CN104785075B - 一种可消除静电的气体膜分离装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及膜分离装置领域，公开了一种可消除静电的气体膜分离装置及方法，所述气体膜分离装置包括膜组件，所述膜组件中至少部分由导电材料制备而成，所述气体膜分离装置还包括覆盖所述膜组件中的膜，且与上述导电材料相接触的导电网。本发明所述的装置，膜分离过程中，在膜表面或膜层间隙累积的静电通过导电网传导出膜组件，达到消除内部静电的目的。本发明能有效消除气体膜分离过程中的静电，适合易燃易爆气体分离领域。

Description

一种可消除静电的气体膜分离装置及方法

技术领域

本发明涉及膜分离技术领域，具体涉及一种可消除静电的气体膜分离装置及方法。

背景技术

在有机蒸气等易燃易爆气体分离回收过程中，由于气体不完全纯净，往往含有灰尘、铁末、液滴、蒸气等固体颗粒或液体颗粒，通过这些颗粒的碰撞、摩擦、***等过程可产生静电，另外，高速流动的气体流经导流网时也会产生静电。由于常规的导流网是绝缘体，这些静电会不断堆积，如果不能及时排出，轻则吸附灰尘等，阻塞通道，造成膜污染，重则达到一定电压值时会放电产生电火花，遇到可燃性气体会发生***。因此，如何及时排出静电是膜应用于易燃易爆气体分离领域亟待解决的问题。

实用新型专利CN201164794Y “叠片式气体分离膜组件”涉及一种叠片式气体分离膜组件，通过将一定数量的膜分离单元通过导电材料制成的可以彼此相互组装定位的定位垫组装在一起，定位垫四周有密封用的“O”型圈使原料气体与产品气体分隔开。该专利还采用膜分离单元的短流道来减少静电在气体流经膜表面的积聚可能，防止产生静电带来的安全隐患，从而可以处理处于***范围内的混合气体。然而该专利导流网并不涉及导电，而是利用定位垫来导电，在一定程度上减少了膜组件的有效面积。

专利CN101239279B “防静电卷式膜分离器及其制备方法”涉及防静电卷式膜分离器，在膜组件两端装有金属导流板，金属导流板与金属收集管固定连接，膜组件内部渗透气通道内放置一定数量的金属丝或金属网，金属丝或金属网与金属收集管相通；在原料气通道内放置金属丝或金属网，金属丝或金属网与金属导流板相连。使用过程中可减少分离器内部所产生的静电，具有防静电功能。

目前国内解决气体膜分离过程中的静电问题的方法很有限，这些方法虽然可以解决静电问题，但或多或少存在一些问题。如增加导电材料制成的定位垫或金属网等减少了膜组件的有效面积，也增加了操作工序，影响生产效率；金属丝（网）容易划伤膜面，影响分离效率；金属丝（网）容易接触不良，定位垫局部仍有静电无法释放的死角等会导致传导静电受阻；金属丝（网）抗腐蚀性差等。

发明内容

本发明的第一目的是针对上述静电问题处理方法的不足，一种可消除气体膜分离装置静电的方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可消除气体膜分离装置静电的方法，所述气体膜分离装置包括膜组件，所述膜组件中至少部分由导电材料制备而成，所述方法以导电网作为所述气体膜分离装置中的导流网并与所述导电材料相接触。

其中，所述导流网包括进料侧导流网和渗透侧导流网。

其中，导电网丝径为0.1~2mm，优选为0.5~1mm；网孔径为1~8mm，优选为2~5mm。

本发明所述的导电网材质为有机材质、金属材质、无机材质或混合材质。

其中，所述的有机材质、金属材质、无机材质或混合材质为本领域技术人员所知的常见导电材料。

更具体地，优选本发明所述的导电网使用导电塑料，所述导电塑料通过在塑料母粒中添加导电材料制备而成，由所述导电塑料制成的导电网表面电阻率为10²~10⁷Ω/m²。

其中，所述导电塑料中的导电材料为抗静电填充剂、碳系填充剂或金属填充剂，所述抗静电填充剂包括羟乙基化脂肪胺、季铵盐化合物、脂肪酸酯类；所述碳系填充剂包括石墨、碳纤维和炭黑；所述金属填充剂包括金属纤维和/或金属粉。

所述导电塑料中的塑料母粒是PP（聚丙烯）、PET（聚酯）、PA（聚酰胺）、聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、（丙烯--丁二烯--苯二烯）ABS中的一种或几种。

最优选本发明所述的导电网由PA（聚酰胺）制备而成，用于膜组件的消除静电作用效果最佳。

本发明所述膜组件的导电材质为金属、合金和无机非金属导电材料的一种或几种，具体的材料选择为本领域技术人员所掌握，能够满足本发明所述形成整体导体即可，本发明对此不做特别限定。

