压力平衡装置及膜接触器的制作方法

本发明涉及膜接触器技术领域，尤其是涉及一种压力平衡装置及膜接触器。

背景技术：

天然气是当今世界的第三大化石燃料能源，也是公认的清洁能源。采出的天然气通常含有一定量的酸性气体，如二氧化碳、硫化氢等。这些酸性气体会降低燃气的热值，并在运输过程中腐蚀管路，因此需要分离脱除。目前，工业上去除天然气中酸性气体的技术主要有化学吸收法、物理吸收法、吸附法、低温蒸馏法和膜分离法等，其中最常用的是胺液吸收法。

但是，胺液吸收法存在设备体积庞大、投资较高、有效传质面积小、难以独立控制气液相流速、不适合高酸性气体含量的天然气等缺点，而且在操作过程中常常产生雾沫夹带、液泛、漏液等。由于天然气开采过程逐渐呈现酸性气体含量增高、从陆上到海上发展等特点，传统吸收塔方法的上述问题日益突出。膜接触器将膜技术与传统吸收过程进行耦合，是用于实现气液两相传质而不直接接触的系统。膜接触器一般采用中空纤维多孔膜将气、液两相流体分开，使气液两相在确定的界面上进行接触传质。与传统吸收过程相比，膜接触器的优点主要体现在：被膜分隔开的两相不发生相互混合和分散，不会发生雾沫夹带、液泛、泡沫发生等缺点。

影响膜接触器吸收效率的一大重要问题就是膜的润湿问题，当液相压差高于泡点压力，吸收剂进入膜孔，造成膜的润湿，极大地增加了传质阻力，降低吸收效率。传统的膜接触器中的压力平衡装置，具有很明显的缺点：对于压力波动具有较长的反应时间，而且对于低压差的控制无效。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种压力平衡装置，以解决现有技术中膜接触器中应用的压力平衡装置对于压力波动的反应时间较长，无法对低压差进行调控的技术问题。

本发明提供的压力平衡装置，包括：具有内腔的壳体，所述壳体内设置有弹性隔膜结构，所述弹性隔膜结构将所述内腔分为第一腔室和第二腔室，所述第一腔室设置有气相进口和气相出口，所述第二腔室设置有液相进口和液相出口。

可选地，所述弹性隔膜结构包括多层弹性隔膜。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述压力平衡装置还包括气动隔膜阀，所述气动隔膜阀与所述气相出口连通。

进一步地，所述弹性隔膜的厚度为0.5mm-1.5mm。

可选地，所述弹性隔膜结构包括弹性内筒和包覆于所述弹性内筒外侧的弹性外筒。

优选地，所述弹性隔膜结构包括弹性金属片。

可选地，处于初始状态时，所述第一腔室与所述第二腔室的容积相等。

相对于现有技术，本发明所述的压力平衡装置具有以下优势：

本发明所述的压力平衡装置应用于膜接触器，压力平衡装置的第一腔室与膜接触器的气体腔室连通，以使得压力平衡装置的第一腔室内的压力与膜接触器的气体腔室内的压力相同；压力平衡装置的第二腔室与膜接触器的液体腔室连通，以使得压力平衡装置的第二腔室内的压力与膜接触器的液体腔室内的压力相同。

当膜接触器内的液体腔室的压力大于气体腔室内的压力后，压力平衡装置内的第二腔室内的压力大于第一腔室内的压力，由于第一腔室和第二腔室之间经由弹性隔膜结构分隔，因此当第二腔室侧的压力大时，第二腔室内的液体使得弹性隔膜结构发生形变，并向第一腔室一侧凸出，使得第二腔室的容积增大，第一腔室的容积减小。由于第一腔室内的容积减小，气体压缩，因此第一腔室内的压力增加。从而通过容积的变化来自动平衡第一腔室和第二腔室内的压力，从而平衡膜接触器的液体腔室和气体腔室之间的压力。

因此，与现有技术中的压力平衡装置相比，上述技术方案提供压力平衡装置可以通过弹性隔膜结构的变形自动调节第一腔室和第二腔室的压力，从而调整与其连通的膜接触器内的气体腔室和液体腔室之间的压力，反应迅速，可以适用于低压差的控制。

