Способ и устройство для осуществления мембранной абсорбции газ/жидкость при повышенном давлении

Способ и устройство для осуществления мембранной абсорбции газ/жидкость при повышенном давлении

Реферат

 

Изобретение относится к устройству для осуществления мембранной абсорбции газ/жидкость при повышенном давлении, содержащему сосуд избыточного давления, в котором предусмотрен мембранный блок для разделения сквозного потока газовой фазы и жидкой фазы в такой последовательности, чтобы обеспечить возможность обмена компонентов, подлежащих абсорбированию, между газовой фазой и жидкой фазой, причем направление прохождения газовой фазы через абсорбер по существу перпендикулярно направлению течения жидкой фазы через абсорбер. Изобретение относится к способу осуществления мембранной абсорбции газ/жидкость, в котором используют данный абсорбер, в частности для абсорбции СО₂, Н₂S, ртути (пара) и/или воды (пара) из газовой фазы при повышенном давлении. Изобретение также относится к способу очистки природного газа при использовании абсорбера и способа в соответствии с изобретением. Технический результат - абсорбция разнообразных соединений из газовой фазы. 5 с. и 41 з. п. ф-лы, 3 ил.

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для осуществления мембранной абсорбции газ/жидкость при повышенном давлении.

Способы мембранной абсорбции газ/жидкость известны, например, из заявок на патент заявителя настоящего изобретения, упомянутых ниже. Эти способы обычно включают абсорбцию одного или нескольких газообразных компонентов из газовой фазы, причем газовую фазу, содержащую компоненты, подлежащие абсорбции, вводят в контакт с жидкой фазой, при этом газовая фаза и жидкая фаза разделены посредством мембраны.

Мембранная абсорбция газ/жидкость является очень гибким и многосторонним технологическим приемом, который может быть использован для конкретной абсорбции разнообразных соединений из газовой фазы, зависящей, кроме того, от используемой мембраны, используемой жидкой фазы и газового потока, подлежащего очистке. Например, мембранная абсорбция газ/жидкость может быть использована конкретно для абсорбирования двуокиси углерода и Н₂S (Европейская заявка 0751815), окисляемых и восстанавливаемых составляющих, таких как пары ртути (заявка РСТ NL 96/00279), а также для удаления водяного пара (Европейская заявка 0524242, поданная заявителем настоящего изобретения).

Известные технологические приемы имеют недостатки, в связи с чем их нельзя применять в/с газовых(ими) потоках(ами) при повышенном давлении более 0,4 МПа. Тем не менее имеется выгодная возможность осуществлять мембранную абсорбцию газ/жидкость из газовой фазы при повышенном давлении, особенно в тех случаях, когда газовую фазу подают при повышенном давлении и когда невозможно/нежелательно по техническим и/или экономическим причинам снизить давление газового потока перед процессом абсорбции. Таким примером является очистка природного газа, который, как правило, добывается и подлежит переработке при давлении свыше 5 МПа, а иногда от 10 до 20 МПа.

Однако существующие технологические приемы мембранной абсорбции газ/жидкость не могут быть использованы в газовых потоках, имеющих такое высокое давление, в основном потому, что: - конструкция существующего оборудования для мембранной абсорбции газ/жидкость не рассчитана на такие давления, - существующие мебраны, особенно пористые мембраны, не могут быть использованы, если на мембране имеет место падение давления, - если используются "глухие" мембраны, которые могут выдерживать (более) высокое падение давления (т.е. имеющие достаточную толщину), то массоперенос и, следовательно, производительность могут стать слишком низкими.

Таким образом, настоящее изобретение относится к устройству для осуществления мембранной абсорбции газ/жидкость при повышенном давлении, включающему сосуд (1) избыточного давления, который ограничивает по существу замкнутую камеру (2), средство для подачи (3а) и выпуска (4а) газовой фазы в/из камеру(ы) (2), мембранный блок (5), расположенный в камере (2), включающий, по меньшей мере, мембранный элемент (6), который определяет границы сквозного канала (7), средство для подачи (8а) или выпуска (9а) жидкой фазы к мембранному блоку (5), обеспечивающее прохождение жидкой фазы из впускного канала (8а) через канал (7) в выпускной канал (9а), в котором сосуд (1) избыточного давления, впускной канал (3а) и выпускной канал (4а) и мембранный блок (5) предусмотрены в камере (2) в такой последовательности, чтобы газовая фаза проходила мимо мембранного элемента (6) в направлении, по существу перпендикулярном направлению прохождения жидкой фазы через мембранный элемент (6), при этом обеспечивается возможность обмена компонентов, подлежащих абсорбированию, между газовой фазой и жидкой фазой через стенку мембранного элемента (6).