本发明的第二目的在于提供一种可消除静电的气体膜分离装置。

本发明所述的一种可消除静电的气体膜分离装置，包括膜组件，所述膜组件中至少部分由导电材料制备而成，所述气体膜分离装置还包括覆盖所述膜组件中的膜元件且与上述导电材料相接触的导电网。

本发明所述的可消除静电的气体膜分离装置优选用于含有氧气的可燃性混合气体，其中可燃性气体包括氢气、一氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯、丁烯、乙炔、丙 炔、丁炔、硫化氢等中的一种或几种。

本发明所述的装置，膜分离过程中，在膜表面或膜层间隙累积的静电通过导电网传导出膜组件，达到消除内部静电的目的。

其中，所述的膜组件包括卷式膜组件、管式膜组件和叠片式膜组件。

作为本发明的一种技术方案，对于卷式膜组件而言，所述卷式膜组件的中心管、外壳和至少一个端盖由导电材料制备而成，所述导电网包覆膜元件构成其进料侧导流网和渗透侧导流网，并与所述中心管、外壳和至少一个端盖分别接触连接，使整个膜组件从内到外形成一个导体。

具体而言，在膜元件（也可称为膜片）的正面放置一张进料侧导流网，背面放置一张渗透侧导流网，用导电胶水将两张膜元件背面和渗透测导流网的三边密封（另一边即中心管，中心管有孔，进料气体渗透后可以通过孔进入中心管内），形成一个膜袋，渗透气向膜袋的开口方向移动。

本发明所述导电胶水由树脂基体、导电粒子、分散添加剂、助剂等组成。所述树脂基体为环氧树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂中的一种或几种。所述导电粒子可以是金、银、铜、铝、锌、铁、镍的粉末和石墨及一些导电化合物。

对于管式膜组件而言，所述管式膜组件的外壳和至少一个密封圈由导电材料制备而成，所述导电网构成管式膜组件的套筒将管式膜元件紧密包裹在内，且与所述外壳和至少一个密封圈分别接触连接，使整个膜组件从内到外形成一个导体。

对于叠片式膜组件而言，所述叠片式膜组件的外壳和中心杆由导电材料制备而成，所述导电网以导流网的形式设置在膜元件表面，并与所述外壳和中心杆接触分别接触连接，使整个膜组件从内到外形成一个导体。

本发明通过将膜组件中膜元件上／下表面传统的进料侧和／或渗透测导流网制备成导电网，同时满足流体导流分布和传导静电的目的。该方法操作简单，传导静电效果较好，适合易燃易爆气体分离领域。

本发明所述的导电网为具有导电性能，或同时具有导电和分布导流功能的网状结构。

其中，导电网丝径为0.1~2mm，优选为0.5~1mm；网孔径为1~8mm，优选为2~5mm。

本发明所述的导电网材质为有机材质、金属材质、无机材质或混合材质。

其中，所述的有机材质、金属材质、无机材质或混合材质为本领域技术人员所知的常见导电材料。

更具体地，优选本发明所述的导电网使用导电塑料，所述导电塑料通过在塑料母粒中添加导电材料制备而成，由所述导电塑料制成的导电网表面电阻率为10²~10⁷Ω/m²。

其中，所述导电塑料中的导电材料为抗静电填充剂、碳系填充剂或金属填充剂，所述抗静电填充剂包括羟乙基化脂肪胺、季铵盐化合物、脂肪酸酯类；所述碳系填充剂包括石墨、碳纤维和炭黑；所述金属填充剂包括金属纤维和/或金属粉。

所述导电塑料中的塑料母粒是PP（聚丙烯）、PET（聚酯）、PA（聚酰胺）、聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、（丙烯--丁二烯--苯二烯）ABS中的一种或几种。

最优选本发明所述的导电网由PA（聚酰胺）制备而成，用于膜组件的消除静电作用效果最佳。

本发明所述膜组件的导电材质为金属、合金和无机非金属导电材料的一种或几种，具体的材料选择为本领域技术人员所掌握，能够满足本发明所述形成整体导体即可，本发明对此不做特别限定。

目前将导电塑料用于膜组件的导流网从而消除静电的技术国内未见报道，采用本发明所述技术方案，具有以下创新点：

（1）将导流网制备成导电网，使得膜内部气体通道、中心管和端盖等成为一个导体，接地能及时将静电排出；

（2）与穿插金属丝或铺金属网，增加导电材料制成的定位垫等消除静电技术相比，减少了膜组件的有效面积，简化组件制作工序，提高了生产效率；

（3）塑料导电网材质柔软，避免了引入金属丝（网）导致的膜面破坏；

（4）塑料导电网更易与金属中心管和金属端面接触，避免了引入金属丝（网）导致的接触不良，杜绝安全隐患；

（5）在长期使用过程中（如震动、湿热环境因素下）安全、可靠，不会像表面法（导流网表面涂导电液）那样产生剥离和脱落现象，也避免金属丝（网）抗腐蚀性能差的缺点。

附图说明

图1a和b为本发明卷式膜组件结构示意图。

图2为本发明管式膜组件结构示意图。

图3为本发明叠片式膜组件结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

以下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，而不脱离本发明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。

