[发明专利]防止膜退化的方法和系统

说明书

本发明是关于可渗透膜，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、重烃油蒸气，即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，人们已经发出，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（turn    down    mode）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。

本发明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。

本发明的另一个目的，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。

本发明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。

本发明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。

本发明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。