Предпочтительно, мембранный элемент (6) имеет форму полых волокон, а мембранный блок (5) включает, по меньшей мере, узел из множества полых волокон и, возможно, направляющие элементы для направления газового потока мимо полых волокон и/или распределительные элементы для распределения потока жидкой фазы поверх полых волокон.

При этом мембранные элементы (6) расположены в плоскости, по существу перпендикулярной продольной оси сосуда (1) избыточного давления, и в процессе работы направление прохождения газовой фазы через камеру (2) мимо мембранных элементов (6) по существу является параллельным продольной оси сосуда (1) избыточного давления.

Сосуд (1) избыточного давления содержит, по меньшей мере, два отдельных мембранных блока (5), которые эффективно соединены со средством разделения для подачи (8а) или выпуска (9а) жидкой фазы для подачи через них, одновременно и независимо одно от другого, по меньшей мере, двух отдельных жидких фаз.

Предпочтительно, устройство используется в/для избирательной абсорбции/извлечении(я) CO₂ и/или H₂S из газовой фазы при повышенном давлении, используется в/для избирательной абсорбции/извлечении(я) окисляемых и/или восстанавливаемых компонентов из газовой фазы при повышенном давлении, а также используется в/для избирательной абсорбции водяного пара из газовой фазы при повышенном давлении или для осушения газовой фазы при повышенном давлении.

Устройство может содержать, по меньшей мере, одно второе аналогичное устройство, соединенное последовательно с первым.

Целесообразно использовать такое устройство в/для избирательной абсорбции/извлечении(я) CO₂ и/или H₂S из газовой фазы при повышенном давлении, а также в/для избирательной абсорбции/извлечении(я) окисляемых и/или восстанавливаемых компонентов из газовой фазы при повышенном давлении или в/для избирательной абсорбции водяного пара из газовой фазы при повышенном давлении или для осушения газовой фазы при повышенном давлении.

Изобретение также относится к устройству для осуществления мембранной абсорбции газ/жидкость при повышенном давлении, включающему сосуд (1) избыточного давления, который ограничивает по существу замкнутую камеру (2), средство для подачи (3b) и выпуска (4b) газовой фазы в/из камеру(ы) (2), по меньшей мере, мембранный блок (5), который расположен в камере (2), в котором мембранный блок (5) определяет границы, по меньшей мере, одной по существу замкнутой сквозной камеры (10d) для жидкой фазы, причем сквозная камера является независимой от камеры (2), мембранный блок (5) содержит, по меньшей мере, один мембранный элемент (6), который проходит через по существу замкнутую сквозную камеру (10d) и определяет границы сквозной камеры (7), которая по существу является независимой от сквозной камеры (10d), причем мембранный элемент (6) эффективно соединен с камерой (2) в такой последовательности, чтобы газовая фаза из камеры (2) проходила через сквозной канал (7), средство для подачи (8b) или выпуска (9b) жидкой фазы к мембранному блоку (5), обеспечивающее прохождение жидкой фазы из выпускного канала (8b) через сквозную камеру (10d) к выпускному каналу (9b), в котором предусмотрены сосуд (1) избыточного давления, впускной канал (3b) и выпускной канал (4b), мембранный блок (5), мембранные элементы (6), впускной канал (8b), выпускной канал (9b) и камера (10d) в такой последовательности, чтобы прохождение жидкой фазы осуществлялось через камеру (10d) мимо/поверх мембранного элемента (6) в направлении, по существу перпендикулярном направлению прохождения газовой фазы через мембранный элемент (6), при этом обеспечивается возможность обмена компонентов, подлежащих абсорбированию, между газовой фазой и жидкой фазой через стенку мембранного элемента (6).

При этом мембранный элемент (6) имеет форму полых волокон, а мембранный блок (5) включает, по меньшей мере, узел из множества полых волокон и, возможно, направляющие элементы для направления жидкой фазы мимо/поверх полых волокон и/или распределительные элементы для распределения потока газовой фазы поверх полых волокон.

