流體分離裝置及混合流體的選擇分離方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種流體分離裝置，包括：殼體，具有混合流體的引入口、供經(jīng)選擇分離的流體排出的排出口、及供選擇分離后的殘余流體排出的排出口；及分離模塊，可從殼體的一端收納，具有使混合流體沿軸向通過的流路，串接配置有使特定流體成分成為錯(cuò)流而選擇分離的多個(gè)分離元件，且具有：第1夾具，具有使流路連通的開口，且為外徑大于分離元件外徑的圓盤狀，以將分離元件外周面?zhèn)瓤臻g與分離元件間的空間隔離的方式，設(shè)在鄰接的分離元件之間；第2夾具，具有使多個(gè)分離元件的端面?zhèn)瓤臻g與流路連通的開口，且為外徑大于分離元件外徑的圓盤狀，以將端面?zhèn)瓤臻g與分離元件外周面?zhèn)瓤臻g隔離的方式，設(shè)在多個(gè)分離元件的兩端；及連結(jié)第1第2夾具的連結(jié)夾具。
【專利說明】流體分離裝置及混合流體的選擇分離方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種從氣體(gas)或水等流體中選擇分離特定的流體成分的流體分離裝置，尤其涉及串接配置有分離元件而增大分離處理能力的流體分離裝置、及使用流體分離裝置的混合流體的選擇分離方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，在氣體分離或自來水處理等處理大量流體的領(lǐng)域，從其初期投資的優(yōu)越性出發(fā)，采用膜分離技術(shù)，其中尤其使用將具有洗凈的容易性或耐久性大等優(yōu)越性的陶瓷所代表的分離元件組裝入框體的裝置。
[0003]所述的分離元件可根據(jù)分離目的而使用各種形狀，且可將膜與其支撐體及流路材料等組成為一體。
[0004]已揭示的一種氣體分離裝置收納有氣體分離體(相當(dāng)于上述“分離元件”)，其中在多孔質(zhì)基體的表面上設(shè)有具有僅使特定的氣體成分透過的特性的氣體分離膜(下述專利文獻(xiàn)I)。當(dāng)分離高溫氣體時(shí)，因氣體分離體及其固定構(gòu)件上產(chǎn)生熱膨脹，故其密接性變得不充分從而產(chǎn)生氣體漏出。當(dāng)產(chǎn)生此種氣體漏出時(shí)，已透過氣體分離膜的特定氣體成分中會(huì)混入殘余的氣體成分，因此無法高效地分離特定的氣體成分。
[0005]因此，揭示的氣體分離裝置包括氣體分離體、具有收容氣體分離體的凹部的收容構(gòu)件、設(shè)在氣體分離體的外周面與側(cè)壁的間隙內(nèi)的密封構(gòu)件、及在間隙內(nèi)沿軸方向夾入密封構(gòu)件且進(jìn)行加壓的緊固構(gòu)件，通過將收容構(gòu)件與氣體分離體的熱膨脹率比設(shè)為0.55以上、0.95以下，使得氣體分離體、與固定保持該氣體分離體的構(gòu)件的接合部位不易產(chǎn)生氣體漏出。
[0006]而且，就具有流體的分離處理能力的膜而言，為了實(shí)現(xiàn)所需的分離能力，而將膜的通過速度限制在一定范圍。如果提高分離處理流量，則需要與其對(duì)應(yīng)地增加膜面積。因此，作為分離元件，也可單獨(dú)地使用一臺(tái)，但當(dāng)凈水廠進(jìn)行大量的水處理、或氣體分離等大量的流體處理時(shí)，通過將多個(gè)分離元件串接連結(jié)，能增加膜面積，提高分離處理能力。
[0007]因此，為了提高分離處理能力，將多個(gè)分離元件各自配置在彼此經(jīng)法蘭(flange)式連接的殼體(casing)內(nèi)，且串接連結(jié)以增加過濾面積，由此提高水的分解處理能力的流體分離裝置已被揭示(下述專利文獻(xiàn)2)。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)1:日本專利特開2011-189335號(hào)公報(bào)
[0011]專利文獻(xiàn)2:日本專利特開2004-261649號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012][發(fā)明所要解決的問題]
[0013]與具有單獨(dú)的分離元件的流體分離裝置相比，連結(jié)配置有分離元件的流體分離裝置能提高單位設(shè)置面積的分離處理能力，但如果要增加連結(jié)的分離元件的數(shù)量以增加膜面積而提高分離處理能力，那么法蘭部會(huì)與分離元件的數(shù)量會(huì)成比例地增多，從而使流體分離裝置整體的重量增大。
[0014]另外，當(dāng)須維修流體分離裝置，或者修理或更換分離元件時(shí)，須針對(duì)構(gòu)成殼體的一部分的每個(gè)分離元件進(jìn)行法蘭部的分解、組裝，這不僅使分離元件的更換作業(yè)不易進(jìn)行，且元件的更換或修理等的施工會(huì)變難，例如，分解、組裝過程中陶瓷制的分離元件會(huì)破損，使分離元件本身無法使用。
[0015]為了解決所述問題，在一個(gè)方面，本發(fā)明的目的在于實(shí)現(xiàn)從殼體的一端收納或卸除串接配置有多個(gè)分離元件的分離模塊(module)，而使流體分離裝置輕量化，且使其維修變得容易。
[0016][解決問題的技術(shù)手段]
