專利名稱：膜分離方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于精制天然氣的膜分離方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種包括在利用膜分離單元操作以將二氧化碳與甲烷分離之前，通過吸收處理粗氣體原料而除去重質(zhì)烴污染物的方法。
背景技術(shù)：
對諸如用于化學(xué)生產(chǎn)工藝的高熱值燃料和原料的應(yīng)用而言，精制天然氣，也就是典型地約97摩爾％甲烷、約3摩爾％二氧化碳和痕量水蒸汽，是一種重要的商業(yè)產(chǎn)品。粗天然氣，也就是混有污染物的甲烷，可從各種來源如地下井中得到。來自固體垃圾填埋場的廢氣也成為一種逐漸增值的粗甲烷來源。這類粗氣體典型地含有10～50摩爾％的二氧化碳、50～80摩爾％的甲烷和包括重質(zhì)烴在內(nèi)的少量污染物。二氧化碳能用于食品加工和其它用途。因此粗天然氣混合物能夠提供兩種有價值的工業(yè)材料，即甲烷和二氧化碳。
膜分離是將二氧化碳與甲烷分離的一種非常有效的方法。但是，選擇性氣體滲透膜的分離性能通常受粗氣體混合物中存在的污染物、特別是重質(zhì)烴的不利影響。因此對于可行的甲烷膜分離而言，需要除去重質(zhì)烴。此外，含重質(zhì)烴污染物的天然氣對于從來源至消費(fèi)者之間的傳輸而言，工業(yè)上并不可行。所以，用于精制天然氣的所謂“管道規(guī)格”對重質(zhì)烴具有低的濃度限。對這一原因而言，從二氧化碳和甲烷中除去重質(zhì)烴也是可取的。
某些用于從粗天然氣中汽提烴、從而使甲烷和二氧化碳的膜分離能夠隨后進(jìn)行的方法已經(jīng)采用了單元操作如露點(diǎn)控制(“DPC”)、變溫吸附(“TSA”)和變壓吸附(“PSA”)作為甲烷濃縮工藝的主要部分。根據(jù)廣義的限定，DPC、TSA和PSA各自都需要相當(dāng)量的冷卻、蒸汽和潔凈氣體以有效運(yùn)行。這些輔助設(shè)施昂貴，且因此顯著增加了產(chǎn)品成本。
膜分離通常在原料被壓縮時最大效率地運(yùn)行。壓縮的費(fèi)用能降低這類方法在經(jīng)濟(jì)上的合理性。此外，為了獲得理想的純甲烷產(chǎn)品濃度，膜分離通常包括串聯(lián)的多級、也就是多于一級的膜分離單元。多級能夠產(chǎn)生潛在的浪費(fèi)副產(chǎn)品物流，這進(jìn)一步減少了膜分離對精制甲烷的吸引力。主要基于上述原因，迄今未發(fā)現(xiàn)膜分離方法對于從填埋場廢氣中商業(yè)化生產(chǎn)甲烷的較大益處。
用于從填埋場氣體中濃縮并回收甲烷和二氧化碳的一種引人注意的方法披露在受讓給Acrion Technologies的US5,681,360中。該“Acrion”方法包括，在一個或兩個容器中，用氣體中存在的相對少量二氧化碳吸收劑吸收垃圾氣體中通常存在的污染物。此方法產(chǎn)生一個富含甲烷的物流和一個富含二氧化碳的物流。該富含甲烷的物流含有量少卻占不能忽略部分的二氧化碳，該二氧化碳留待分離以提供精制的甲烷產(chǎn)品。該富含二氧化碳的物流含有浪費(fèi)掉的甲烷，而且可能需要附加的甲烷以促進(jìn)通過燃燒進(jìn)行的處理。
理想的是有一種綜合且費(fèi)用和能量高效的方法，該方法從粗天然氣中產(chǎn)生高度濃縮的甲烷組分，并在廢棄物中具有減少的甲烷損失。

發(fā)明內(nèi)容
