在高压下进行气体/液体膜吸收的设备和方法技术

本发明专利技术涉及用于在高压下进行气体／液体膜吸收的设备，该设备包括一个压力容器，其中设置有一个膜单元，用于隔离传送气相和液相，由此，可在气相和液相之间进行欲被吸收成分的交换。气相流经吸收器的流动方向基本上垂直于液相流经吸收器的流动方向。本发明专利技术还涉及使用所述的吸收器进行气体／液体膜吸收的方法，特别是在高压下从气相中吸收ＣＯ↓［２］、Ｈ↓［２］Ｓ、汞（蒸气）和／或水蒸气。本发明专利技术最后还涉及采用上述吸收器和方法提纯天然气的方法。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。气体/液体的膜吸收方法是已知的，例如下文所述的本申请人的专利申请中所述。这些方法通常包括从气相中吸收一种或多种气体成分，将所述的含有欲被吸收的成分的气相与一液相接触，而液相和气相被一个膜隔开。气体/液体的膜吸收是非常灵活和多用的技术，根据所用的膜、所用的液相和欲被净化的气流的不同，可以用于从气相中特定吸收多种化合物。例如，气体/液体的膜吸收可以用于吸收二氧化碳和H2S(欧洲专利申请EP0,751,815)，可氧化或可还原成分，例如汞蒸气(PCT申请PCT/NL96/00279)，还可以用于清除水蒸气(本申请人的欧洲专利申请EP0,524,242)。然而，已知的技术有一定的缺点，它们不能应用于高压下的气流，特别是高于4巴的压力。现有技术不能在高压下从气相中进行气体/液体的膜吸收，特别是在气相是以高压提供的，并且出于技术上和/或经济上的原因，不能或不希望在吸收过程之前降低气流的压力的情况下。这种情况的例子如提纯天然气，通常天然气是在高于50巴甚至在某些时候100-200巴的压力下产出和被加工的。现有的气体/液体膜吸收技术不能应用于具有如此高的压力的气流，主要由于现有的用于气体/液体膜吸收的设备并不是针对高压设计的；当膜两侧有压降时，现有的膜，特别是多孔膜不能工作当使用能够承受较高压降的“封闭”膜(即具有适当的厚度)时，膜的物流量和膜效率会变得很低。因此，本专利技术涉及在高压下进行气体/液体膜吸收的设备，该设备包括一个压力容器(1)，它围成了一个基本上封闭的室(2)；向室(2)中供应气相的供应装置(3a)和从室(2)中排出气相的排出装置(4a)；设于室(2)的膜单元(5)，它包括至少一个膜元件(6)，由膜元件(6)限定了传送通道(7)；向膜单元(5)供应液相的供应装置(8a)和排出液相的排出装置(9a)，由此，液相可以从进口管(8a)进入、经过传送通道(7)而流向出口管(9a)；其中在室(2)中，压力容器(1)、进口管(3a)、出口管(4a)和膜单元(5)如此设置，使气相流过膜元件(6)的流动方向基本上与液相流经膜元件(6)的流动方向垂直，气相与液相之间的欲被吸收的成分的交换可以通过膜元件(6)(的壁)进行。本专利技术还涉及使用上述的设备在高压下从气相中吸收一种或多种成分的气体/液体膜吸收方法，该方法包括通过进口管(3a)和出口管(4a)使含有一种或多种欲被吸收的成分的气相流经室(2)，使其流过所述的一个或多个膜元件(6)，气相的压力高于4巴，优选高于10巴，更优选为50-200巴；通过进口管(8a)和出口管(9a)使适合于吸收所述的一种或多种成分的液相流经传送通道(7)，液相压力与气相压力之差不大于5巴，优选不大于1巴；由此，通过所述的一个或多个膜元件(6)(的壁)，所述的一种或多种成分被从气相中吸收到液相中，气相和液相被膜元件(6)隔开。根据本专利技术，通过所谓的“交叉流动”，即含有一种或多种欲被吸收的成分的气相的流动方向垂直于液相的流动平面，实现了气体/液体膜吸收。压力容器(1)优选基本上是圆筒形或围成一个基本上为圆筒形的室(2)。在操作时，压力容器(1)的纵轴基本上垂直，当然其它设置也是可以的，因为膜吸收基本上独立于压力容器的取向。与例如填充柱相比，本专利技术的膜吸收器在设置上增加的自由度是气体膜吸收的非常重要的优点，因为填充柱是靠重力的作用操作的，因此需要基本上垂直操作才能达到理想的逆流。压力容器(1)还可以包括引流装置用于控制气相在室(2)内的流动。膜元件(6)的形状应至少能形成传送通道(7)。因此，膜元件(6)可以由一个膜或多个膜组装而成，这些膜形成/围成传送通道；例如，膜元件(6)可以由具有传输通道的平面膜、形成所谓的“板框式”组件的膜或螺状旋管膜组成。膜元件(6)优选为空心丝的形式。所述的膜可以由任何合适的材料制备，所述的材料至少可渗透一种或多种欲被吸收的气体成分，但是不能渗透气相和液相。