CN114452782A - 一种基于卷式膜组件的气体分离器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及气体分离膜技术领域，具体公开了一种基于卷式膜组件的气体分离器，包括膜体，所述膜体包括集气管和缠绕在集气管上的分离膜，所述集气管上开设有透气孔；所述膜体两端分别连接有封头，所述封头的中部设有通道，所述集气管从通道内伸出封头；所述通道远离分离膜的一端与集气管之间设有密封圈，所述通道靠近分离膜的一端与集气管之间设有环空的气道，所述封头上设有与气道连通的接口。本发明专门用于安装气体分离膜，解决了目前市场的空缺，装配后内部具有更好的密封性，同时还避免密封圈损坏时将已经制备好的渗透气污染的问题，另外因为省去了膜壳，所以在降低成本的同时，大大提升了现场装配效率。
Description
技术领域
本发明涉及气体分离膜技术领域，具体涉及一种基于卷式膜组件的气体分离器。
背景技术
“碳达峰”、“碳中和”的目标日益临近，但是市场上CO2捕集仍已胺吸收法为主，膜法技术作为新一代的CO2捕集技术，虽然克服了胺吸收法能耗高、溶剂污染等问题，但是仍未得到大规模的推广，这主要是因为膜法技术在现场应用方面存在仍一些缺陷，本发明有效地消除了针对现有的缺陷。
卷式气体分离膜在安装时并没有专属的设备和方案，一般借鉴使用水处理反渗透膜的安装方式，将膜组件放在膜壳里，通过膜壳连接进料气，经分离膜分离成渗透气和截留气，借鉴使用水处理反渗透膜的安装方式如图1所示，包括膜体、套在膜体外的膜筒5、以及安装在膜筒5两端的端盖1，膜体是由中心管7和缠绕在中心管7上的气体分离膜6组成，例如中国发明专利，专利号为CN201780066022.X公开的气体分离膜、气体分离膜元件及气体分离方法；
在借鉴水处理反渗透膜的安装方式装配时，端盖1的中孔和中心管7的管口之间设有一道O型密封圈4，膜体的外壁与膜壳5之间设有一道Y型密封圈3，端盖1的外壁上设有气孔2，生产用进料气由一侧端盖1上的气孔2进入，进料气中能够渗透过气体分离膜6的渗透气经中心管6排出收集，不能够渗透过气体分离膜6的截留气由另一侧端盖上的气孔1排出；
其中，Y型密封圈3的工作原理，决定了只有Y型密封圈3前后压差足够大，Y型密封圈3才能被撑开进入工作状态。RO膜制水时，Y型密封圈3的压差较大，而二氧化碳捕集膜，工作压力只有0.5Mpa左右，前后压差较小，则Y型密封圈3不能隔绝、密封进料气和截留气之间的膜体外部通道，导致密封失效。更重要的是，这种泄漏很难检测，无法确切判断是膜组件的气体分离性能不良，还是内部泄漏。
当O型密封圈4装配不当，或者O型密封圈4老化损坏时，进料气则会从膜体前端直接进入中心管内，将已经制备好的渗透气污染。
另外，工业现场使用的水处理反渗透RO膜的工作压力在1.5Mpa左右，必须要放置于能承压的膜壳内使用，而CO2气体分离膜的工作压力仅0.5 Mpa左右，仍然使用水处理反渗透RO膜的现场应用结构，即卷式膜组件+膜壳，导致了膜壳成本的浪费和现场装配效率的低下。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供了一种基于卷式膜组件的气体分离器，其专门用于安装气体分离膜，解决了目前市场的空缺，装配后内部具有更好的密封性，同时还避免密封圈损坏时将已经制备好的渗透气污染。
另外，该发明充分运用了卷式膜组件卷制工艺的最后一步工序，即用浸胶的玻璃纤维缠绕膜体外周，在不增加工序，仅增加两个封头成本的前提下省去了膜壳。实现了在降低成本的同时，大大提升了现场装配效率的效果。
本发明的技术方案是：