[0017]解決所述問題的形態(tài)如以下所述。
[0018](I).一種流體分離裝置，從混合流體中選擇分離特定的流體成分，且特征在于包括:
[0019]殼體，具有混合流體的引入口、供經(jīng)選擇分離的流體排出的分離流體排出口、及供所述選擇分離后的殘余流體排出的殘余流體排出口 ；及
[0020]分離模塊，可從所述殼體的一端收納，具有使所述混合流體沿軸方向通過的流路，且串接配置有使特定的流體成分成為與混合流體的流動(dòng)方向正交的錯(cuò)流(cross flow)而選擇性地分離的多個(gè)分離元件；
[0021]所述分離模塊具有:
[0022]第I連接夾具，具有使所述流路連通的開口，且為外徑大于所述分離元件的外徑的圓盤狀，且以將所述分離元件的外周面?zhèn)瓤臻g與所述分離元件間的空間隔離的方式，設(shè)在鄰接的分離元件之間；
[0023]第2連接夾具，具有將所述串接配置的多個(gè)分離元件的端面?zhèn)瓤臻g、與所述流路連通的開口，且為外徑大于所述分離元件的外徑的圓盤狀，且以將所述端面?zhèn)瓤臻g與分離元件的外周面?zhèn)瓤臻g隔離的方式，設(shè)在所述串接配置的多個(gè)分離元件的兩端；及
[0024]連結(jié)夾具，連結(jié)所述第I連接夾具及第2連接夾具。
[0025](2).根據(jù)(I)所述的流體分離裝置，更包括密封構(gòu)件，通過與所述第2連接夾具及所述殼體的內(nèi)周面接觸，而將所述串接配置的多個(gè)分離元件的端面?zhèn)瓤臻g與分離元件的外周面?zhèn)瓤臻g隔離。
[0026](3).根據(jù)(I)或(2)的流體分離裝置，其殼體具有設(shè)有所述引入口的入口側(cè)蓋構(gòu)件、設(shè)有所述殘余流體排出口的出口側(cè)蓋構(gòu)件、及設(shè)有所述分離流體排出口且儲(chǔ)存所述分離模塊的筒狀本體，所述入口側(cè)蓋構(gòu)件及出口側(cè)蓋構(gòu)件中的至少一個(gè)與筒狀本體之間可利用法蘭而密封狀態(tài)地連接，
[0027]更包括固定構(gòu)件，夾在所述入口側(cè)蓋構(gòu)件或出口側(cè)蓋構(gòu)件與所述筒狀本體之間，為具有開口的圓盤狀，且在所述開口內(nèi)具有突起部，該突起部是從所述殼體的內(nèi)徑起向中心方向突起且與所述第2連接夾具接觸。
[0028](4).根據(jù)(I)至(3)中任一項(xiàng)的流體分離裝置，其殼體具有設(shè)有所述引入口的入口側(cè)蓋構(gòu)件、設(shè)有所述殘余流體排出口的出口側(cè)蓋構(gòu)件、及設(shè)有所述分離流體排出口且儲(chǔ)存所述分離模塊的筒狀本體，入口側(cè)蓋構(gòu)件及出口側(cè)蓋構(gòu)件中的至少一個(gè)與筒狀本體之間可利用法蘭而密封地連接，
[0029]所述第2連接夾具是以可在卸除所述入口側(cè)蓋構(gòu)件或出口側(cè)蓋構(gòu)件之后進(jìn)行裝卸的方式，設(shè)在所述筒狀本體。
[0030](5).根據(jù)(I)至(4)中任一項(xiàng)所述的流體分離裝置，所述殼體是以能保持壓力為IMPaA~15MPaA的流體的壁厚而構(gòu)成。
[0031](6).根據(jù)(I)至(5)中任一項(xiàng)所述的流體分離裝置，所述第2連接夾具的一者的外徑大于殼體的內(nèi)徑且可利用所述法蘭而固定為一體，另一者的外徑小于殼體的內(nèi)徑。
[0032](7).根據(jù)(I)至(6)中任一項(xiàng)所述的流體分離裝置，所述連結(jié)夾具呈軸方向長(zhǎng)度可調(diào)整的棒狀且為緊固部由螺帽構(gòu)成的桿。
[0033](8).根據(jù)⑴至(7)中任一項(xiàng)的流體分離裝置，所述連結(jié)夾具為筒狀。
[0034](9).根據(jù)(I)至(8)中任一項(xiàng)所述的流體分離裝置，所述分離模塊中并列配置地收納有多組所述串接配置的多個(gè)分離元件。
[0035](10).一種混合流體的選擇分離方法，使用從混合流體中選擇分離特定的流體成分的流體分離裝置，且特征在于:
[0036]所述流體分離裝置包括:殼體，具有混合流體的引入口、供經(jīng)選擇分離的流體排出的分離流體排出口、 及供所述選擇分離后的殘余流體排出的殘余流體排出口 ；及分離模塊，可從所述殼體的一端收納，具有使所述混合流體沿軸方向通過的流路，且串接配置有使特定的流體成分成為與混合流體的流動(dòng)方向正交的錯(cuò)流而選擇性地分離的多個(gè)分離元件；
[0037]所述分離模塊具有:
[0038]第I連接夾具，具有使所述流路連通的開口，且為外徑大于所述分離元件的外徑的圓盤狀，且以將所述分離元件的外周面?zhèn)瓤臻g與所述分離元件間的空間隔離的方式，設(shè)在鄰接的分離元件之間；
[0039]第2連接夾具，具有使所述串接配置的多個(gè)分離元件的端面?zhèn)瓤臻g與所述流路連通的開口，且為外徑大于所述分離元件的外徑的圓盤狀，且以將所述端面?zhèn)瓤臻g與分離元件的外周面?zhèn)瓤臻g隔離的方式，設(shè)在所述串接配置的多個(gè)分離元件的兩端；及
[0040]連結(jié)夾具，連結(jié)所述第I連接夾具及第2連接夾具；所述選擇分離方法中，
[0041]利用所述分離元件，使特定的流體成分成為與混合流體的流動(dòng)方向正交的錯(cuò)流而選擇性地分離，