实施例1

本实施例提供了一种可消除气体膜分离装置静电的方法，其中所述的气体膜分离装置包括膜组件，该膜组件中至少部分由导电材料（常规导电材料即可）制备而成，本实施例所述方法以导电网作为所述气体膜分离装置中的进料侧导流网和/或渗透侧导流网并与所述导电材料相接触。

实施例2

与实施例1相比，区别点仅在于，本实施例所述的方法中，进料侧导流网丝径为1mm，孔径为5mm；渗透侧导流网丝径为0.5mm，孔径为2mm，二者均由导电塑料制备而成，其中以聚氯乙烯作为导电塑料中的塑料母料，导电塑料中的导电材料为石墨粉。

实施例3

与实施例1相比，区别点仅在于，本实施例所述的方法中，进料侧导流网丝径为0.5mm，孔径为2mm；渗透侧导流网丝径为0.5mm，孔径为2mm。二者均采用导电塑料制备而成，其中以聚丙烯作为导电塑料中的塑料母料，导电塑料中的导电材料为碳黑。

实施例4

与实施例1相比，区别点仅在于，本实施例所述的方法中，进料侧导流网和渗透侧导流网均采用导电塑料制备而成，导电塑料中的塑料母粒是尼龙（PA），导电粒子是碳黑，进料侧导流网丝径为2mm，孔径为8mm；渗透侧导流网丝径为0.1mm，孔径为1mm。

实施例5

本实施例提供了一种可消除静电的气体膜分离装置，所述气体膜分离装置中膜组件结构型式为卷式，如图1(b)所示，卷式膜分离组件装在外壳中，组件的中心管3、一个端盖4及外壳均为金属材质。膜元件1（也可称为膜片）的正面放置一张进料侧导流网20，背面放置一张渗透侧导流网21，渗透侧导流网夹在两张膜片中，用胶水将其三边密封，形成一个膜袋，渗透气向膜袋的开口方向移动，最终在金属中心管中汇集。进气侧导流网通过一端环形导电连接网7与金属端盖接触，金属端盖与金属外壳连接。进料侧导流网、渗透侧导流网以及组件两端环形导电连接网7均采用导电塑料制备而成，其中以聚氯乙烯作为导电塑料中的塑料母料，导电塑料中的导电材料为石墨粉。进料侧导流网丝径为1mm，孔径为5mm；渗透侧导流网丝径为0.5mm，孔径为2mm；环形导电连接网丝径为0.5mm，孔径为1mm。渗透侧导流网通过用环氧树脂为主要基体，铁粉为导电粒子制备的导电胶水固定在金属中心管上，金属中心管与金属端盖连接，进气侧导流网与金属端盖接触，金属端盖与金属外壳连接，将整个膜组件从内到外形成一个导体。

实施例6

本实施例提供了一种可消除静电的气体膜分离装置，所述气体膜分离装置中膜组件结构型式为卷式，如图1(b)所示，将卷式膜分离组件装入外壳中，组件的金属中心管3、外壳及两个端盖4均为金属材质。膜片1的正面放置一张进料侧导流网20，背面放置一张渗透侧导流网21，渗透侧导流网夹在两张膜片中，用胶水将其三边密封，形成一个膜袋，渗透气向膜袋的开口方向移动，最终在金属中心管中汇集。进料侧导流网、渗透侧导流网以及组件两端环形导电连接网7均采用导电塑料制备而成，其中以聚丙烯作为导电塑料中的塑料母料，导电塑料中的导电材料为碳黑。进料侧导流网丝径为0.5mm，孔径为2mm；渗透侧导流网丝径为0.5mm，孔径为2mm；环形导电连接网丝径为0.5mm，孔径为2mm。渗透侧导流网通过用聚酰亚胺树脂、聚氨酯为主要基体，石墨为导电粒子制备的导电胶水固定在金属中心管上，金属中心管与金属端盖连接，进气侧导流网通过两端环形导电连接网7与与金属端盖接触，金属端盖与金属外壳连接，将整个膜组件从内到外形成一个导体。

