CN111962328A - 一种高效油气分离过滤材料及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高效油气分离过滤材料及其制造方法,属于油气分离过滤材料技术领域。该材料以直径为0.5‑1.2μm的B玻璃纤维,直径为3‑3.5μm的B玻璃纤维,直径为5‑7μm的E玻璃纤维,直径为15‑16μm、长度6‑9mm的双组分热熔纤维和功能胶料为原料,通过分散制浆、湿法成型、抽吸脱水、施胶处理和干燥处理制成。该材料定量为85±5g/m2,油气分离效率≥95%,过滤精度βX=200为9‑11μm,透气度≥150L/m2.s,过滤效率≥70%。该材料制备方法简单,易操作,对设备要求低,适合扩大化生产。
Description
技术领域
本发明属于油气分离过滤材料技术领域,具体涉及一种高效油气分离过滤材料及其制造方法。
背景技术
工业化的高速发展使得空气污染问题愈发严重,导致空气中含有大量有害气体和细小悬浮颗粒物,这给人类呼吸免疫系统、中枢神经系统和心脑血管等造成了严重伤害,因此有效降低空气中悬浮颗粒物的含量对于环境保护、保障人体健康显得非常重要。对于小颗粒(<10μm)而言,使用旋风离心分离器无法达到环境保护的高要求,当前,最经济最有效的方法之一是使用纤维过滤技术。纤维过滤器和除雾器被应用于全世界一系列的制造和加工工业中,主要领域包括:天然气净化、大型旋转机械曲轴箱通风、压缩空气过滤等,其性能良好对于维持系统正常运行、减少环境污染起着关键性作用。
从气井井场、集气站或净化厂输出的天然气,可能携带有泥沙、碎石、锈块、气田水、凝析液、净化剂溶剂等固体颗粒物或液体液滴杂质,如不及时去除掉这些杂质,会对采气、输气、脱硫和天然气用户带来很大的危害,影响生产的正常运行。其主要危害包括以下几方面:天然气中的固体颗粒污染物不仅会增加管道阻力,降低输气管道的气质,还会对金属产生强烈的冲蚀,导致管线破裂,同时影响设备、阀门和仪表的正常运转,使压缩机、燃气轮机的叶片磨损加速,缩短其使用寿命。液态水与烃类等组分在温度降低时易凝结,将限制管线中天然气的流动,降低输气量,严重时会形成冰堵,而且液相水与与二氧化碳或硫化氢相混合即生成具有腐蚀性的酸,对金属造成腐蚀,使管壁厚度大面积减薄或产生局部腐蚀,对设备造成腐蚀,使其开裂。因此将天然气中夹带的固体颗粒物和液滴分离出来,提高天然气的气质就显得尤为重要。
目前,对固体颗粒物的过滤研究成为了国内外研究者的研究重点,但在气液过滤分离方面研究较少,大部分还仅停留在分离器的结构以及过滤机理上。对于过滤器的效率和压降问题,还需要更多的研究。而过滤材料的效率和压降问题将直接影响到过滤器的效率和压降,因此,提高过滤材料的过滤效率将有利于提高滤芯的过滤性能,从而有利于提高天然气的气质。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的之一在于提供一种高效油气分离过滤材料;目的之二在于提供一种高效油气分离过滤材料的制造方法。
为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:
1、一种高效油气分离过滤材料,所述油气分离过滤材料由直径为0.5-1.2μm的B玻璃纤维,直径为3-3.5μm的B玻璃纤维,直径为5-7μm的E玻璃纤维,直径为15-16μm、长度6-9mm的双组分热熔纤维和功能胶料制成。
有限的,所述双组分热熔纤维皮层材质为Co-PET,熔点为110-120℃;芯层材质为PET,熔点是255-270℃。