Мембранные элементы (6) могут быть расположены в плоскости, по существу параллельной продольной оси сосуда (1) избыточного давления, и в процессе работы направление прохождения жидкой фазы через камеру (2) мимо мембранных элементов(6) по существу является перпендикулярным продольной оси сосуда (1) избыточного давления, причем мембранные элементы (6) состоят из пористых мембран.

Устройство дополнительно содержит средство регулирования давления жидкой фазы относительно газовой фазы, средство по существу для сглаживания давления газовой фазы и жидкой фазы, средство для поддержания жидкой фазы при регулируемом избыточном давлении менее 0,5 МПа, предпочтительно менее 0,05 МПа относительно давления газовой фазы, при этом средство регулирования давления предусмотрено в сосуде (1) избыточного давления или присоединено к нему.

Предпочтительно, устройство используется в/для избирательной абсорбции/извлечении (я) СО₂ и/или H₂S из газовой фазы при повышенном давлении, в/для избирательной абсорбции/извлечении (я) окисляемых и/или восстанавливаемых компонентов из газовой фазы при повышенном давлении, а также в/для избирательной абсорбции водяного пара из газовой фазы при повышенном давлении или для осушения газовой фазы при повышенном давлении.

Целесообразно, устройство содержит, по меньшей мере, одно второе аналогичное устройство, соединенное последовательно с первым, которое используется в/для избирательной абсорбции/извлечении (я) СО₂ и/или H₂S из газовой фазы при повышенном давлении или в/для избирательной абсорбции/извлечении (я) окисляемых и/или восстанавливаемых компонентов из газовой фазы при повышенном давлении или в/для избирательной абсорбции водяного пара из газовой фазы при повышенном давлении или для осушения газовой фазы при повышенном давлении.

Изобретение, кроме того, относится к способу осуществления мембранной абсорбции газ/жидкость при повышенном давлении для абсорбирования одного или более компонентов из газовой фазы, включающему сквозную подачу газовой фазы, содержащей один или более компонентов, подлежащих абсорбированию, по впускному каналу (3а) и выпускному каналу (4а) через камеру (2) мимо одного или более мембранных элементов (6), при этом газовая фаза имеет давление более 0,4МПа, предпочтительно более 1 МПа, более предпочтительно 5-20 МПа, сквозную подачу жидкой фазы, подходящей для абсорбирования одного или более компонентов, по впускному каналу (8а) и выпускному каналу (9а) через сквозной канал (7), при этом жидкая фаза имеет давление, которое отличается от давления газовой фазы не более чем на 0,5 МПа, предпочтительно не более чем на 0,1 МПа, в такой последовательности, чтобы один или более подлежащих абсорбированию компонентов были абсорбированы из газовой фазы в жидкую фазу через стенку одного или более мембранных элементов (6), причем газовая фаза и жидкая фаза разделены посредством мембранных элементов (6), по меньшей мере, на две различные жидкие фазы, подходящие, например, для абсорбирования различных компонентов, подлежащих абсорбированию, проходят одновременно и независимо одна от другой, по меньшей мере, через два отдельных мембранных блока (5), при этом жидкую фазу поддерживают при регулируемом избыточном давлении менее 0,5 МПа, предпочтительно менее 0,05 МПа по отношению к давлению газовой фазы. Предпочтительно, жидкая фаза представляет собой жидкую фазу на водной основе.

Целесообразно, способ осуществляют в/для избирательной абсорбции/извлечении (я) СО₂ и/или H₂S из газовой фазы при повышенном давлении или в/для избирательной абсорбции/извлечении (я) окисляемых и/или восстанавливаемых компонентов из газовой фазы при повышенном давлении или в/для избирательной абсорбции водяного пара из газовой фазы при повышенном давлении или для осушения газовой фазы при повышенном давлении.

