CN113648732B - 具有多级过滤功能的天然气过滤用滤芯及过滤器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有多级过滤功能的天然气过滤用滤芯及过滤器，所述滤芯包括从内到外同轴设置的内骨架、滤材本体、外骨架、以及上端盖和下端盖，其中，内骨架和外骨架均为圆筒结构，在内骨架圆筒筒壁上设置有第一通道，在外骨架圆筒筒壁上设置有第二通道；滤材本体设置在内骨架与外骨架之间，从内到外，滤材本体包括至少一层脱脂棉滤材、聚酯无纺布滤材、第一聚酯滤膜滤材和第二聚酯滤膜滤材；上端盖固定设置在内骨架和外骨架上端且形成密封，上端盖上轴向设置有供天然气通过的通孔；下端盖固定设置在内骨架和外骨架下端且形成密封，下端盖上轴向设置有供天然气通过的通孔。本发明具有能够拦截不同粒径杂质、杂质去除率高、寿命长等优点。

Description

具有多级过滤功能的天然气过滤用滤芯及过滤器
技术领域
本发明涉及天然气过滤净化元件技术领域，具体涉及一种具有多级过滤功能的天然气过滤用滤芯及过滤器。
背景技术
滤芯分离液体或者气体中固体颗粒，或者使不同的物质成分充分接触，加快反应时间，可保护设备的正常工作或者空气的洁净，当流体进入置有一定规格滤网的滤芯后，其杂质被阻挡，而清洁的流物通过滤芯流出。液体滤芯使液体(包括油、水等)使受到污染的液体被洁净到生产、生活所需要的状态，也就是使液体达到一定的洁净度。
现有组合式过滤天然气过滤器滤芯多为一级过滤，天然气经过一次聚结分离过程后就完成了所有过滤净化过程，因此常常出现液滴净化的不完全，并产生液滴随天然气进入下游设备，此现象又称为液滴的二次挟带现象，脱液效率低，脱液效果较差，使用寿命较短。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种能够拦截不同粒径杂质、脱液效果好、使用寿命长的组合式天然气过滤用滤芯。又如，本发明的另一目的在于提供一种能够拦截不同粒径杂质、脱液效果好、使用寿命长的组合式天然气过滤器。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种具有多级过滤功能的天然气过滤用滤芯。
一种具有多级过滤功能的天然气过滤用滤芯，所述滤芯包括从内到外同轴设置的内骨架、滤材本体、外骨架、以及上端盖和下端盖，其中，所述内骨架和外骨架均为圆筒结构，在内骨架圆筒筒壁上设置有供天然气通过的第一通道，在外骨架圆筒筒壁上设置有供天然气通过的第二通道；所述滤材本体设置在内骨架外壁与外骨架内壁之间，从内到外，所述滤材本体包括至少一层脱脂棉滤材、聚酯无纺布滤材、第一聚酯滤膜滤材和第二聚酯滤膜滤材；所述上端盖固定设置在内骨架和外骨架上端且形成密封，所述上端盖上轴向设置有供天然气通过的通孔；所述下端盖固定设置在内骨架和外骨架下端且形成密封，所述下端盖上轴向设置有供天然气通过的通孔；其中，所述第一聚酯滤膜滤材为聚对苯二甲酸乙二醇酯，所述第二聚酯滤膜滤材为经含氟整理剂(C7F15CH2OCO-CH＝CH2)表面改性处理后能够将水或油的表面张力降低至1×10-4～1.5×10-4N/cm的聚酯纤维。在本发明的一个示例性实施例中，所述表面改性处理可包括：将聚酯纤维浸渍在30～70g/L的含氟整理剂中5～10min，浸渍过程中加入异氰酸酯助剂，压辊除去过量的液体，轧余率为70～90％，重复浸渍和压辊2～4次，烘干后进行性能测试。
