CN110947261A - 一种干气中去除固体颗粒的碳化硅膜过滤器及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种干气中去除固体颗粒的碳化硅膜过滤器及其应用。本发明提供的碳化硅膜过滤器包括筒体(1)和设置在筒体(1)内的碳化硅膜滤芯(2)，设置在筒体(1)顶端的上封头(3)，设置在筒体(1)底端的下封头(4)，设置在下封头(4)上的进气口(N1),设置在筒体(1)上的出气口(N2)和反洗口(N3)，设置在上封头上的安全阀接口(N4)和放空口(N5)；所述碳化硅膜滤芯(2)为具有多条气体通道的长方形柱体状，所述碳化硅膜滤芯的截面为正方形或长方形；且所述气体通道的截面为正方形或长方形。所述碳化硅膜过滤器不易堵塞、易清理、气体通量大，在气固分离领域可实现良好的经济效益。

Description

一种干气中去除固体颗粒的碳化硅膜过滤器及其应用
技术领域
本发明涉及过滤器技术领域，具体涉及一种干气中去除固体颗粒的碳化硅膜过滤器及其应用。
背景技术
近年来，在低碳经济大潮的带动下，碳化硅材料进入到了新材料领域。碳化硅膜滤芯是在2010年后进入工业应用的一种新材料滤芯，由于其接触锐角极小，可耐受800度以上高温，广泛适应pH为0～14的强酸强碱环境工作环境，使得该材料被广泛应用于固液分离和气固分离行业。
然而碳化硅材料在使用时，一般制作成滤芯进行过滤固体颗粒。之前规格的碳化硅膜滤芯应用于气固分离时，存在壁厚较厚，过滤时压降损失明显，同时流道较长，反吹及化学清洗所需时间较多等问题，对气固液分离行业发展造成很大的影响。
发明内容
针对上述问题，本发明通过对碳化硅膜滤芯整体重新设计，提供了一种从干气中去除固体颗粒的碳化硅膜过滤器。
本发明还提供了一种包含上述碳化硅膜过滤器的过滤装置。
本发明还提供了一种采用上述过滤装置的从气体中去除固体颗粒的过滤方法。
本发明为解决上述问题所采用的技术方案为：
本发明一方面提供了一种干气中去除固体颗粒的碳化硅膜过滤器，所述过滤器包括筒体(1)和设置在筒体(1)内的碳化硅膜滤芯(2)，设置在筒体(1)顶端的上封头(3)，设置在筒体(1)底端的下封头(4)，设置在下封头(4)上的进气口(N1),设置在筒体(1)上的出气口(N2)和反洗口(N3)，设置在上封头上的安全阀接口(N4)和放空口(N5)；
所述碳化硅膜滤芯(2)为具有多条气体通道的圆柱体，所述气体通道为长方形柱状的，所述碳化硅膜滤芯的横截面为圆形；且所述气体通道的横截面为正方形或长方形。
优选地，所述碳化硅膜滤芯中设置有480-520个气体通道。
优选地，所述碳化硅膜滤芯中设置有500个气体通道。
当然根据实际需求，所述碳化硅膜滤芯中设置的气体通道的数量可以为任意数。
优选地，所述反洗口也是清洗气体出口，当需要对整个过滤器进行清洗时，在关闭进气口和出气口后，通过反洗口进行清洗气体(如氮气等的惰性气体)的注入，并将清洗后的废弃物通过排污口排出。
优选地，所述碳化硅膜滤芯与筒体之间为线密封。
优选地，所述碳化硅膜滤芯的横截面为圆形且所述气体通道的横截面为正方形；且所述碳化硅膜滤芯中设置有480-520个气体通道。
优选地，所述碳化硅膜滤芯中设置有500个气体通道。
当然根据实际需求，所述碳化硅膜滤芯中设置的气体通道的数量可以为任意数。
优选地，所述气体通道的横截面为正方形，所述正方形的边长为2-5mm。
优选地，所述气体通道的横截面为正方形，所述正方形的边长为3mm。
优选地，所述碳化硅膜滤芯的高度与直径比值为：5.7～6.1；更优选为5.9。