一种基于卷式膜组件的气体分离器，包括膜体，所述膜体包括集气管和缠绕在集气管上的分离膜，所述集气管上开设有透气孔；
所述膜体两端分别连接有封头，所述封头的中部设有通道，所述集气管从通道内伸出封头；
所述通道远离分离膜的一端与集气管之间设有密封圈，所述通道靠近分离膜的一端与集气管之间设有环空的气道，所述封头上设有与气道连通的接口。
优选的，所述封头内设有支架，所述支架包括同心布置的外环体和内环体，所述外环体和内环体之间设有多条连接肋板，所述内环体套在集气管的外侧。
优选的，所述封头靠近分离膜的一侧设有插口，所述分离膜插入封头内，并通过胶水将分离膜外周与封头的内周面粘合密封。
优选的，所述集气管伸出封头的端部设有考贝林接头。
优选的，所述膜体与两端的封头通过玻璃纤维浸胶封装在一起。
优选的，所述封头的前端设有安放所述密封圈的环形槽，所述封头的前端还螺纹连接有将密封圈压在环形槽内的环形密封盖。
本发明与现有技术相比较，具有以下优点：
本发明专门用于安装气体分离膜，解决了目前市场的空缺，装配后内部具有更好的密封性，同时还避免密封圈损坏时将已经制备好的渗透气污染的问题。
本实用发明结构简单合理，取消原有结构装配时需要配合Y型密封圈，从而避免进料气和截留气之间压差小时，Y型密封圈无法被撑开密封的问题，同时还选用玻璃纤维浸胶封装的方式使气体分离膜组件装配更加方便、密封性能更好。
通过将集气管从通道内伸出封头的设计，以及在通道与集气管之间设有密封圈的设计，即便是密封圈失效进料气也是从通道中飘入空气中，避免进料气进入集气管将已经制备好渗透气污染的问题发生。
该发明充分运用了卷式膜组件卷制工艺的最后一步工序，即用浸胶的玻璃纤维缠绕膜体外周，在不增加工序，仅增加两个封头成本的前提下省去了膜壳。实现了在降低成本的同时，大大提升了现场装配效率的效果。
附图说明
图1为背景技术中分离膜组件使用状态示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明的半剖状态示意图；
图4为封头的结构示意图；
图中：1、端盖，2、气孔，3、Y型密封圈，4、O型密封圈，5、膜筒，6、气体分离膜，7、中心管，8、集气管，9、接口，10、封头，11、玻璃纤维浸胶封装，12、分离膜，13、透气孔，14、密封圈，15、气道，16、通道，17、支架，18、连接肋板，19、外环体，20、内环体，21、环形密封盖。
具体实施方式
下面是结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1
参见图2至图4所示，一种基于卷式膜组件的气体分离器，包括膜体，膜体包括集气管8和缠绕在集气管8上的分离膜12，集气管8上开设有透气孔13。
膜体两端分别连接有封头10，封头10靠近分离膜12的一侧设有插口，分离膜12插入封头10内，并通过胶水将分离膜12外周与封头10的内周面粘合密封。
封头10的中部设有通道16，集气管8从通道16内伸出封头10。
通道16远离分离膜12的一端与集气管8之间设有密封圈14，通道16靠近分离膜12的一端与集气管8之间设有环空的气道15，封头10上设有与气道15连通的接口9。
工作原理：生产用进料气由前侧封头10上的接口9进入封头10，然后经分离膜12的前端进入膜体，进料气中能够渗透过分离膜12的渗透气径向的穿过分离膜12由透气孔13进入集气管8收集，不能够渗透分离膜12的截留气由后侧封头10上的接口9排出。
本实用发明结构简单合理，取消传统组件装配时需要配合Y型密封圈3，从而避免进料气和截流气之间压差小时，Y型密封圈3无法撑开密封的问题。