Изобретение также относится к способу осуществления мембранной абсорбции газ/жидкость при повышенном давлении для абсорбирования одного или более компонентов из газовой фазы, включающему использование устройства по одному из п. п. 5-12, сквозную подачу газовой фазы, содержащей один или более компонентов, подлежащих абсорбированию, по впускному каналу (3b) и выпускному каналу (4b) через камеру (2) и сквозной канал (7) мембранного элемента (6), при этом газовая фаза имеет давление более 0,4 МПа, предпочтительно более 1 МПа, более предпочтительно 5-20 МПа, сквозную подачу жидкой фазы, подходящей для абсорбирования одного или более компонентов, по впускному каналу (8b) и выпускному каналу (9b) через сквозную камеру (10b) мимо одного или более мембранных элементов (6), при этом жидкая фаза имеет давление, которое отличается от давления газовой фазы не более чем на 0,5 МПа, предпочтительно не более чем на 0,1 МПа, в такой последовательности, чтобы один или более подлежащих абсорбированию компонентов были абсорбированы из газовой фазы в жидкую фазу через стенку одного или более мембранных элементов (6), причем газовую фазу и жидкую фазу разделяют посредством мембранных элементов (6), при этом жидкую фазу поддерживают при регулируемом избыточном давлении менее 0,5 МПа, предпочтительно менее 0,05 МПа по отношению к давлению газовой фазы, причем жидкая фаза представляет собой жидкую фазу на водной основе.

Целесообразно, способ осуществляют в/для избирательной абсорбции/извлечении (я) СО₂ и/или H₂S из газовой фазы при повышенном давлении или в/для избирательной абсорбции/извлечении (я) окисляемых и/или восстанавливаемых компонентов из газовой фазы при повышенном давлении или в/для избирательной абсорбции водяного пара из газовой фазы при повышенном давлении или для осушения газовой фазы при повышенном давлении.

Изобретение также относится к способу очистки потока природного газа при повышенном давлении, в котором поток природного газа избирательно очищают от одной или более газообразных примесей посредством абсорбции одной или более примесей посредством их абсорбции в жидкую фазу, в котором используют устройство по одному из пунктов 1-11,12-26 или осуществляют в соответствии со способом по одному из пунктов 27-33, 34-39, в котором подлежащей извлечению примесью является СO₂ и/или Н₂S, а используемой жидкой фазой является водный раствор абсорбционной среды для извлечения CO₂ и/или H₂S.

Предпочтительно, мембранные элементы (6) выполняют в виде мембран из полых волокон, полученных из полипропилена, полиэтилена, полисульфона, поли(винилфторида) или поли(тетрафторэтилена), а жидкая фаза имеет поверхностное натяжение при 20^oС более 6010^-3 Н/м, причем жидкая фаза содержит водный раствор водорастворимой аминокислоты или соли аминокислоты, или, в частности, таурина, аланина, глицина, метилглицина, пролина, диметилглицина, их солей или производных, или солей фосфатов/карбонатов или фенолата.

Целесообразно, способ дополнительно включает регенерацию жидкой фазы, содержащей абсорбированные СО₂, Н₂S и/или другие абсорбированные компоненты, для получения потока десорбированного газа, включающего СO₂, при парциальном или абсолютном давлении, которое является более высоким, чем парциальное давление компонентов в исходной газовой фазе, и/или при более высоком абсолютном давлении газовой фазы, при этом подлежащая извлечению примесь представляет собой ртуть (пар), а используемая жидкая фаза представляет собой водный раствор растворимого оксиданта для окисления ртути, причем для осушения природного газа используют жидкую фазу, представляющую собой раствор гигроскопической соли.

В соответствии с настоящим изобретением мембранную абсорбцию газ/жидкость осуществляют при так называемом "перекрестном течении", т.е. при направлении потока газовой фазы, содержащей один или более компонентов, подлежащих абсорбированию, перпендикулярно к плоскости течения жидкой фазы.

Сосуд (1) избыточного давления предпочтительно является по существу цилиндрическим или ограничивает по существу цилиндрическую камеру (2). Хотя в показанном рабочем положении продольная ось сосуда (1) избыточного давления расположена по существу вертикально, возможно также другое расположение, поскольку мембранная абсорбция по существу не зависит от ориентации сосуда избыточного давления. Эти дополнительные степени свободы в отношении ориентации мембранного абсорбера являются важным преимуществом мембранной газовой абсорбции по сравнению (например) с использованием насадочных колонн, которые работают под влиянием гравитации и поэтому всегда должны работать по существу в вертикальном положении для обеспечения необходимого противотока.

