膜分離組件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了膜分離組件。所述膜分離組件包括構(gòu)造成陣列的多個(gè)膜分離模塊，所述多個(gè)膜分離模塊中的每一個(gè)模塊包括構(gòu)造用于將進(jìn)料流分成剩余物流和滲透物流的多個(gè)膜元件。所述膜分離組件還包括構(gòu)造成用于向所述多個(gè)膜分離模塊提供進(jìn)料流的一個(gè)或兩個(gè)進(jìn)料管，和構(gòu)造成用于將剩余物流引導(dǎo)離開(kāi)所述多個(gè)膜分離模塊的一個(gè)或兩個(gè)剩余物管。此外，所述膜分離器組件包括用于在多個(gè)膜分離模塊外部引導(dǎo)滲透物流的滲透物流引導(dǎo)系統(tǒng)。構(gòu)造成陣列的多個(gè)膜分離模塊直接地且流體地相互聯(lián)接。
【專利說(shuō)明】膜分離組件
[0001] 要求在先申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)
[0002] 本申請(qǐng)要求提交日為2012年2月13日的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 13/372,283的優(yōu)先權(quán)。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本發(fā)明總體上涉及用于流體分離的膜分離組件，更具體地涉及具有以直接聯(lián)接布 置結(jié)構(gòu)組裝的多個(gè)膜管道的膜分離組件。

【背景技術(shù)】
[0004] 多種商業(yè)方法依賴于使用流體分離技術(shù)以便從混合物中分離一種或多種需要的 流體組分。特別是，多種這樣的方法涉及分離液體混合物、從液體分離蒸氣或氣體或分離混 合氣體。例如，在天然氣的生產(chǎn)中，生產(chǎn)者通常必須從天然氣中去除二氧化碳、硫化氫、氦、 水和氮以滿足政府和工業(yè)規(guī)范兩者的要求。在許多化學(xué)過(guò)程中還典型地需要從氣體處理流 中去除和回收氫氣。
[0005] 與其他已知的分離技術(shù)相比，在流體分離工藝中膜的使用已實(shí)現(xiàn)日益普及。這樣 的膜分離通?；诹黧w混合物的各個(gè)組分的由例如壓力、局部壓力、濃度和/或溫度的驅(qū) 動(dòng)力的梯度導(dǎo)致的相對(duì)滲透率。這種選擇性滲透造成流體混合物分離成：例如通常由滲透 較慢的成分組成的、通常稱為"剩余物"或"截留物"的部分；和例如通常由滲透較快的成分 組成的"滲透物"。
[0006] 分離膜通常制造成多種形式，其中包括平片式布置結(jié)構(gòu)和中空纖維布置結(jié)構(gòu)。在 平片式布置結(jié)構(gòu)中，所述片材通常組合成螺旋卷繞的元件。如圖1所示的示例性的平片的、 螺旋卷繞的膜元件100包括兩個(gè)或更多個(gè)平片的膜101，所述膜之間具有連結(jié)的滲透物分 隔件102,例如，沿著它們的三個(gè)側(cè)面膠粘以形成包封件103,即一端開(kāi)放的"扇葉"。該包封 件可通過(guò)進(jìn)料分隔件105分開(kāi)，繞芯軸卷繞或以其它方式繞滲透物管道110卷繞，使得包封 件的開(kāi)放端面向該滲透物管道。進(jìn)料氣體120沿著膜元件的一側(cè)進(jìn)入，并經(jīng)過(guò)分離包封件 103的進(jìn)料間隔件105。由于氣體在包封件103之間行進(jìn)，高滲透性組合物滲透或遷移到包 封件103內(nèi)，由箭頭125指示。這些滲透的組合物只有一個(gè)可用的出口 ：它們必須在包封件 內(nèi)行進(jìn)到滲透物管道110,如箭頭130所示。這種行進(jìn)的驅(qū)動(dòng)力是低滲透壓力與高進(jìn)料壓力 之間的局部壓力差。滲透的組合物例如經(jīng)過(guò)貫穿滲透物管道110的孔111進(jìn)入滲透物管道 110,如箭頭140所示。滲透的組合物然后經(jīng)滲透物管道110行進(jìn)（如箭頭150所示）以結(jié) 合來(lái)自可以在多元件組件中連接在一起的其它膜元件的滲透的組合物。進(jìn)料氣體120的未 滲透或未遷移到包封件內(nèi)的成分、即剩余物通過(guò)與進(jìn)料側(cè)相對(duì)的側(cè)部離開(kāi)所述元件，如箭 頭160所示。
[0007] 如圖2所示，單個(gè)膜元件100通常被組裝成元件布置結(jié)構(gòu)并通常被插入到模塊或 殼體200、例如容納多個(gè)膜元件100的管道201內(nèi)。每個(gè)模塊200具有通過(guò)進(jìn)料端口 211進(jìn) 入的輸入（例如，進(jìn)料）流210、包含未滲透通過(guò)膜分離元件并通過(guò)剩余物端口 221排出的 物質(zhì)的輸出或剩余物流220、以及包含滲透通過(guò)膜分離元件并通過(guò)在滲透物管道110的一 端或兩端處的滲透物端口 231排出的物質(zhì)的滲透物流230。管道201的直徑范圍為15cm(6 英寸）到61cm(24英寸）之間，并且通常是20cm(8英寸）或30cm(12英寸）。端口 211、 221和231的直徑范圍可以是從3cm(l英寸）到10cm(4英寸），并且通常是5cm(2英寸） 或8cm(3英寸）。膜模塊或殼體可以構(gòu)造有單個(gè)進(jìn)料、單個(gè)剩余物和單個(gè)滲透物連接部。替 代的布置結(jié)構(gòu)可以具有兩個(gè)進(jìn)料連接部、兩個(gè)剩余物連接部或兩個(gè)滲透物連接部的多種組 合形式。在其他組合中，進(jìn)料和剩余物連接部也可以位于管道的中央。管道201和端口元 件211、221和231常規(guī)地由鋼--相對(duì)重的金屬--制成，以承受工作過(guò)程中遇到的通常 從 2068kPa(300psig)到 10342kPa(1500psig)或更高的壓力。