在本发明的一个示例性实施例中，所述滤芯还可包括密封圈，所述密封圈分别设置在上端盖顶面上和下端盖底面上。
在本发明的一个示例性实施例中，所述滤芯的长度可为91.4～182.8cm，直径可为11.4～15.2cm。在本发明的一个示例性实施例中，所述滤材本体可包括从内到外依次设置的脱脂棉滤材、连续三组聚酯无纺布滤材、第一聚酯滤膜滤材和第二聚酯滤膜滤材。
在本发明的一个示例性实施例中，所述脱脂棉滤材能够过滤10μm以上杂质，所述聚酯无纺布滤材能够过滤5μm以上杂质，所述第一聚酯滤膜滤材能够过滤0.3μm以上杂质，所述第二聚酯滤膜滤材能够过滤0.3μm以上杂质。
在本发明的一个示例性实施例中，所述滤芯能够去除天然气中95％以上的液体杂质。
在本发明的一个示例性实施例中，所述滤芯的使用寿命可达2年以上。
在本发明的一个示例性实施例中，所述滤芯还可包括排液层，所述排液层套设在外骨架上。
本发明另一方面提供了一种具有多级过滤功能的组合式天然气过滤器，所述过滤器包括如上任意一项中所述的具有多级过滤功能的天然气过滤用滤芯。
与现有技术相比，本发明的有益效果可包括以下内容：
本发明的滤芯可以依次拦截不同粒径杂质，还可利用多次聚结分离沉降的过程提高流体中液体杂质的去除率，提高脱液效率和脱液效果，同时提高滤芯的气液分离性能，从而延长使用寿命。
附图说明
图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的具有多级过滤功能的天然气过滤用滤芯的结构示意图；
图2示出了图1中A处局部放大示意图。
附图标记说明如下：
1-内骨架；2-滤材本体；21-脱脂棉滤材；22-聚酯无纺布滤材；23-第一聚酯滤膜滤材；24-第二聚酯滤膜滤材；3-外骨架；4-排液层；5-上端盖；6-密封圈；7-下端盖。
具体实施方式
在下文中，将结合附图和示例性实施例来详细说明本发明的具有多级过滤功能的组合式天然气过滤用滤芯及过滤器。
图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的具有多级过滤功能的组合式天然气过滤用滤芯的结构示意图；图2示出了图1中滤材本体的结构示意图。
在本发明的第一示例性实施例中，具有多级过滤功能的组合式天然气过滤用滤芯包括从内到外同轴设置的内骨架、滤材本体、外骨架、以及上端盖和下端盖。
其中，所述内骨架和外骨架均为圆筒结构，在内骨架圆筒筒壁上径向设置有供天然气通过的第一通道，在外骨架圆筒筒壁上设置有供天然气通过的第二通道。这里，所述第一通道可为均匀分布在内骨架圆筒筒壁上的多个径向贯穿通孔，所述第二通道可为均匀分布在外骨架圆筒筒壁上的多个径向贯穿通孔。例如，可在内骨架圆筒筒壁和外骨架圆筒筒壁上均匀分布细密孔眼。当然，内骨架和外骨架也可采用具有一定强度的铁丝等组成。
在本实施例中，所述滤材本体设置在内骨架外壁与外骨架内壁之间，从内到外，所述滤材本体包括至少一层脱脂棉滤材、聚酯无纺布滤材、第一聚酯滤膜滤材和第二聚酯滤膜滤材。这里，通过将滤材本体设置有包含至少一层脱脂棉滤材、聚酯无纺布滤材、第一聚酯滤膜滤材和第二聚酯滤膜滤材组成的复合结构，能够实现对不同粒径杂质逐级过滤拦截，同时，还可利用多次聚结分离沉降的技术原理大大提高天然气中液体杂质的去除率。在保证固体颗粒分离效果的同时，提高滤芯的气液过滤分离性能，达到延长产品使用寿命的目的。
