[发明专利]通过纳米多孔膜上的渗透萃取提取气体混合物的组分的方法

说明书

本发明涉及膜气体分离领域。一种去除气体混合物的组分的方法，其基于：使气体混合物的组分通过纳米多孔膜并随后用与纳米多孔膜接触的液体吸收剂选择性地将其吸收，其中为了防止气体进入吸收剂的液相中以及防止吸收剂的液相进入气相中，使用具有均匀孔隙率(粒径分布小于50％)和孔径在5‑500nm范围内的纳米多孔膜，并且保持气相和液体吸收剂之间的压力差低于膜泡点压力。在中空纤维膜组装密度高达3200m²/m³时，实现了以CO₂计，大于0.3nm³/(m²小时)的酸性气体去除性能，这对应于高达1000nm³(m³小时)的酸性气体去除的比体积性能。技术结果是提供了从天然和工艺气体混合物中有效提取不期望的组分。

发明领域

本发明涉及膜气体分离领域，并且可以用于除去天然和工艺气体混合物的不期望的组分。本发明的主要目的是从天然和伴生石油气中分离酸性气体(CO₂和H₂S)以调节其通过管道的输送。本发明涉及一种用于除去气体混合物的组分的方法，其基于膜渗透萃取和通过纳米多孔膜将气相组分选择性吸收到液相中。通过使用具有5至500nm的孔径和均匀的孔径分布的纳米多孔膜，实现了分离过程的改进特性和防止气体到吸收剂的液相中和液体吸收剂到气相中的相互渗透，允许该过程在保持低于膜泡点压力的跨膜压力下进行。该方法提供了在高达3200m²/m³的中空纤维膜的组装密度下大于0.3nm³/(m²·h)的CO₂萃取速率的记录，这对应于高达1000nm³/(m³·h)的酸性气体去除的比体积性能。这允许使用小尺寸吸收模块有效地处理基于酸性组分的天然和伴生石油气，并且显著降低气体处理设施的资本投资和操作成本。

背景技术

膜渗透萃取技术是渗透剂通过膜从气相转移到液相的过程。该过程在膜接触器中实施[Falk-Pedersen,О.；Dannstrom,Н.从气体中去除二氧化碳的方法(Method forRemoving Carbon Dioxide from Gases),2001]。“气体吸收剂”系统中由中空纤维产生的高接触表面积显著地减小了膜接触器的尺寸，并因此显著降低了它们的结构的操作和资金成本。

存在一种使用中空纤维膜接触器从气体中除去CO₂的方法(US 6,228,145B1(WO98/04339))。将酸性气体进料至中空纤维，同时吸收剂洗涤外表面。与传统吸收塔相比，这种设计使设备重量减少了70-75％，尺寸减小了65％，同时还显著减少了吸收剂的损失。该专利提出在吸收器和用于吸收剂再生的解吸器中均使用中空纤维。中空纤维膜组装密度为250-1000m²/m³。建议选择该专利中的膜的孔径，以便排除吸收剂分子(溶剂)穿过膜的渗透，这将所用材料的范围限制为具有极低CO₂渗透率的微孔膜(通常至多<<1m³/(m²·atm·h))。该专利没有提供跨膜压力的使用，这不可避免地导致用胺溶液润湿膜，降解其内部结构，并且在长期操作期间，液体吸收剂渗透到气相中。此外，当液体吸收剂渗透膜孔时，由于CO₂在液体中的扩散系数显著低于气相，因此通过膜的气体转移速率显著降低，这对其性能产生负面影响。

专利US 8,702,844提供了一种用于改进“吸收剂-酸性组分”接触的方法和一种基于它的膜接触器。该方法的本质在于用具有与膜材料的组成不同的化学组成的纳米颗粒对膜材料进行改性。具有不同化学性质的纳米颗粒的引入允许膜材料的表面润湿接触角变化。建议在吸收器和再生器中均使用改性的中空纤维。该方法的缺点是需要额外的改性步骤，这增加了膜材料的成本，以及在“纳米颗粒-膜材料”边界处的微缺陷的可能性，这显著降低了膜材料的耐化学性。