[0042]利用所述第I連接夾具，將所述經(jīng)選擇分離的流體與混合流體隔離，
[0043]利用所述第2連接夾具，將所述經(jīng)選擇分離的流體與混合流體隔離。
[0044](11)根據(jù)(10)所述的混合流體的選擇分離方法，所述混合流體的壓力為IMPaA~15MPaA。
[0045](發(fā)明的效果)
[0046]本發(fā)明實(shí)施方式的流體分離裝置可實(shí)現(xiàn)從殼體的一端收納或卸除串接配置有多個(gè)分離元件的分離模塊，而具有輕量化、使其維修容易的效果。由此，能大幅提高分離元件的更換作業(yè)或組裝流體分離裝置時(shí)的施工性。
【專利附圖】

【附圖說明】[0047]圖1是表示流體分離裝置的一例的立體圖。
[0048]圖2A是表示整件(monolith)形狀的分離元件的一例的圖。
[0049]圖2B是表示圓筒形狀的分離元件的一例的圖。
[0050]圖2C是表示貫通孔為矩形的分離元件的一例的圖。
[0051]圖2D是表示管(tubular)形的分離元件的一例的圖。
[0052]圖3是表示分離模塊對(duì)于殼體的收納或卸除的示意圖。
[0053]圖4是表示流體分離裝置的一例的截面圖。
[0054]圖5A是沿圖4的E-E線截面后沿箭頭方向觀察的截面說明圖。
[0055]圖5B是沿圖4的F-F線截面后沿箭頭方向觀察的截面說明圖。
[0056]圖6是表示具有3個(gè)分離元件的流體分離裝置的一例的截面圖。
[0057]圖7是表示第2連接夾具的第2例的截面圖。
[0058]圖8A是表示第2連接夾具的第3例的截面圖。
[0059]圖8B是表示固定構(gòu)件的一例的截面圖。
[0060]圖8C是表示殼體的第2例的截面圖。
[0061]圖9A是表示連結(jié)夾具的第2例的立體圖。
[0062]圖9B是表示連結(jié)夾具的第2例的截面圖。
[0063]圖10是表示具有并列配置地收納有多組(set)串接配置的多個(gè)分離元件的分離模塊的流體分離裝置的一例的截面圖。
[0064]圖11是表示將流體分離裝置應(yīng)用于天然氣田的一例的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0065]以下，參照?qǐng)D式對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0066]1.流體分離裝置
[0067]本實(shí)施方式的流體分離裝置從混合流體中選擇分離特定流體成分，包括:
[0068](A)殼體20，具有混合流體的引入口 21、供經(jīng)選擇分離的流體排出的分離流體排出口 28、及供所述選擇分離后的殘余流體排出的殘余流體排出口 22 ；
[0069](B)分離模塊10，可從所述殼體的一端收納，具有使所述混合流體沿軸方向通過的流路，串接配置有使特定的流體成分成為與混合流體的流動(dòng)方向正交的錯(cuò)流而選擇性地分離的多個(gè)分離元件2 ;
[0070]所述分離模塊具有:
[0071](BI)第I連接夾具7，具有使所述流路連通的開口，且為外徑大于所述分離元件2的外徑的圓盤狀，且以將所述分離元件2的外周面?zhèn)瓤臻g與所述分離元件2間的空間隔離的方式，設(shè)在鄰接的分離元件2之間；
[0072](B2)第2連接夾具8，具有使所述串接配置的多個(gè)分離元件2的端面?zhèn)瓤臻g與所述流路連通的開口，且為外徑大于所述分離元件2的外徑的圓盤狀，且以將所述端面?zhèn)瓤臻g與分離元件的外周面?zhèn)瓤臻g隔離的方式，設(shè)在所述串接配置的多個(gè)分離元件2的兩端；及
[0073](B3)連結(jié)夾具9，連結(jié)所述第I連接夾具7及第2連接夾具8。
[0074]此流體分離裝置更具有:[0075](B4)密封構(gòu)件S，通過與所述第2連接夾具8及所述殼體20的內(nèi)周面接觸，而將所述串接配置的多個(gè)分離元件的端面?zhèn)瓤臻g與分離元件2的外周面?zhèn)瓤臻g隔離。
[0076]圖1是表示流體分離裝置的一例的立體圖。圖1中，流體分離裝置I包括殼體20與分離模塊10，分別由波浪線及實(shí)線表示。
[0077]⑶分離模塊
[0078]分離模塊10可從殼體20的一端收納及取出。
[0079]分離模塊10中，鄰接的分離元件2之間設(shè)有第I連接夾具7，2臺(tái)連結(jié)的分離元件的兩端部分別設(shè)有第2連接夾具8。而且，通過將分離元件2夾在第I連接夾具7與第2連接夾具8之間、并利用連結(jié)夾具9將第I連接夾具7與第2連接夾具8連結(jié)，使多個(gè)分離元件2 —體構(gòu)成分離模塊10，從而并非作為分離元件2，而是作為分離模塊10進(jìn)行單體移動(dòng)、或傳輸。
[0080]分離模塊10中，從自殼體20的引入口流入的混合流體中，選擇分離可通過分離膜的流體，使所得的分離流體分離至其外周方向，且從分離流體排出口 28排出。而且，使分離出混合流體的一部分后剩余的流體即殘余流體從分離元件2的軸心方向排出。
