防止膜退化的方法和系统技术方案

在气体分离的膜系统中，利用使原料气混合物通过吸附剂材料床而防止膜渗透性退化，优选的活性碳吸附较重的烃污染物，而防止膜的退化，而不除去较轻的烃。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于可渗透膜，更详细地说，是关于气体分离操作中，防止所用的可渗透性膜的渗透性退化的方法和系统。在现有技术中公知的可渗透膜的方法和系统已被考虑或已被用于各种各样的气体分离和液体分离。在这些操作中，使原料物流与膜的表面相接触，把原料物流中较易渗透组分作为渗透物流加以回收，其中的较难渗透组分作为一种非渗透物流从膜系统排出。在现有技术中的这些流体分离操作固有的简单性，激励在实际的工业操作中扩大膜系统的使用。在这点上，人们将会认识到，这类膜系统的选择性和渗透性必须同给定应用的总的生产要求相适应。当然，同样也要求膜显示其可接受的稳定性以及按实际的工业操作要求它们的性能不会遭受到过度的退化。空气分离是非常希望使用渗透膜的领域。在这类应用中，对特定膜，氧通常是原料气中较易渗透组分，并作为渗透气体排出。在这类实例中，氮是较难渗透组分，并作为非渗透气体加以回收。在空气分离应用中，人们已经发现，膜的性能对原料气流中存在的某些杂质很敏感。发现这些杂质可引起在使用中的膜的渗透性显著降低。幸运的是，在空气中常常存在的许多杂质，例如轻烃、水和二氧化碳，已发现仅引起渗透膜渗透性的适量降低。从油润滑的空气压缩机进入原料空气流中的如C1、重烃油蒸汽，既使是相对低的浓度和小于1ppm(体积)，也可引起膜渗透性迅速而大大地降低。用于空气或其它气体分离的膜系统的主要费用的组成是给定膜表面积的膜组件和为达到适宜的渗透压而采用的空气压缩机及其它气体的压缩机装置的费用，以实现所要求的气体质量和生产。对给定的操作条件，如压力、温度和流速，膜系统所要求的表面积，通过选择对待分离的气体混合物中较易渗透组分具有很高渗透性的膜材料，通常可以减到最小。一般情况下，对给定的生产要求，对一定的选择性和较高的膜渗透性，将要求较小的膜表面积。压缩机费用可以通过选择油润滑的旋转螺旋压缩机，一般可减到最小，特别是在小装置中。在用于空气分离的膜系统的研究工作过程中，人们已经发现，膜的渗透性在开始时会迅速而大大地降低，接着，在以后数月操作中将进一步逐渐降低。伴随着膜渗透性这种不希望有的降低，目前，一般的膜的实用尺寸都是使活性膜表面积的安全系数大到足以补偿由各种因素所引起的预期的渗透性损失。因此，起初，对所要求的产品物流，膜系统是显著的超尺寸，原料气压缩机一般在调节工况(turndownmode)下操作。在渗透性降低开始时，或是提高操作温度，或是提高压力，或是提高操作温度和压力，以补偿渗透性降低。在某些情况下，起初，需要或希望在膜系统中一些组件设置旁路，以便当膜呈现出足够的渗透能力时，降低所采用的超出的膜面积。再者，当所采用膜组件的渗透性开始退化时，使物流通过旁通的这些膜组件。在这些情况下，人们将会估计到，增加的相当大的惩罚性的投资费用是同提供的附加的膜的表面积相关的，这种膜系统相当大部分的使用寿命必须在偏离(off-design)设计的条件下操作，而且这种膜系统的控制方法比在更接近最佳设计条件下的操作更复杂。当选择在膜系统的过量设计(overdesign)下操作以补偿在使用中膜性能退化时，人们为恢复膜已丧失的性能进行了许多尝试，但是这些努力，为恢复已退化的膜的渗透性而研制的经济可行的方法最初没有取得成功，虽然恢复已退化膜渗透性的实用而经济的装置是可得的，从而避免在不适当的短的操作期间之后，必须用新组件代替已退化的组件，但是在膜技术中进一步解决与膜的退化相关的问题仍然是非常希望的。既不是膜系统的过量设计，也不是为恢复膜性能处理而中断气体生产操作，在实际的工业的空气或其它气体分离操作中，为克服渗透性退化，也许把这些方法结合起来是一种完全满意的方法。本专利技术的目的是为在气体生产操作中，提供一种克服渗透性退化问题的改进的膜系统和方法。本专利技术的另一个目的，是提供一种膜系统和方法，以排除需要相当大的过量设计，或是需要过早置换已退化的膜组件。本专利技术的进一步目的是提供一种膜系统和方法，以便保持膜的渗透性，并使为恢复膜组件的渗透性对其进行的处理操作需要中断气体生产的操作减到最小。