优选的,所述油气分离过滤材料含有23-27wt%直径为0.5-1.2μm的B玻璃纤维,60-64wt%直径为3-3.5μm的B玻璃纤维,9-12wt%直径为5-7μm的E玻璃纤维,3-4wt%直径为15-16μm、长度6-9mm的双组分热熔纤维。
优选的,所述功能胶料包括增强胶料和防水防油胶料。
优选的,所述增强胶料为丙烯酸乳液或氨基硅乳液中的至少一种;所述防水防油胶料为聚硅氧烷、有机硅乳液或氟系防水防油剂中的至少一种。
2、所述的一种高效油气分离过滤材料的制备方法,所述方法如下:
(1)原料准备:按油气分离过滤材料中各纤维组分含量分别称取直径为0.5-1.2μm的B玻璃纤维,直径为3-3.5μm的B玻璃纤维,直径为5-7μm的E玻璃纤维,直径为15-16μm、长度6-9mm的双组分热熔纤维;
(2)分散制浆:将直径为0.5-1.2μm的B玻璃纤维和直径为3-3.5μm的B玻璃纤维加入分散器中打浆分散得到浆料I,调节浆料I的pH值为2-3.5,质量浓度为5-10%;将直径为15-16μm、长度6-9mm的双组分热熔纤维加入分散器中打浆分散得到浆料II,调节浆料II的pH值为2.5-3.5,质量浓度为1-3%;将所述浆料I和浆料II于分散器中混合,获得浆料III,调节所述浆料III质量浓度为0.05-0.2%,接着加入直径为5-7μm的E玻璃纤维,打浆分散得到浆料IV,调节浆料IV的pH值为2-4,质量浓度为0.05-0.2%;
(3)湿法成型:将步骤(2)中所得浆料IV除渣后输送至成型器上成型,得到湿纸;
(4)抽吸脱水:对步骤(3)中所得湿纸进行脱水处理,使所述湿纸含湿率为10-30%;
(5)施胶处理:将经步骤(4)处理后的湿纸分别通过喷胶段和浸胶槽,通过所述喷胶段喷涂增强胶料溶液,通过所述浸胶槽浸渍防水防油胶料溶液;
(6)干燥处理:对经步骤(5)处理后的湿纸进行干燥处理,得到高效油气分离过滤材料。
优选的,步骤(3)中,所述成型器为平网成型造纸机。
优选的,步骤(4)中,所述脱水处理具体为:在真空度为0.1-0.5MPa下进行抽吸脱水处理。
优选的,步骤(5)中,以3-5L/min的喷射速度喷涂增强胶料溶液,并将喷胶后的湿纸在真空度为0.3-0.6MPa下进行抽吸脱水处理,所述增强胶料溶液中增强胶料的浓度为3-5g/L。
优选的,步骤(5)中,以17-20m/min的速度通过所述浸胶槽浸渍防水防油胶料溶液,所述防水防油胶料溶液中防水防油胶料的浓度为7-11g/L。
优选的,步骤(6)中,所述干燥处理具体为在200-300℃干燥3-5min。
本发明的有益效果在于:本发明提供了一种高效油气分离过滤材料及其制造方法,该材料定量为85±5g/m2,油气分离效率≥95%,过滤精度βX=200为9-11μm,透气度≥150L/m2.s,过滤效率≥70%。该材料由直径为0.5-1.2μm的B玻璃纤维,直径为3-3.5μm的B玻璃纤维,直径为5-7μm的E玻璃纤维,直径为15-16μm、长度6-9mm的双组分热熔纤维和功能胶料制成,利用细玻璃纤维与粗玻璃纤维棉搭配,使材料内部的孔隙结构呈梯度分布,平衡阻力与过滤效率的矛盾,提升过滤材料的过滤效率,有利于增加过滤材料的纳污能力,提高过滤材料的使用寿命。由于玻璃纤维与玻璃纤维之间结合力很弱,力学性能无法满足后加工与应用要求,采用增强胶料虽然可以满足力学性能,但对材料的孔隙结构会造成一定的破坏,采用双组分热熔纤维与增强胶料协同作用可降低增强胶料的用量,减少对纤维孔隙结构的破坏,同时将双组分热熔纤维分散与玻纤混合成型,可以进一步优化材料的孔隙结构和表面性能,提升过滤材料的力学性能和综合使用效果。