專利名稱：表面聚結(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域涉及用于聚結(jié)兩相混合物的聚結(jié)器、聚結(jié)元件、聚結(jié)系統(tǒng)、聚結(jié)方法和聚結(jié)介質(zhì)，兩相即連續(xù)相和分散相。特別地，所述領(lǐng)域涉及為了從混合物收集和除去分散相而用于聚結(jié)分散相的液滴的聚結(jié)器、聚結(jié)元件、聚結(jié)系統(tǒng)、聚結(jié)方法和聚結(jié)介質(zhì)。
背景技術(shù)：
聚結(jié)器被廣泛用于從氣態(tài)或液態(tài)連續(xù)相除去不混溶的小液滴，如在曲軸箱通風(fēng)過濾(CV)、燃料水分離(FWS)、和油-水分離中。現(xiàn)有技術(shù)的聚結(jié)器的設(shè)計(jì)結(jié)合了通過利用分級(jí)捕獲(即，減小聚結(jié)介質(zhì)中的纖維直徑，孔徑和/或孔隙率)或通過利用厚深聚結(jié)器提高小液滴捕獲和聚結(jié)的原理。潤濕性也被認(rèn)為是影響聚結(jié)器的性能(例如，見第6，767，459號(hào)美國專利和第2007-0131235號(hào)、第2007-0062887號(hào)美國公布的專利申請(qǐng))。第5，443，724 號(hào)美國專利披露，介質(zhì)應(yīng)該具有比水大的表面能量以提高聚結(jié)器性能(即介質(zhì)應(yīng)優(yōu)先地被聚結(jié)的小液滴和連續(xù)相兩者潤濕)。第4，081，373號(hào)美國專利號(hào)披露，為了從燃料中除去水，聚結(jié)介質(zhì)應(yīng)該是疏水的。第2006-0242933號(hào)美國公布的專利申請(qǐng)披露一種油-霧聚結(jié)器，該油-霧聚結(jié)器中過濾介質(zhì)是疏油的，從而使流動(dòng)的霧聚結(jié)成小液滴，并且從過濾介質(zhì)排出。關(guān)于從燃料中除去水，有需要提高除去效率和除去比過去更小的小液滴，以保護(hù)高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)。這種挑戰(zhàn)通過引入具有比過去的燃料更低的界面張力和與過去的燃料不同的復(fù)合添加劑的新燃料被進(jìn)一步放大。在具有更低界面張力的燃料中，分散液滴的大小減小使液滴更難以除去。因此，增強(qiáng)的聚結(jié)需要迎接這些挑戰(zhàn)。包括改進(jìn)的聚結(jié)介質(zhì)的改進(jìn)的聚結(jié)器也是可取的，因?yàn)殍b于提高的聚結(jié)效率，它們?cè)试S使用更小的介質(zhì)包。在具有更低界面張力的燃料中，液滴的大小是減小的，使液滴更難以除去。在燃料的例子中，高壓共軌(HPCR)的應(yīng)用，基本上所有的非溶解的水應(yīng)該從超低硫柴油(ULSD)的燃料和生物柴油被除去。這些燃料趨于具有比以往的柴油燃料更低的界面張力，從而具有比以往的柴油燃料更小的滴尺寸和更穩(wěn)定的乳液。此外，液滴之間的聚結(jié)速率可由于表面活性劑的存在而降低。傳統(tǒng)的FWS傾向于單階段設(shè)備，單級(jí)設(shè)備中介質(zhì)相對(duì)于分散相是厭性的，并且擔(dān)任分散相的屏障。傳統(tǒng)的FWS傾向于不對(duì)HPCR系統(tǒng)進(jìn)行足夠的去除，由于它們被設(shè)計(jì)用于具有高界面張力燃料的燃料泵的上游，因此，它們的孔徑傾向于太大以致不能有效地捕獲小的液滴。