[发明专利]一种新型中空纤维膜分离器及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及膜分离器，特别是中空纤维膜分离器，另外还涉及其制备方法。

背景技术：

膜分离技术是20世纪开发成功的一种新型分离技术。与传统的分离技术相比，膜技术具有投资省，见效快，能耗低，操作简单等特点，它的开发与利用已经成为各个国家在高新技术领域竞争的热点。随着膜技术的发展，气体膜分离技术已成功地应用在合成氨驰放气中回收氢气；甲醇合成放空气中氢气的回收或CO/H2的调比；炼厂气的膜法氢回收等气体分离领域。

膜分离技术的核心是高性能膜分离器的研制与开发。传统的中空纤维气体膜分离器是将上万根甚至几十万根中空纤维膜制成纤维束后装在耐压钢制壳体内，纤维束的一端用树脂粘合剂浇铸成树脂封头，固定在分离器的一端。在树脂封头端，中空纤维气体分离膜之间的间隙由树脂密封。中空纤维气体分离膜的内腔与外部相通，形成渗透气体通道。纤维束的尾端用树脂封住，形成堵头，固定在分离器的另一端。在堵头端，中空纤维气体分离膜之间的间隙以及中空纤维膜的内腔均由树脂密封。外部的壳体与纤维束之间的空隙以及不同中空纤维气体分离膜之间的空隙被定义为膜分离器的壳程。中空纤维气体分离膜的内腔被定义为膜分离器的管程，膜分离器的管程在树脂封头端与外部相通。原料气通常在膜分离器的树脂封头端附近的原料气入口进入膜分离器的壳程。在压力的驱动下，一部分气体透过膜进入中空纤维气体分离膜的内腔即膜分离器的管程形成渗透气，通过膜分离器管程与外部的连接通道排出；而另一部分气体沿着分离器壳程，在膜分离器的堵头端排出形成尾气。

当膜分离器的外径较小时，高压的原料气体很容易通过纤维束外部的中空纤维气体分离膜而进入到纤维束内部的中空纤维气体分离膜表面，使高压原料气体的浓度与速度在径向分布上较为均匀，不容易形成“死角”与“短路”。当膜分离器的外径较大时，高压的原料气体不容易通过纤维束外部中空纤维气体分离膜而进入到纤维束内部的中空纤维气体分离膜表面，从而使高压原料气体的浓度与速度在径向分布上严重不均匀，在纤维束的中心处易形成“死角”。原料气在纤维束中心处的流速较低，浓差极化现象较为严重，分离性能降低。而在纤维束的外部，由于纤维束的外部与壳体之间存在的装配环隙，使得中空纤维气体分离膜的堆积相对松散，成为原料气体的主要通道。同时，在分离器的尾气端，高压尾气主要通过纤维束尾端与外部壳体之间的环隙来进行尾气排放，气体的流动更加集中于纤维束外周中空纤维膜表面，加剧了纤维束内部的中空纤维膜表面的流动状态的恶化。这样对外径较大的气体膜分离器来说，一方面中空纤维气体分离膜的有效膜面积利用率降低；另一方面原料气体在径向分布的不均匀性导致膜的分离性能的降低，影响了膜的分离性能。由于目前中空纤维气体膜分离器的一些缺陷，降低了膜分离器的分离性能，影响了渗透气体的浓度与通量，制约了中空纤维气体分离膜技术的应用。

发明内容：

本发明的目的是克服上述不足问题，提供一种新型中空纤维膜分离器，外径大、结构简单，纤维束内原料气体径向分布均匀，浓差极化现象得到抑制，提高膜的分离性能。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种新型中空纤维膜分离器，耐压钢制壳体内装有中空纤维气体分离膜纤维束，纤维束一端浇铸树脂封头，树脂封头与分离器一端固定，树脂封头端壳体开有原料气进气通道；纤维束尾端浇铸树脂堵头与分离器的另一端固定，树脂堵头端开有尾气排出通道，尾气排出通道为纤维束尾端中心装有带有开孔的尾气收集管和/或纤维束尾端的堵头与壳体之间的环隙。

所述原料气进气通道为壳体上形原料气入气口或纤维束封头端中心部位装有带有开孔的原料气分配管。

所述尾气收集管为在纤维束尾端安放的带有孔的金属管。

所述尾气收集管与原料气分配管可以为单独的两根管，也可以为一根管，在原料气分配管与尾气收集管开孔区域之间装有密封隔板。

所述尾气排出通道为纤维束尾端中心装有尾气收集管和纤维束尾端的堵头与壳体之间的环隙，环隙面积与尾气收集管的横截面积之比为0-10，最好取0.2-1。

所述尾气收集管的开孔区域通常在堵头端0-500cm，最好为20-200cm。

所述原料气分配管的开孔区域通常在树脂封头下方0-500cm之间，最好在20-200cm之间。

所述单个中空纤维气体分离膜的外径通常为100μ-2000μ之间，最好为400μ-800μ之间。