另外,在制备过程中首先通过喷胶的方式喷涂增强胶料溶液,并进一步限定了喷射速度和胶液的浓度,是因为采用喷胶方式喷涂增强胶料可以减少增强胶料对纤维孔隙结构的破坏,限定喷射速度和胶液浓度一方面可以控制增强胶料的使用量,另一方面可以提升增强胶料在过滤材料的附着力,从而提升材料的力学性能;通过浸胶的方式使最终制备的材料负载防水防油胶料,浸渍过程中进一步限定了通过浸胶槽的速度和胶液的浓度,是因为采用浸胶可以增加过滤材料和防水防油胶料的接触面积,限定通过浸胶槽的速度和胶液的浓度一方面可以控制防水防油胶料的使用量,另一方面可以提升材料对胶料的附着力,从而提升材料防水防油性能和过滤效率。该材料制备方法简单,易操作,对设备要求低,适合扩大化生产。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述,并且在某种程度上,基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的,或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1
制备高效油气分离过滤材料
(1)原料准备:按油气分离过滤材料中各纤维组分含量分别称取26wt%直径为0.5-1.2μm的B玻璃纤维,60wt%直径为3-3.5μm的B玻璃纤维,11wt%直径为5-7μm的E玻璃纤维,3wt%直径为15-16μm、长度6mm的双组分热熔纤维,其中,双组分热熔纤维皮层材质为Co-PET,熔点为110-120℃;芯层材质为PET,熔点是255-270℃;
(2)分散制浆:将直径为0.5-1.2μm的B玻璃纤维和直径为3-3.5μm的B玻璃纤维加入分散器中打浆分散得到浆料I,调节浆料I的pH值为2.8,质量浓度为8%;将直径为15-16μm、长度6mm的双组分热熔纤维加入分散器中打浆分散得到浆料II,调节浆料II的pH值为2.8,质量浓度为3%;将所述浆料I和浆料II于分散器中混合,获得浆料III,调节所述浆料III质量浓度为0.1%,接着加入直径为5-7μm的E玻璃纤维,打浆分散得到浆料IV,调节浆料IV的pH值为3,质量浓度为0.1%;
(3)湿法成型:将步骤(2)中所得浆料IV除渣后输送至平网成型造纸机上成型,得到湿纸;
(4)抽吸脱水:对步骤(3)中所得湿纸在真空度为0.3MPa下进行抽吸脱水处理,使所述湿纸含湿率为25%;
(5)施胶处理:以4L/min的喷射速度向步骤(4)处理后的湿纸喷涂增强胶料溶液,并将喷胶后的湿纸在真空度为0.4MPa下进行抽吸脱水处理,然后以18.5m/min的速度通过浸胶槽浸渍防水防油胶料溶液,其中,增强胶料溶液中固含量为50%的丙烯酸乳液的浓度为4g/L,防水防油胶料溶液中固含量为30%的聚硅氧烷的浓度为9g/L;
(6)干燥处理:对经步骤(5)处理后的湿纸在250℃干燥4min,得到高效油气分离过滤材料。
分别根据GB/T·451.2、ISO·12500-1、ISO16889、GB/T·5453测试该高效油气分离过滤材料的定量、油气分离效率、过滤精度和透气度,该高效油气分离过滤材料定量为88.6g/m2,油气分离效率98.5%,过滤精度βX=200为10.10μm,透气度154.5L/m2.s,过滤效率为77.2%。
实施例2
制备高效油气分离过滤材料
(1)原料准备:按油气分离过滤材料中各纤维组分含量分别称取25wt%直径为0.5-1.2μm的B玻璃纤维,62wt%直径为3-3.5μm的B玻璃纤维,10wt%直径为5-7μm的E玻璃纤维,3wt%直径为15-16μm、长度9mm的双组分热熔纤维,其中,双组分热熔纤维皮层材质为Co-PET,熔点为110-120℃;芯层材质为PET,熔点是255-270℃;
