[实用新型]膜组件测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及气体分离膜组件，具体涉及对气体分离膜组件的分离特性进行测试的装置。 

背景技术

气体分离膜对不同种类气体分子的透过率和选择性不同，因而可以利用气体分离膜从气体混合物中选择分离某种气体，如分离空气中的氮气和氧气分别制取纯氮和富氧空气，分离合成氨尾气中的氮气和氢气，分离天然气中的二氧化碳和甲烷等。另外，气体分离膜还可以用于过滤和消除汽车和工业排出废气中的污染物，因此其应用领域非常广泛。 

气体分离膜组件是膜分离系统的基本组成单元。一般地，膜组件是将若干面积的膜置于耐压金属或非金属膜壳内，用树脂粘合剂将膜与膜壳固定而形成的分离单元。膜将膜组件内的空间分成两个部分，流体仅能透过膜从其中的一部分到达另一部分。 

将气体分离膜组件安装于膜分离系统之前需要进行性能测试。测试目的有两个：第一是检测膜组件内部是否有泄漏点，如果存在泄漏点，则原料气体将通过泄漏点从膜的原料侧进入渗透侧，使膜组件失去分离功能；第二是检测膜组件的分离性能，即膜对于被分离气体中各组分的渗透通量和选择性。测试气体既可以是纯气，如纯氮、纯氧、纯二氧化碳等，也可是含量确定的混合气，如甲烷浓度为60％、二氧化碳浓度为40％的模拟沼气，氮气浓度为85％、二氧化碳浓度为15％的模拟烟道气。 

现有的一种实验室膜组件测试装置如图1所示，其包括吹扫气钢瓶10’、原料气钢瓶20’、膜组件30’以及气相色谱40’。膜组件30’由膜33’分为原料侧31’和渗透侧32’。原料气钢瓶20’通过管道21’连接到膜组件30’的原料侧31’。吹扫气钢瓶10’通过管道11’ 连接到膜组件30’的渗透侧32’。并且，膜组件30’的渗透侧32’通过管道41’连接到气相色谱40’，膜组件30’的原料侧31’通过管道51’连接到流量计50’。此外，在管道11’和21’上分别设置有减压阀61’和62’，用于对钢瓶气减压。在管道51’上设置在背压阀63’，用于调节膜组件30’内的压力。 

上述膜组件测试装置的工作过程如下：将原料气从原料气钢瓶20’经过管道21’供给到膜组件30’的原料侧31’。进入膜组件30’的原料气的一部分能够经由膜33’渗透到膜组件30’的渗透侧成为渗透气，原料气的其余部分不能经由膜33’渗透而成为渗余气。同时，将吹扫气从吹扫气钢瓶10’经过管道11’供给到膜组件30’的渗透侧32’，吹扫气用于携带渗透过膜的渗透气作为被测气体经管道41’进入气相色谱40’。气相色谱40’用于分析渗透过膜的气体的组分浓度，从而了解膜的渗透特性。另一方面，膜组件30’的原料侧31’中的渗余气则经管道51’进入流量计50’，用于计量渗余气的流量。 

上述测试方法的特点是：(1)原料气和吹扫气都由高压钢瓶供给；(2)渗透气被吹扫气携带进入色谱分析后被排放在环境中，渗余气经过流量计计量后也排放在环境中；(3)渗透过膜的渗透气被吹扫气携带进入气相色谱进行分析。该方法适合于膜面积较小(一般只有几十cm²)的膜组件的实验室测试。由于膜面积较小，所需测试气体流量很小，一般只要1～2L/min的流量即可满足测试要求，一只标准钢瓶(40L容量、10MPa压力)可以连续测试2000～4000小时。只要通风条件良好，这种流量的测试气体排放到环境中不至于发生危险。另外，膜面积较小，渗透过膜的渗透气流量很小，一般仅为几十mL/min，使用吹扫气将渗透气携带进入气相色谱柱便于检测渗透气组分。 

但是，上述现有测试装置和方法不能应用于测试工业级膜组件。工业级膜组件的膜面积至少在1.0m²以上，有的达到几十m²，用于测试工业级膜组件的气体流量很大，有时可达10Nm³/h以上，如果采用上述实验室测试装置的测试方法，将产生下列问题：(1)测试气体流量较大，高压钢瓶容量有限(一般钢瓶容积为40L，压力为10MPa，换算为标准状态下气体容量约4Nm³)，不到半小时便能用掉一瓶气体， 即使用汇流排串联多个钢瓶，也很难满足超过24小时的连续测试。当钢瓶气压力降低到测试压力以下时，必须中断测试更换钢瓶。大量使用钢瓶气作为测试气源使测试成本很高。(2)对于某些有毒有害、易燃易爆的测试气体，渗余气和渗透气直接排放到环境中危害很大，容易引发安全事故。例如测试气体为模拟沼气时，排放到环境中的甲烷气体浓度达到5～15％能形成爆炸性气氛。(3)由于工业级膜组件膜面积较大，渗透过膜的气体流量也较大，用吹扫气携带渗透气进入气相色谱柱进行测试难以实现。 

实用新型内容