[0081]分離元件2具有使混合流體沿軸方向通過的流路，且使特定的流體成分成為與混合流體的流動(dòng)方向正交的錯(cuò)流而選擇性地分離。分離模塊10中，分離元件2是串接配置。 [0082]本實(shí)施方式的分離元件并非將所供給的全部流體分離，而是使原料流體成為與膜面平行的流體而供給、且在與并行流正交的方向?qū)μ囟ǖ牧黧w成分進(jìn)行膜分離的錯(cuò)流方式，通過串接地連結(jié)配置，而使膜面積增加，從而提高分離能力。例如，具有以下所示的態(tài)樣。
[0083]圖2A是表示整件形狀的分離元件的一例的圖。所謂整件形狀是指如下形狀:整體包含具有多個(gè)細(xì)孔的圓柱狀的多孔質(zhì)體，具有沿成為流體的流路的軸方向設(shè)有多個(gè)貫通孔的基材、及形成在所述多個(gè)貫通孔的內(nèi)壁且平均細(xì)孔徑小于基材的多孔質(zhì)膜。圖2A所示的分離元件2包含圓柱狀的多孔質(zhì)體，包括:基材，具有成為混合流體的流路的多個(gè)貫通孔3 ;及分離膜，呈薄膜狀地形成為多孔質(zhì)，設(shè)在多個(gè)貫通孔3的內(nèi)壁及/或柱狀的多孔質(zhì)體的外周面，平均細(xì)孔徑小于基材，可供混合流體的一部分通過。通過貫通孔的混合流體中的、可從分離膜透過的特定的流體成分，通過分離膜后成為分離流體而向徑方向排出。
[0084]圖2B是表示圓筒形狀的分離元件的一例的圖。如圖2B所示，成為流體的流路的貫通孔3也可為I個(gè)。
[0085]圖2C表示貫通孔為矩形的分離元件的一例。圖2C所示的分離元件中，貫通孔3形狀為矩形。而且，也可通過將圖2C所示的貫通孔3的端面的一部分密封，使流體能在端部側(cè)通過在端部鄰接的貫通孔，而加長(zhǎng)流體路徑。
[0086]圖2D表示管形分離元件的一例。管形是指，利用捆扎帶(bundle)等將多根管體3a捆束,將一或兩端固定。管體3a自身成為具分離功能的基材。
[0087]構(gòu)成分離膜的多孔質(zhì)體的平均細(xì)孔徑或構(gòu)成基材的多孔質(zhì)體的平均細(xì)孔徑可根據(jù)所要求的分離性能(應(yīng)透過的物質(zhì)或應(yīng)捕集的物質(zhì)的粒徑)或流體透過量(處理量)而適當(dāng)設(shè)計(jì)。一般構(gòu)成分離膜的多孔質(zhì)體的平均細(xì)孔徑約0.1nm~1.0 μ m，構(gòu)成基材的多孔質(zhì)體的平均細(xì)孔徑約I~幾百ym。
[0088]關(guān)于分離元件2的基材及構(gòu)成分離膜的無機(jī)材料，只要為能形成所述的多孔質(zhì)體構(gòu)造的材料，則無特別限制，例如可為沸石、氧化鋯、α -氧化鋁、Y-氧化鋁、二氧化硅、堇青石、莫來石(mullite)、氧化鈦、熔融二氧化硅、碳化硅、氮化硅、鈦酸鋁、硅酸鋰鋁等。而且，分離元件2也可為碳制的。
[0089]作為二氧化碳(以下記作C02)分離用的分離膜，例如有沸石膜。所謂沸石膜是利用以DDR(DeCa-D0deCasil3R)型沸石為代表的結(jié)晶構(gòu)造中的細(xì)孔進(jìn)行氣體分離的膜。適宜用作C02分離膜的DDR型沸石的主要成分為二氧化硅(SiO2)，且由含有包含8員氧環(huán)的細(xì)孔的多面體形成。DDR型沸石的細(xì)孔徑小，為4.4X3.6埃(Angstrom),因此,能選擇性地分
離 CO2。
[0090]通過使用CO2分離用的分離膜，例如能從包含甲烷與CO2的混合流體中選擇分離CO2。
[0091]而且，氫分離用的分離膜例如有氫選擇透過性金屬膜，其是指利用了氫選擇透過性金屬(例如，鈀(Pd)或鈀合金)溶解氫的性質(zhì)的膜。
[0092]2.分離模塊對(duì)于殼體的收納或卸除方法
[0093]圖3是表示分離模塊對(duì)于殼體的收納或卸除的示意圖。分離模塊10是以可收納于殼體20的筒狀本體26的內(nèi)徑的尺寸構(gòu)成，因此，如箭頭100所示，能通過從殼體的一端向下方壓入而收納分離模塊10、或通過從殼體的一端向上方拉出而取出分離模塊10。另外，圖3中，表示為分離模塊10是在上下方向上收納或卸除，但當(dāng)流體分離裝置I橫置時(shí)，分離模塊10是在水平方向上收納或卸除。
[0094]對(duì)于已取出的分 離模塊10，可當(dāng)場(chǎng)卸除連結(jié)夾具9而更換分離元件2，也可將分離模塊10帶入其他作業(yè)場(chǎng)所進(jìn)行精密檢查后對(duì)必要的部分進(jìn)行修復(fù)或更換。
[0095]這樣，在殼體20內(nèi)，可從一端進(jìn)行分離模塊10的收納及卸除。因此，與專利文獻(xiàn)2中揭示的針對(duì)每個(gè)分離元件卸除法蘭的分離裝置相比，能大幅提高分離元件的更換作業(yè)或組裝流體分離裝置時(shí)的施工性。
[0096]圖4是表示流體分離裝置的一例的截面圖。圖4中，更詳細(xì)地說明構(gòu)成流體分離裝置的各構(gòu)成要素。作為分離對(duì)象的流體可為氣體、液體、及超臨界狀態(tài)的流體中的任一種。
[0097]⑷殼體
[0098]殼體20具有混合流體的引入口 21、供所述經(jīng)選擇分離的流體排出的分離流體排出口 28、及供所述選擇分離后的殘余流體排出的殘余流體排出口 22。
[0099]殼體20的構(gòu)成也可包含入口側(cè)蓋構(gòu)件24、出口側(cè)蓋構(gòu)件25及設(shè)在這兩者間的筒狀本體26。此時(shí)，在入口側(cè)蓋構(gòu)件24與筒狀本體26的一端側(cè)形成法蘭部Fl，使用氣閘(gasgate)或O形環(huán)等密封構(gòu)件以密封狀態(tài)連接，在出口側(cè)蓋構(gòu)件25與筒狀本體26的另一端側(cè)也形成法蘭部F2，與法蘭部Fl同樣以密封狀態(tài)連接。流體分離裝置I的殼體20上，除此以外無法蘭部。