本发明的另一目的在于提出一种膜接触器，以解决现有技术中膜接触器中应用的压力平衡装置对于压力波动的反应时间较长，无法对低压差进行调控的技术问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种膜接触器，包括主体部分，所述主体部分连接有如上述技术方案所述的压力平衡装置。

可选地，所述压力平衡装置设置于所述主体部分的出口处。

可选地，所述压力平衡装置嵌入所述主体部分内部的中空纤维膜丝中。

所述膜接触器与上述压力平衡装置相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的压力平衡装置处于初始状态的结构示意图一；

图2为图1中的压力平衡装置处于工作状态的结构示意图一；

图3为图1中的压力平衡装置处于工作状态的结构示意图二；

图4为本发明实施例提供的另一种压力平衡装置处于初始状态的结构示意图；

图5为图4中的压力平衡装置处于工作状态的结构示意图。

图中：

10-壳体； 20-第一腔室； 21-气相进口；

22-气相出口； 30-第二腔室； 31-液相进口；

32-液相出口； 40-弹性隔膜。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

如图1-3所示，本发明实施例提供的压力平衡装置，包括：具有内腔的壳体10，壳体10内设置有弹性隔膜结构，弹性隔膜结构将内腔分为第一腔室20和第二腔室30，第一腔室20设置有气相进口21和气相出口22，第二腔室30设置有液相进口31和液相出口32。

本发明实施例的压力平衡装置应用于膜接触器，压力平衡装置的第一腔室20与膜接触器的气体腔室连通，以使得压力平衡装置的第一腔室20内的压力与膜接触器的气体腔室内的压力相同；压力平衡装置的第二腔室30与膜接触器的液体腔室连通，以使得压力平衡装置的第二腔室30内的压力与膜接触器的液体腔室内的压力相同。

当膜接触器内的液体腔室的压力大于气体腔室内的压力后，压力平衡装置内的第二腔室30内的压力大于第一腔室20内的压力，由于第一腔室20和第二腔室30之间经由弹性隔膜结构分隔，因此当第二腔室30侧的压力大时，第二腔室30内的液体使得弹性隔膜结构发生形变，并向第一腔室20一侧凸出，使得第二腔室30的容积增大，第一腔室20的容积减小，由于第一腔室20内的容积减小，气体压缩，因此第一腔室20内的压力增加。从而通过容积的变化来自动平衡第一腔室20和第二腔室30内的压力，从而平衡膜接触器的液体腔室和气体腔室之间的压力。

因此，与现有技术中的压力平衡装置相比，上述技术方案提供压力平衡装置可以通过弹性隔膜结构的变形自动调节第一腔室20和第二腔室30的压力，从而调整与其连通的膜接触器内的气体腔室和液体腔室之间的压力，反应迅速，可以适用于低压差的控制。

如图1所示，在初始状态或者当第一腔室20和第二腔室30中压力相等时，弹性隔膜结构的截面呈直线状态。

如图2所示，当第一腔室20内的压力小于第二腔室30内的压力时，弹性隔膜结构发生形变，其截面呈弧线状态，且向第一腔室20方向凸出。此时，第一腔室20的容积减小，第二腔室30内的容积增加，第一腔室20内的气体被压缩，从而压力增大，第一腔室20与第二腔室30之间的压差减小，进而使得第一腔室20与第二腔室30达到压力平衡状态，以使得膜接触器的气体腔室和液体腔室达到压力平衡的状态。

如图3所示，当第二腔室30内的压力小于第一腔室20内的压力时，弹性隔膜结构发生形变，其截面呈弧线状态，且向第二腔室30方向凸出。此时，第二腔室30的容积减小，第一腔室20内的容积增加，由于第一腔室20的容积增加，因此压力降低，第一腔室20与第二腔室30之间的压差减小，进而使得第一腔室20与第二腔室30达到压力平衡状态，以使得膜接触器的气体腔室和液体腔室达到压力平衡的状态。

弹性隔膜结构可包括一个或多个弹性隔膜40，弹性隔膜40的数量、厚度和材料等因素均对弹性隔膜结构对于压差的反应灵敏度产生影响。因此可通过在压力平衡装置中设置不同数量、厚度、结构形状或材料的弹性隔膜40来满足不同的灵敏度需求。例如，当材料相同、数量相同、结构形状时，越薄的弹性隔膜40的灵敏度越高。