在本实施例中，第一聚酯滤膜滤材为聚对苯二甲酸乙二醇酯。这里，聚对苯二甲酸乙二醇酯分子式[-OC-Ph-COOCH2CH2O-]n，因分子链上存在大量酯基故称聚酯纤维(PET)，其长链分子的化学结构式为H(OCH2CCOCO)NOCH2CH2OH，聚酯纤维的直径为1-4μm。所述第二聚酯滤膜滤材为经含氟整理剂(C7F15CH2OCO-CH＝CH2)表面改性处理后能够将水或油的表面张力降低至1×10-4～1.5×10-4N/cm的聚酯纤维。所述表面改性处理可包括：将聚酯纤维浸渍在30～70g/L的含氟整理剂中5～10min，浸渍过程中加入异氰酸酯助剂，压辊除去过量的液体，轧余率为70～90％，重复浸渍和压辊2～4次，烘干后进行性能测试。具体来讲，利用含氟整理剂处理聚酯纤维时，整理剂含有的反应性基团与织物纤维结合并在织物表面形成膜，从而降低聚酯纤维的表面能。所述表面处理包括将聚酯纤维织物浸渍在30～70g/L的含氟整理剂溶液中，加入20～50g/L异氰酸酯作为助剂，浸渍时间控制在5～10min，用普通压辊除去过量的液体，轧余率为70～90％。经过2～4次浸渍和压辊处理后，将聚酯纤维在80-120℃下预烘3～10min，烘焙干后进行聚酯纤维的性能测试。这里，聚酯纤维的表面张力越大，聚酯纤维越易被油性污物润湿，为达到拒水拒油的目的，聚酯纤维的临界表面张力应小于水或油的表面张力。即通过大幅降低纤维表面能，来达到聚酯纤维表面不易沾污的目的。采用普通表面活性剂对聚酯纤维进行表面改性处理可使聚酯纤维对水或油的表面张力下降至3×10-4N/cm左右。而采用本申请的含氟整理剂对聚酯纤维进行表面改性处理则可是改性后的聚酯纤维对水或油的编码张力降至1×10-4～1.5×10-4N/cm。浸渍过程中含氟整理剂在聚酯纤维上发生聚合反应化学式如下：
nC7F15CH2OCO-CH＝CH2→[-CH2CH(C7F15CH2OCO)3-]n-3CH2-
在本实施例中，所述上端盖固定设置在内骨架和外骨架上端且形成密封，所述上端盖上轴向设置有供天然气通过的通孔；所述下端盖固定设置在内骨架和外骨架下端且形成密封，所述下端盖上轴向设置有供天然气通过的通孔。具体来讲，在内骨架和外骨架两端分别设置上端盖和下端盖，上端盖和下端盖为圆环形，圆环的外边缘与外骨架密封固定，圆环的内边缘与内骨架固定，从而将内骨架和外骨架固定。例如，上端盖和下端盖可以通过焊接方式与内骨架和外骨架固定。
在本示例性实施例中，所述滤芯还可包括密封圈，所述密封圈分别设置在上端盖顶面上和下端盖底面上。通过在上端盖和下端盖上设置密封圈，能够使滤芯安装时和过滤器形成密封，提高天然气过滤效果。
在本示例性实施例中，所述滤芯的长度为91.4～182.8cm，直径为11.4～15.2cm。
在本示例性实施例中，所述滤材本体可包括从内到外依次设置的脱脂棉滤材、连续三组聚酯无纺布滤材、第一聚酯滤膜滤材和第二聚酯滤膜滤材。
在本示例性实施例中，所述脱脂棉滤材能够过滤10μm以上杂质，所述聚酯无纺布滤材能够过滤5μm以上杂质，所述第一聚酯滤膜滤材能够过滤0.3μm以上杂质，所述第二聚酯滤膜滤材能够过滤0.3μm以上杂质。在本示例性实施例中，所述滤芯能够去除天然气中95％以上的液体杂质。