[0100]作為殼體材料，可考慮處理?xiàng)l件或流體的腐蝕性等而根據(jù)用途適當(dāng)選擇，如不銹鋼等。另外，圖1僅繪示出筒狀本體26。而且，雖然在以下所示的圖中分離流體排出口 28配置在位于殘余流體出口附近的分離元件的旁側(cè)，但分離流體排出口 28也可對(duì)應(yīng)于各分離元件的位置而設(shè)在殼體20上。
[0101]而且，殼體可以能保持壓力為IMPaA~15MPaA的流體的壁厚構(gòu)成。
[0102]例如，當(dāng)利用提高原油采收率(Enhanced Oil Recovery, E0R)技術(shù)從由油井獲得的原油伴生氣體中分離CO2時(shí)，在進(jìn)行原油、與氣體的減壓分離等的情況下，氣體壓力低。為了降低氣體體積流量、減小膜面積，將氣體流體升壓至超過IMpaA的壓力，而利用流體分離裝置I進(jìn)行處理。
[0103]當(dāng)從由氣體田放出的天然氣體中分離CO2，獲得富甲烷的氣體而作為殘余流體時(shí)，天然氣體的壓力極高，設(shè)計(jì)壓力有時(shí)也達(dá)到15MPaA。因此，流體分離裝置I需要高耐壓性。例如，根據(jù)“管Flamges和法蘭式配件(Pipe Flamges and Flanged Fittings)(美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)(American Society of Mechanical Engineers, ASME)B16.2-2009) ”,EOR處理案例中，設(shè)計(jì)壓力也可為IMpaA，因此，法蘭的最小厚度為31.8mm(設(shè)計(jì)溫度范圍“_29°C?100°C”，殼體20的內(nèi)徑為12英寸(150級(jí)(class))，但在天然氣體處理案例中，設(shè)計(jì)壓力有時(shí)也達(dá)到15MPaA(同尺寸)，因此，法蘭最小厚度為123.9mm。
[0104]這樣，如果流體的壓力變高，則法蘭F1、F2的厚度變厚。因此，如果殼體中央有重且厚的法蘭，則流體分離裝置的重量會(huì)增加，使維修變得困難。與此相對(duì)，本實(shí)施方式的殼體的中間部無法蘭，因此維修變得容易。
[0105](BI)第I連接夾具
[0106]第I連接夾具7具有使分離元件2的流路連通的開口，且為外徑大于分離元件的外徑的圓盤狀，且以將分離元件2的外周面?zhèn)瓤臻g與分離元件2間的空間隔離的方式，設(shè)在鄰接的分離元件2之間。
[0107]第I連接夾具7在殼體20內(nèi)是以可密封地串接連接分離元件2的方式設(shè)置，在所述第I連接夾具7與分離元件的連接部夾著后述的密封構(gòu)件S。第I連接夾具7的構(gòu)成為:外徑小于殼體20的內(nèi)徑且大于分離元件2的外徑，而且，內(nèi)徑小于分離元件2的外徑。
[0108]關(guān)于第I連接夾具7的形狀，只要能實(shí)現(xiàn)所需的功能，則無特別限定。如圖5A所示，為內(nèi)部具開口的環(huán)狀構(gòu)件；如圖4所示，第I連接夾具7的構(gòu)成的一例的垂直截面大致呈凸?fàn)?。使分離元件連通的開口也可有多個(gè)。
[0109]圖5A是沿圖4的E-E線截面后沿箭頭方向觀察的截面說明圖。第I連接夾具7的圖4所示的垂直截面為凸?fàn)?，但如圖5A所示，水平截面為具有開口的圓盤狀。第I連接夾具7的外徑小于殼體20的內(nèi)徑，因此，在殼體20與第I連接夾具7之間存在可供分離流體通過的間隙13。第I連接夾具7具有用于使分離元件連通的開口 14。
[0110]圖5B是沿圖4的F-F線截面后沿箭頭方向觀察的截面說明圖。在第I連接夾具7與分離元件2之間夾著密封構(gòu)件S，阻隔流體的通過，因此，能防止流經(jīng)分離元件2的貫通孔的流體泄露至分離元件外周面?zhèn)瓤臻g。
[0111](B2)第2連接夾具
[0112]第2連接夾具具有使串接配置的多個(gè)分離元件2的端面?zhèn)瓤臻g與分離元件2的流路連通的開口，且為外徑大于分離元件2的外徑的圓盤狀，且以將端面?zhèn)瓤臻g與分離元件的外周面?zhèn)瓤臻g隔離的方式，設(shè)在串接配置的多個(gè)分離元件2的兩端。
[0113]使端面?zhèn)瓤臻g與分離元件的流路連通的開口也可有多個(gè)。如圖4所示，在第2連接夾具8與分離元件及殼體的連接部夾著后述的密封構(gòu)件S。第2連接夾具8用在已連結(jié)的分離元件2的端部，如圖4所示，垂直截面大致呈L字狀。另外，第2連接夾具的水平截面未圖示，但與第I連接夾具7相同，水平截面成為具有開口的圓盤狀。
[0114]設(shè)在串接配置的多個(gè)分離元件2的兩端部的第2連接夾具8可具有相同形狀，也可分別具有不同的形狀。本實(shí)施例中，如圖1、4、5所示，為相同的形狀。而且，圖4所示的第2連接夾具8的構(gòu)成為，未直接固定在法蘭部Fl或F2，而是由密封構(gòu)件S間接地連接于筒狀本體26。
[0115](B4)密封構(gòu)件