[0008] 由于對(duì)產(chǎn)品氣體例如脫硫天然氣和純化氣體例如氫氣、二氧化碳和氫-一氧化碳 混合物的需求量增加，氣體分離膜系統(tǒng)的當(dāng)前市場(chǎng)已向較大設(shè)備發(fā)展。一種滿足這種需求 增加的方法是結(jié)合具有增大的直徑的膜模塊以適應(yīng)較高的流體流動(dòng)速率。替代地，這種較 大的設(shè)備可以結(jié)合更多膜模塊以滿足工藝要求。例如，如圖3所示，可以在稱為"陣列"300 的相互連接的并行模塊組中采用模塊200。設(shè)備在陣列300中可以具有從至少兩個(gè)直到多 于一百個(gè)模塊200。
[0009] 當(dāng)前本領(lǐng)域已知的陣列、例如圖3所示的陣列在一系列堅(jiān)直堆疊的行中構(gòu)造有水 平取向的模塊200。如圖所示，四個(gè)堅(jiān)直堆疊的行中的每一行中包括十二個(gè)水平取向的模塊 200。為了引導(dǎo)各流體的流動(dòng)，該陣列包括用于在膜分離模塊外部引導(dǎo)進(jìn)料流的進(jìn)料流引導(dǎo) 系統(tǒng)、用于在膜分離模塊外部引導(dǎo)剩余物流的剩余物流引導(dǎo)系統(tǒng)和用于在多個(gè)膜分離模塊 外部引導(dǎo)滲透物流的滲透物流引導(dǎo)系統(tǒng)。作為進(jìn)料流引導(dǎo)系統(tǒng)的一部分，每一行包括位于 高于（或低于）該行的進(jìn)料管310,并且進(jìn)料管310構(gòu)造成也是水平取向的，但垂直于模塊 200的取向。因此，用于每一行的進(jìn)料管310可以操作性地聯(lián)接至每個(gè)模塊200的進(jìn)料端 口 211以向其供給進(jìn)料流。作為剩余物流引導(dǎo)系統(tǒng)的一部分，每一行還包括位于低于（或 高于）該行的剩余物管320,并且剩余物管320構(gòu)造成也是水平取向，但垂直于模塊200的 取向。因此，用于每一行的剩余物管320可以操作性地聯(lián)接至每個(gè)模塊200的剩余物端口 221以從其去除剩余物流。此外，作為滲透物流引導(dǎo)系統(tǒng)的一部分，每一行還包括位于該行 的端部的滲透物管330,并且滲透物管330構(gòu)造成也是水平取向，但垂直于模塊200的取向。 因此，用于每一行的滲透物管330可以操作性地聯(lián)接至每個(gè)模塊200的滲透物端口 231以 從其去除滲透物流。每一行的進(jìn)料管310、剩余物管320和滲透物管330的直徑常規(guī)地在 10cm(4英寸）和41cm(16英寸）之間，并且典型地也由鋼制成。
[0010] 圖3所示的陣列300還包括：作為進(jìn)料流引導(dǎo)系統(tǒng)的一部分的主進(jìn)料管315 ;作為 剩余物流引導(dǎo)系統(tǒng)的一部分的主剩余物管325 ;作為滲透物流引導(dǎo)系統(tǒng)的一部分的主滲透 物管335。主進(jìn)料管315、主剩余物管325和主滲透物管335的每一個(gè)都堅(jiān)直地取向從而與 各行的進(jìn)料管310、剩余物管320和滲透物管330分別操作性地連接。主進(jìn)料管315、主剩 余物管325和主滲透物管335的每一個(gè)都常規(guī)地具有大于相應(yīng)的行的管310、320和330的 直徑，例如，在15cm(6英寸）和76cm(30英寸）之間，以適應(yīng)各行的管310、320和330的流 量，并且通常也由鋼制成。
[0011] 進(jìn)料管310與模塊200的每一行之間的間距通常在5到10cm(2到4英寸）之間。 類似地，剩余物管320與模塊200的每一行之間的間距是5到10cm(2到4英寸）。這樣， 由于各行的進(jìn)料管310和剩余物管320中的每一個(gè)的直徑、模塊200的直徑、模塊200與管 310、320和各連接件之間的間距，圖3所示的包括四行模塊200的陣列300的一個(gè)示例將常 規(guī)地需要381cm(150英寸）或以上的堅(jiān)直長(zhǎng)度350來(lái)進(jìn)行安裝。在許多情況下，這種堅(jiān)直 間距要求使得制造、運(yùn)輸和安裝都很困難和昂貴。例如，對(duì)于海上石油化工作業(yè)設(shè)施（固定 式海上平臺(tái)、浮式儲(chǔ)油卸油裝置（FPSO)、浮式液化天然氣生產(chǎn)儲(chǔ)卸裝置（FLNG)等），空間和 重量是優(yōu)先考慮的，傳統(tǒng)陣列的堅(jiān)直需求極大地限制了能安裝的陣列的數(shù)量，從而限制了 海上設(shè)施的作業(yè)能力。
