從烴類(lèi)中去除二氧化碳的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本公開(kāi)涉及從烴類(lèi)中去除二氧化碳的方法，所述方法包括以下步驟：(a)使包含烴類(lèi)和二氧化碳的原料流與一個(gè)或多個(gè)氣體分離膜接觸以產(chǎn)生烴富集的滲余物氣體流和富含二氧化碳的滲透氣體流，相比于所述原料流，所述滲余物氣體流包含較少的二氧化碳；和(b)使所述滲余物氣體流或所述滲透氣體流的至少一種通過(guò)吸收裝置以產(chǎn)生烴富集的氣相和包含所述二氧化碳的液體吸收劑相。本公開(kāi)還涉及用于進(jìn)行上述方法的系統(tǒng)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】從烴類(lèi)中去除二氧化碳的方法和系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及從烴流中去除二氧化碳的方法和系統(tǒng)。
[0002] 背景
[0003] 天然氣是主要包含甲烷的輕烴燃料的重要來(lái)源，并且由于與從原油中精煉的傳統(tǒng) 燃料相比其廣泛的可用性和相對(duì)容易提取而越來(lái)越多地被用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃料。然而，許多 天然氣儲(chǔ)層包含諸如二氧化碳（C0 2)的相當(dāng)高部分的雜質(zhì)。一些天然氣儲(chǔ)層可包含高于 30 %的C02含量，例如50 %至60 %和高達(dá)70% -90%。其他雜質(zhì)可包括諸如硫化氫（H2S)、 氮?dú)猓∟2)和一氧化碳（C0)的化合物。然而，在大多數(shù)儲(chǔ)層中，C0 2通常形成提取的粗天然氣 的主要雜質(zhì)成分。因此，在天然氣可有效用于能源產(chǎn)生之前需要處理粗天然氣以去除C0 2。 因此，本領(lǐng)域有許多方法以從諸如天然氣的粗烴流中去除C02。
[0004] -種已知方法涉及氣體分離方法，其中使粗天然氣流動(dòng)通過(guò)膜。由于天然氣中的 不同氣體組分以不同于甲烷的滲透速率的速率滲透膜，因此粗天然氣體流被分離成甲烷富 集流和雜質(zhì)富集流。然而，這種方法的一個(gè)缺點(diǎn)是用于分離的初級(jí)驅(qū)動(dòng)力是滲透流中的滲 透組分和滲余物流的分壓的差。因此，分離效率隨時(shí)間降低，因?yàn)檩^少的雜質(zhì)保持在天然氣 流中夾帶。此外，由于一些甲烷被認(rèn)為連同雜質(zhì)滲透通過(guò)膜，因此可能有甲烷產(chǎn)率顯著損失 高達(dá)20%。然而氣體分離技術(shù)的另一缺點(diǎn)在于以氣體形式分離諸如C02的雜質(zhì)。由于不可 將諸如C02和H2S的酸性氣體直接排放至環(huán)境，因此需要提供C0 2的儲(chǔ)存設(shè)施，其通常需要 壓縮步驟以轉(zhuǎn)化氣態(tài)C02為用于最佳儲(chǔ)存的高壓狀態(tài)。該壓縮步驟需要大量消耗能源并且 導(dǎo)致高的能量消耗和成本。