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了用于從粗天然氣精制甲烷的一種非常有效的方法和系統(tǒng)。該新方法和系統(tǒng)的特征在于用一種二氧化碳吸收劑預(yù)吸收重質(zhì)烴化合物，然后對富含甲烷的吸收產(chǎn)品進(jìn)行膜分離。值得注意的是，使來自下游主要膜分離單元操作的滲透氣體返回，以為上游的吸收操作提供吸收劑。在一個優(yōu)選的多級膜分離實(shí)施方式中，來自第二和非必要地更高級膜級的滲透氣體再循環(huán)回到吸收單元的原料中，從而提供高效的原材料回收。
因此，本發(fā)明提供一種用于從含甲烷、二氧化碳和重質(zhì)烴化合物的粗氣體混合物中分離甲烷的方法，該方法包括用一種富含二氧化碳的組合物從該粗氣體混合物中吸收重質(zhì)烴化合物，從而提供一種基本上不含重質(zhì)烴化合物的中間氣體混合物；用一選擇性氣體滲透膜分離該中間氣體混合物，以形成(a)富含甲烷的產(chǎn)品混合物，和(b)富含二氧化碳的組合物；和，將所獲得的富含二氧化碳的組合物用于從粗氣體混合物中吸收重質(zhì)烴化合物。
本發(fā)明還提供一種用于從含甲烷、二氧化碳和烴化合物的粗混合物中分離甲烷的方法，該方法包括如下步驟(A)壓縮該粗氣體混合物，并從中除去水，以產(chǎn)生含甲烷、二氧化碳和重質(zhì)烴化合物的脫水原料氣體，(B)使該原料氣體在一吸收器單元內(nèi)接觸一種冷凝自含大部分二氧化碳的第一級滲透氣體混合物的液體吸收劑，所述重質(zhì)烴化合物基本上完全被吸收進(jìn)入吸收劑中，以形成含二氧化碳和重質(zhì)烴化合物的液體副產(chǎn)品，(C)從該吸收器單元中分別移出該液體副產(chǎn)品和中間氣體混合物，該中間氣體混合物含甲烷和二氧化碳，基本上不含重質(zhì)烴化合物，(D)使該中間氣體混合物在第一級膜分離單元中接觸較之甲烷更優(yōu)先滲透二氧化碳的第一膜的原料側(cè)，使該中間氣體混合物選擇性滲透過該膜，以在膜的透過側(cè)形成所述第一級滲透氣體混合物，和(E)從第一級膜分離單元的原料側(cè)移出較之中間氣體混合物更富含甲烷的第一級滲余氣體混合物。
本發(fā)明進(jìn)一步提供一種用于從含甲烷、二氧化碳和揮發(fā)性有機(jī)化合物的粗混合物中生產(chǎn)精制甲烷的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括(a)干燥器，其運(yùn)轉(zhuǎn)以從粗混合物中除去水；和壓縮機(jī)，其運(yùn)轉(zhuǎn)以將粗混合物的壓力增至適于吸收重質(zhì)烴的壓力，(b)逆流氣液直接接觸吸收器，其位于干燥器和壓縮機(jī)下游，適于從粗混合物中將重質(zhì)烴化合物基本上完全吸收進(jìn)入液體二氧化碳吸收劑中，并適于在單程中產(chǎn)生基本上不含重質(zhì)烴化合物的中間氣體混合物，(c)第一級膜分離單元，其具有較之甲烷更優(yōu)先滲透二氧化碳的第一膜、位于膜與中間氣體混合物流體連通側(cè)的原料室、和位于該第一膜與原料室相對一側(cè)的滲透室，該滲透室適于接收中間氣體混合物選擇性滲透通過第一膜的第一級滲透氣體，
(d)冷凝器，其運(yùn)轉(zhuǎn)以液化該第一級滲透氣體，和(e)再循環(huán)傳送管線，該管線與吸收器和第一膜分離單元的滲透室之間流體連通，運(yùn)轉(zhuǎn)以將第一級滲透氣體傳送給吸收器。


圖1是本發(fā)明一個實(shí)施方案的概略流程圖。
具體實(shí)施例方式
參照圖1，可以看出在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，粗天然氣物流1被處理，以產(chǎn)生精制甲烷物流32。該粗天然氣包括大量的甲烷和二氧化碳，并包括少量的各種污染物如氧、氮、硫化氫、水和除甲烷之外的烴。該粗氣體被預(yù)處理以除去水。這通過在壓縮機(jī)2內(nèi)壓縮該氣體，并在干燥器4內(nèi)干燥而進(jìn)行。該干燥器是本領(lǐng)域公知的任意類型除濕器，如冷卻盤管聚結(jié)過濾器。典型地，水在冷凝液體物流3中移出。