而且，即使當(dāng)平均孔徑足夠小的時(shí)候，F(xiàn)WS介質(zhì)通常擁有最大孔徑，最大孔徑足夠過量的水通過這些大的孔。傳統(tǒng)的兩階段燃料-水聚結(jié)器(FWC)被設(shè)計(jì)為用于燃料泵的下游并且傾向于用于燃料的兩階段設(shè)備，在所述燃料中第一階段捕獲液滴，保持它們因而聚結(jié)可以發(fā)生，然后釋放變大的液滴，所述變大的液滴通過沉積/沉降除去，通常被第二分離器階段(第二分離器階段作為FWS)封鎖。傳統(tǒng)的二階段FffC傾向于提供比FWS更高的除去效率，但是由于固體或準(zhǔn)固體的堵塞，也傾向于不具備足夠的壽命。在不同程度上，F(xiàn)WS和FWC都受表面活性劑的存在的不良影響，表面活性劑降低了界面張力、減小了液滴大小、減慢了聚結(jié)率、穩(wěn)定了乳液，并且可能吸附于介質(zhì)，并使其不那么有效。因此，需要一種高效率、低壓降燃料水聚結(jié)器，該聚結(jié)器最小程度地受到低界面張力與表面活性劑的存在的影響。作為CV的應(yīng)用，為了保護(hù)在封閉的CV應(yīng)用中的渦輪增壓器，并且為了保護(hù)在開放的CV應(yīng)用中的環(huán)境，需要近100%的油霧除去效率。更高的效率、低的壓降和更長的壽命被尋求。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，介質(zhì)應(yīng)該防堵塞，亞微米的小液滴需要被除去，并且油需要從介質(zhì)迅速排出。

發(fā)明內(nèi)容
所披露的是用于聚結(jié)兩不混溶相混合物的聚結(jié)介質(zhì)、聚結(jié)器、聚結(jié)元件、聚結(jié)系統(tǒng)以及聚結(jié)方法，兩不混溶相即連續(xù)相和分散相。所披露的聚結(jié)器、元件、系統(tǒng)和方法可被利用以從混合物除去或收集分散相，并可包含單層或多層的介質(zhì)材料，或由單層或多層的介質(zhì)材料組成。所披露的聚結(jié)介質(zhì)、聚結(jié)器、元件、系統(tǒng)和方法被設(shè)定用于從分散相和連續(xù)相的混合物捕獲分散相的小液滴。在所述聚結(jié)器、元件、系統(tǒng)和方法中，所述混合物穿過一個(gè)或多個(gè)聚結(jié)介質(zhì)層，從上游向下游移動(dòng)。當(dāng)混合物經(jīng)過介質(zhì)時(shí)，分散相的小液滴聚結(jié)并且在介質(zhì)的上游表面生長至足夠的尺寸，籍此它們被釋放、排出或收集。聚結(jié)介質(zhì)可能包括單層介質(zhì)材料，單層介質(zhì)材料相對(duì)連續(xù)相中的分散相是不可潤濕的，并且可選擇地包括附加的介質(zhì)材料層。所披露的聚結(jié)器、元件、系統(tǒng)和方法可以被用于聚結(jié)任何合適的包括連續(xù)相和分散相的混合物。通常，連續(xù)相和分散相是不混溶的液體。例如，所披露的系統(tǒng)和方法可以被設(shè)定用于或利用于聚結(jié)分散在烴類液體中的水(例如，烴類燃料、柴油燃料、生物柴油燃料、潤滑油、液壓油或傳輸油)。在其他具體實(shí)施方式
中，連續(xù)相是水，并且分散相是烴類液體。在另一方面的具體實(shí)施方式