(2)分散制浆:将直径为0.5-1.2μm的B玻璃纤维和直径为3-3.5μm的B玻璃纤维加入分散器中打浆分散得到浆料I,调节浆料I的pH值为2,质量浓度为5%;将直径为15-16μm、长度9mm的双组分热熔纤维加入分散器中打浆分散得到浆料II,调节浆料II的pH值为2.5,质量浓度为1%;将所述浆料I和浆料II于分散器中混合,获得浆料III,调节所述浆料III质量浓度为0.05%,接着加入直径为5-7μm的E玻璃纤维,打浆分散得到浆料IV,调节浆料IV的pH值为2,质量浓度为0.05%;
(3)湿法成型:将步骤(2)中所得浆料IV除渣后输送至平网成型造纸机上成型,得到湿纸;
(4)抽吸脱水:对步骤(3)中所得湿纸在真空度为0.1MPa下进行抽吸脱水处理,使所述湿纸含湿率为30%;
(5)施胶处理:以5L/min的喷射速度向步骤(4)处理后的湿纸喷涂增强胶料溶液,并将喷胶后的湿纸在真空度为0.3MPa下进行抽吸脱水处理,然后以17m/min的速度通过浸胶槽浸渍防水防油胶料溶液,其中,增强胶料溶液中固含量为50%的丙烯酸乳液的浓度为3g/L,防水防油胶料溶液中固含量为30%的有机硅乳液的浓度为7g/L;
(6)干燥处理:对经步骤(5)处理后的湿纸在200℃干燥5min,得到高效油气分离过滤材料。
分别根据GB/T·451.2、ISO·12500-1、ISO16889、GB/T·5453测试该高效油气分离过滤材料的定量、油气分离效率、过滤精度和透气度,该高效油气分离过滤材料定量为80.5g/m2,油气分离效率96.3%,过滤精度βX=200为9.5μm,透气度153.2L/m2.s,过滤效率为74.5%。
实施例3
制备高效油气分离过滤材料
(1)原料准备:按油气分离过滤材料中各纤维组分含量分别称取24wt%直径为0.5-1.2μm的B玻璃纤维,63wt%直径为3-3.5μm的B玻璃纤维,9wt%直径为5-7μm的E玻璃纤维,4wt%直径为15-16μm、长度7mm的双组分热熔纤维,其中,双组分热熔纤维皮层材质为Co-PET,熔点为110-120℃;芯层材质为PET,熔点是255-270℃;
(2)分散制浆:将直径为0.5-1.2μm的B玻璃纤维和直径为3-3.5μm的B玻璃纤维加入分散器中打浆分散得到浆料I,调节浆料I的pH值为3.5,质量浓度为10%;将直径为15-16μm、长度7mm的双组分热熔纤维加入分散器中打浆分散得到浆料II,调节浆料II的pH值为3.5,质量浓度为2%;将所述浆料I和浆料II于分散器中混合,获得浆料III,调节所述浆料III质量浓度为0.2%,接着加入直径为5-7μm的E玻璃纤维,打浆分散得到浆料IV,调节浆料IV的pH值为4,质量浓度为0.2%;
(3)湿法成型:将步骤(2)中所得浆料IV除渣后输送至平网成型造纸机上成型,得到湿纸;
(4)抽吸脱水:对步骤(3)中所得湿纸在真空度为0.5MPa下进行抽吸脱水处理,使所述湿纸含湿率为10%;
(5)施胶处理:以3L/min的喷射速度向步骤(4)处理后的湿纸喷涂增强胶料溶液,并将喷胶后的湿纸在真空度为0.6MPa下进行抽吸脱水处理,然后以20m/min的速度通过浸胶槽浸渍防水防油胶料溶液,其中,增强胶料溶液中固含量为30%的氨基硅乳液的浓度为5g/L,防水防油胶料溶液中固含量为30%的氟系防水防油剂的浓度为11g/L;
(6)干燥处理:对经步骤(5)处理后的湿纸在300℃干燥3min,得到高效油气分离过滤材料。