实施例7

本实施例提供了一种可消除静电的气体膜分离装置，所述气体膜分离装置中膜组件结构型式为卷式，如图1(a)所示，将卷式膜分离组件装入外壳中，组件的中心管3、两个端盖4及外壳均为金属材质。膜片1的正面放置一张进料侧导流网20，背面放置一张渗透侧导流网21，渗透侧导流网夹在两张膜片中，用胶水将其三边密封，形成一个膜袋，渗透气向膜袋的开口方向移动，最终在金属中心管中汇集。进料侧导流网和渗透侧导流网均采用导电塑料制备而成，导电塑料中的塑料母粒是尼龙（PA），导电粒子是碳黑，进料侧导流网丝径为2mm，孔径为8mm；渗透侧导流网丝径为0.1mm，孔径为1mm；环形导电连接网丝径为2mm，孔径为8mm。渗透侧导流网用聚酰亚胺树脂、聚氨酯为主要基体，石墨为导电粒子制备的导电胶水固定在金属中心管上，金属中心管与金属端盖连接，进气侧导流网与金属端盖设有导电弹簧，使导电网与金属端盖紧密接触，金属端盖与金属外壳连接将整个膜组件从内到外形成一个导体。

实施例8

本实施例提供了一种可消除静电的气体膜分离装置，所述气体膜分离装置中膜组件结构型式为管式，如图2所示，内设陶瓷管作支撑的气体分离膜元件，将尼龙导电塑料母粒添加碳黑材料加工成导电塑料网套筒22，套筒长度与膜管长度相当，套筒直径比膜管直径略大，便于将陶瓷管气体分离膜11放入导电塑料网套筒内，管外壁每隔一段距离用金属丝将套筒和管外壁缠绕，以保证导电网和陶瓷管接触紧密。陶瓷管的两端用导电密封圈6密封，导电密封圈的内侧与导电网套管接触，外侧与不锈钢金属外壳5接触，使整个膜组件成为一个导体。

实施例9

本实施例提供了一种可消除静电的气体膜分离装置，所述气体膜分离装置中膜组件结构型式为叠片式，如图3所示，其外壳51、中心杆31均采用不锈钢金属材料做成，导流网23为尼龙塑料母粒添加石墨加工成的导电塑料制备而成的导电塑料网，导流网23的丝径为2mm，孔径为8mm。导流网23上面为膜片12，膜片12的正面和反面各置有导电网23，导电网23的内侧与金属中心杆连接，中心杆和金属外壳相连，使叠片内部和金属外壳连成一整个导体。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (8)

1.一种可消除气体膜分离装置静电的方法，所述气体膜分离装置包括膜组件，所述膜组件中至少部分由导电材料制备而成，其特征在于，以导电网作为所述气体膜分离装置中的导流网并与所述导电材料相接触；所述的导电网材质为导电塑料；所述导电网丝径为0.1~2mm；网孔径为1~8mm。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述导电网丝径为0.5~1mm；网孔径为2~5mm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的导电塑料通过在塑料母粒中添加导电材料制备而成；由所述导电塑料制成的导电网表面电阻率为10²~10⁷Ω/m²。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述导电塑料中的导电材料为抗静电填充剂、碳系填充剂或金属填充剂中的一种或几种，所述抗静电填充剂为羟乙基化脂肪胺、季铵盐化合物或脂肪酸酯类中的一种或几种；所述碳系填充剂为石墨、碳纤维或炭黑中的一种或几种；所述金属填充剂包括金属纤维或金属粉中的一种或两种；所述导电塑料中的塑料母粒是聚丙烯、聚酯、聚酰胺、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯-丁二烯-苯二烯中的一种或几种。

5.一种可消除静电的气体膜分离装置，包括膜组件，其特征在于：所述膜组件中至少部分由导电材料制备而成，所述气体膜分离装置还包括覆盖所述膜组件中的膜元件且与上述导电材料相接触的导电网；所述的膜组件包括卷式膜组件、管式膜组件和叠片式膜组件；所述卷式膜组件的中心管、外壳和至少一个端盖由导电材料制备而成，所述导电网包覆膜元件构成其进料侧导流网和渗透侧导流网，并与所述中心管、外壳和至少一个端盖分别接触连接，使整个膜组件从内到外形成一个导体。

6.根据权利要求5所述的气体膜分离装置，其特征在于：所述管式膜组件的外壳和至少一个密封圈由导电材料制备而成，所述导电网构成管式膜组件的套筒将管式膜元件紧密包裹在内，且与所述外壳和至少一个密封圈分别接触连接，使整个膜组件从内到外形成一个导体。

7.根据权利要求5所述的气体膜分离装置，其特征在于：所述叠片式膜组件的外壳和中心杆由导电材料制备而成，所述导电网以导流网的形式设置在膜元件表面，并与所述外壳和中心杆接触分别接触连接，使整个膜组件从内到外形成一个导体。

8.根据权利要求5~7中任一项所述的气体膜分离装置，其特征在于：所述膜组件的导电材料是金属、合金和无机非金属导电材料的一种或几种。