优选地，所述碳化硅膜滤芯中，气体通道之间的壁厚为1±0.2mm。
优选地，在碳化硅膜滤芯(2)的上端和下端分别设有垫圈。
优选地，所述碳化硅膜滤芯的过滤精度为5μm、3μm。
优选地，所述碳化硅膜滤芯为半死端结构。
本发明另一方面还提供了一种干气中去除固体颗粒的碳化硅膜过滤装置，包括进料缓冲罐和上述方面所述的碳化硅膜过滤器；所述进料缓冲罐一端设置有进料口，另一端与所述碳化硅膜过滤器连接。
优选地，所述碳化硅膜过滤装置中并联设置有一个或多个所述的碳化硅膜过滤器。
优选地，设置一个、两个、三个所述的碳化硅膜过滤器。
本发明还提供了一种从干气中去除固体颗粒的方法，包括步骤：
(1)提供上述方面所述的碳化硅膜过滤装置；
(2)待过滤气体通过进料缓冲罐后，从进气口(N1)流入到碳化硅膜过滤器中并经碳化硅膜滤芯过滤；
(3)经过滤的气体从出气口(N2)流出并被收集。
优选地，步骤(2)还包括以下步骤：在过滤的同时，监控碳化硅膜过滤器滤芯内侧压力和外侧压力的差值，当差值≥0.2MPa时，结束碳化硅膜过滤器过滤。
本发明带来的有益效果为：
本发明设计了一种碳化硅膜过滤器。
该过滤器热稳定性好，可耐高温800度，可耐受强酸强碱的长期操作。
该过滤器过滤压差低，初始运行时一般在5KPa以内。
该过滤器开孔率高，处理量大。
该过滤器不易堵塞，可在线清洗，方便操作。
该过滤器具有耐腐蚀、精度高、高通量、易于清洗、使用寿命长等特点。
本发明还提供了上述过滤器在处理高温烟气(如炼化干气中焦粉的过滤，高腐蚀性尾气，强酸气体等)上的应用。
附图说明
图1是本发明一种干气中去除固体颗粒的碳化硅膜过滤器的主视结构示意图。
图2是本发明一种干气中去除固体颗粒物的碳化硅膜过滤器的侧视结构示意图。
图3是图1中筒体中碳化硅膜滤芯结构的顶部布局示意图。
图4是图1中筒体中碳化硅膜滤芯结构的底部布局示意图。
图5显示了图1筒体中碳化硅膜滤芯内部气体通道的立体结构。
图6是本发明一种干气中去除固体颗粒的碳化硅膜过滤装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合具体附图对本发明作进一步的说明。
如图1-图5所示，本发明提供一种从干气中去除固体颗粒的碳化硅膜过滤器，包括筒体1，设置在筒体1内且均匀分布的碳化硅膜滤芯2，设置在筒体1顶端的上封头3，设置在筒体1底端的下封头4，设置在下封头上的进气口N1，设置在筒体上的出气口N2和反洗口N3，设置在上封头上的安全阀接口N4和放空口N5。(如图1或图2所示)
其中，N1和N2分别用作干气进口和出口，N3用作惰性气体反吹入口，N4用于安装安全阀来防止过滤器系统超压，N5用于将过滤器内的气体放空。N1、N2、N3、N4和N5分别与筒体焊接。筒体连接法兰采用SS316+石墨缠绕垫密封，此连接法兰主要用于检修清洗滤芯用。筒体的材质采用304。
碳化硅膜滤芯固定于筒体内。滤芯和筒体之间为线密封。
碳化硅膜滤芯为具有多条气体通道的圆柱体，所述气体通道为长方形柱状的。其上下端部分封闭，部分开口，且封闭部分和开口部分均匀地分布。其内部气体通道的立体结构示意图如图5所示。其上下端截面分别如图3或图4所示，气体通道的横截面均为格子状，其中，黑色格子表示封闭部分，白色格子表示开口部分。应理解，气体通道的整体分布的横截面可以不呈正方形，以使得气体通道均匀地分布在整个滤芯中即可。优选地，所述碳化硅膜滤芯中设置有480-520个气体通道；较佳地，设置有500个气体通道。当然根据实际需求，所述碳化硅膜滤芯中设置的气体通道的数量可以为任意数。