Сосуд (1) избыточного давления может включать направляющее средство для регулирования потока газа через камеру (2).

Мембранный элемент (6) имеет такую форму, чтобы определить границы, по меньшей мере, сквозного канала (7). Мембранный элемент (6) может состоять из одной мембраны или сборки из нескольких мембран, которые образуют/определяют границы сквозного канала; например, мембранный элемент (6) может содержать пластинчатые мембраны, имеющие пропускные каналы, мембраны, которые образуют так называемый "пластинчато-рамочный" модуль или имеют форму спирально свернутых мембран. Мембранный элемент (6) имеет форму предпочтительно полого волокна.

Мембраны могут быть изготовлены из любого подходящего материала, который является проницаемым, по меньшей мере, для одного или более газообразных составляющих, подлежащих абсорбированию, но не для газовой фазы или жидкой фазы.

Мембраны предпочтительно являются инертными и способны выдерживать используемую газовую фазу, и жидкую фазу, и компоненты, подлежащие абсорбированию, и выбираются, кроме того, на основе их назначения и дополнительных факторов, таких как необходимый массоперенос. В этом контексте могут быть использованы также избирательные мембраны.

Мембраны могут быть либо пористыми, либо не содержать пор, и могут быть асимметричными мембранами и/или мембранами с покрытием. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что для достижения высокого массопереноса предпочтительными, как правило, должны быть пористые мембраны; они, однако, слишком чувствительны к падению давления на мембране.

Подходящие материалы для мембран известны из предшествующих технических решений, таких как заявки, поданные заявителем настоящего изобретения, и включают пористые материалы для мембран, такие как полипропилен (РР), полиэтилен (РЕ), поли(винилденфторид) (PVDF), поли(тетрафторэтилен) (PTFE) и полисульфон (PSU); непористые материалы для мембран, асимметричные мембраны и/или мембраны с покрытием, такие как мембраны с плазменным напылением, мембраны с покрытием силоксановыми каучуками (PDMS), мембраны, обработанные фтором, парафином и т.п. К другим подходящим материалам относятся, например, мембранные материалы из керамики (Аl₂О₃, TiO₂, ZrO₂), ацетата целлюлозы (СА), бутадиеновый каучук, тройной полимер этилена/пропилена (EPDM); мембраны из металла (например, из Pd), поли(фениленоксида) (РРО), полиимида (PI) и т. п. Специалистам в данной области техники должны быть известны и другие подходящие материалы.

Мембранный блок (5) содержит, по меньшей мере, один или более мембранных элементов (6) и, необязательно, дополнительные средства, такие как направляющие элементы для направления газового потока мимо мебранных элементов (6), например, элементы стенок, которые ограничивают мембранный блок, параллельные направлению течения газа; и/или соединительные и распределительные элементы для распределения (потока) жидкой фазы по сквозным каналам (7) мембранных элементов, которые, например, могут соединять направляющие элементы в деталь особой формы, как описано ниже более подробно.

Мембранный блок (5) предпочтительно содержит сборку из множества полых волокон, которые по существу расположены параллельно, причем количество полых волокон и их суммарная площадь обмена будет зависеть от достигаемой производительности.

В этом контексте возможно использование различных сборок (модулей) полых волокон, которые могут быть или не могут быть регулируемым образом соединены одно с другим, при возможности выбора различных видов сборок полых волокон, расположенных под углом одно к другому, предпочтительно по существу под прямым углом, расположенных в плоскости, перпендикулярной направлению течения газовой фазы.

Направление течения газовой фазы мимо мембранных элементов (6) предпочтительно находится по существу параллельно продольной оси сосуда (1) избыточного давления, что означает, что мембранные элементы (6) должны быть расположены в плоскости, по существу перпендикулярной продольной оси сосуда (1) избыточного давления.

Конструкция абсорбера предпочтительно является такой, чтобы можно было выполнять процесс абсорбции в противоточном режиме, как должно быть известно специалистам в данной области техники.

Мембранный блок (5) предпочтительно представляет собой DAM модуль, как описано в международной заявке 91/09668, поданной заявителем настоящего изобретения, которая включена в данное описание посредством ссылки.