已脫水的粗氣體物流5隨后被調(diào)理以適于重質(zhì)烴化合物的吸收去除。該調(diào)理在壓縮機(jī)6和換熱器8中進(jìn)行，它們分別將吸收器原料氣體9的壓力和溫度增至適于除去烴的值。
調(diào)理后的吸收器原料氣體9被送入一個吸收器10中。再次地，任何適于進(jìn)行氣液接觸吸收的常規(guī)裝置都能使用。優(yōu)選地，該吸收單元是垂直放置的塔。這樣的塔典型地填充有填料顆粒，或者裝配有篩板或泡罩塔盤，就象用于分餾流體混合物的工業(yè)所用那樣。該原料氣體通常在頂部和底部之間、優(yōu)選在接近底部和吸收器一半高度之間引入，而已貧含重質(zhì)烴并含有相當(dāng)量甲烷的氣體物流12從頂部取出。使吸收劑物流26在頂部和底部之間、原料氣體引入點(diǎn)上方處流入塔內(nèi)。優(yōu)選地，該吸收劑物流在吸收器頂部附近引入，如圖1所示。吸收劑物流26是一種富含二氧化碳的組合物。該物流能通過例如在線冷凝單元、塔的外部回流冷凝器或塔頂內(nèi)的內(nèi)部冷凝換熱器而冷凝。二氧化碳向下流過吸收塔10，從原料中吸收重質(zhì)烴，并作為副產(chǎn)品物流14自塔底部排出。
已貧含重質(zhì)烴的塔頂產(chǎn)品12進(jìn)入第一級膜分離單元20中。一個可選的壓縮機(jī)(未示出)能用于將該物流輸送入該分離單元20。這一中間氣體混合物基本上不含重質(zhì)烴化合物，否則該化合物將對膜有害，或不利地影響膜分離性能。術(shù)語“基本上”和“基本完全地”用在此上下文和其它地方，意味著與之相關(guān)的性能雖然不是完全地或全部地存在，卻是大量地存在。例如，“基本上不含重質(zhì)烴化合物”意味著該氣體混合物已經(jīng)相當(dāng)?shù)厝狈@些烴，但并不是必須完全不含該烴。
能采用本領(lǐng)域已知的膜分離器。用于此發(fā)明的分離單元特征在于具有一選擇性氣體滲透膜21，該膜較之甲烷更優(yōu)先滲透二氧化碳。即，二氧化碳比甲烷更快地滲透過該膜。膜21有兩側(cè)，將分離單元分成一個原料室25和一個滲透室23。進(jìn)入并和膜21接觸的中間氣體混合物12滲透進(jìn)入滲透室。在該滲透室中，它被取出，并作為第一級滲透氣體混合物26返回吸收塔。該第一級滲透氣體混合物富含二氧化碳，因此可理想地在吸收塔內(nèi)充當(dāng)吸收劑流體。
在膜21原料室一側(cè)的滲余氣體混合物通過膜分離方法的功效而排除了二氧化碳，并因此富含甲烷。對某些產(chǎn)品應(yīng)用而言，第一級滲余氣體混合物中的甲烷濃度可能令人滿意。這種情況下，第一級滲余氣體混合物能儲存或直接用于后續(xù)工藝單元操作。通常，用于高熱值燃料應(yīng)用的精制甲烷應(yīng)該具有比單級膜分離所能獲得的更高甲烷濃度和更少污染物。為此目的，進(jìn)行第二級膜分離。
第一級滲余氣體混合物22能被送入一個第二級膜分離單元30的原料室35中。該第二級滲透室33位于第二膜31的相對側(cè)，該第二膜也是較之甲烷更優(yōu)先滲透二氧化碳。由于第一級滲余氣體混合物與第二膜的接觸，氣體選擇性地滲透，以形成富含二氧化碳的第二級滲透氣體混合物36，并提供了高度富含甲烷的第二級滲余氣體混合物32。此高度富含甲烷的氣體混合物通常具有足夠高的甲烷濃度，足以用作高熱值燃料，并因此能從第二級膜分離單元中排放到儲存設(shè)備中，或者直接排放到燃燒工藝中，以轉(zhuǎn)化成熱能。