[0012] 因此，需要在給定的空間中結(jié)合有更多數(shù)量的膜模塊的膜分離組件。此外，需要在 制造、安裝和維護(hù)方面麻煩更少和/或費(fèi)用更低的顯著增加作業(yè)能力的膜分離組件。此外， 需要具有減少在組件中所需的重的鋼部件的數(shù)目的簡(jiǎn)化的處理流體流連接部的膜分離組 件。結(jié)合附圖和前述的【技術(shù)領(lǐng)域】和【背景技術(shù)】，這些和其它期望的特征和特性將從下面的詳 細(xì)說(shuō)明和所附權(quán)利要求而變得顯而易見(jiàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本文提供了膜分離組件。在一示例性實(shí)施例中，一種膜分離器組件包括多個(gè)膜分 離模塊，所述多個(gè)膜分離模塊中的每一個(gè)模塊都包括多個(gè)膜元件，所述膜元件構(gòu)造成用于 將進(jìn)料流分離成剩余物流和滲透物流，其中所述多個(gè)膜分離模塊布置成在2和20行之間， 每一行包括多個(gè)膜分離模塊，并且其中，一行中的所述多個(gè)膜分離模塊中的每一個(gè)都取向 成相互平行。該組件還可包括用于在膜分離模塊外部引導(dǎo)進(jìn)料流的進(jìn)料流引導(dǎo)系統(tǒng)，該進(jìn) 料流引導(dǎo)系統(tǒng)包括構(gòu)造成用于向所述多個(gè)膜分離模塊供給進(jìn)料流的一個(gè)或兩個(gè)進(jìn)料管。該 組件還可包括用于在所述多個(gè)膜分離模塊外部引導(dǎo)剩余物流的剩余物流引導(dǎo)系統(tǒng)，該剩余 物流引導(dǎo)系統(tǒng)包括構(gòu)造成用于引導(dǎo)剩余物流離開(kāi)所述多個(gè)膜分離模塊的一個(gè)或兩個(gè)剩余 物管。此外，所述組件可包括位于所述膜分離模塊的一端或兩端上的、用于在所述多個(gè)膜分 離模塊外部引導(dǎo)滲透物流的滲透物流引導(dǎo)系統(tǒng)。至少兩個(gè)所述行直接地且流體地相互聯(lián) 接。
[0014] 在另一示例性實(shí)施例中，膜分離組件包括構(gòu)造成陣列的多個(gè)膜分離模塊，所述多 個(gè)膜分離模塊中的每一個(gè)模塊包括構(gòu)造成用于將進(jìn)料流分離成剩余物流和滲透物流的多 個(gè)膜元件。所述膜分離組件還包括構(gòu)造成用于向所述多個(gè)膜分離模塊供給進(jìn)料流的進(jìn)料管 和構(gòu)造成用于引導(dǎo)剩余物流流出并遠(yuǎn)離所述多個(gè)膜分離模塊的剩余物管。此外，所述膜分 離組件包括用于在多個(gè)膜分離模塊外部引導(dǎo)滲透物流的滲透物流引導(dǎo)系統(tǒng)。構(gòu)造成陣列 的多個(gè)膜分離模塊直接地且流體地相互聯(lián)接，使得進(jìn)料管向全部多個(gè)膜分離模塊供給進(jìn)料 流，剩余物管引導(dǎo)剩余物流離開(kāi)全部多個(gè)膜分離模塊。
[0015] 在又一示例性實(shí)施例中，膜分離組件包括多個(gè)膜分離模塊，所述多個(gè)膜分離模塊 中的每一個(gè)模塊包括構(gòu)造成用于將進(jìn)料流分離成剩余物流和滲透物流的多個(gè)平片膜元件。 所述多個(gè)膜分離模塊布置成四個(gè)平行的、堅(jiān)直堆疊的行，所述四個(gè)平行的、堅(jiān)直堆疊的行中 的每一行包括多個(gè)膜分離模塊。此外，所述四個(gè)平行的、堅(jiān)直堆疊的行中的一行中的多個(gè)膜 分離模塊中的每一個(gè)均水平取向且相互平行。膜分離組件還包括用于在膜分離模塊外部引 導(dǎo)進(jìn)料流的進(jìn)料流引導(dǎo)系統(tǒng)，該進(jìn)料流引導(dǎo)系統(tǒng)包括構(gòu)造成用于向所述多個(gè)膜分離模塊供 給進(jìn)料流并定位于所述四個(gè)平行的、堅(jiān)直堆疊的行上方的進(jìn)料管。所述膜分離組件還包括 用于在所述多個(gè)膜分離模塊外部引導(dǎo)剩余物流的剩余物流引導(dǎo)系統(tǒng)，該剩余物流引導(dǎo)系統(tǒng) 包括構(gòu)造成用于引導(dǎo)剩余物流流出和遠(yuǎn)離所述多個(gè)膜分離模塊并且定位于所述四個(gè)平行 的、堅(jiān)直堆疊的行下方的剩余物管。此外，所述膜分離組件包括用于在所述多個(gè)膜分離模 塊外部引導(dǎo)滲透物流的滲透物流引導(dǎo)系統(tǒng)，該滲透物流引導(dǎo)系統(tǒng)包括與所述四個(gè)平行的、 堅(jiān)直堆疊的行的每一行相關(guān)聯(lián)的、構(gòu)造成用于引導(dǎo)滲透物流遠(yuǎn)離多個(gè)膜分離模塊的滲透物 管。全部四個(gè)平行的、堅(jiān)直堆疊的行直接地且流體地相互聯(lián)接。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016] 下面將結(jié)合【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】膜分離組件，其中相同的數(shù)字表示相同的元件，在附圖中：
[0017] 圖1是膜元件布置結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0018] 圖2是包括多個(gè)膜元件的膜分離模塊的示意圖；