Осуществление способа в соответствии с настоящим изобретением включает прохождение газовой фазы, которая содержит один или более компонентов, подлежащих абсорбированию, через камеру (2) мимо мембранных элементов (6), причем жидкую фазу, подходящую для абсорбирования одного или более компонентов пропускают, по существу одновременно, через сквозной канал (7) мембранного элемента (6) в такой последовательности, чтобы один или более компонентов, подлежащих абсорбированию, были абсорбированы из газовой фазы в жидкую фазу, причем газовая фаза и жидкая фаза разделяют посредством (стенки) мембранных элементов (6).

В ходе процесса газовая фаза в камере (2) имеет давление более 0,4 МПа, предпочтительно более 1 МПа, более предпочтительно 5-20 МПа.

Давление жидкой фазы в сквозных каналах (7) должно быть по существу равно давлению газовой фазы в камере (2), т.е. не отличаться от него более чем на 0,5 МПа, предпочтительно не более чем 0,05 МПа. Особенно предпочтительно, чтобы давление жидкой фазы несколько превышало давление газовой фазы, т.е. в приведенном выше диапазоне.

Давление жидкой фазы, как правило, следует устанавливать как функцию давления подаваемой газовой фазы с помощью подходящего средства регулирования давления. Средство регулирования давления предпочтительно присоединено к абсорберу, а более предпочтительно предусмотрено в самом абсорбере, более предпочтительно к сосуду (1) избыточного давления или предусмотрено в самом сосуде (1) избыточного давления, соответственно, как описано ниже более подробно в предпочтительном варианте изобретения.

Средства регулирования давления являются предпочтительно такими, чтобы они были способны соответствующим образом реагировать на изменение давления жидкой фазы, т.е., чтобы они могли компенсировать такое изменение давления посредством изменения давления жидкой фазы, без влияния на целостность процесса и/или используемого оборудования.

Преимущество настоящего изобретения состоит в том, что мембранные элементы (6) и мембранный блок (5) могут выполняться без необходимости быть пригодными для использования при высоком давлении или падении давления. Однако сосуд (1) избыточного давления и дополнительные соединительные детали и т. п. должны быть способны выдерживать давление газовой фазы и жидкой фазы, как должно быть понятно специалистам в данной области техники.

Другое преимущество (конструкции) абсорбера в соответствии с настоящим изобретением состоит, например, в том, что сосуд избыточного давления можно легко наполнять, а мембранный блок можно заменять, кроме того, как результат модульной конструкции. Это обеспечивает уменьшение работ, связанных с обслуживанием и заменой оборудования.

Мембранный абсорбер высокого давления в соответствии с настоящим изобретением может быть использован для выполнения любых процессов абсорбции газ/жидкость, известных в процессе с повышенным давлением газовой фазы, в частности известных процессов мембранной абсорбции газ/жидкость, например абсорбции CO₂/H₂S согласно Европейской заявке 0751815, поданной заявителем настоящего изобретения, окислительной мембранной абсорбции газ/жидкость согласно международной заявке NL 96/00279, поданной заявителем настоящего изобретения, и извлечения водяного пара согласно Европейской заявке 0524242, поданной заявителем настоящего изобретения, содержание которых включено в настоящее описание посредством ссылки.

В этом контексте упомянутые способы, как правило, следует осуществлять по процедуре, подобной используемой в известных способах, т.е. при использовании по существу тех же самых мембранных материалов, жидкой фазы, абсорбционной среды, технологий регенерации жидкой фазы и т.п. Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает простым образом адаптацию этих известных процессов для использования при повышенном давлении газовой фазы посредством использования описанных здесь устройств и способа, и использование этих известных процессов при повышенном давлении составляет предпочтительные аспекты настоящего изобретения.

В соответствии с конкретным вариантом настоящего изобретения абсорбер может содержать также, по меньшей мере, два отдельных мембранных блока (5), которые могут быть использованы для множества одинаковых или различных жидких фаз, которые проходят одновременно через мембранные элементы (6), соединенные с этими мембранными блоками. Каждый из отдельных мембранных блоков в этом варианте должен быть эффективно присоединен к соответствующим отдельным средствам для подачи (8а) или выпуска (9а) соответствующих жидких фаз. Этот вариант, кроме того, обеспечивает посредством использования множества подходящих жидких фаз, отличающихся одна от другой, одновременное подвергание газовой фазы в единственном абсорбере различным процессам абсорбции для одновременного извлечения различных газовых компонентов, обеспечивая также возможность выбора этих процессов абсорбции, подлежащих отдельному регулированию.

