的分散相的液滴的接触角不小于90°。

10.如权利要求1所述的聚结器，其中，所述介质材料具有不小于0.8的孔隙率ε。

11.如权利要求1所述的聚结器，包含与所述介质材料的所述上游面毗邻的附加介质材料层，所述的相互毗邻的层从上游到下游依次延伸，即上游第一介质材料层和下游第二介质材料层，所述第一介质材料层对于在所述连续相中的所述分散相是相对可润湿的，并且所述第一层和所述第二层分别具有平均孔径M₁和M₂，并且M₁＞M₂。

12.如权利要求11所述的聚结器，其中，M₁至少比M₂大大约2.5倍。

13.如权利要求11所述的聚结器，其中，所述M₁≥30μm。

14.如权利要求11所述的聚结器，其中，0.2μm≤M₂≤12.0μm。

15.如权利要求11所述的聚结器，其中，所述第一层包含具有小于大约100μm的平均纤维直径的介质。

16.如权利要求11所述的聚结器，其中，在层一上的所述连续相中的分散相的液滴的接触角θ₁不大于90°，并且在层二上的所述连续相中的分散相的液滴的接触角θ₂不小于90°。

17.如权利要求11所述的聚结器，其中，所述第一介质材料层具有包含多个纤维的下游面，所述的多个纤维朝向大体上竖直的方向。

18.如权利要求11所述的聚结器，其中，所述聚结介质是通过获得第一介质材料和第二介质材料，并通过将在层中的所述第一介质材料和所述第二介质材料进行物理地或化学地连接而形成。

19.如权利要求11所述的聚结器，其中，聚结介质是通过熔吹在层中的所述第一介质材料和所述第二介质材料而形成。

20.如权利要求1所述的聚结器，包含在壳体中，所述壳体具有上游入口和下游出口，所述上游入口的结构被设定成接受所述混合物，所述下游出口的结构被设定成在所述分散相聚结后排放所述混合物。

21.一种包含如权利要求20所述的聚结器的聚结系统。

22.如权利要求21所述的聚结系统，设定为用于除去分散在烃类燃料中的水。

23.如权利要求22所述的聚结系统，进一步包含用于除去位于所述聚结元件下游的水的疏水介质。

24.如权利要求22所述的聚结系统，进一步包含用于除去位于聚结元件下游的水的附加设备，所述设备选自由重力分离器、离心机、取样器、斜板分离器、倾斜叠放的板、过滤器、和静止室组成的组。

25.一种除去分散在烃类燃料中的水的方法，所述方法包含：使包含烃类燃料和分散在所述烃类燃料中的水的混合物经过权利要求1所述的聚结器，以及除去至少93％的分散在所述烃类燃料中的所述水。