[0116]密封構(gòu)件S具有如下密封構(gòu)件:該密封構(gòu)件通過與所述第2連接夾具及所述殼體的內(nèi)周面接觸，而將所述串接配置的多個(gè)分離元件的端面?zhèn)瓤臻g與分離元件的外周面?zhèn)瓤臻g隔離。
[0117]為了能將分離模塊10收納于殼體20內(nèi)或從殼體20卸除，不對(duì)殼體與第2連接夾具8進(jìn)行法蘭固定，而是利用密封構(gòu)件S將兩者密接。
[0118]密封構(gòu)件S設(shè)在分離元件的外周面與第I連接夾具的內(nèi)周面之間、第2連接夾具的外周面與筒狀本體的內(nèi)側(cè)側(cè)壁之間，由此，能防止流經(jīng)分離元件的貫通孔的流體泄露至分離元件外周面?zhèn)瓤臻gB，通過將空間B與分離元件的端面空間C隔離，防止流體的漏出，由此，能高效地分離特定的流體成分。密封構(gòu)件S的形狀或材質(zhì)等并無特別限定，可將橡膠、娃樹脂等彈性材料加工成O形環(huán)或片狀的襯墊(packing)或氣閘等適當(dāng)形狀而使用。
[0119]優(yōu)選的是，使密封構(gòu)件S由第I連接夾具7或第2連接夾具8與筒狀本體26的內(nèi)周面夾著而進(jìn)行加壓，且壓接于構(gòu)件7或構(gòu)件8及筒狀本體26的內(nèi)周面。使密封構(gòu)件S由構(gòu)件7或構(gòu)件8與筒狀本體26夾著而進(jìn)行加壓，由此，提高密封構(gòu)件S與內(nèi)周面的密接性及密封構(gòu)件S與構(gòu)件7或構(gòu)件8的密接性，從而將流體的漏出量抑制為極其微量。
[0120](B3)連結(jié)夾具
[0121]連結(jié)夾具連結(jié)第I連接夾具及第2連接夾具。連結(jié)夾具例如呈軸方向長(zhǎng)度可調(diào)整的棒狀且為緊固部由螺帽構(gòu)成的桿。
[0122]連結(jié)夾具9為可自如裝卸地與鄰接的第I連接夾具7及第2連接夾具8連結(jié)的夾具，可為板狀也可為棒狀，可為不銹鋼等金屬，也可為強(qiáng)度大的高分子材料。圖3中，為可利用抒有螺釘?shù)陌魻顦?gòu)件與螺母進(jìn)行緊固固定的桿和定距管(rod and spacer)。如果將2個(gè)第2連接夾具8利用貫通第I連接夾具7的桿進(jìn)行固定，則對(duì)于I個(gè)桿的旋轉(zhuǎn)，需在2處進(jìn)行螺釘固定，因此安裝變得困難。因此，可利用螺釘固定第2連接夾具8，利用螺母將第I連接夾具7緊固。
[0123]另外，該連結(jié)夾具9也可并非僅在鄰接的連接夾具之間，而是根據(jù)連結(jié)的分離元件2的數(shù)量而設(shè)為2根分離元件以上的長(zhǎng)度。
[0124]這樣，通過由桿構(gòu)成連結(jié)夾具9，即使分離元件的軸方向的長(zhǎng)度變化，也能通過調(diào)整桿的長(zhǎng)度，來容易地將分離元件固定在分離模塊內(nèi)。
[0125]優(yōu)選的是，連結(jié)夾具9是均等地配置，如圖5A所示，第I連接夾具7可配置8個(gè)連結(jié)夾具9 (桿)。例如，以0°為起點(diǎn)以90度的間隔將4根連結(jié)夾具9配置在混合流體方向偵牝以45°為起點(diǎn)將另外的4根連結(jié)夾具9配置在殘余流體側(cè)，由此，能以在軸方向上不連續(xù)地設(shè)置的方式配置。第I連接夾具7中，利用螺栓將連結(jié)夾具9緊固。
[0126]通過以所述方式構(gòu)成，就流體分離裝置I而言，當(dāng)在殼體20內(nèi)配置多個(gè)分離元件時(shí)，與針對(duì)每個(gè)分離元件設(shè)有法蘭的現(xiàn)有的流體分離裝置(參照專利文獻(xiàn)2)相比，能在不會(huì)減少單位設(shè)置面積的分離處理能力的情況下減輕每一臺(tái)分離元件的重量，提高流體分離裝置設(shè)置時(shí)的操作性。而且，當(dāng)分離元件2產(chǎn)生不良狀況時(shí)，流體分離裝置I的分解可通過卸除殼體20的蓋構(gòu)件而將多個(gè)分離元件一體地取出來進(jìn)行，能確認(rèn)每個(gè)分離元件的狀態(tài)，也能提高更換作業(yè)等維修時(shí)的施工性。
[0127]3.流體分離裝置的變形例
[0128]圖6是表示具有3個(gè)分離元件的流體分離裝置的截面圖。如圖6所示，分離元件2也可為2個(gè)以上。這時(shí)，鄰接的分離元件為3個(gè)，設(shè)在鄰接的分離元件間的第I連接夾具7為2個(gè)。
[0129]圖7為表示第2連接夾具的第2例的截面圖。
[0130]所述第2連接夾具的一者可為外徑大于殼體的內(nèi)徑且能利用所述法蘭一體地固定的連接夾具，另一者可為外徑小于殼體的內(nèi)徑的連接夾具。
[0131]設(shè)在分離模塊10的拔出側(cè)的第2連接夾具也可為如圖7所示的8A的構(gòu)造。第2連接夾具8A固定在法蘭Fl上，減少了圖4所示的第2連接夾具8中的必要的與殼體內(nèi)周面的密封部位，因此能降低流體的漏出風(fēng)險(xiǎn)。
[0132]而且，當(dāng)應(yīng)用第2連接夾具8A時(shí)，殘余流體側(cè)的第2連接夾具也可為圖4中所示的第2連接夾具8，因具有小于殼體內(nèi)徑的外徑，所以能從殼體的一端進(jìn)行分離模塊10的收納或卸除。