В этом варианте отдельные мембранные блоки (5) могут образовать в абсорбере часть единой конструкции, насколько это возможно для различных жидких фаз, подлежащих прохождению, независимо одна от другой, через отдельные мембранные блоки.

В соответствии с настоящим изобретением также существует возможность соединять последовательно множество мембранных абсорберов газ/жидкость, например, при использовании одинаковой абсорбционной жидкости для увеличения эффективности извлечения или при использовании различных абсорбционных жидкостей для последовательного извлечения различных компонентов.

Жидкая фаза, содержащая компоненты, абсорбированные из газовой фазы, может быть регенерирована в соответствии с известными способами и может быть повторно использована для абсорбции. Таким образом, настоящее изобретение можно использовать в замкнутом жидкофазном контуре, необязательно снабженном подходящими насосными средствами, причем жидкая фаза в течение цикла проходит как через этап абсорбции, так и этап десорбции. Этап десорбции/регенерации в данном процессе можно выполнять при таком же давлении жидкой фазы, как на этапе абсорбции, используя подходящее оборудование; в этом процессе можно, если это приемлемо, при/для выполнении(ия) процесса десорбции более эффективно использовать повышенное давление жидкой фазы и/или присутствующих в ней компонентов, особенно в случае десорбции газообразных компонентов, как должно быть понятно специалистам в данной области техники. Наравне с этим имеется возможность осуществлять десорбцию при более низком давлении жидкой фазы (по сравнению с этапом абсорбции), с возможностью выбора подходящего средства для подъема и снижения давления жидкой фазы, включенного в состав контура циркуляции жидкости.

В соответствии с предпочтительным аспектом настоящего изобретения, который будет более подробно описан ниже, существует возможность десорбировать/экстрагировать (особенно газообразные) компоненты, абсорбированные из газовой фазы и подлежащие десорбции/экстракции в процессе этапа десорбции/регенерации из жидкой фазы в виде газа (потока), имеющего более высокое (парциальное) давление, чем (парциальное) давление, которое первоначально имели компоненты, присутствующие в газовой фазе, или имеющего даже более высокое абсолютное давление, чем газовая фаза. Это может иметь место за счет подъема температуры десорбции. Такой так называемый "эффект насоса" дает преимущества, в частности, при очистке природного газа в соответствии с настоящим изобретением, как более подробно описано ниже.

Следующий предпочтительный аспект настоящего изобретения, который также более подробно будет описан ниже, относится к конкретному способу десорбирования соединения серы, абсорбированной жидкой фазой, в частности газообразных соединений серы, таких как, в частности, H₂S, посредством окислительно-восстановительной реакции, в ходе которой сера может, например, осаждаться как свободное соединение.

Возможными применениями мембранного абсорбера газ/жидкость и способа в соответствии с настоящим изобретением являются: - абсорбция СO₂ при высоком давлении из газовых потоков, таких как топливный газ, природный газ и ассоциированный газ; - абсорбция H₂S при высоком давлении из газовых потоков, таких как топливный газ, природный газ и ассоциированный газ; - абсорбция Нg из природного газа, нефти (фракций) или конденсатов природного газа (углеводородов, которые являются газообразными или поставляются в газообразной форме); - абсорбция меркаптанов или кислотных компонентов из нефти (фракций) или конденсатов природного газа (углеводородов, которые являются газообразными или поставляются в газообразой форме); - абсорбция воды (пара) из природного газа, нефти (фракций), сжиженного нефтяного газа (LPG) (углеводородов, которые являются газообразными или поставляются в газообразной форме); - экстракция/очистка алкенов (этилена, пропилена, бутилена, стирола), например, в нефтехимических процессах; - абсорбция и/или экстракция СО из синтез-газа или отходящих газов при высоком давлении.

В соответствии с конкретным, самым предпочтительным вариантом настоящее изобретение используют для очистки природного газа, в частности, для удаления таких составляющих, как ртуть, СO₂, H₂S, из природного газа и/или осушенного природного газа.

Известно, что природный газ поставляют при высоком давлении, свыше 5 МПа, как правило, приблизительно при 10-25 МПа. Свежедобытый природный газ содержит значительные количества СO₂ (при давлении более 1МПа), H₂S, Нg и водяной пар.