[0005] 用于從烴類(lèi)中去除C02的另一已知方法是氣體洗滌，其中使天然氣與諸如填充床 塔的吸收塔中的合適吸收劑介質(zhì)接觸。通常，使用諸如單乙醇胺（MEA)、二乙醇胺（DEA)、甲 基二乙醇胺（MDEA)、二異丙基胺（DIPA)的胺吸收劑，因?yàn)樗鼈內(nèi)菀孜罩T如0) 2的酸性氣 體。然而，氣體洗滌的缺點(diǎn)之一在于它需要采購(gòu)昂貴的胺吸收劑并且其需要通過(guò)使用高溫 氣體（例如，流體）分離來(lái)恒定再生以再生再循環(huán)返回至吸收塔用于進(jìn)一步洗滌的貧胺流。 再生過(guò)程不可避免地導(dǎo)致一些胺損失并且需要定期裝滿(mǎn)胺吸收劑。此外，已知吸收塔產(chǎn)生 諸如液泛、起泡和夾帶的問(wèn)題并且安裝和維護(hù)是昂貴的。
[0006] 因此，亟需提供用于從烴類(lèi)中去除C02的方法和系統(tǒng)，其克服或至少改善上述公開(kāi) 的缺點(diǎn)。特別地，亟需提供用于從包含高濃度的C0 2的原料流產(chǎn)生具有不大于10%，優(yōu)選小 于5 %，更優(yōu)選小于3 %的二氧化碳的產(chǎn)品天然氣流的方法或系統(tǒng)，其克服或改善上述提出 的缺點(diǎn)。
[0007] 概述
[0008] 在一個(gè)方面中，提供了用于從烴類(lèi)中去除二氧化碳的方法，所述方法包括以下步 驟：(a)使包含烴類(lèi)和二氧化碳的原料流與一個(gè)或多個(gè)氣體分離膜接觸以產(chǎn)生烴富集的滲 余物氣體流和富含二氧化碳的滲透氣體流，相比于原料流滲余物氣體流包含更少的二氧化 碳；和（b)使余物氣體流或滲透氣體的至少一種滲流通過(guò)吸收裝置以產(chǎn)生烴富集的氣相和 包含所述二氧化碳的液體吸收劑相。
[0009] 相比于烴類(lèi)，原料流可包含主要量的co2。在一個(gè)實(shí)施方案中，原料流可包含高達(dá) 95% C02。在另一實(shí)施方案中，原料流可包含至少約80% C02。
[0010] 原料流中的烴類(lèi)可包含輕Ci-C；烴類(lèi)，相比于其他輕烴類(lèi)主要量的甲烷（CH 4)。在 一個(gè)實(shí)施方案中，原料流可包含約30%烴類(lèi)，其中約29%為CH4并且剩余1%為c 2-c4烴類(lèi)。
[0011] 有利地，在公開(kāi)的方法中，將至少一種由氣體分離膜分離的流出物滲透物或滲余 物流進(jìn)一步通入吸收裝置，增加從天然氣中去除co 2的效率同時(shí)保持CH4的總產(chǎn)率。
[0012] 在公開(kāi)的方法的一個(gè)實(shí)施方案中，使富含co2并且壓力和CH4含量低的滲透氣體 流與液體吸收劑接觸?？赏ㄟ^(guò)滲透膜分隔滲透氣體流和液體吸收劑以防止兩相直接混合。 可將滲透氣體流中夾帶的co 2吸收至液體吸收劑中并從滲透氣體中去除，導(dǎo)致低壓、甲烷富 集的氣相的形成。有利地，該低壓、甲烷富集的氣相可用作日用氣體并且可用于就地產(chǎn)生能 量。更有利地，該吸收步驟能夠回收大量的在上游分離步驟期間連同co 2共同滲透通過(guò)氣 體分離膜的CH4，由此增加產(chǎn)品流中CH4的總產(chǎn)率。
[0013] 在公開(kāi)的方法的替代實(shí)施方案中，使高壓的甲烷富集的滲余物氣體流與液體吸收 劑而非co 2富集的滲透氣體流接觸。如此操作的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于它允許以便使得由滲透產(chǎn)生 的ch4損失最小化的方式操作膜分離步驟。在該配置中，盡管從氣體分離步驟中獲得的滲 余物氣體包含大量的co 2，但在隨后的吸收步驟期間可有效地去除夾帶的co2。例如，在一個(gè) 實(shí)施方案中，第一膜分離步驟可為單級(jí)膜分離，其中盡管從原料天然氣中去除較少的co 2， 但有利地由于它的單級(jí)配置而有減少的烴損失。這提高了總CH4產(chǎn)率。此外，由于氣體分 離效率隨著天然氣原料中剩余的co 2的濃度而降低，因此具有單級(jí)氣體分離步驟還用以最 佳化C02去除，因?yàn)榭蓪怏w分離裝置設(shè)計(jì)成更小的（最小化單位碳排量（footprint))并 且使用較少的能量（成本節(jié)約）。