[0133]圖8A是表示第2連接夾具的第3例的截面圖。圖8A所示的第2連接夾具8B的構(gòu)成為:經(jīng)由密封構(gòu)件S而間接地連接于一體地固定在法蘭部F2的固定構(gòu)件9。固定構(gòu)件9的內(nèi)徑小于殼體的筒狀本體26。因此，當(dāng)分離模塊10從混合流體的入口側(cè)插入時(shí)，設(shè)在第2連接夾具8B的外周面的密封構(gòu)件S能不與筒狀本體26內(nèi)面接觸地與固定構(gòu)件9密接。
[0134]圖8B是表示固定構(gòu)件的一例的截面圖。圖8B所示的固定構(gòu)件9夾在入口側(cè)蓋構(gòu)件24或出口側(cè)蓋構(gòu)件25與筒狀本體26之間，為具有開口的圓盤狀，且在開口內(nèi)具有突起部15A，該突起部15A是從殼體20的內(nèi)徑位置起向中心方向突起且與第2連接夾具8接觸。當(dāng)從殼體20的一方收納分離模塊10時(shí)，分離模塊的位于收納方向的端部抵接于該突起部15A，由此限制分離模塊10的收納移動(dòng)，而能將分離模塊10固定配置在殼體20內(nèi)的適當(dāng)位置。而且，如圖8A所示，也可使固定構(gòu)件9的內(nèi)徑小于殼體的筒狀本體26，而使密封構(gòu)件S不與筒狀本體26內(nèi)面接觸地與固定構(gòu)件9密接。
[0135]圖8C是表示殼體的第2例的截面圖。在殼體20的末端部，與圖8B的固定構(gòu)件9同樣地形成有向中心方向突起的突起部15B，由此，當(dāng)收納分離模塊時(shí)，可將分離模塊10固定配置在殼體20內(nèi)的適當(dāng)位置。
[0136]圖9A是表示連結(jié)夾具的第2例的立體圖，圖9B是表示連結(jié)夾具的第2例的截面圖。圖9A所示的連結(jié)夾具9A為筒狀，具有供分離流體通過的開口 12，且利用螺帽等緊固構(gòu)件11固定在第I連接夾具7、第2連接夾具8上，由此，使第I連接夾具7、第2連接夾具8一體成型。通過使連結(jié)夾具成為筒狀，能提高保持強(qiáng)度。
[0137]圖10是表示包括并列配置地收納有多組串接配置的多個(gè)分離元件的分離模塊的流體分離裝置的一例的截面圖。圖10所示的流體分離裝置IA中，并列配置有多組串接配置的多個(gè)分離元件，不僅能提高所需的分離處理能力，而且能提高處理流量。這樣，當(dāng)處理流量大時(shí)，能減少并列配置的流體分離裝置的數(shù)量。另外，圖10所示的第I連接夾具7C與第2連接夾具8C是在圖4所示的第I連接夾具7與第2連接夾具8的基礎(chǔ)上分別對(duì)應(yīng)于分離元件組件的數(shù)量增加開口而成。通過將分離元件組件夾在第I連接夾具7與第2連接夾具8之間、并利用連結(jié)夾具9連結(jié)第I連接夾具7與第2連接夾具8，能將多個(gè)分離元件組件一體地構(gòu)成為分離模塊10。另外，第I連接夾具7C與第2連接夾具SC也可應(yīng)用圖7?8C所示的變形例。
[0138]4.流體分離裝置的應(yīng)用例
[0139]圖11是表示將流體分離裝置應(yīng)用于天然氣田的一例的圖。流體分離裝置I配置在去除凝析油(condensate)、水、雜質(zhì)等的預(yù)處理設(shè)備的后段,分離C02。分離CO2后的氣體可用作液化天然氣(Liquefied Natural Gas, LNG)廠的原料氣體、或直接用作城市煤氣等。目前，發(fā)現(xiàn)多個(gè)含有大量CO2的天然氣田，富CO2的氣體田的利用受到關(guān)注，但當(dāng)進(jìn)行CO2分離時(shí)，與現(xiàn)有利用胺溶劑等的CO2的吸收分離法相比，膜分離具有原始成本、胺的補(bǔ)給(makeup)等中所需運(yùn)作成本下降且結(jié)構(gòu)(plot)小型化等效果。
[0140]以上說明的實(shí)施方式僅作為典型例而列舉，熟悉該領(lǐng)域的技術(shù)人員可了解上述各實(shí)施方式的構(gòu)成要素的組合、變形及變更(variations)，且所述技術(shù)人員了解，可在不脫離本發(fā)明的原理及權(quán)利要求中所述的發(fā)明的范圍的情況下進(jìn)行上述實(shí)施方式的各種變形。
【權(quán)利要求】
1.一種流體分離裝置，從混合流體中選擇分離特定的流體成分，特征在于包括: 殼體，具有所述混合流體的引入口、供經(jīng)選擇分離的流體排出的分離流體排出口、及供所述選擇分離后的殘余流體排出的殘余流體排出口 ；及 分離模塊，可從所述殼體的一端收納，具有使所述混合流體沿軸方向通過的流路，且串接配置有使特定的流體成分成為與所述混合流體的流動(dòng)方向正交的錯(cuò)流而選擇性地分離的多個(gè)分離元件； 所述分離模塊具有: 第I連接夾具，具有使所述流路連通的開口，且為外徑大于所述分離元件的外徑的圓盤狀，且以將所述分離元件的外周面?zhèn)瓤臻g與所述分離元件間的空間隔離的方式，設(shè)在鄰接的所述分離元件之間； 第2連接夾具，具有使所述串接配置的多個(gè)分離元件的端面?zhèn)瓤臻g與所述流路連通的開口，且為外徑大于所述分離元件的外徑的圓盤狀，且以將所述端面?zhèn)瓤臻g與所述分離元件的外周面?zhèn)瓤臻g隔離的方式，設(shè)在所述串接配置的多個(gè)分離元件的兩端；及連結(jié)夾具，連結(jié)所述第I連接夾具及所述第2連接夾具。