第二級滲透氣體混合物36顯著濃縮了二氧化碳，并含有滲透通過第二膜的少量甲烷。為了回收甲烷，該第二級滲透氣體36再循環(huán)通過膜分離單元。該第二級滲透氣體通常在非常低的壓力下，以致于不能和第一級滲透氣體26一起直接加入吸收器中。當(dāng)?shù)诙墲B透物能夠再循環(huán)回到粗原料氣1時，該滲透物已經(jīng)干燥。因此，第二級滲透物優(yōu)選返回到壓縮機(jī)6上游的干燥粗氣體混合物5中，如圖1所示。
精制工藝的粗氣體原料組成是變化的，且取決于粗天然氣的來源。舉例而言，粗氣體混合物典型地含有約30體積％的二氧化碳，60體積％的甲烷，和約10體積％包括硫化氫、水、氧、氮和除甲烷之外的烴在內(nèi)的其它污染物。該其它烴可分成“輕質(zhì)烴化合物”或“重質(zhì)烴化合物”。如這里所用的，術(shù)語“重質(zhì)烴化合物”是指僅由氫和碳形成，且含有多于6個碳原子的化合物。重質(zhì)烴通常進(jìn)入并堵塞選擇性氣體滲透膜的孔，此即時常稱為“塑化”的一種現(xiàn)象。塑化對膜分離性能有著不利的影響，通常影響到組件的膜分離性能變得實(shí)際不可行的地步。
在此發(fā)明的一個典型實(shí)施方式中，粗氣體混合物被壓縮到約2.1MPa(300psi)，并在一聚結(jié)水過濾器中干燥，以除去基本上全部的水。該已干燥的粗氣體混合物被壓縮到約6.0MPa(870psi)，并在一翅管式換熱器內(nèi)加熱到約35℃，然后引入填充吸收塔的一半高度處。該吸收器通常在約5.5～7.6MPa(800～1100psi)下操作。此壓力范圍使得本新穎方法理想地用于從來自粗天然氣源(也就是天然地下地質(zhì)形成的井)的粗氣體中精制甲烷。這些來源典型地提供了在并非遠(yuǎn)低于吸收器操作壓力的高壓下粗氣體。因此，通過這一事實(shí)，也就是僅需要少量能量輸入以將粗氣體壓縮至操作壓力，本發(fā)明的效率得以增加。本新吸收方法能精制來自廢棄垃圾填埋場的粗氣體，但是，這些來源產(chǎn)生非常低壓力的粗氣體。將填埋場廢氣提高至吸收器操作壓力通常需要大量的能量輸入。這使得本新方法較不優(yōu)選用于處理垃圾填埋場廢氣。
粗的氣體混合物在吸收器內(nèi)和富含二氧化碳的吸收劑逆流接觸，提供一種塔頂物流，該塔頂物流含約45體積％甲烷、50體積％二氧化碳和約5體積％包括硫化氫、氧、氮和輕質(zhì)烴化合物在內(nèi)的污染物。通過將吸收劑作為液體開始下降通過塔的塔頂部冷卻至-5℃，使吸收劑冷凝。相比于其它逆流分餾工藝，重質(zhì)烴進(jìn)入吸收劑的吸收很多是一個單程操作。也就是說，粗氣體從進(jìn)入吸收器的點(diǎn)向上流動，吸收劑從進(jìn)入點(diǎn)向下流動。當(dāng)兩種物流互相接觸時，重質(zhì)烴從粗氣體中汽提出來，和吸收劑一起從底部離開。該底部產(chǎn)品是一種液體物流，含有約97體積％二氧化碳和約3體積％重質(zhì)烴化合物?；旧先康闹刭|(zhì)烴化合物都被排放入吸收器塔底產(chǎn)品中。
隨著粗氣體向上通過吸收器，它含有越來越少的重質(zhì)烴。在頂部，氣體基本上不含重質(zhì)烴化合物，并作為塔頂氣體排出該吸收器。來自吸收塔的塔頂氣體進(jìn)入第一中空纖維膜組件的原料端。滲透氣體混合物具有約90體積％二氧化碳、約10體積％甲烷和包括輕質(zhì)烴化合物在內(nèi)的污染物的組成。此氣體混合物被壓縮、冷卻并從第一膜組件返回到吸收塔的頂部，在那里接觸向上流動的氣體。
本新方法的一個有利特征源自高壓，即通常高于5.5MPa(800psi)，重質(zhì)烴化合物在吸收器內(nèi)的吸收發(fā)生在該壓力下。當(dāng)?shù)谝患墲B透氣體被壓縮到一允許回到吸收器的適當(dāng)高壓后，能利用一種僅為溫和冷卻溫度的介質(zhì)而將第一級滲透氣體冷凝至液體狀態(tài)。例如，溫度為約-5℃～約20℃的鹽水或水能用于使高壓下的二氧化碳液化。與之相比，低壓下烴-二氧化碳的分餾通常需要在非常低溫度下的回流冷凝，該回流冷凝需要更貴且難以操作的低溫冷卻介質(zhì)，且冷卻劑的溫度低于約-50℃。
