[发明专利]膜气体分离工厂和用于操作其的方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过选择性可渗透膜(SPMs)进行气体混合物分离的领域和可以在气体、石油、化学和其它工业领域中应用。

背景技术

纯化烃气混合物的多数任务要求同时处理为HPGM(高压气体混合物)的原料、同时去除数种成分，同此，通常不得不在没有HPGM的显著压力损失和最小原料损失(即，具有最大成品收率，术语成品指纯化到设定参数的原料)完成纯化工艺。

例如，提供到主管道的天然气必须符合在这个领域中相关的数种成分的界限含量的工业标准，即，硫化氢、硫醇、CO2、水蒸汽和冷凝烃的含量。对于温和气候，按照OST51.40-93，气体混合物中硫化氢的限制质量浓度必须不超过7mg/m³，硫醇必须不超过16mg/m³，CO2的摩尔份数必须不超过2.5%摩尔，烃露点必须不高于负2℃，水露点必须不高于负10℃。对于水蒸汽和冷凝烃的限制含量的要求在寒冷气候的区域是更严格的，对于硫化氢、硫醇和CO2具有的相同要求：烃露点在夏季必须不高于负5℃而在在冬季必须不高于负10℃，水的露点在夏季必须不高于负14℃而在冬季不高于负20℃。

除了成品的高收率之外，气体分离工艺必须提供每个产品单位尽可能低的能耗(单位产品能耗)。因此，有必要最小化压缩机的驱动(有源设备)、热交换(加热和冷却)的能耗，同时也增加无源设备的生产率，首先选择性可渗透膜(SPM)的平方面积单位。

有具有由二氧化硅有机材料制成的气体分离层的SPMs，其具有水蒸汽扩散速率与甲烷扩散速率的高比率，以及丁烷、硫化氢、硫醇、氦气扩散速率与甲烷扩散速率的低比率。这些膜仅对于干燥烃混合物是有效的。

用于处理原料(HPGM)、同时去除自水蒸汽、酸性气体和重烃的的复合膜具有由弹性和刚性嵌段组成的嵌段共聚物制成的选择性层，例如，由聚氧乙烯共聚物与聚酰胺PEG、聚酯和聚酰胺等制成的膜。由于弹性和刚性膜嵌段的特定比率，上述聚合物对于足够高比渗透率的保留具有高选择性值。例如，具有选择性值α(Н₂0)/(СН₄)≥280、α(Не)/(СН₄)≥150、α(MS)/(CH₄)≥65(其中МS–硫醇总和)、α(H₂S)/(CH₄)≥40,α(C₆H₁₄)/(CH₄)≥25的膜具有25.0°С-Р/1(СН₄)≥30l/m²h atm的甲烷比渗透率。同此，在所有组分上的这种膜的选择性值比最好的二氧化硅有机膜的相应选择性值高。例如，由聚二甲基硅氧烷(Lestosil)制成的膜选择性值(比渗透率比率)为α(Н₂0)/(СН₄)≤25、α(Не)/(СН4)≤2、α(H₂S)/(CH₄)≤8。

SPM的选择性性质在膜气体分离的工艺中具有绝对性意义。这可以通过在图1表示的从多组分烃混合物中硫化氢回收工艺的数值模拟的结果说明，根据图1它致使在实际压力不同于在SPM，根据硫化氢(根据OST51.40-93，7mg/m³)的成品收率(具有要求规格的纯化气体混合物)，主要取决于选择性值α(H₂S)/(CH₄)，因此可接受收率≥80%可以仅在α(H₂S)/(CH₄)>50实现。具有这种选择性的膜在目前不存在。因此，有必要发现增加气体分离效率和改善用于实现较少的能量需求、单级膜分离工艺的气体分离工厂特征的方式。这些方法当中的一种是冲洗或吹扫膜气体分离模块的低压室(MGSM LPC)，用于减少下游选择性可渗透膜不期望组分的分压。