[0019] 圖3是膜分離模塊的常規(guī)陣列的示意圖；
[0020] 圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的直接聯(lián)接的膜分離組件的側(cè)視圖；
[0021] 圖5是圖4的直接聯(lián)接的膜分離組件沿平面5-5觀察的部分；
[0022] 圖6是包括構(gòu)造成在圖4和5的直接聯(lián)接的膜分離組件中使用的多個(gè)膜元件的膜 分離模塊的示意圖；
[0023] 圖7是根據(jù)另一實(shí)施例的直接聯(lián)接的膜分離組件的側(cè)視圖；
[0024] 圖8是圖7的直接聯(lián)接的膜分離組件沿平面8-8觀察的視圖；
[0025] 圖9是根據(jù)又一實(shí)施例的直接聯(lián)接的膜分離組件的示意圖；
[0026] 圖10是根據(jù)又一實(shí)施例的包括多個(gè)膜元件的膜分離模塊的示意圖；和
[0027] 圖11是根據(jù)再一實(shí)施例的包括多個(gè)膜元件的膜分離模塊的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面的詳細(xì)描述實(shí)際上僅僅是示例性的，并不意在限制膜分離組件或膜分離組件 的應(yīng)用和使用。此外，本發(fā)明不旨在由前述【背景技術(shù)】或以下的詳細(xì)描述的任何理論約束。
[0029] 本文所考慮的各實(shí)施例涉及改進(jìn)的膜分離組件，該改進(jìn)的膜分離組件有益地與本 領(lǐng)域中以前已知的組件相比需要較少的安裝空間、較輕、成本較低和更容易裝載膜元件。在 一個(gè)實(shí)施例中，如圖4和5所示（為了說(shuō)明，圖5顯示出圖4的組件的單個(gè)"區(qū)段"），膜分 離組件設(shè)置成"直接聯(lián)接"的布置結(jié)構(gòu)。如本文所用，術(shù)語(yǔ)"直接聯(lián)接"或"直接地且流體地 聯(lián)接"指的是沒(méi)有進(jìn)料管或剩余物管位于至少兩個(gè)平行的、堅(jiān)直堆疊的行之間的布置結(jié)構(gòu)。 也就是說(shuō)，與先前已知的每行模塊200都連接至單獨(dú)的堅(jiān)直定向的進(jìn)料管310和剩余物管 320的組件（見(jiàn)圖3)相對(duì)比，本文描述的直接聯(lián)接布置結(jié)構(gòu)使每一行模塊200經(jīng)由它們各 自的進(jìn)料端口 211和剩余物端口 221相互直接聯(lián)接或連接，僅包括單個(gè)進(jìn)料管410作為進(jìn) 料流引導(dǎo)系統(tǒng)和/或單個(gè)剩余物管420作為剩余物流引導(dǎo)系統(tǒng)。
[0030] 下面參考圖4-9公開(kāi)的實(shí)施例包括采用單個(gè)進(jìn)料管410和單個(gè)剩余物管420兩者 的構(gòu)型。然而，應(yīng)理解的是，參考圖4-9所公開(kāi)的任何實(shí)施例可以替代地設(shè)計(jì)成包括模塊 200,模塊200構(gòu)造成容納單個(gè)進(jìn)料管410和兩個(gè)剩余物管420、或兩個(gè)進(jìn)料管410和單個(gè)剩 余物管420、或容納與進(jìn)料管和剩余物管布置結(jié)構(gòu)的任一者相組合的兩個(gè)滲透物管330,如 下面參考圖10-11更詳細(xì)地說(shuō)明的。此外，盡管本文所公開(kāi)的實(shí)施例是針對(duì)經(jīng)過(guò)模塊200、 進(jìn)料管410和剩余物管420的流動(dòng)發(fā)生在水平面內(nèi)的構(gòu)型，應(yīng)理解的是，該組件可以構(gòu)造成 在一個(gè)或多個(gè)模塊200、進(jìn)料管410或剩余物管420中的流動(dòng)發(fā)生在堅(jiān)直平面中。
[0031] 特別是如圖4和5所示，單個(gè)進(jìn)料管410定位于頂行的模塊200上方，并構(gòu)造成也 處于水平取向，但垂直于模塊200的取向（類似于頂部進(jìn)料管310，如圖3所示）。在替代實(shí) 施例中，也可以采用兩個(gè)進(jìn)料管410,其中按照?qǐng)D10設(shè)計(jì)模塊200,如在下文中更詳細(xì)地討 論的。在另一替代實(shí)施例中，進(jìn)料管410和/或模塊200可以處于堅(jiān)直取向。單個(gè)剩余物 管420定位于底行的模塊200下方，并構(gòu)造成也處于水平取向，但垂直于模塊200的取向。 同樣，在替代實(shí)施例中，可以采用兩個(gè)剩余物管420,其中按照?qǐng)D11設(shè)計(jì)模塊200,如在下文 中更詳細(xì)地討論的。在又一替代實(shí)施例中，進(jìn)料管410可以定位在陣列下方，剩余物管420 定位在陣列上方。在再一替代實(shí)施例中，剩余物管420可以處于堅(jiān)直取向。在該實(shí)施例中， 滲透物流組件保持與先前已知的陣列相同，在每行中包括定位于該行（在堅(jiān)直軸線中）的 平面中的一個(gè)或兩個(gè)滲透物管330,并且滲透物管330構(gòu)造成也處于水平取向，但垂直于模 塊200的取向。在示例性實(shí)施例中，進(jìn)料管410和剩余物管420由鋼制成以承受在流體分離 操作中所遇到的高的壓力，并且根據(jù)組件待處理的壓力和流率確定尺寸，例如10到46cm(4 英寸到18英寸）。