接觸第一膜的原料側(cè)之后，氣體從第一級膜分離單元中移出。此第一級滲余氣體混合物具有約60體積％甲烷、約30體積％二氧化碳和包括除甲烷之外的輕質(zhì)烴、水、氧和氮在內(nèi)的剩余量的組成。
第一級滲余氣體混合物被加入第二級氣體分離膜單元內(nèi)，從而它接觸第二選擇滲透膜的一側(cè)。該第二級滲透氣體混合物組成是約62體積％的二氧化碳，和約35體積％的甲烷。盡管滲透物中甲烷的量少，但值得截留。因此，第二級滲透氣體混合物再循環(huán)回到干燥的粗氣體中。來自第二級分離單元的滲余氣體混合物具有約98體積％甲烷、輕質(zhì)烴化合物，和約2體積％二氧化碳的組成。此混合物適于工業(yè)應(yīng)用，主要用于通過作為燃料燃燒而產(chǎn)生熱值。
能用于此發(fā)明的膜分離單元為本領(lǐng)域已知。此類膜分離單元的主要組件是一個選擇性氣體滲透膜。典型地，該膜具有聚合物組成。
寬范圍的聚合物材料具有理想的氣體滲透性能，而且能用作本發(fā)明的膜。代表性的材料包括聚酰胺，聚酰亞胺，聚酯，聚碳酸酯，共聚碳酸酯的酯，聚醚，聚醚酮，聚醚酰亞胺，聚醚砜，聚砜，氟取代乙烯聚合物和共聚物如聚偏二氟乙烯、四氟乙烯、四氟乙烯與全氟乙烯基醚或全氟代間二氧雜環(huán)戊烯的共聚物，聚苯并咪唑，聚苯并噁唑，聚丙烯腈，纖維素衍生物，聚偶氮芳族，聚(2，6-二甲基亞苯基氧)，聚苯醚，聚脲，聚氨酯，聚酰肼，聚甲亞胺，聚縮醛，醋酸纖維素，硝酸纖維素，乙基纖維素，苯乙烯-丙烯腈共聚物，溴化聚(二甲苯氧)，磺化聚(二甲苯氧)，四鹵素取代聚碳酸酯，四鹵素取代聚酯，四鹵素取代聚碳酸酯的酯，聚喹喔啉，聚酰胺-酰亞胺，聚酰胺酯，它們的混合物、共聚物、取代材料和類似物。其它類似的適當(dāng)氣體分離層膜材料包括聚硅氧烷，聚乙炔，含磷氮鏈聚合物，聚乙烯，聚(4-甲基戊烯)，聚(三甲基甲硅烷基丙炔)，聚(三烷基甲硅烷基乙炔)，聚脲，聚氨酯，它們的混合物、共聚物、取代材料及類似物。進(jìn)一步期望的是，可聚合物質(zhì)，也就是可固化形成聚合物的物質(zhì)如硫化硅氧烷及類似物，可能是本發(fā)明的多組分氣體分離膜的適當(dāng)氣體分離層。用于致密氣體分離層的優(yōu)選材料包括芳族聚酰胺和芳族聚酰亞胺的組合物。
膜能夠具有很多形狀，如平片、褶片、卷式、管式、帶狀和中空纖維狀，可列舉出很多。膜可置于適于提供原料氣體供應(yīng)、滲透及滲余氣體移出的任何常規(guī)類型殼體或容器中。該容器還提供膜的一個高壓側(cè)(用于原料和滲余氣體)和一個低壓側(cè)(用于滲透氣體)。例如，平片膜能堆疊在板框組件中，或纏繞在螺旋組件中。大量的中空纖維膜能組裝成一束膜組件，該膜組件典型地在圓柱形殼體內(nèi)封裝有熱固性樹脂，且具有通過該纖維束的并流構(gòu)型。考慮到中空纖維組件在小體積內(nèi)提供了大的膜表面，因此中空纖維組件通常為優(yōu)選。最終的膜分離單元包括一個或多個膜組件，該組件單獨(dú)容納在壓力容器中，或者多個元件一起置于適當(dāng)直徑和長度的密封殼體內(nèi)。