在本示例性实施例中，所述滤芯的使用寿命可达2年以上。
在本示例性实施例中，所述滤芯还可包括排液层，所述排液层套设在外骨架上。例如，所述排液层可以为棉套，通过设置排液层能够增加液体的排出速度，提高滤芯的排液能力，增加滤芯去除流体中液体的综合能力。
在本发明的第二示例性实施例中，如图1所示，具有多级过滤功能的组合式天然气过滤用滤芯包括从内到外同轴设置的内骨架1、滤材本体2、外骨架3、以及上端盖5和下端盖7。
其中，所述内骨架1和外骨架3均为圆筒结构，在内骨架1圆筒筒壁上径向设置有供天然气通过的第一通道，在外骨架3圆筒筒壁上设置有供天然气通过的第二通道。这里，所述第一通道可为均匀分布在内骨架1圆筒筒壁上的多个径向贯穿通孔，所述第二通道可为均匀分布在外骨架3圆筒筒壁上的多个径向贯穿通孔。例如，可在内骨架1圆筒筒壁和外骨架3圆筒筒壁上均匀分布细密孔眼。当然，内骨架和外骨架也可采用具有一定强度的铁丝等组成。
在本实施例中，如图1所示，所述滤材本体2设置在内骨架1外壁与外骨架3内壁之间，从内到外，所述滤材本体2包括至少一层脱脂棉滤材21、聚酯无纺布滤材22、第一聚酯滤膜滤材23和第二聚酯滤膜滤材24。这里，通过将滤材本体2设置有包含至少一层脱脂棉滤材21、聚酯无纺布滤材22、第一聚酯滤膜滤材23和第二聚酯滤膜滤材24组成的复合结构，能够实现对不同粒径杂质逐级过滤拦截，同时，还可利用多次聚结分离沉降的技术原理大大提高天然气中液体杂质的去除率。在保证固体颗粒分离效果的同时，提高滤芯的气液过滤分离性能，达到延长产品使用寿命的目的。例如，如图2所示，所述滤材本体2可包括从内到外依次设置的脱脂棉滤材21、连续三组聚酯无纺布滤材22、第一聚酯滤膜滤材23和第二聚酯滤膜滤材24。通过此种特殊结构顺序设置可以提高滤芯在去除流体中液体的能力，提高了过滤精度和排出液体的速度能力。然而，本发明不限于此，滤材本体2可包括从内到外依次设置的脱脂棉滤材21、连续三层聚酯无纺布滤材22、连续三层第一聚酯滤膜滤材23和连续三层第二聚酯滤膜滤材24构成。
在本实施例中，第一聚酯滤膜滤材为聚对苯二甲酸乙二醇酯。这里，聚对苯二甲酸乙二醇酯分子式[-OC-Ph-COOCH2CH2O-]n，因分子链上存在大量酯基故称聚酯纤维(PET)，其长链分子的化学结构式为H(OCH2CCOCO)NOCH2CH2OH，聚酯纤维的直径为1-4μm。其性能规格见下表。
表1聚酯纤维(PET)性能参数。
Figure BDA0003264087900000061
所述第二聚酯滤膜滤材为经含氟整理剂(C7F15CH2OCO-CH＝CH2)表面改性处理后能够将水或油的表面张力降低至1×10-4～1.5×10-4N/cm的聚酯纤维。所述表面改性处理可包括：将聚酯纤维浸渍在30～70g/L的含氟整理剂中5～10min，浸渍过程中加入异氰酸酯助剂，压辊除去过量的液体，轧余率为70～90％，重复浸渍和压辊2～4次，烘干后进行性能测试。具体来讲，利用含氟整理剂处理聚酯纤维时，整理剂含有的反应性基团与织物纤维结合并在织物表面形成膜，从而降低聚酯纤维的表面能。所述表面处理包括将聚酯纤维织物浸渍在30～70g/L的含氟整理剂溶液中，加入20～50g/L异氰酸酯助剂，浸渍时间控制在5～10min，用普通压辊除去过量的液体，轧余率为70～90％。