[0014]在另一方面中，提供了用于從烴類(lèi)中去除二氧化碳的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含：(a) - 個(gè)或多個(gè)氣體分離裝置，配置其以接收包含烴類(lèi)和二氧化碳的原料流，其中配置氣體分離 裝置以產(chǎn)生烴富集的滲余物氣體流和富含二氧化碳的滲透氣體流；和（b) -個(gè)或多個(gè)吸收 裝置，其位于所述氣體分離裝置下游，配置吸收裝置以接收滲余物氣體流或滲透氣體流的 至少一種，并且其中配置吸收裝置以產(chǎn)生烴富集的氣相和包含二氧化碳的液體吸收劑相。
[0015] 相比于烴類(lèi)，原料流可包含主要量的co2。在一個(gè)實(shí)施方案中，相比于烴類(lèi)，原料流 可包含高達(dá)95% C02。
[0016] 原料流中的烴類(lèi)可包含輕Ci-C；烴類(lèi)，相比于其他輕烴類(lèi)具有主要量的甲烷 (ch4)。
[0017] 有利地，公開(kāi)的系統(tǒng)連接氣體分離裝置與位于下游的膜接觸器裝置，其顯著提高 ch4的總產(chǎn)率并且提高co2去除的效率。在本發(fā)明的另一有利方面中，公開(kāi)的系統(tǒng)通過(guò)配置 膜接觸器裝置以接收至少一種離開(kāi)氣體分離裝置的滲透流出物或滲余物流出物而提供了 設(shè)計(jì)靈活性。如參考上述方法討論的，該靈活性允許氣體分離的設(shè)計(jì)以表現(xiàn)出單級(jí)或者多 級(jí)配置從而平衡操作者對(duì)最小化系統(tǒng)碳排量、最佳C0 2去除并且同時(shí)最大化CH4產(chǎn)率的要 求。
[0018] 定義
[0019] 本文使用的下列詞語(yǔ)和術(shù)語(yǔ)應(yīng)具有規(guī)定的含義：
[0020] 在本說(shuō)明書(shū)的上下文中使用的" ％ C02"是指mol %，除非另外規(guī)定。
[0021] 詞語(yǔ)""基本上"不排除""完全地"，例如，""基本上沒(méi)有" Y的組合物可為完全沒(méi)有 Y。必要時(shí)，可從本發(fā)明的定義中省略詞語(yǔ)""基本上"。
[0022] 除非另外規(guī)定，術(shù)語(yǔ)"包括（comprising) "和"包括（comprise) "及其語(yǔ)法變型意 圖代表"開(kāi)放式"或"包括式"表達(dá)使得它們包括列舉的元素但還允許包括另外的、未列舉 的元素。
[0023] 如本文使用的，在制劑組分濃度的上下文中，術(shù)語(yǔ)"約"通常是指規(guī)定值的+/_5%， 更通常規(guī)定值的+/_4 %，更通常規(guī)定值的+/_3 %，更通常規(guī)定值的+/_2 %，甚至更通常規(guī) 定值的+/-1 %，且甚至更通常規(guī)定值的+/_〇. 5 %。