Снижение давления природного газа перед процессом мембранной газовой абсорбции является технически трудным и неэкономичным, частично потому, что природный газ после очистки и на последующем этапе имеет повышенное давление или ожидается, например, для целей транспортировки. Это влечет за собой высокие (повышенные расходы) на энергию и инвестиционные расходы (на компрессоры и криогенные процессы) при более низком давлении на впуске природного газа. Кроме того, сжижение природного газа или пропана (для получения сжиженного нефтяного газа (LPG) может быть выполнено с большими трудностями, если исходный газ содержит значительное количество СO₂. Способ очистки природного газа при высоком давлении, предпочтительно при давлении, при котором природный газ получают на месторождении, является поэтому очень необходимым.

Таким образом, настоящее изобретение относится, в частности, к способу очистки потока природного газа при повышенном давлении, в котором поток природного газа выборочно очищают от одного или нескольких газообразных примесей посредством абсорбции одной или нескольких примесей в жидкую фазу при использовании устройства, описанного выше, или в соответствии со способом, описанным выше.

Этот аспект настоящего изобретения относится к определенным способам очистки природного газа, где: - примесью, подлежащей извлечению, является СO₂ и/или Н₂S, причем в качестве жидкой фазы используют водный раствор абсорбционной среды для СO₂ и/или H₂S. В этом контексте мембранные элементы (6) предпочтительно содержат мембраны из полых волокон, изготовленных из попропи-лена, полиэтилена, полисульфона, поли(винилфторида) или поли(тетрафторэтилена), а используемая жидкая фаза соответствует той, что описана в Европейской заявке 0751815, поданной заявителем настоящего изобретения, а именно представляет собой жидкость на водной основе, имеющую поверхностное натяжение при 20^oС более 6010^-3 Н/м, более предпочтительно водный раствор водорастворимой аминокислоты или соли аминокислоты, более предпочтительно таурина, аланина, глицина, метилглицина, пролина, диметилглицина, их солей или производных; или солей фосфатов/карбонатов или фенолата; - примесью, подлежащей извлечению, является ртуть (пары), причем в качестве жидкой фазы используют водный раствор оксиданта, подходящего для окисления ртути, как описано в международной заявке NL 96/00279, поданной заявителем настоящего изобретения; и/или - удаляют воду (пар), причем в качестве жидкой фазы используют раствор гигроскопической соли, как описано в Европейской заявке 0524242, или сочетание этих способов, предпочтительно выполняемое в нескольких мембранных абсорберах, соединенных последовательно, как описано выше.

Специалисты в данной области техники могут прийти к выводу, что описанные выше абсорбционные среды оптимально приспособлены для абсорбции упомянутых составляющих из природного газа.

Что касается очистки природного газа, то настоящее изобретение дополнительно включает особый аспект, а именно экстракцию, в ходе процесса десорбции/регенерации, при более высоком (парциальном или абсолютном) давлении, чем давление потока природного газа и/или парциальное давление газообразных составляющих в потоке природного газа, таких как СO₂, и/или H₂S, в частности СO₂, абсорбированного из потока природного газа в жидкой фазе. Более высокое давление дает возможность (повторно) вводить в почву, например непосредственно в газовое месторождение, газовый поток, который получен в процессе абсорбции/регенерации и который содержит преобладающее количество СО₂, причем это значительно предпочтительней с точки зрения охраны окружающей среды, чем выпускать его в атмосферу. Газовый поток высокого давления, полученный данным способом, также можно использовать другим известным образом, особенно на месте газовых месторождений или при очистке, например, в качестве газа для вытеснения, используемого под землей как адиабатический хладагент, или для привода турбин.

При очистке природного газа можно также использовать, как описано здесь, окислительную абсорбцию серы.

Далее следует описание изобретения со ссылкой на фиг.1-3, на каждой из которых показаны варианты мембранного абсорбера в соответствии с настоящим изобретением, однако без какого-либо ограничения изобретения.

На фиг.1 показан пример мембранного газового абсорбера в соответствии с настоящим изобретением, где (1) представляет собой стенку сосуда избыточного давления, который окружает камеру (2); (3а) представляет собой впускной канал газовой фазы; (