经过2～4次浸渍和压辊处理后，将聚酯纤维在80-120℃下预烘3～10min，烘焙干后进行聚酯纤维的性能测试。这里，聚酯纤维的表面张力越大，聚酯纤维越易被油性污物润湿，为达到拒水拒油的目的，聚酯纤维的临界表面张力应小于水或油的表面张力。即通过大幅降低纤维表面能，来达到聚酯纤维表面不易沾污的目的。采用普通表面活性剂对聚酯纤维进行表面改性处理可使聚酯纤维对水或油的表面张力下降至3×10-4N/cm左右。而采用本申请的含氟整理剂对聚酯纤维进行表面改性处理则可是改性后的聚酯纤维对水或油的编码张力降至1×10-4～1.5×10-4N/cm。浸渍过程中含氟整理剂在聚酯纤维上发生聚合反应化学式如下：
nC7F15CH2OCO-CH＝CH2→[-CH2CH(C7F15CH2OCO)3-]n-3CH2-
在本实施例中，如图1所示，所述上端盖5固定设置在内骨架1和外骨架3上端且形成密封，所述上端盖5上轴向设置有供天然气通过的通孔；所述下端盖7固定设置在内骨架1和外骨架3下端且形成密封，所述下端盖7上轴向设置有供天然气通过的通孔。具体来讲，在内骨架1和外骨架3两端分别设置上端盖5和下端盖7，上端盖5和下端盖7为圆环形，圆环的外边缘与外骨架3密封固定，圆环的内边缘与内骨架1固定，从而将内骨架1和外骨架3固定。例如，上端盖和下端盖可以通过焊接方式与内骨架和外骨架固定。
在本示例性实施例中，如图1所示，所述滤芯还可包括密封圈6，所述密封圈6分别设置在上端盖5顶面上和下端盖7底面上。通过在上端盖5和下端盖7上设置密封圈6，能够使滤芯安装时和过滤器形成密封，提高天然气过滤效果。
在本示例性实施例中，所述滤芯的长度为91.4～182.8cm，直径为11.4～15.2cm。
在本示例性实施例中，所述脱脂棉滤材能够过滤10μm以上杂质，所述聚酯无纺布滤材能够过滤5μm以上杂质，所述第一聚酯滤膜滤材能够过滤0.3μm以上杂质，所述第二聚酯滤膜滤材能够过滤0.3μm以上杂质。在本示例性实施例中，所述滤芯能够去除天然气中95％以上的液体杂质。
在本示例性实施例中，所述滤芯的使用寿命可达2年以上。在本示例性实施例中，如图1所示，所述滤芯还可包括排液层4，所述排液层4套设在外骨架3上。例如，所述排液层可以为棉套，通过设置排液层能够增加液体的排出速度，提高滤芯的排液能力，增加滤芯去除流体中液体的综合能力。
本发明的工作原理：将滤芯连接到过滤器中，天然气通过上端盖或下端盖上的通孔进入内骨架筒体内部，通过内骨架筒壁上的第一通道接通滤材本体，天然气依次经过脱脂棉滤材，聚酯无纺布滤材、第一聚酯滤膜滤材、第二聚酯滤膜滤材构成的三组滤材组，脱去天然气中的固体杂质和液体杂质后，天然气从外骨架上的第二通道流出，经滤液层进一步脱去液体。其中，内骨架和中骨架用于支撑滤芯材料无形变，保持结构稳定；第二聚酯滤膜滤材起主要聚结分离功能作用；脱脂棉滤材、聚酯无纺布滤材、第一聚酯滤膜滤材、第二聚酯滤膜滤材多层滤材可以依次拦截不同粒径杂质的同时，还可利用多次聚结分离沉降的原理大大提高流体中液体杂质的去除率，在保证固体颗粒分离效果的同时，提高滤芯的气液过滤分离性能，同时达到延长产品使用寿命的效果。
本发明另一方面提供了一种具有多级过滤功能的组合式天然气过滤器。
