[发明专利]具有膜的整件过滤结构

说明书

一种具有用于过滤液体的膜的过滤结构，包括至少一个整件，该整件包括:由渗透率为K_s的多孔无机材料形成的支撑件（1），所述支撑件具有管状总体形状，具有主轴线（X）、上游面（2）、下游面（3）、外周表面和内部；平行于所述支撑件主轴线的多个通道（4、5），形成在支撑件的内部中，所述通道通过由多孔无机材料形成的内壁彼此分开；所述通道在其沿所述液体流通方向的上游或下游端中的一个或另一个处被阻塞，以分别限定所述液体的入口通道（4）和出口通道（5），从而迫使所述液体穿过分开入口通道和出口通道的多孔壁；至少覆盖所述入口通道（4）的内表面的渗透率为K_m和平均厚度为t_m的膜（6）；其特征在于，液体的平均路径距离D满足关系式（1）：D=α×(A×log(K_s×t_m/K_m)+B)（1）其中：α是介于0.0008至0.0013范围内的系数；A=272×Ø_c+272×p_i+0.02；并且B=601×Ø_c+1757×p_i+0.28；Ø_c是所有通道的平均水力直径，并且p_i是内壁的平均厚度。

技术领域

本发明涉及以下领域：用于过滤液体的由无机材料制成的过滤结构，特别地涂覆有膜以便分离液体的、更尤其是水的、特别是来自石油或页岩气开采的生产水的颗粒或分子的结构。

背景技术

使用陶瓷膜或非陶瓷膜过滤各种流体，特别是污染的水的过滤器早已为人所知。这些过滤器可以根据切向过滤的原理运行，这使得可以通过流体在膜表面的纵向流通来限制颗粒的积聚。颗粒保留在流通流中，而液体可以在压差的作用下穿过膜。这种技术确保了性能和过滤水平的稳定性。它更格外地被推荐用于过滤带有大量颗粒和/或分子的流体。

称为“前置过滤”的另一种技术也是已知的，涉及待处理流体垂直于过滤介质的表面通过过滤介质。前置过滤器通常包括交替阻塞的通道，以便控制由过滤壁分开的入口通道和出口通道，待过滤的液体必须通过过滤壁，待过滤的液体在通过时会失去其分子或颗粒，其分子或颗粒从而形成滞留物，滞留物随后积聚在入口通道中，而净化的液体通过出口通道逸出，或者如果过滤器的外周未受阻碍则甚至部分通过过滤器的外周逸出。这种技术受到颗粒积聚和在过滤介质表面形成滤饼的限制，但是具有无需安装切向过滤技术所需的再流通回路的优点。

发明内容

根据本发明考虑的过滤器由整件结构或管状支撑件制成，所述支撑件由多孔无机材料制成，所述多孔无机材料由界定平行于所述支撑件轴线的纵向通道的壁形成。通道的内表面覆盖有分离膜。该膜包括多孔无机材料或甚至基本上由多孔无机材料形成，多孔无机材料的性质和形态适于阻止污染分子或颗粒，只要它们的尺寸接近或大于所述膜的平均孔径。

参照待过滤液体的流通方向，入口通道在过滤器的上游面（或前面）上打开，供待过滤液体通过。这些入口通道在液体流通方向上在所述过滤器的下游面（或相对面）被阻塞。相反，用于排出过滤液体的一个或多个出口通道在过滤器的上游面被阻塞，而在过滤器的下游面打开。

为了改善这种具有膜的过滤器的使用性能，提出了各种几何形状。因此，专利US4060488或US4069157公开了由多孔支撑件形成的过滤器，所述多孔载支撑件包括在表面设置有膜分离层的通道。这些过滤器的通道没有阻塞，它们通过切向过滤起作用。

专利申请WO2009/121366描述了一种用于过滤水的前置过滤器。过滤器包括平行通道和膜。通道的结构是对称的，即通道在垂直于所述过滤器主轴线的平面中的横截面是相同的，除了由于过滤器的圆形形状而必须圆化处理的外周通道。

专利US5114581也公开了一种带有膜的前置过滤器，该膜的通道可以以不均匀的方式交替阻塞，并且该过滤器用于过滤气体或者甚至液体。微孔膜的存在允许过滤器逆流再生，特别是通过反冲洗再生。然而，在所述公开中没有给出关于优化液体过滤质量的特定几何形状的指示。