[0032] 每個(gè)模塊的進(jìn)料端口 211連接到模塊1的直接上方（或在頂行的模塊的情況下， 連接到進(jìn)料管410)。每個(gè)模塊的剩余物端口 221連接到模塊的直接下方（或者在底行的 模塊的情況下，連接到剩余物管420)。此時(shí)參考圖6,在除了底行之外的全部模塊上設(shè)置與 進(jìn)料端口 211在直徑方向上相對(duì)的開(kāi)口 412,以用于連接性地接收位于直接下方的模塊的 進(jìn)料端口。在除了頂行之外的全部模塊上設(shè)置與剩余物端口 221在直徑方向上相對(duì)的開(kāi)口 422,以用于連接性地接收位于直接上方的模塊的剩余物端口。
[0033] 參考圖4、5和6,在操作中，進(jìn)料流210通過(guò)進(jìn)料管410提供并流入頂行的模塊 200。從頂行，進(jìn)料流經(jīng)過(guò)開(kāi)口 412進(jìn)入下面一行的模塊200的進(jìn)料端口 211。這種流動(dòng)模式 在連續(xù)的行中繼續(xù)向下，直到進(jìn)料流進(jìn)入不具有開(kāi)口 412的底行的模塊200。剩余物流220 通過(guò)剩余物端口 221離開(kāi)各模塊，并通過(guò)開(kāi)口 422流入其連續(xù)下方的行的模塊200內(nèi)。這 種流動(dòng)模式在連續(xù)的行中繼續(xù)向下，直到進(jìn)料流離開(kāi)底行的模塊200并進(jìn)入剩余物管420。 應(yīng)理解的是，一個(gè)或多個(gè)模塊200、進(jìn)料管410或剩余物管420構(gòu)造成堅(jiān)直取向時(shí)，該流動(dòng)模 式可以相應(yīng)改變。
[0034] 目前所描述的膜分離組件有益地表現(xiàn)出對(duì)堅(jiān)直空間的需求顯著減少。即，使用圖3 的例子，可以通過(guò)消除位于模塊100的水平的行之間的進(jìn)料管310和剩余物管320以及相 關(guān)聯(lián)的連接部件來(lái)實(shí)現(xiàn)使堅(jiān)直長(zhǎng)度減少127cm(50英寸）。如圖5所示，具有四行模塊的陣 列（如圖3)有益地只需要254cm(100英寸）的用以安裝的堅(jiān)直長(zhǎng)度450。在許多安裝應(yīng) 用中，特別是海上石油化工作業(yè)應(yīng)用中，該堅(jiān)直空間減少意味著可以用相同的總空間設(shè)置 附加的陣列以提高加工能力。此外，堅(jiān)直空間減少還提供了更容易將膜元件裝載到模塊內(nèi)。 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，381cm(150英寸）或更高的高度的陣列難以裝載膜元件，因 為將需要為向頂行內(nèi)安裝膜元件的工人提供腳手架，381cm(150英寸）或更高通常超出了 平均身高的人的可觸及范圍。隨著將目前描述的陣列減少到254cm(100英寸），不再需要腳 手架，因?yàn)槠骄砀叩娜藢⒛軌蛴|及并將元件安裝到陣列的頂行中。這對(duì)于海上的應(yīng)用尤 其重要，其中在海上應(yīng)用中這些腳手架難以安裝并可能要求工人在海上平臺(tái)的邊緣附近操 作。而且，由于當(dāng)前所述陣列的模塊管道、管、端口和其它部件優(yōu)選地由鋼制成，鋼是重且昂 貴的金屬，顯著減少所需的鋼部件（即，中間進(jìn)料管和剩余物管）的量導(dǎo)致與先前已知的現(xiàn) 有技術(shù)的陣列相比顯著地降低了重量和成本。此外，目前所描述的組件需要較少的凸緣，這 將在替換膜期間節(jié)約時(shí)間和金錢并降低潛在泄漏的數(shù)量。
[0035] 在發(fā)明人的本發(fā)明概念之前，先前在現(xiàn)有技術(shù)中理解的是，為了膜分離組件的成 功操作而需要各行模塊之間的進(jìn)料管和剩余物管，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的工程判斷將導(dǎo)致本領(lǐng)域技術(shù) 人員得出結(jié)論認(rèn)為否則所產(chǎn)生的流動(dòng)將是不均勻的、造成顯著降低的分離性能。然而，本發(fā) 明人意外地發(fā)現(xiàn)，通過(guò)使用新穎的流動(dòng)建模技術(shù)，實(shí)際上，性能降低可以減少或降到最低， 其中管道中的膜元件的數(shù)量使得壓降比通過(guò)最具限制性的直接聯(lián)接的端口的壓降例如至 少大40倍，例如大50倍。這樣，通過(guò)根據(jù)本文描述的特定構(gòu)型以及本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀 本發(fā)明之后而理解的其他構(gòu)型來(lái)構(gòu)造組件，通過(guò)消除中間的管來(lái)減少堅(jiān)直高度已被發(fā)現(xiàn)是 可行的，而不會(huì)顯著降低陣列的模塊內(nèi)的工藝過(guò)程和流動(dòng)特性。預(yù)期的是，如上所述的壓降 可以在具有2和20行之間、或其之間的任意數(shù)量的行的構(gòu)型中實(shí)現(xiàn)。然而，所述陣列優(yōu)選 地通過(guò)在2和10行之間、或在其之間的任何數(shù)量實(shí)現(xiàn)，或者更優(yōu)選地在2和5行之間、或其 之間的任何數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)上面所討論的安裝益處。