滤芯上端和下端各设置有一个垫圈。垫圈对滤芯呈包裹状态，垫圈除了用于填充滤芯和筒体之间的间隙，起到密封作用，还兼具对滤芯的保护作用。垫圈的材料可以是氟醚。
碳化硅膜滤芯为半死端结构(Half Dead-end)。滤芯中气体通道之间的壁厚为1mm，滤芯通道边长为2-5mm，优选为3mm。滤芯过滤精度为3μm,5μm。整个碳化硅膜滤芯的开孔率为25％，允许碳化硅膜滤芯内外气体的最大压力降为1.0MPa(设计值)。
碳化硅膜滤芯的顶端连接有上端盖，上端盖与上封头连接固定；碳化硅膜滤芯的底端连接有下端盖，下端盖与下封头连接固定。
下封头连接有气体进口N1，上封头连接有安全阀接口N4和放空口N5。筒体1体身一侧设置有反洗口N3和气体出口N2。
所述连接是通过法兰连接。
本实施例所描述的从干气中去除固体颗粒的碳化硅膜过滤器，高温烟气通过进口N1进入到过滤器筒体内，在流体压力推动下，高温烟气通过碳化硅膜滤芯，其中所含杂质被碳化硅膜滤芯拦截，附着在滤芯的外表面，过滤后的气体汇合后通过出口N2流出过滤器。
随着过滤时间的延长，附着在滤芯外表面的大分子颗粒物逐渐增多，导致滤芯内外两侧压差增大，当达到运行最大允许值0.2MPa(运行时允许值)时，说明滤芯已经堵塞，应予以清洗，此时需要将堵塞的过滤器切出。
本发明还提供了一种从干气中去除固体颗粒的碳化硅膜过滤装置，包括进料缓冲罐和一个或多个(例如2-30个，或者2个、3个、4个等，视过滤量的需要而定)并联设置的本发明的碳化硅膜过滤器。
例如，如图6所示，本发明的碳化硅膜过滤装置包括本发明的碳化硅膜过滤器和进料缓冲罐G001；其中，进料缓冲罐G001一端(例如上端)设置有进料口，另一端(如下端)与碳化硅膜过滤器连接。
当然，根据过滤量的需求，在该过滤装置中，可以并联设置两个或更多的碳化硅膜过滤器同步进行过滤工作。
待过滤气体中含有固体颗粒，待过滤气体通过进料缓冲罐G001从进口阀KV321均匀的流入到各个碳化硅膜过滤器的滤芯内，每个碳化硅膜滤芯根据其过滤精度将待过滤气体中的固体颗粒物阻挡在碳化硅膜滤芯外表面，经过过滤后的气体通过出口阀KV323排出并被收集。
以图6所示的碳化硅膜过滤装置为例，本发明的碳化硅膜过滤装置是按照以下方式工作的：
一、进料检查
进料前检查，除旁路阀KV324为开状态，其余所有开关阀都处于关闭状态。
二、过滤及反清洗
①打开A侧过滤器的进出切断阀KV321A，KV323A，开回讯到位后，打开进气阀HICV323A至5％，计时器开始计时；计时器到设定值，HICV323A线性开启至100％；
②过滤计时器开始计时，当PT301-PT302值≥0.2MPa或时间计时器到设定值(50min)，A侧过滤器过滤结束；其中，PT301表示滤芯内侧压力；PT302表示滤芯外侧压力；
③打开B侧过滤器进出切断阀KV321B，KV323B，开回讯到位后，打开进气阀HICV323B至5％，计时器开始计时，至设定值，HICV323B线性开启至100％；
④关闭A侧过滤器进出切断阀KV321A，KV323A，进气阀HICV323A；
⑤打开A侧过滤器排放阀KV325A，卸压至常压后关闭排放阀KV325A，打开氮气反吹阀KV326A，当压力达到0.2MPa，打开排放阀KV325A，10s后关闭氮气反吹阀KV326A，20s后关闭排放阀KV325A；
⑥以上步骤结束后，当PT301-PT302值≥0.2MPa或时间计时器到设定值(50min)，B侧过滤器过滤结束；其中，PT301表示滤芯内侧压力；PT302表示滤芯外侧压力；