[0024] 在本公開(kāi)中，可以范圍形式公開(kāi)一些實(shí)施方案。應(yīng)當(dāng)理解，范圍形式的描述僅為了 方便和簡(jiǎn)潔目的并且不應(yīng)被解釋為對(duì)公開(kāi)范圍的不可改變的限制。因此，范圍的描述應(yīng)被 認(rèn)為具有具體公開(kāi)的所有可能的子范圍以及所述范圍內(nèi)的單獨(dú)數(shù)值。例如，諸如1至6的 范圍的描述應(yīng)被認(rèn)為具有諸如1至3、1至4、1至5、2至4、2至6、3至6等的具體公開(kāi)的子 范圍以及所述范圍內(nèi)的單獨(dú)數(shù)字，例如，1、2、3、4、5和6。無(wú)論所述范圍寬度是多大，上述規(guī) 定均適用。
[0025] 附圖簡(jiǎn)述
[0026] 附圖例示公開(kāi)的實(shí)施方案并且用以解釋公開(kāi)的實(shí)施方案的原理。然而，應(yīng)當(dāng)理解 設(shè)計(jì)附圖僅出于例示的目的，并且不應(yīng)被解釋為本發(fā)明界限的定義。
[0027] 圖1為表示用于處理天然氣的所公開(kāi)的系統(tǒng)的第一實(shí)施方案的簡(jiǎn)化工藝流程的 示意圖。
[0028] 圖2是表示所公開(kāi)的系統(tǒng)的第二實(shí)施方案的簡(jiǎn)化工藝流程的示意圖，其中離開(kāi)膜 分離器的滲透物向膜接觸器而非滲余物流運(yùn)行。
[0029] 附圖詳述
[0030] 參考圖1，在簡(jiǎn)化工藝流程圖中示出公開(kāi)的系統(tǒng)10的示例性實(shí)施方案。
[0031] 首先從天然氣預(yù)處理裝置或直接從粗天然氣源中運(yùn)送包含甲烷氣體（ch4)和主要 濃度（高達(dá)95% )的二氧化碳（C02)的粗天然氣原料12并在高壓下輸送至膜分離器裝置 14?？稍诩s20巴至約70巴的壓力下輸送粗天然氣原料12。
[0032] 膜分離器裝置14包含一個(gè)或多個(gè)以螺旋纏繞配置形式排列的分離膜46的薄片或 者多個(gè)以束配置形式排列的中空纖維膜。使高壓的天然氣原料12通過(guò)分離膜46的"外殼" 偵k由于相比于CH 4, C02對(duì)于膜46更有滲透性，因此高壓的滲余物流28在"外殼"側(cè)內(nèi)形 成并且其CH4的濃度提高。相反地，膜的"內(nèi)腔"側(cè)形成低壓的滲透流32,其C0 2的濃度提 高。滲透流32通常處于約1巴至約30巴的較低壓力下。在該階段，相比于粗天然氣原料 12,離開(kāi)膜分離器裝置14的滲余物流28包含較少的C0 2，并且通常為約20%至40%。
[0033] 可使離開(kāi)膜分離器裝置14的低壓的滲透流32通過(guò)壓縮機(jī)34以重新加壓用于在 儲(chǔ)存裝置38中最佳化儲(chǔ)存?；蛘?，可使?jié)B透流32通過(guò)后處理裝置用于C0 2的隔離。
[0034] 隨后，使高壓的滲余物流28流向膜接觸器裝置16。膜接觸器裝置16包含至少一 個(gè)在接觸器內(nèi)設(shè)置的膜44并且其劃分膜接觸器裝置以形成至少一個(gè)氣體流動(dòng)區(qū)域和至少 一個(gè)液體流動(dòng)區(qū)域?？稍谀そ佑|器裝置16內(nèi)提供多于一個(gè)膜44,例如，可在中空纖維束配 置中提供多個(gè)膜44。