[0036] 在另一實(shí)施例中，如圖7和8所示，進(jìn)料管410和剩余物管420兩者都位于所述陣 列的底部，從而節(jié)省了附加的堅(jiān)直空間，因?yàn)橄岁嚵许敳康倪M(jìn)料管和相關(guān)聯(lián)的進(jìn)料端 口 211和連接部（參見(jiàn)圖4和圖5)。當(dāng)然，該實(shí)施例的變化將可以通過(guò)兩個(gè)進(jìn)料管410或 者兩個(gè)剩余物管420或者通過(guò)在滲透物管330或430的兩端上收集滲透物而實(shí)現(xiàn)。在該實(shí) 施例中，安裝所需的堅(jiān)直長(zhǎng)度650是216cm(85英寸）。在該實(shí)施例中，模塊200的進(jìn)料端 口 211在每個(gè)模塊200的下方延伸，與端口 211在直徑方向上相對(duì)地設(shè)置開(kāi)口 412,以與位 于其上方的模塊200的端口 211連接地關(guān)聯(lián)。此外，在該實(shí)施例中，頂行的模塊200不包括 開(kāi)口 412。在該實(shí)施例的替代構(gòu)型中，進(jìn)料管410和剩余物管420兩者都位于所述陣列的 頂部（節(jié)省相似的量的堅(jiān)直空間）。在該替代方案中，模塊200的剩余物端口 221在每個(gè) 模塊200上方延伸，與端口 221在直徑方向上相對(duì)地設(shè)置開(kāi)口 422,以與位于其下方的模塊 200的端口 211連接地關(guān)聯(lián)。此外，在該替代方案中，底行的模塊200不包括開(kāi)口 422。目 前可以設(shè)想的是，在一些安裝中，這種替代可需要設(shè)置在沿著陣列的一個(gè)或多個(gè)低點(diǎn)處的 自動(dòng)或手動(dòng)排放閥，以確保進(jìn)料流或剩余物流不在陣列的底部附近停滯。
[0037] 在又一實(shí)施例中，如圖7和8進(jìn)一步示出的，滲透物流引導(dǎo)系統(tǒng)可以重新構(gòu)造成使 得消除四個(gè)水平取向的滲透物管330,而用定位于陣列下方的一個(gè)或兩個(gè)滲透物管430替 代。由于模塊200的端部處的滲透物流230的方向改變，需要流動(dòng)適配器601來(lái)重新定向 所述流動(dòng)，使其從水平定向的滲透物管道110堅(jiān)直向下并進(jìn)入模塊200底部的重定位的滲 透物端口 431?？梢詷?gòu)造用于根據(jù)本發(fā)明使用的示例性的流動(dòng)適配器601在于2009年4月 2日公開(kāi)的、共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2009/0084725( "用于多管道式壓力容器的 滲透物適配器（Permeate Adapter for Multi-Tube Pressure Vessel)"，發(fā)明人S.Poklop 等）中有所描述。流動(dòng)適配器601包括用于連接地接收來(lái)自位于直接上方的模塊的滲透物 端口 431的開(kāi)口 632。頂行的模塊200不包含這樣的開(kāi)口 632。在該實(shí)施例中，單個(gè)滲透 物管430設(shè)置成比獨(dú)立的滲透物管330直徑更大，以便比前述實(shí)施例容納增加的滲透物流 230。例如，單個(gè)滲透物管430的直徑可以是介于15cm(6英寸）和61cm(24英寸）之間。替 代地，滲透物管430可以以上述根據(jù)替代剩余物管420構(gòu)型--其中進(jìn)料管410和剩余物 管位于陣列上方一描述的方式定位在陣列上方。替代地，滲透物管也可以堅(jiān)直取向。
[0038] 在再一實(shí)施例中，如圖9所示，進(jìn)料管410和剩余物管420 (和可選地滲透物管 430,如圖9中所示）可以在兩行模塊之間水平設(shè)置，使得介于2和10之間、優(yōu)選2和5之 間個(gè)模塊行位于管410和420上方，介于2和10之間、優(yōu)選2和5之間個(gè)模塊行位于管410 和420的下方。當(dāng)然，該實(shí)施例的變型可以通過(guò)堅(jiān)直取向的管410、420和430實(shí)現(xiàn)，或者通 過(guò)兩個(gè)進(jìn)料管410或兩個(gè)剩余物管420實(shí)現(xiàn)。對(duì)于位于管410和420上方的任何行，將設(shè) 置該流動(dòng)構(gòu)型并且流動(dòng)將根據(jù)圖7和8的實(shí)施例行進(jìn)，其中進(jìn)料流經(jīng)由開(kāi)口 412和端口 211 向上行進(jìn)通過(guò)每個(gè)連續(xù)的模塊，剩余物流經(jīng)由開(kāi)口 422和端口 221向下行進(jìn)通過(guò)每個(gè)連續(xù) 的模塊。對(duì)于位于管410和420(以及選擇性地430)下方的任何行，將設(shè)置流動(dòng)構(gòu)型并且 流動(dòng)將按照參考圖4和5以及參考圖7和8描述的替代實(shí)施例行進(jìn)，其中進(jìn)料流經(jīng)由開(kāi)口 412和端口 211向下行進(jìn)通過(guò)每個(gè)連續(xù)的模塊，剩余物流經(jīng)由開(kāi)口 422和端口 221向上行進(jìn) 通過(guò)每個(gè)連續(xù)的模塊。