中，連續(xù)相是氣體，并且分散相是液體。所述聚結(jié)介質(zhì)可包括相對(duì)于連續(xù)相中的分散相是不可潤濕的單層介質(zhì)材料，以便利在介質(zhì)材料上游表面的分散相的聚結(jié)。優(yōu)選地，介質(zhì)材料的上游表面(或面)是相對(duì)光滑的(例如，使表面受到碾壓)以便利分散相的聚結(jié)液滴的排出。所述單層有平均孔徑M，它通過氣孔計(jì)測定。通常，單層的平均孔徑小于混合物的分散相的平均小液滴尺寸。單層的平均孔徑可以有優(yōu)選尺寸。在某些具體實(shí)施方式
中，0. 2 μ M彡M彡12. 0 μ M(優(yōu)選地2. 0 μ M彡M彡10. 0 μ M，或更優(yōu)選地4. 0 μ M彡M彡8. 0 μ M)。單層進(jìn)一步還具有最大孔徑Μμ。優(yōu)選地，單層有最大孔徑Μμ，并且1 < Μμ/Μ < 3，或更優(yōu)選地，1彡Μμ/Μ彡2。介質(zhì)材料的單層有毛細(xì)管壓力P。所述層的毛細(xì)管壓力可被定義為
權(quán)利要求
1.一種聚結(jié)器，包含用于聚結(jié)兩相混合物的聚結(jié)介質(zhì)，所述兩相即包含烴類液體的連續(xù)相和包含水的分散相；所述混合物從上游到下游流動(dòng)通過所述介質(zhì)；所述介質(zhì)包含用于過濾所述混合物的介質(zhì)材料層；所述介質(zhì)材料具有平均孔徑M，其中，所述分散相包含具有大于所述平均孔徑的平均顆粒尺寸的水的小液滴，所述介質(zhì)材料相對(duì)所述分散相是相對(duì)不可潤濕的；所述聚結(jié)器設(shè)定為，當(dāng)所述混合物在所述聚結(jié)器中從上游到下游流動(dòng)時(shí)過濾所述混合物，捕獲在所述介質(zhì)材料的上游面的所述分散相的小液滴，以及聚結(jié)地使所述小液滴生長成較大的液滴，所述的較大的液滴進(jìn)一步聚結(jié)和生長到足夠的尺寸，通過這樣它們從所述上游面排出，并從所述聚結(jié)器釋放。
2.如權(quán)利要求I所述的聚結(jié)器，其中，O.2μπι< MS 12. Oym0
3.如權(quán)利要求I所述的聚結(jié)器，其中，所述介質(zhì)材料有最大孔徑Μμ，并且I< Μμ/Μ < 3。
4.如權(quán)利要求I所述的聚結(jié)器，其中，所述介質(zhì)材料包含具有在O.07 μ m至3 μ m之間的平均直徑的纖維。
5.如權(quán)利要求4所述的聚結(jié)器，其中，所述纖維包含聚酯材料。
6.如權(quán)利要求4所述的聚結(jié)器，其中，所述介質(zhì)材料進(jìn)一步包含平均直徑大于10μ m的粗纖維。
7.如權(quán)利要求6所述的聚結(jié)器，其中，所述粗纖維包含疏水聚合物，所述疏水聚合物可選擇地為乙烯三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)。
8.如權(quán)利要求I所述的聚結(jié)器，其中，所述介質(zhì)材料具有從上游到下游測量的在O.05 至O. 3mm之間的厚度。
9.如權(quán)利要求I所述的聚結(jié)器，其中，在所述介質(zhì)材料上的所述連續(xù)相中的分散相的液滴的接觸角不小于90°。
10.如權(quán)利要求I所述的聚結(jié)器，其中，所述介質(zhì)材料具有不小于O.8的孔隙率ε。
11.如權(quán)利要求I所述的聚結(jié)器，包含與所述介質(zhì)材料的所述上游面毗鄰的附加介質(zhì)材料層，所述的相互毗鄰的層從上游到下游依次延伸，即上游第一介質(zhì)材料層和下游第二介質(zhì)材料層，所述第一介質(zhì)材料層對(duì)于在所述連續(xù)相中的所述分散相是相對(duì)可潤濕的，并且所述第一層和所述第二層分別具有平均孔徑M1和M2,并且M1 > Μ2。
