[发明专利]水从烃和卤代烃中的分离

说明书

本文是申请号为108，752，申请日为1987年10月15日的美国专利申请案（现已放弃）的部分续展申请，而后者是申请号为880，783，申请日为1986年7月1日的美国专利申请案（现已放弃）的部分续展申请。

本发明涉及一种从水和烃类的混合物中分离水的装置和方法。更具体地说，本发明涉及这样一种方法，该法用于脱除气体中的水分，以及对被烃类物质污染的水进行去污。

从存在于化学工业废物中的烃或卤代烃污染物或从气态烃中分离水的工艺一般要求分离系统能长进期地暴露在烃类物质中而不发生化学变质或结污（fouling）。化学降解系指烃或卤代烃对分离装置中的化学部件（如分离膜）的侵蚀，一般将导致膜系统的化学降解或失效。Michaels在“Utralfiltration    Membranes    and    Applications，Polymer    Science    and    Tcehnology，vol.13，1979”中将结污描述成这样一种现象，借此在正常运行情况下，膜呈现出对流动的阻力，严重限制了穿膜（transmembrane）渗透量（浓度极化）。

涉及水一烃分离的另一常见情况是在分离几乎相同大小的分子时所产生的问题。例如，水分子的大小大致与甲烷分子相同。因此，具有目前可获得的最细微孔隙的多孔膜系统不能分开水和甲烷。其他的膜，或者经过化学处理的亲水性膜，则由于水通过膜细孔流体动力学，仍然可使水和甲烷通过它们的细孔。

水蒸汽往往是工业气流中的杂质，需在气流使用或处理期间或之前将其除去。例如，主要组分是甲烷的天然气，在其天然状态下含有显著量的以物理方式夹带的水。在许多工业过程中，均希望和必须对这类气体进行干燥。

一般已有技术中干燥天然气的方法系利用水在某些物质，例如甲醇或乙二醇中的溶解度，使潮湿的气体（以下简称湿气）通过洗涤用流体的浴或流体帘（curtain）而达到目的。在这类方法中，达到饱和的洗涤用流体可通过驱除其中水份进行再生，而通常是使最先排出（well-head）的气体燃烧而产生的热来达到目的。在这类方法中固有的成本除了包括吸收液剂本身的成本外，还有在水-饱和吸收液剂再生过程中所用去的最先排出的气体。

在其他的已有技术布局中，系采用分子筛吸附剂，湿气一般通过装有分子筛的床。同样，床的再生或更换的需要将造成相当大的能耗费用。

用固体吸附剂干燥，以及机械方法操作（冷却或冷冻，以引起凝结）也已被使用。

美国专利3，735，559（申请人为Salemme，1973年5月29日公告）揭示了将磺化聚对苯二亚甲基氧化物膜用于从其他气体中分离水蒸气。所说的膜由支撑结构支承，后者遮断了膜的部分表面。平坦的膜被支承在二个支撑网板之间，形成一个夹层平膜组件。该专利申请文件中还讨论了使用这类膜所遇到的问题，如破裂或长度的收缩。

美国专利4，421，529（申请人为Revak等，1983年9月20日公告）揭示了一种用空心纤维膜间歇地分离气体的方法。该专利揭示：空心纤维可由各种材料制成，包括纤维素酯或纤维素醚，其中尤以不对称的乙酸纤维素为佳。这类膜是多孔膜，从字面上看系用于过滤烃类流体。由于是多孔的，烃能流动通过这些孔。另外，这类膜的厚度约为250微米，膜的厚度会对系统的流体动力学产生不利的影响。

如题为“反渗透：应用化学和化学工程的一个新领域”（作者为S.Sourirajan，系乙酸纤维素膜的发明者，该文发表在“Synthetic    Membrances”，vol.l，1981中）一文中所揭示的，乙酸纤维素膜包括不对称的多孔膜。这类多孔膜用于优先吸附膜与溶液界面上溶液内的一种组分。这一点是毫无疑问的，如电子显微镜所显示的（参见：Kesting，“Synthetic    Polymeric    Membrances”，1971年，第40页，图2.17），乙酸纤维素超滤膜是一种粘聚性体系，它包括称为泡沫的开口（open），亦即有裂壁的液泡。向三维延伸的长胁条将纤维素网紧固在一起。

在卤代烃存在下，乙酸纤维素膜和纤维素醚膜会发生溶解或降解。烃类物质往往会使膜表面上暴露在烃中的醚或乙酸基团发生化学降解。

美国专利3，442，002（申请人为Geary，Jr.等，1969年5月6日公告）揭示了一种流体分离装置的制造方法，该装置可以包括多个分离组件。