[发明专利]使用与有机硅流体接触的至少一个膜分离气体的方法

说明书

优先权要求

本专利申请要求在2012年9月26日提交的名称为“METHOD OF SEPARATING A GAS USING AT LEAST ONE MEMBRANE IN CONTACT WITH AN ORGANOSILICON FLUID”(使用与有机硅流体接触的至少一个膜分离气体的方法)的美国专利申请No.61/705,663以及在2013年3月13日提交的名称为“METHOD AND APPARATUS FOR SEPARATING ONE OR MORE COMPONENTS FROM A COMPOSITION”(用于从组合物中分离一种或多种组分的方法和装置)的美国专利申请No.61/778,952的优先权，以上两个专利申请的公开内容以引用方式全文并入于此。

使用膜来分离气体是一项可用于许多工业工序中的重要技术。例子可包括：氨合成中氢气的回收、石油炼制中氢的回收、生物气合成中甲烷与其他组分的分离、出于医学或其他目的使空气富含氧、从天然气中移除水蒸汽、从天然气中移除二氧化碳(CO₂)和硫化氢(H₂S)、碳捕集应用(比如从燃烧过程生成的烟气流中移除CO₂)、液体脱气、空气净化、HVAC和干燥系统的空气除湿、液体脱水以及液体脱气。

作为许多常规工业操作的一部分，需要将大量的水从许多不同的材料(包括气体、固体和液体)中移除。例如，在化工行业，特定的方法步骤可能需要某些气体的含水量低于某一浓度。在另一个例子中，建筑可能需要给空气除湿以使其居住者保持舒适。玉米和其他谷物、咖啡和其他食品、煤、烟草、木材、木料、化学品、砂石、石膏、废水污泥、气体(包括空气)和油漆均是从其中大量除水或降低水浓度的非气态材料的例子。然而，当前用于干燥气体、液体和固体的方法可能昂贵、耗时、低效且不便。

发明内容

本发明提供了一种在包含有机硅流体的扫描液体配合下使用膜从混合物(比如气态混合物)中移除气体的方法。本发明还提供从液体中移除气体的方法，以及再生和循环利用有机硅扫描液体的方法。

各种实施例提供了某些优于其他分离方法的优点，其中一些是令人惊讶且意料不到的。包含有机硅流体的扫描液体可提高需要通过膜分离的组分的通量。在一些实施例中，通过使用无孔膜，与具有贯穿膜的孔的多孔或微孔膜相比，可以减少扫描液体的泄漏和膜的堵塞。通过将致密膜与包含有机硅流体的扫描液体相结合，本发明的各种实施例可提供抗堵塞和耐泄露的膜系统，该系统所需的维护较少且具有优异分离能力(包括更高的效率和分离度)。在一些实施例中，通过将致密的非担载膜与扫描液体一起使用，无孔的“多孔载体”有助于减少沾污并降低来自载体孔中的被吸收物的冷凝的传质阻力。例如，本发明的方法可比其他方法更有效地(例如，使用更少的能量、使用更短的时间或以更低的成本)从各种气体混合物中移除气体，比如从各种气体混合物(比如CO₂和氮气、CO₂和甲烷)中移除CO₂，或从各种气体混合物(比如水和空气)中移除水。在包括从空气中分离水的实施例中，气体干燥方法所提供的干燥空气可比其他方法更有效地用于干燥材料，包括使用更少的能量、使用更短的时间或花费更少的金钱。

在各种实施例中，本发明提供了一种从混合物中移除气体的方法。该方法包括将第一致密硅酮膜的第一侧与进料混合物接触。所述进料混合物包含至少第一气体组分。所述进料组合物还包含第二气体组分和第一液体组分中的至少一种。该方法还包括将膜的第二侧与扫描液体接触。扫描液体包含有机硅流体。该接触在膜的第二侧上产生渗透混合物，而在膜的第一侧上产生渗余混合物。所述渗透混合物可包含在膜的第二侧上的所有材料，包括已通过膜的材料和已在膜的第二侧上的材料。所述渗透混合物富含第一气体组分。所述渗余混合物贫乏第一气体组分。

在各种实施例中，本发明提供了一种从液体中移除气体的方法。该方法包括将第一致密硅酮膜的第一侧与气态料流接触。该方法还包括将膜的第二侧与包含有机硅流体的液体接触。所述有机硅流体包含第一气体组分。该接触在膜的第一侧上产生气态渗透混合物，而在膜的第二侧上产生渗余有机硅流体。所述渗透混合物可包含在膜的第一侧上的所有材料，包括已通过膜的材料和已在膜的第一侧上的材料。所述渗透混合物富含第一气体组分。所述渗余有机硅流体贫乏第一气体组分。