所述的膜优选为惰性的，并能承受所用的气相和液相以及欲被吸收的成分，还要根据预计的用途和其它因素，例如所希望的物质流量等选择所用的膜。在本文中，也可以使用选择性的膜。所用的膜可以是多孔的或非孔的，可以是不对称的和/或涂覆的膜。对于本领域的技术人员来说很显然，为实现高的物质流量，优选使用多孔膜；然而，多孔膜对膜两侧的压力降最敏感。由现有技术，例如上文中提到的本申请人的那些专利申请已知一些适合的膜材料，它们包括多孔膜，例如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)和聚硫砜(PSU)；非孔膜材料、不对称和/或涂覆的膜，例如等离子体膜、以硅氧烷橡胶(PDMS)涂覆的膜、用氟、石蜡等处理过的膜。其它合适的膜是，例如陶瓷膜(Al2O3，TiO2，ZrO2)、醋酸纤维素(CA)、丁二烯橡胶、EPDM(乙烯/丙烯三元聚合物)；金属膜(例如Pd)、聚苯氧(PPO)、聚酰亚胺(PI)等。其它材料对本领域的技术人员来说很显然。膜单元(5)包括至少一个或多个膜元件(6)，以及可能的其它装置，例如引导气流通过膜元件(6)的引流元件，例如器壁元件，它围住膜单元，平行于气流方向；和/或用于将液相分布于膜元件的传送通道(7)中的连接和分布元件，该元件例如可以连接到引流元件上或形成引流元件的一部分，下文将对此进行较详细的描述。膜单元(5)优选包括许多空心丝的组合件，这些空心丝基本上平行，空心丝的数量和它们的总的交换面积取决于需要达到的能力。在本文中可以使用空心丝的多种组合件(组件)，它们可以彼此可操作地接触或不接触，条件是空心丝的各种组合件彼此成一定的角度，优选基本上成直角，而所有的空心丝都在与气相的流动方向垂直的平面内。气相通过膜元件(6)的流动方向优选基本上与压力容器(1)的纵轴平行，即膜元件(6)将被安置在基本上与压力容器(1)的纵轴垂直的平面内。吸收器的设计优选使吸收过程成为一个逆流过程，这对本领域的技术人员是已知的。膜单元(5)优选是一个如本申请人的国际申请91/09668中所述的DAM组件，所述国际申请在此作为参考文件。实施本专利技术的方法包括下列步骤将含有一种或多种欲被吸收的成分的气相通过室(2)中的膜元件(6)，几乎在同时，将用于吸收所述的一种或多种成分的合适的液相通过膜元件(6)的传送通道(7)，由此，所述的一种或多种成分被从气相中吸收到液相中，液相和气相被膜元件(6)(的壁)隔开。在上述方法中，室(2)中的气相的压力高于4巴，优选高于10巴，更优选为50-200巴。在传送通道(7)中的液相的压力基本上等于室(2)中气相的压力，即，气相和液相的压力差不大于5巴，优选不大于0.5巴。更优选，在上述范围内液相的压力略高于气相的压力。通过适当的压力控制装置，通常将液相的压力作为供应的气相压力的函数来设定。所述的压力控制装置优选连接到吸收器上，更优选设置在吸收器本身内，更优选连接或设置在压力容器(1)上，在下面的优选实施方案中将会详细描述。所述的压力控制装置优选能够对液相压力的变化作出反应，即，可以在不影响整个过程和/或所用设备的情况下，通过相应地改变液相的压力而补偿液相压力的变化。本专利技术的一个优点在于，所述的膜元件(6)和膜单元(5)不需要耐高压或压降。而压力容器(1)和其它连本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于在高压下进行气体／液体膜吸收的设备，该设备包括： 一个压力容器（１），它围成了一个基本上封闭的室（２）； 向室（２）中供应气相的供应装置（３ａ）和从室（２）中排出气相的排出装置（４ａ）； 设置于室（２）内的膜单元（５），它包括至少一个膜元件（６），由膜元件（６）限定了传送通道（７）； 向膜单元（５）供应液相的供应装置（８ａ）和排出液相的排出装置（９ａ），由此，液相可以从进口管（８ａ）进入、经过传送通道（７）而流向出口管（９ａ）； 其中在室（２）中，压力容器（１）、进口管（３ａ）、出口管（４ａ）和膜单元（５）如此设置，使气相流过膜元件（６）的流动方向与液相流经膜元件（６）的流动方向基本上垂直，气相中欲被吸收的成分的交换可以通过膜元件（６）（的壁）在气相与液相之间进行。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：阿尔伯特爱德华扬森，保罗于贝尔玛丽亚费龙，扬亨德里克哈内玛埃耶尔，皮特胡伊斯耶斯，
申请(专利权)人：荷兰应用科学研究会TNO，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]