[0039] 參考任何前述實(shí)施例，通常預(yù)期本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)前述的公開(kāi)將能夠構(gòu)造直接 聯(lián)接的陣列，該陣列具有位于陣列上方、陣列下方或陣列的各行之間的單個(gè)進(jìn)料管，以及位 于陣列上方、陣列下方或陣列的各行之間的單個(gè)剩余物管。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員基于前述 的公開(kāi)將能夠構(gòu)造直接聯(lián)接的陣列，該陣列具有常規(guī)設(shè)計(jì)的滲透物管構(gòu)型（如圖3所示）， 或者選擇性地具有位于陣列上方、陣列下方或陣列的各行之間的單個(gè)滲透物管。此外，預(yù)期 本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)前述的公開(kāi)將能夠使用順流或逆流滲透物流來(lái)構(gòu)造直接聯(lián)接的陣列。 另外，預(yù)期本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)前述的公開(kāi)將能夠構(gòu)造直接聯(lián)接的陣列，該陣列具有一行、 兩行、三行、四行（如實(shí)施例中所示）或者更多行的管道。
[0040] 在又一實(shí)施例中，膜組件可以替代地構(gòu)造有兩個(gè)進(jìn)料管410或兩個(gè)剩余物管420。 如圖10所示，膜模塊1000a設(shè)置成包括兩個(gè)位于模塊1000a的任一端上的進(jìn)料端口 211，以 及位于沿著模塊的介于兩個(gè)進(jìn)料端口 211之間的位置的單個(gè)剩余物端口 221 (單個(gè)剩余物 端口 221示出成定位于相等數(shù)量的元件100之間，但該需要并不是在所有實(shí)施中都如此）。 此外，如圖11所示，膜模塊1100設(shè)置成包括單個(gè)進(jìn)料端口 211和兩個(gè)剩余物端口 221。單 個(gè)進(jìn)料端口位于沿著模塊的介于兩個(gè)剩余物端口 221之間的位置（單個(gè)進(jìn)料端口 211示出 成定位于相等數(shù)量的元件100之間，但該需要并不是在所有實(shí)施中都如此）。在模塊l〇〇〇a 中，設(shè)置有兩個(gè)滲透物端口 231，而在模塊1100中，設(shè)置有單個(gè)滲透物端口。通常，本文公 開(kāi)的任何模塊都可以設(shè)置有一個(gè)或兩個(gè)滲透物端口 231或431。所得到的組件因此需要替 代地在模塊的一端上構(gòu)造有一個(gè)或多個(gè)管330或430 (如在以上示例性實(shí)施例中所示的）， 或者在模塊的兩端上構(gòu)造有一個(gè)或多個(gè)滲透物管330或430 (如根據(jù)例如圖10實(shí)施將需要 的）。此外，盡管本文所公開(kāi)的實(shí)施例是針對(duì)流經(jīng)模塊200、進(jìn)料管410、剩余物管420和滲 透物管430的流動(dòng)發(fā)生在水平平面中的構(gòu)型，但應(yīng)理解的是，該組件也可以構(gòu)造成在模塊 200、進(jìn)料管410、剩余物管420或滲透物管430的一個(gè)或多個(gè)中的流動(dòng)在堅(jiān)直平面中。
[0041] 因此，對(duì)改進(jìn)的膜分離組件進(jìn)行了描述。改進(jìn)后的膜分離組件有益地在給定區(qū)域 中包括更多數(shù)量的膜模塊，以便在空間有限的裝置中提高處理能力。此外，該改進(jìn)的膜分離 組件理想地對(duì)于制造和安裝麻煩更少和/或成本更低。另外，改進(jìn)的膜分離組件具有簡(jiǎn)化 的處理流體流連接部，這減少了組裝中需要的重的鋼部件的數(shù)量。
[0042] 盡管已經(jīng)在前面的詳細(xì)描述中說(shuō)明了至少一個(gè)示例性實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)理解的是， 存在大量變型。還應(yīng)當(dāng)理解的是，本文所描述的示例性實(shí)施例并非旨在以任何方式限制所 主張的主題的范圍、適用性或構(gòu)型。而是，前面的詳細(xì)描述向本領(lǐng)域技術(shù)人員提供實(shí)現(xiàn)所描 述的實(shí)施例的便利方案。應(yīng)理解的是，可以作出各種變化而不脫離由權(quán)利要求限定的范圍， 權(quán)利要求包括在本發(fā)明公開(kāi)的時(shí)間已知的等同方案和可預(yù)見(jiàn)的等同方案。