12.如權(quán)利要求11所述的聚結(jié)器，其中，M1至少比M2大大約2.5倍。所述的聚結(jié)器，其中，所述M1彡30 μ m。所述的聚結(jié)器，其中，O. 2μπι彡M2彡12. Oym0 所述的聚結(jié)器，其中，所述第一層包含具有小于大約100 μ m的平均所述的聚結(jié)器，其中，在層一上的所述連續(xù)相中的分散相的液滴的 ，并且在層二上的所述連續(xù)相中的分散相的液滴的接觸角Θ 2不小
13.如權(quán)利要求11
14.如權(quán)利要求11
15.如權(quán)利要求11 纖維直徑的介質(zhì)。
16.如權(quán)利要求11 接觸角Θ !不大于90°于 90°。
17.如權(quán)利要求11所述的聚結(jié)器，其中，所述第一介質(zhì)材料層具有包含多個(gè)纖維的下游面，所述的多個(gè)纖維朝向大體上豎直的方向。
18.如權(quán)利要求11所述的聚結(jié)器，其中，所述聚結(jié)介質(zhì)是通過獲得第一介質(zhì)材料和第二介質(zhì)材料，并通過將在層中的所述第一介質(zhì)材料和所述第二介質(zhì)材料進(jìn)行物理地或化學(xué)地連接而形成。
19.如權(quán)利要求11所述的聚結(jié)器，其中，聚結(jié)介質(zhì)是通過熔吹在層中的所述第一介質(zhì)材料和所述第二介質(zhì)材料而形成。
20.如權(quán)利要求1所述的聚結(jié)器，包含在殼體中，所述殼體具有上游入口和下游出口，所述上游入口的結(jié)構(gòu)被設(shè)定成接受所述混合物，所述下游出口的結(jié)構(gòu)被設(shè)定成在所述分散相聚結(jié)后排放所述混合物。
21.一種包含如權(quán)利要求20所述的聚結(jié)器的聚結(jié)系統(tǒng)。
22.如權(quán)利要求21所述的聚結(jié)系統(tǒng)，設(shè)定為用于除去分散在烴類燃料中的水。
23.如權(quán)利要求22所述的聚結(jié)系統(tǒng)，進(jìn)一步包含用于除去位于所述聚結(jié)元件下游的水的疏水介質(zhì)。
24.如權(quán)利要求22所述的聚結(jié)系統(tǒng)，進(jìn)一步包含用于除去位于聚結(jié)元件下游的水的附加設(shè)備，所述設(shè)備選自由重力分離器、離心機(jī)、取樣器、斜板分離器、傾斜疊放的板、過濾器、和靜止室組成的組。
25.—種除去分散在烴類燃料中的水的方法，所述方法包含使包含烴類燃料和分散在所述烴類燃料中的水的混合物經(jīng)過權(quán)利要求1所述的聚結(jié)器，以及除去至少93%的分散在所述烴類燃料中的所述水。
全文摘要
所披露的是用作聚結(jié)兩相混合物的聚結(jié)器、系統(tǒng)和方法，兩相即連續(xù)相和分散相。所披露的聚結(jié)器、系統(tǒng)和方法包括或利用一個(gè)或多個(gè)具有不同的平均孔徑和潤濕性的介質(zhì)材料層。所披露的聚結(jié)器、系統(tǒng)和方法是有效地用于從混合物除去分散相。
文檔編號(hào)C07C7/00GK102596862SQ201080021992
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月15日
發(fā)明者巴里·M·維德根, 布賴恩·W·施瓦德, 鄭頌達(dá), 馬克·T·維喬雷克 申請(qǐng)人:康明斯過濾Ip公司