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體分離裝置，其特征在于: 更包括密封構(gòu)件，通過與所述第2連接夾具及所述殼體的內(nèi)周面接觸，而將所述串接配置的多個(gè)分離元件的 端面?zhèn)瓤臻g與所述分離元件的外周面?zhèn)瓤臻g隔離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的流體分離裝置，其特征在于: 所述殼體具有設(shè)有所述引入口的入口側(cè)蓋構(gòu)件、設(shè)有所述殘余流體排出口的出口側(cè)蓋構(gòu)件、及設(shè)有所述分離流體排出口且儲(chǔ)存所述分離模塊的筒狀本體，所述入口側(cè)蓋構(gòu)件及所述出口側(cè)蓋構(gòu)件中的至少一個(gè)與所述筒狀本體之間可利用法蘭而呈密封狀態(tài)地連接， 更包括固定構(gòu)件，夾在所述入口側(cè)蓋構(gòu)件或出口側(cè)蓋構(gòu)件與所述筒狀本體之間，為具有開口的圓盤狀，且在所述開口內(nèi)具有突起部，所述突起部是從所述殼體的內(nèi)徑起向中心方向突起且與所述第2連接夾具接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的流體分離裝置，其特征在于: 所述殼體具有設(shè)有所述引入口的入口側(cè)蓋構(gòu)件、設(shè)有所述殘余流體排出口的出口側(cè)蓋構(gòu)件、及設(shè)有所述分離流體排出口且儲(chǔ)存所述分離模塊的筒狀本體，所述入口側(cè)蓋構(gòu)件及所述出口側(cè)蓋構(gòu)件中的至少一個(gè)與所述筒狀本體之間可利用法蘭而呈密封狀態(tài)地連接，所述第2連接夾具是以可在卸除所述入口側(cè)蓋構(gòu)件或所述出口側(cè)蓋構(gòu)件之后進(jìn)行裝卸的方式，設(shè)在所述筒狀本體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的流體分離裝置，其特征在于:所述殼體是以能保持壓力為IMPaA~15MPaA的流體的壁厚而構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的流體分離裝置，其特征在于:所述第2連接夾具的一者的外徑大于所述殼體的內(nèi)徑而可利用所述法蘭固定為一體，另一者的外徑小于所述殼體的內(nèi)徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的流體分離裝置，其特征在于:所述連結(jié)夾具呈軸方向長(zhǎng)度可調(diào)整的棒狀且為緊固部由螺帽構(gòu)成的桿。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的流體分離裝置，其特征在于:所述連結(jié)夾具為筒狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的流體分離裝置，其特征在于:所述分離模塊中并列配置地收納有多組所述串接配置的多個(gè)分離元件。
10.一種混合流體的選擇分離方法，使用從混合流體中選擇分離特定的流體成分的流體分離裝置，且特征在于: 所述流體分離裝置包括:殼體，具有所述混合流體的引入口、供經(jīng)選擇分離的流體排出的分離流體排出口、及供所述選擇分離后的殘余流體排出的殘余流體排出口 ；及分離模塊，可從所述殼體的一端收納，具有使所述混合流體沿軸方向通過的流路，且串接配置有使特定的流體成分成為與所述混合流體的流動(dòng)方向正交的錯(cuò)流而選擇性地分離的多個(gè)分離元件； 所述分離模塊具有: 第I連接夾具，具有使所述流路連通的開口，且為外徑大于所述分離元件的外徑的圓盤狀，且以將所述分離元件的外周面?zhèn)瓤臻g與所述分離元件間的空間隔離的方式，設(shè)在鄰接的所述分離元件之間； 第2連接夾具，具有使所述串接配置的多個(gè)分離元件的端面?zhèn)瓤臻g與所述流路連通的開口，且為外徑大于所述分離元件的外徑的圓盤狀，且以將所述端面?zhèn)瓤臻g與所述分離元件的外周面?zhèn)瓤臻g隔離的方式，設(shè)在所述串接配置的多個(gè)分離元件的兩端；及 連結(jié)夾具，連結(jié)所述第I連接夾具及所述第2連接夾具；所述選擇分離方法中， 利用所述分離元件，使所述特定的流體成分成為與所述混合流體的流動(dòng)方向正交的錯(cuò)流而選擇性地分離， 利用所述第I連接夾具將所述經(jīng)選擇分離的流體與所述混合流體隔離， 利用所述第2連接夾具將所述經(jīng)選擇分離的流體與所述混合流體隔離。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的混合流體的選擇分離方法，其特征在于:所述混合流體的壓力為IMPaA~15MPaA。
【文檔編號(hào)】B01D63/00GK104023827SQ201180074393
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月28日
【發(fā)明者】小黒秀一, 山田伸広, 藤村靖 申請(qǐng)人:日揮株式會(huì)社