分别根据GB/T·451.2、ISO·12500-1、ISO16889、GB/T·5453测试该高效油气分离过滤材料的定量、油气分离效率、过滤精度和透气度,该高效油气分离过滤材料定量为89.2g/m2,油气分离效率97.7%,过滤精度βX=200为10.20μm,透气度155.8L/m2.s,过滤效率75.6%。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种高效油气分离过滤材料,其特征在于,所述油气分离过滤材料由直径为0.5-1.2μm的B玻璃纤维,直径为3-3.5μm的B玻璃纤维,直径为5-7μm的E玻璃纤维,直径为15-16μm、长度6-9mm的双组分热熔纤维和功能胶料制成。
2.如权利要求1所述的一种高效油气分离过滤材料,其特征在于,所述油气分离过滤材料含有23-27wt%直径为0.5-1.2μm的B玻璃纤维,60-64wt%直径为3-3.5μm的B玻璃纤维,9-12wt%直径为5-7μm的E玻璃纤维,3-4wt%直径为15-16μm、长度6-9mm的双组分热熔纤维。
3.如权利要求1所述的一种高效油气分离过滤材料,其特征在于,所述功能胶料包括增强胶料和防水防油胶料。
4.如权利要求3所述的一种高效油气分离过滤材料,其特征在于,所述增强胶料为丙烯酸乳液或氨基硅乳液中的至少一种;所述防水防油胶料为聚硅氧烷、有机硅乳液或氟系防水防油剂中的至少一种。
5.权利要求1-4任一项所述的一种高效油气分离过滤材料的制备方法,其特征在于,所述方法如下:
(1)原料准备:按油气分离过滤材料中各纤维组分含量分别称取直径为0.5-1.2μm的B玻璃纤维,直径为3-3.5μm的B玻璃纤维,直径为5-7μm的E玻璃纤维,直径为15-16μm、长度6-9mm的双组分热熔纤维;
(2)分散制浆:将直径为0.5-1.2μm的B玻璃纤维和直径为3-3.5μm的B玻璃纤维加入分散器中打浆分散得到浆料I,调节浆料I的pH值为2-3.5,质量浓度为5-10%;将直径为15-16μm、长度6-9mm的双组分热熔纤维加入分散器中打浆分散得到浆料II,调节浆料II的pH值为2.5-3.5,质量浓度为1-3%;将所述浆料I和浆料II于分散器中混合,获得浆料III,调节所述浆料III质量浓度为0.05-0.2%,接着加入直径为5-7μm的E玻璃纤维,打浆分散得到浆料IV,调节浆料IV的pH值为2-4,质量浓度为0.05-0.2%;
(3)湿法成型:将步骤(2)中所得浆料IV除渣后输送至成型器上成型,得到湿纸;
(4)抽吸脱水:对步骤(3)中所得湿纸进行脱水处理,使所述湿纸含湿率为10-30%;
(5)施胶处理:将经步骤(4)处理后的湿纸分别通过喷胶段和浸胶槽,通过所述喷胶段喷涂增强胶料溶液,通过所述浸胶槽浸渍防水防油胶料溶液;
(6)干燥处理:对经步骤(5)处理后的湿纸进行干燥处理,得到高效油气分离过滤材料。
6.如权利要求5所述的方法,其特征在于,步骤(3)中,所述成型器为平网成型造纸机。
7.如权利要求5所述的方法,其特征在于,步骤(4)中,所述脱水处理具体为:在真空度为0.1-0.5MPa下进行抽吸脱水处理。
8.如权利要求5所述的方法,其特征在于,步骤(5)中,以3-5L/min的喷射速度喷涂增强胶料溶液,并将喷胶后的湿纸在真空度为0.3-0.6MPa下进行抽吸脱水处理,所述增强胶料溶液中增强胶料的浓度为3-5g/L。
9.如权利要求5所述的方法,其特征在于,步骤(5)中,以17-20m/min的速度通过所述浸胶槽浸渍防水防油胶料溶液,所述防水防油胶料溶液中防水防油胶料的浓度为7-11g/L。
10.如权利要求5所述的方法,其特征在于,步骤(6)中,所述干燥处理具体为在200-300℃干燥3-5min。
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