⑦打开A侧过滤器进出切断阀KV321A，KV323A，开回讯到位后，打开进气阀HICV323A至5％，计时器开始计时，至设定值，HICV323A线性开启至100％；
⑧关闭B侧过滤器进出切断阀KV321B，KV323B，进气阀HICV323B；
⑨打开B侧过滤器排放阀KV325B，卸压至常压后关闭排放阀KV325B，打开氮气反吹阀KV326B，当压力达到0.2MPa，打开排放阀KV325B，10s后关闭氮气反吹阀KV326B，20s后关闭排放阀KV325B；
⑩后续转到程序②循环运行。随着过滤时间增长，附着在碳化硅膜滤芯2表面的固体颗粒物增多，导致碳化硅膜滤芯2内外两侧压差增大，当压差达到0.2MPa时，则需要对该碳化硅膜滤芯2进行清洗，此时关闭进口N1和出口N2，将清洗液通过反洗口N3注入，被清洗后的污物将会从排污口流出。排放过程中，KV327A/KV327B处于开启状态，防止抽负压。
如果堵塞非常严重，可以在线化学清洗，也可以打开连接法兰，对滤芯进行清洗和更换，使过滤器恢复到正常状态。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种干气中去除固体颗粒的碳化硅膜过滤器，其特征在于：所述过滤器包括筒体(1)和设置在筒体(1)内的碳化硅膜滤芯(2)，设置在筒体(1)顶端的上封头(3)，设置在筒体(1)底端的下封头(4)，设置在下封头(4)上的进气口(N1),设置在筒体(1)上的出气口(N2)和反洗口(N3)，设置在上封头上的安全阀接口(N4)和放空口(N5)；
所述碳化硅膜滤芯(2)为具有多条气体通道的圆柱体，所述气体通道为长方形柱状的，所述碳化硅膜滤芯的横截面为圆形；且所述气体通道的横截面为正方形或长方形。
2.根据权利要求1所述的碳化硅膜过滤器，其特征在于：所述碳化硅膜滤芯的横截面为圆形且所述气体通道的横截面为正方形；且所述碳化硅膜滤芯中设置有480-520个气体通道。
3.根据权利要求2所述的碳化硅膜过滤器，其特征在于：所述气体通道的横截面为正方形，所述正方形的边长为2-5mm。
4.根据权利要求1所述的碳化硅膜过滤器，其特征在于：所述碳化硅膜滤芯中，气体通道之间的壁厚为1±0.2mm。
5.根据权利要求1所述的碳化硅膜过滤器，其特征在于：在碳化硅膜滤芯(2)的上端和下端分别设有垫圈。
6.根据权利要求1所述的碳化硅膜过滤器，其特征在于：所述碳化硅膜滤芯的过滤精度为5μm、3μm。
7.一种干气中去除固体颗粒的碳化硅膜过滤装置，其特征在于：包括进料缓冲罐和权利要求1所述的碳化硅膜过滤器；所述进料缓冲罐一端设置有进料口，另一端与所述碳化硅膜过滤器连接。
8.根据权利要求7所述的碳化硅膜过滤装置，其特征在于：所述碳化硅膜过滤装置中并联设置有一个或多个所述的碳化硅膜过滤器。
9.一种从干气中去除固体颗粒的方法，其特征在于：包括步骤：
(1)提供权利要求7所述的碳化硅膜过滤装置；
(2)待过滤气体通过进料缓冲罐后，从进气口(N1)流入到碳化硅膜过滤器中并经碳化硅膜滤芯过滤；
(3)经过滤的气体从出气口(N2)流出并被收集。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：步骤(2)还包括以下步骤：在过滤的同时，监控碳化硅膜过滤器滤芯内侧压力和外侧压力的差值，当差值≥0.2MPa时，结束碳化硅膜过滤器过滤。
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