[0035] 配置膜接觸器裝置16以接收進(jìn)入的液體吸收劑流22,進(jìn)入其液體流動(dòng)區(qū)域。選擇 液體吸收劑流22為任何液體介質(zhì)，其表現(xiàn)對(duì)C02的優(yōu)先親合力并且其不容易弄濕膜44。在 一個(gè)實(shí)施方案中，液體吸收劑22為海水。然而，其他液體吸收劑也預(yù)期在所公開(kāi)的系統(tǒng)的 范圍內(nèi)，包括諸如MEA、MDEA和DEA的胺吸收劑。然而，目前海水是優(yōu)選的，由于它的可獲得 性和微不足道的成本。通過(guò)泵系統(tǒng)18將液體吸收劑流22運(yùn)送至膜接觸器裝置16。
[0036] 進(jìn)一步配置膜接觸器裝置16以接收滲余物流28進(jìn)入其氣體流動(dòng)區(qū)域。在該實(shí) 施方案中，氣體流和液體吸收劑流彼此逆流排列但交叉流和并向流配置也在公開(kāi)的系統(tǒng) 10的范圍內(nèi)。通常，選擇例如但不限于聚丙烯（PP)、聚四氟乙烯（PTFE)、聚偏二氟乙烯 (PVDF)、聚砜（PSf)、聚乙烯亞胺（PEI)膜的疏水性微孔膜以形成氣體和液體流動(dòng)區(qū)域之間 的可滲透屏障。膜的孔徑可為O.Olum至約4pm。在一個(gè)實(shí)施方案中，選擇膜的孔徑使得 它可容易地被C0 2分子填滿(mǎn)以使表面積最大化用于C02吸收進(jìn)入的液體吸收劑22。滲余物 流28內(nèi)夾帶的C0 2溶解進(jìn)入鄰近的液體吸收劑流22,形成包含高濃度C02的流出物液體流 24。流出物液體流24離開(kāi)接觸器裝置16并且被傳送至處理裝置26用于處理/加工。
[0037] 離開(kāi)接觸器裝置16的流出物氣體流42是富含CH4的高壓氣體并且包含少量或可 忽略量的C0 2。在一個(gè)實(shí)施方案中，流出物氣體流42包含小于10%，優(yōu)選小于5%，甚至更 優(yōu)選小于3%的C02?？蛇m當(dāng)?shù)馗淖兞鞒鑫餁怏w流42中的C0 2濃度以滿(mǎn)足銷(xiāo)售氣體規(guī)格。
[0038] 該配置的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于單級(jí)膜分離可用于膜分離器裝置14。這使整體烴損失最小 化，因?yàn)轭A(yù)期至少一部分CH 4也滲透通過(guò)膜46以形成一部分滲透流（盡管以比C02更慢的 速率）。通過(guò)具有單級(jí)膜分離裝置，可使CH 4損失最小化，權(quán)衡是一些C02仍在滲余物流28 內(nèi)夾帶。有利地，通過(guò)連接膜分離裝置與下游接觸器裝置16,仍可有效地去除夾帶的0) 2使 得流出物氣體流42達(dá)到期望的C02濃度。此外，由于滲余物流28已經(jīng)經(jīng)歷第一通過(guò)分離， 有利地降低膜接觸器裝置16的吸收載量。最終，通過(guò)使用海水作為液體吸收劑，這是由于 海水的可獲得性并且進(jìn)一步不需要安裝單獨(dú)的胺再生裝置。在另一實(shí)施方案公開(kāi)的系統(tǒng)10 是高度成本有效的，液體吸收劑可為蒸餾水。在另一實(shí)施方案中，液體吸收劑可為包含用以 提商C0 2吸收的添加劑的水。