本专利技术的这些和其它的目的，将在下文中详细描述，其新的特征将在权利要求中特别提出。本专利技术的系统和方法采用一吸附剂捕集器以降低或排除由于重油烃蒸汽污染物引起的膜的退化。通过从原料气中吸附这些重烃，吸附剂捕集器就能够使所用的膜系统的分离能力没有相当大的过量设计，并且在置换和恢复处理之前，延长膜的有效寿命。在下文将参照附图描述本专利技术，这是本专利技术的膜分离系统的附图，在原料气流通入膜装置之前，适宜于使用吸附剂捕集器，从原料气流中除去重油烃蒸气本专利技术的这些目的是通过使用吸附剂捕集器以防止膜的渗透性能由于通过膜装置的原料气中的重油烃蒸气引起的退化来实现的。因此，吸附剂捕集器吸附重油烃蒸气，该蒸气使膜的渗透性产生相当大的损失。在气体分离操作中，当膜开始使用时，重油烃蒸气就迅速地出现了。在本专利技术连续的实施过程中，吸附剂捕集器不仅有效地捕集主要地使退化的重油蒸汽，而且也能允许较轻的且较弱吸附的烃蒸气通过上述的吸附剂捕集器到达膜纤维本身。这是很重要的特征，因为这能使人们设计和操作吸附剂捕集器，以便显著地延缓或更有效地防止膜因重油烃蒸气引起的膜渗透性损失的速度，同时，使渗透性损失的速度是可接受的小，且在经济上是可行的数值。有效性和渗透性损失速度很小相结合的优点被惊奇地发现是可能的。如上所述，在空气中通常发现存在很多杂质，如轻烃、二氧化碳和水，并没有引起膜渗透性的退化。这些轻烃是小于或等于C5烃，其中重油烃蒸气是大于戊烷(C5)的那些烃。本专利技术的吸附剂捕集器床尺寸将由吸附剂材料预计的重油烃负荷，以及待处理的原料气流中的杂质含量来确定，如果使用单个床，所使用的吸附剂量也将是决定吸附剂捕集器床寿命的一个因素。如果吸附剂过量了，吸附剂容器费用和原料气流穿过容器之压力降将会不希望地增高，由于这种过高的压力降必然引起过高的原料气压缩机动力消耗费用。另一方面，如果吸附剂床太小，由碳捕集器来的重油烃蒸气过早地穿透，将损害膜的有效性能。一般来说，设计的吸附剂捕集器床的寿命为3-12个月，最好大约为6个，以提供一种与任意使用的吸附剂捕集器的床尺寸和吸附剂寿命的合理平衡。应当注意的是，起初，使用的干净的或新鲜的吸附剂材料，上述的吸附剂不仅可从原料气中吸附重油烃蒸气，而且也同样吸附轻烃、二氧化碳和水，这取决于所使用的特定吸附剂材料的性质。然而在原料气连续地通过吸附床时，在吸附剂捕集器内选择性地从原料气中吸附附加量的上述重油烃蒸气，并将从吸附剂材料中把上述轻烃、二氧化碳和/或水置换出来，与原料气一起从吸附剂捕集器通入膜装置。因此，本专利技术的实施中所使用的吸附剂材料是以这种方式选择性地除去上述的重油烃蒸气，而允许轻烃、二氧化碳和水通过。碳捕集器的尺寸和费用可相当小，结果任意使用的吸附剂捕集器可排成一行，且通常都认为这是较好的，因为它简单易行。然而在另一些实施例中，可采用多床再生系统，其中一个床用来除去重油烃蒸气，而另一个床通过加热或其它方法再生，以实现从吸附剂材料表面解吸被吸附的物料。参照为防止膜不正常退化的实施例之附图进行说明本专利技术。原料气通过管1通入原料气压缩机2进行压缩到所要求的膜压力值，压缩过的原料气通过管3进入普通的后冷却器4，直至原本文档来自技高网...

【技术保护点】
在分离原料气混合物的方法中，膜系统能从含较易渗透组分和较难渗透组分的原料气混合物中选择性地渗透较易渗透的组分，在上述原料气混合物中还含有杂质，这些污染物包括比Ｃ↓［５］（戊烷）较重的烃和比Ｃ↓［５］或Ｃ↓［５］以下的较轻的烃，其特征是把上述含污染物的原料气混合物通入膜系统之前，使它与吸附剂材料床接触，选择性地吸附较重的烃，同时，能够使较轻的烃与原料气混合物一起通过膜系统，从而使因原料气混合物中存在的上述重烃而引起的膜渗透性显著地退化得以便利地防止，同时，对给定的气体分离操作，通过选择性地除去对膜的渗透性有害的重烃，吸附剂材料床的寿命和尺寸可以达到最佳值。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：拉维普拉萨德，奥斯卡威廉哈斯，
申请(专利权)人：联合碳化公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]