弹性隔膜结构的形状可以为平板状、套筒状。在图1-图3中，弹性隔膜结构为平板状，且包括一个弹性隔膜40。在图4和图5中，弹性隔膜结构为平板状，且包括两个弹性隔膜40，两个弹性隔膜40间隔设置。当然，在本实施例的其他具体实施方式中，两个弹性隔膜40可以相互贴合。

当弹性隔膜结构为套筒状时，可如下设置：弹性隔膜结构包括弹性内筒和弹性外筒，其中，弹性外筒包覆于弹性内筒外侧，弹性外筒和弹性内桶的顶部及底部分别与对应的壳体10的内壁连接，弹性外筒的外壁上相对的两侧分别与壳体10的内壁连接，从而将壳体10分隔为两个腔室。

在压力平衡装置中，第一腔室20和第二腔室30内的两股流体的流动形式可以为并流或者对流，当第一腔室20和第二腔室30内的两股流体的流动形式为对流时，弹性隔膜结构包括两层或者多层弹性隔膜40。

如图1所示，第一腔室20中的气相出口22和气相进口21相对设置，第二腔室30中的液相出口32和液相进口31相对设置，且气相出口22和液相出口32位于壳体10上的同一侧，气相进口21和液相进口31位于壳体10上的同一侧，此时第一腔室20和第二腔室30内的两股流体的流动形式为并流。

若第一腔室20中的气相出口22和气相进口21相对设置，第二腔室30中的液相出口32和液相进口31相对设置，且气相出口22和液相进口31位于壳体10的同一侧，气相进口21和液相出口32位于壳体10上的同一侧，则此时第一腔室20和第二腔室30内的两股流体的流动形式为对流。

弹性隔膜结构包括弹性隔膜40，用于制作弹性隔膜40的材料包含弹性体，例如橡胶、硅胶或者弹性金属片等。在本实施例的一种优选实施方式中，弹性隔膜40为弹性金属片，也就是说，弹性隔膜结构包括弹性金属片。为了延长弹性金属片的使用寿命，在弹性金属片的表面可以做抗氧化抗腐蚀处理。

在本实施例的一种具体实施方式中，压力平衡装置处于初始状态时，第一腔室20与第二腔室30的容积相等。

由于液体的压缩量较小，因此当液体侧的压力增大时，可增加气动隔膜阀来进行进一步调节。在本实施例的一种优选实施方式中，压力平衡装置还包括气动隔膜阀，气动隔膜阀与液相出口32连通。以膜接触器中的气相为压力气源，与气相出口22连通。当气体压力高于液体压力，气动隔膜阀气压增加，使得阀门开度减小，液体产生憋压，用来平衡气体压力的升高，达到调节作用。

在本实施例中，弹性隔膜40的厚度为0.5mm-1.5mm；压力平衡装置内的操作温度与膜接触器内的操作温度相同，优选为15℃-60℃；操作压力与膜接触器的操作压力相同即可，优选为1bar-50bar；弹性隔膜结构的两侧压力差要求越小越好，一般来说液相压力略高于气相压力，压差在0bar-0.5bar。

值得说明的是，在图1-图5中，压力平衡装置的壳体10均为矩形，在实际应用中，壳体10的形状及尺寸可根据使用需求或针对具体应用环境进行选择。

实施例二

本发明实施例二提供一种膜接触器，包括主体部分，主体部分连接有上述实施例一提供的压力平衡装置。

由于在本实施例二提供的膜接触器中设置有实施例一提供的压力平衡装置，该压力平衡装置可自动平衡膜接触器中液体侧和气体侧的压差，且具有反应时间短、灵敏度高以及适用于小压差的平衡的特点，因此解决膜湿润的问题。

具体实施过程中，压力平衡装置可设置于主体部分的出口处，也就是说，压力平衡装置设置于主体部分的下游。具体地，压力平衡装置的气相进口与主体部分的气体出口连接，压力平衡装置的液相进口与主体部分的液相出口连接。

或者，在另一种具体实施方式中，压力平衡装置嵌入主体部分内部的中空纤维膜丝中。

膜接触器与上述压力平衡装置相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。