為了改良的性能，中空纖維膜通常包括一個非常薄的選擇層，該層組成一較厚結(jié)構(gòu)的一部分。這可以是例如一個整體不對稱膜，其包括形成選擇層的一個致密表皮區(qū)和一個微孔支撐區(qū)。這樣的膜描述在例如Ekiner的US5,015,270中。作為一個進(jìn)一步且更優(yōu)選的實(shí)例，中空纖維膜可以是所謂的“復(fù)合膜”類型，也就是具有多層的膜。復(fù)合膜典型地包括一個多孔但無選擇性的支撐膜，該支撐膜提供機(jī)械強(qiáng)度，它上面涂敷了負(fù)責(zé)分離性能的薄且具有選擇性的另一種材料層。多種聚合物都能用作基體。典型的支撐膜材料包括聚砜，聚醚砜，聚醚酰亞胺，聚酰亞胺和聚酰胺的組合物，它們的混合物、共聚物、取代材料及類似物。典型地，這樣的復(fù)合膜是通過溶液澆鑄(或者，在中空纖維的情況下為紡絲)支撐膜，然后在分離步驟中溶液涂敷選擇層而制成。中空纖維復(fù)合膜還能通過基體材料和分離層二者同時的共擠出紡絲法制成，如Ekiner的US5,085,676所述。前述專利的全部公開內(nèi)容因此包括在此處。用于本發(fā)明的膜分離單元可從Air Liquide，S.A.，Houston，Texas的MEDAL unit獲得。
盡管為了向本領(lǐng)域普通技術(shù)人員充分、充足地描述本發(fā)明的具體形式，已經(jīng)在前面用具體的措辭選擇出本發(fā)明的這些具體形式，但是，應(yīng)當(dāng)理解，產(chǎn)生基本上等價或占優(yōu)的結(jié)果和/或性能的各種替換和變型都被認(rèn)為落入由所附權(quán)利要求書所限定的范圍和精神內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于從含甲烷、二氧化碳和重質(zhì)烴化合物的粗氣體混合物中分離甲烷的方法，該方法包括用一種富含二氧化碳的組合物從該粗氣體混合物中吸收重質(zhì)烴化合物，從而提供一種基本上不含重質(zhì)烴化合物的中間氣體混合物；用一選擇性氣體滲透膜分離該中間氣體混合物，以形成(a)富含甲烷的產(chǎn)品混合物，和(b)富含二氧化碳的組合物；和，將所獲得的富含二氧化碳的組合物用于從粗氣體混合物中吸收重質(zhì)烴化合物。
2.一種用于從含甲烷、二氧化碳和烴化合物的粗混合物中分離甲烷的方法，該方法包括如下步驟(A)壓縮該粗氣體混合物，并從中除去水，以產(chǎn)生含甲烷、二氧化碳和重質(zhì)烴化合物的脫水原料氣體，(B)使該原料氣體在一吸收器單元內(nèi)接觸一種冷凝自含大部分二氧化碳的第一級滲透氣體混合物的液體吸收劑，所述重質(zhì)烴化合物基本上完全被吸收進(jìn)入吸收劑中，以形成含二氧化碳和重質(zhì)烴化合物的液體副產(chǎn)品，(C)從該吸收器單元中分別移出該液體副產(chǎn)品和中間氣體混合物，該中間氣體混合物含甲烷和二氧化碳，基本上不含重質(zhì)烴化合物，(D)使該中間氣體混合物在第一級膜分離單元中接觸較之甲烷更優(yōu)先滲透二氧化碳的第一膜的原料側(cè)，使該中間氣體混合物選擇性滲透過該膜，以在膜的透過側(cè)形成所述第一級滲透氣體混合物，和(E)從第一級膜分離單元的原料側(cè)移出較之中間氣體混合物更富含甲烷的第一級滲余氣體混合物。
3.權(quán)利要求2所述的方法，其中重質(zhì)烴化合物在單程通過該吸收單元的過程中被吸收進(jìn)入吸收劑。
4.權(quán)利要求2所述的方法，其中重質(zhì)烴化合物進(jìn)入吸收劑的吸收發(fā)生在大于約5.5MPa(800psi)下。
5.權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括(F)使第一級滲余氣體混合物在第二級膜分離單元中接觸較之甲烷更優(yōu)先滲透二氧化碳的第二膜的原料側(cè)，使第一滲余氣體混合物選擇性透過第二膜，以形成第二級滲透氣體混合物，和(G)從第二級膜分離單元中移出較之第一級滲余氣體混合物更富含甲烷的第二級滲余氣體混合物。
6.權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包括將該第二級滲透氣體混合物加入脫水原料氣體中。