【權(quán)利要求】
1. 一種膜分離組件，包括： 多個(gè)膜分離模塊（200)，所述多個(gè)膜分離模塊（200)中的每一個(gè)模塊包括多個(gè)膜兀件 (100)，所述膜元件構(gòu)造成用于將進(jìn)料流（210)分離成剩余物流（220)和滲透物流（230)， 其中，所述多個(gè)膜分離模塊（200)布置成兩行和二十行之間，每一行包括多個(gè)膜分離模塊 (200)，一行中的多個(gè)膜分離模塊（200)中的每一個(gè)均定向成相互平行； 用于在所述膜分離模塊外部引導(dǎo)進(jìn)料流的進(jìn)料流引導(dǎo)系統(tǒng)，該進(jìn)料流引導(dǎo)系統(tǒng)包括： 構(gòu)造成用于向所述多個(gè)膜分離模塊（200)供給進(jìn)料流（210)的 一個(gè)或兩個(gè)進(jìn)料管（410); 用于在所述多個(gè)膜分離模塊外部引導(dǎo)剩余物流的剩余物流引導(dǎo)系統(tǒng)，該剩余物流引導(dǎo) 系統(tǒng)包括： 構(gòu)造成用于將剩余物流（220)引導(dǎo)離開(kāi)所述多個(gè)膜分離模塊（200) 的一個(gè)或兩個(gè)剩余物管（420);和 用于在所述多個(gè)膜分離模塊（200)外部引導(dǎo)滲透物流（230)的滲透物流引導(dǎo)系統(tǒng)； 其中，至少兩個(gè)所述行直接地且流體地相互聯(lián)接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜分離組件，其特征在于，所述多個(gè)膜分離模塊（200)布置成 四個(gè)平行的、堅(jiān)直堆疊的行。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的膜分離組件，其特征在于，所述四個(gè)平行的、堅(jiān)直堆疊的行中 的至少三個(gè)直接地且流體地相互聯(lián)接，而在所述四個(gè)平行的、堅(jiān)直堆疊的行中的所述至少 三個(gè)之間未設(shè)有進(jìn)料管（410)或剩余物管（420)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的膜分離組件，其中，所有的四個(gè)平行的、堅(jiān)直堆疊的行都直接 地且流體地相互聯(lián)接，而在所述四個(gè)平行的、堅(jiān)直堆疊的行之間未設(shè)有進(jìn)料管或剩余物管。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜分離組件，其特征在于，所述滲透物流引導(dǎo)系統(tǒng)包括與每 一行的一側(cè)或兩側(cè)相關(guān)聯(lián)并構(gòu)造成用于引導(dǎo)滲透物流（230)流出并遠(yuǎn)離所述多個(gè)膜分離 模塊（200)的滲透物管（430)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的膜分離組件，其特征在于，所述一個(gè)或兩個(gè)進(jìn)料管（410)、所 述一個(gè)或兩個(gè)剩余物管（420)和所述滲透物管（430)均具有在10cm(4英寸）到46cm(18 英寸）的范圍內(nèi)的直徑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜分離組件，其特征在于，所述滲透物流引導(dǎo)系統(tǒng)包括構(gòu)造 成用于引導(dǎo)滲透物流（230)流出并遠(yuǎn)離所述多個(gè)膜分離模塊（200)的一個(gè)或兩個(gè)滲透物管 (430)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的膜分離組件，其特征在于，所述一個(gè)或兩個(gè)進(jìn)料管（410)和所 述一個(gè)或兩個(gè)剩余物管（420)均具有在10cm(4英寸）到46cm(18英寸）范圍內(nèi)的直徑，并 且所述單個(gè)滲透物管（430)具有在15cm(6英寸）到61cm(24英寸）的范圍內(nèi)的直徑。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜分離組件，其特征在于，所述進(jìn)料管（410)和所述剩余物管 (420)包括鋼。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜分離組件，其特征在于，所述多個(gè)膜分離組件（200)堅(jiān)直 地取向以提供通過(guò)其中的堅(jiān)直流動(dòng)。
【文檔編號(hào)】B01D65/00GK104105538SQ201380008595
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2013年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月13日
【發(fā)明者】J·R·哈尼斯, C·M·迪斯基維茨, T·科諾普, B·C·夏爾馬, 陳鵬飛 申請(qǐng)人:環(huán)球油品公司