通过将集气管8从通道16内伸出封头10的设计，以及在通道16与集气管8之间设有密封圈14的设计，即便是密封圈14失效后进料气也是从通道16与集气管8之间的环空中飘入空气中，避免进料气进入集气管8将已经制备好渗透气污染的问题发生。
实施例2
本实施例是在实施例1的基础上进一步优化，具体是：
封头10内设有支架17，封头10和支架17可以为一体化的设计，支架17包括同心布置的外环体19和内环体20，外环体19和内环体20之间设有多条连接肋板18，内环体20套在集气管8的外侧。
通过增加支架17能够支撑在封头10与膜体之间，提高整体结构强度，以及能够将进料气在膜体的前端均匀的分布。
实施例3
本实施例是在实施例1的基础上进一步优化，具体是：
膜体与两端的封头10通过玻璃纤维浸胶封装11在一起，通过选用选用玻璃纤维浸胶封装11的方式，使气体分离膜12密封性能也更好，这种一体化的结构更加便于安装使用，同时因为省去了膜壳，所以在降低成本的同时，大大提升了现场装配效率。
以8040膜组件（外径8.0英寸，长度40英寸）的应用现场为例，8040膜组件的玻璃钢膜壳市场价1400元/个，而该发明增加的封头成本仅40元，每支膜的现场应用成本可降低1360元，在降低成本的同时提升了现场装配效率。
实施例4
本实施例是在实施例1的基础上进一步优化，具体是：
参见图4，封头10的前端设有安放密封圈14的环形槽，封头10的前端还螺纹连接有将密封圈14压在环形槽内的环形密封盖21。
通过在封头10的前端连接可拆卸的环形端盖21，并通过环形端盖21将密封圈压在环形槽内的设计，便于对密封圈14的装配和更换。
实施例5
本实施例是在实施例1的基础上进一步优化，具体是：
集气管8伸出的端部设有考贝林接头，通过增加拷贝林接头的设计，更加便于集气管8与外接管路连接。
本发明专门用于安装气体分离膜，解决了目前市场的空缺，装配后内部具有更好的密封性，同时还避免密封圈损坏时将已经制备好的渗透气污染的问题。
另外，该发明充分运用了卷式膜组件卷制工艺的最后一步工序，即用浸胶的玻璃纤维缠绕膜体外周，在不增加工序，仅增加两个封头成本的前提下省去了膜壳。实现了在降低成本的同时，大大提升了现场装配效率的效果。
Claims (6)
1.一种基于卷式膜组件的气体分离器，包括膜体，其特征在于：所述膜体包括集气管和缠绕在集气管上的分离膜，所述集气管上开设有透气孔；
所述膜体两端分别连接有封头，所述封头的中部设有通道，所述集气管从通道内伸出封头；
所述通道远离分离膜的一端与集气管之间设有密封圈，所述通道靠近分离膜的一端与集气管之间设有环空的气道，所述封头上设有与气道连通的接口。
2.根据权利要求1所述的一种基于卷式膜组件的气体分离器，其特征在于：所述封头内设有支架，所述支架包括同心布置的外环体和内环体，所述外环体和内环体之间设有多条连接肋板，所述内环体套在集气管的外侧。
3.根据权利要求1所述的一种基于卷式膜组件的气体分离器，其特征在于：所述封头靠近分离膜的一侧设有插口，所述分离膜插入封头内，并通过胶水将分离膜外周与封头的内周面粘合密封。
4.根据权利要求1所述的一种基于卷式膜组件的气体分离器，其特征在于：所述集气管伸出封头的端部设有考贝林接头。
5.根据权利要求1所述的一种基于卷式膜组件的气体分离器，其特征在于：所述膜体与两端的封头通过玻璃纤维浸胶封装在一起。
6.根据权利要求1所述的一种基于卷式膜组件的气体分离器，其特征在于：所述封头的前端设有安放所述密封圈的环形槽，所述封头的前端还螺纹连接有将密封圈压在环形槽内的环形密封盖。
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