7.權(quán)利要求2所述的方法，其中接觸和吸收步驟包括(B-1)將脫水原料氣體從一垂直放置的逆流接觸氣液吸收塔的進(jìn)料點(diǎn)引入該吸收塔中，(B-2)至少冷凝第一級滲透氣體混合物中的大部分二氧化碳，以形成液體二氧化碳吸收劑，(B-3)將液體二氧化碳吸收劑從進(jìn)料點(diǎn)上方加入該吸收塔中，和(B-4)從該吸收塔排出副產(chǎn)品。
8.權(quán)利要求7所述的方法，其中二氧化碳的冷凝在該吸收塔內(nèi)進(jìn)行。
9.權(quán)利要求7所述的方法，其中進(jìn)料點(diǎn)位于該吸收塔底部上方且低于一半高度的位置。
10.權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括用溫度高于約-5℃的冷卻介質(zhì)冷凝第一級滲透氣體混合物。
11.一種用于從含甲烷、二氧化碳和揮發(fā)性有機(jī)化合物的粗混合物中生產(chǎn)精制甲烷的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括(a)干燥器，其運(yùn)轉(zhuǎn)以從粗混合物中除去水；和壓縮機(jī)，其運(yùn)轉(zhuǎn)以將粗混合物的壓力增至適于吸收重質(zhì)烴的壓力，(b)逆流氣液直接接觸吸收器，其位于干燥器和壓縮機(jī)下游，適于從粗混合物中將重質(zhì)烴化合物基本上完全吸收進(jìn)入液體二氧化碳吸收劑中，并適于在單程中產(chǎn)生基本上不含重質(zhì)烴化合物的中間氣體混合物，(c)第一級膜分離單元，其具有較之甲烷更優(yōu)先滲透二氧化碳的第一膜、位于膜與中間氣體混合物流體連通側(cè)的原料室、和位于該第一膜與原料室相對一側(cè)的滲透室，該滲透室適于接收中間氣體混合物選擇性滲透通過第一膜的第一級滲透氣體，(d)冷凝器，其運(yùn)轉(zhuǎn)以液化該第一級滲透氣體，和(e)再循環(huán)傳送管線，該管線與吸收器和第一膜分離單元的滲透室之間流體連通，運(yùn)轉(zhuǎn)以將第一級滲透氣體傳送給吸收器。
12.權(quán)利要求11所述系統(tǒng)，其中原料室適于接收第一級滲余氣體，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括(f)第二級膜分離單元，其具有較之甲烷更優(yōu)先滲透二氧化碳的第二膜、位于該第二膜與第一級滲余氣體流體連通側(cè)的原料室、和位于該第二膜與原料室相對一側(cè)的滲透室，該滲透室適于接收第一級滲余氣體混合物選擇性滲透通過第二膜的第二級滲透氣體，和(g)返回傳送管線，該管線與第二級膜分離單元的滲透室和吸收劑上游的粗混合物之間流體連通，并運(yùn)轉(zhuǎn)以將第二級滲透氣體加入已壓縮并脫水的粗混合物中。
全文摘要
通過一種方法能從粗天然氣、特別是來自垃圾填埋場的廢氣中得到高純度的甲烷物流，該方法包括首先除濕(4)，然后將已干燥的粗氣體混合物送入一氣液接觸吸收器(10)，以通過產(chǎn)品物流將重質(zhì)烴化合汽提入主要的二氧化碳中。來自該吸收器(10)的富含甲烷氣在一個膜分離單元(20)中進(jìn)行分離，該膜分離單元(20)產(chǎn)生富含二氧化碳且再循環(huán)回到該吸收器的滲透物，和純的甲烷產(chǎn)品物流。
文檔編號B01D53/22GK1713949SQ200380103765
公開日2005年12月28日 申請日期2003年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月21日
發(fā)明者C·L·安德森, S·K·卡洛德 申請人:液體空氣喬治洛德方法利用和研究的具有監(jiān)督和管理委員會的有限公司