在本发明的第三示例性实施例中，具有多级过滤功能的组合式天然气过滤器可包括如上第一或第二示例性实施例中所述的具有多级过滤功能的组合式天然气过滤用滤芯。
综上所述，本发明的有益效果可包括以下内容：
本发明的滤芯可以依次拦截不同粒径杂质，还可利用多次聚结分离沉降的过程提高流体中液体杂质的去除率，提高脱液效率和脱液效果，同时提高滤芯的气液分离性能，从而延长使用寿命。
尽管上面已经结合附图和示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims (8)

1.一种具有多级过滤功能的天然气过滤用滤芯，其特征在于，所述滤芯包括从内到外同轴设置的内骨架、滤材本体、外骨架、以及上端盖和下端盖，其中，
所述内骨架和外骨架均为圆筒结构，在内骨架圆筒筒壁上设置有供天然气通过的第一通道，在外骨架圆筒筒壁上设置有供天然气通过的第二通道；天然气从外骨架上的第二通道流出，经滤液层进一步脱去液体；所述滤芯还包括排液层，所述排液层套设在外骨架上；
所述滤材本体设置在内骨架外壁与外骨架内壁之间，从内到外，所述滤材本体包括至少一层脱脂棉滤材、聚酯无纺布滤材、第一聚酯滤膜滤材和第二聚酯滤膜滤材；
所述上端盖固定设置在内骨架和外骨架上端且形成密封，所述上端盖上轴向设置有供天然气通过的通孔；
所述下端盖固定设置在内骨架和外骨架下端且形成密封，所述下端盖上轴向设置有供天然气通过的通孔；
其中，所述第一聚酯滤膜滤材为聚对苯二甲酸乙二醇酯，所述第二聚酯滤膜滤材为经含氟整理剂(C7F15CH2OCO-CH＝CH2)表面改性处理后能够将水或油的表面张力降低至1×10-4～1.5×10-4N/cm的聚酯纤维；所述表面改性处理包括：将聚酯纤维浸渍在30～70g/L的含氟整理剂中5～10min，浸渍过程中加入异氰酸酯助剂，压辊除去过量的液体，轧余率为70～90％，重复浸渍和压辊2～4次，烘干后进行性能测试。
2.根据权利要求1所述的具有多级过滤功能的天然气过滤用滤芯，其特征在于，所述滤芯还包括密封圈，所述密封圈分别设置在上端盖顶面上和下端盖底面上。
3.根据权利要求1所述的具有多级过滤功能的天然气过滤用滤芯，其特征在于，所述滤芯的长度为91.4～182.8cm，直径为11.4～15.2cm。
4.根据权利要求1所述的具有多级过滤功能的天然气过滤用滤芯，其特征在于，所述滤材本体包括从内到外依次设置的脱脂棉滤材、连续三组聚酯无纺布滤材、第一聚酯滤膜滤材和第二聚酯滤膜滤材。
5.根据权利要求1所述的具有多级过滤功能的天然气过滤用滤芯，其特征在于，所述脱脂棉滤材能够过滤10μm以上杂质，所述聚酯无纺布滤材能够过滤5μm以上杂质，所述第一聚酯滤膜滤材能够过滤0.3μm以上杂质，所述第二聚酯滤膜滤材能够过滤0.3μm以上杂质。
6.根据权利要求1所述的具有多级过滤功能的天然气过滤用滤芯，其特征在于，所述滤芯能够去除天然气中95％以上的液体杂质。
7.根据权利要求1所述的具有多级过滤功能的天然气过滤用滤芯，其特征在于，所述滤芯的使用寿命达2年以上。
8.一种具有多级过滤功能的组合式天然气过滤器，其特征在于，所述过滤器包括如权利要求1～7中任意一项所述的具有多级过滤功能的天然气过滤用滤芯。
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