[0039] 現(xiàn)在參考圖2,示出用于處理本發(fā)明的天然氣的系統(tǒng)50的替代實(shí)施方案。在該實(shí) 施方案中，使高壓的粗天然氣原料52通過(guò)膜分離裝置54以形成CH 4富集的滲余物流56和 C02富集的滲透流58。在該實(shí)施方案中，膜分離裝置54可包含多個(gè)膜模塊84并且被適當(dāng) 地配置用于多級(jí)膜氣體分離。例如，可以串聯(lián)配置形式排列在膜分離裝置54中設(shè)置的膜模 塊84使得天然氣原料52必需經(jīng)歷兩級(jí)或多級(jí)氣體分離。明顯地，可適當(dāng)?shù)剡x擇串聯(lián)和級(jí) 數(shù)使得滲余物流56包含可接受濃度的C0 2以滿(mǎn)足銷(xiāo)售或消費(fèi)要求。在一個(gè)實(shí)施方案中，選 擇膜模塊84的數(shù)量使得滲余物流56包含小于或等于約10 %的C02?？赏ㄟ^(guò)壓縮機(jī)62將 滲余物流56加壓并以銷(xiāo)售氣體64直接銷(xiāo)售。
[0040] 由于在上游進(jìn)行多級(jí)分離，因此天然氣原料52中的大部分（高達(dá)15%)的014可 能不再屬于滲透流58。因此，滲透流58仍包含主要量的產(chǎn)品烴CH 4。因此，此后將滲透流 58輸送至膜接觸器裝置86,由此配置它以逆流流動(dòng)至鄰近由滲透膜82分隔的液體吸收劑 流72。諸如交叉流或并向流的其他流動(dòng)配置也可用于膜接觸器裝置86。滲透膜82劃分膜 接觸器裝置86以確定氣體流動(dòng)區(qū)域和液體流動(dòng)區(qū)域。應(yīng)當(dāng)理解，可在吸收裝置86內(nèi)提供多 于一個(gè)膜82。可以一個(gè)或多個(gè)中空纖維膜束形式或者以在吸收裝置內(nèi)設(shè)置的串聯(lián)薄片-膜 形式提供膜82。
[0041]在大部分滲透流58中剩余的C02已經(jīng)被吸收進(jìn)入液體吸收劑72之后，形成包含 大量CH 4和低濃度的C02的低壓的流出物氣體流66。在一個(gè)實(shí)施方案中，流出物氣體流66 包含不大于10%的C0 2。流出物氣體流66通常為約1至30巴。有利地，可通過(guò)膜接觸器 裝置86以流出物氣體流66回收大部分膜分離裝置54中的滲透形式的CH 4損失。另外有 利地，可將流出物氣體流66直接用作日用氣體以就地產(chǎn)生能量，其減少本公開(kāi)系統(tǒng)的外部 能量消耗。富含C0 2的液體吸收劑離開(kāi)膜接觸器裝置86作為液體流出物流76并且可在液 相中被直接輸送至儲(chǔ)存器78?；蛘?，可使液體流出物流76通過(guò)后處理裝置用于其中包含的 C0 2的隔離。有利地，處于液體形式的所吸收的C02容易輸送并且不需要昂貴的壓縮步驟以 使C0 2易于儲(chǔ)存。
[0042]任選實(shí)施方案的公開(kāi)
[0043]現(xiàn)在公開(kāi)制備第一方面的天然氣的上述方法的示例性的非限制性實(shí)施方案。
[0044] 在公開(kāi)的方法中，可使?jié)B余物氣體流或者滲透氣體流或二者進(jìn)一步進(jìn)行吸收步驟 以去除在那些流中包含的C0 2。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，僅使?jié)B余物氣體流進(jìn)行使用液體吸收 劑的吸收。在另一實(shí)施方案中，僅使?jié)B透氣體流進(jìn)行使用液體吸收劑的吸收。
[0045] 接觸步驟（a)還可包括選擇相比于CH4對(duì)C0 2滲透性更好的氣體-分離膜的步驟。 可以螺旋纏繞配置的形式或以在膜分離器裝置中設(shè)置的中空纖維束的形式提供氣體分離 膜。在一個(gè)實(shí)施方案中，氣體分離膜由醋酸纖維素制成。其他合適的氣體分離膜可選自包 括但不限于聚砜、聚乙烯亞胺和聚酰胺/聚酰亞胺共聚物膜的組。在另一實(shí)施方案中，氣 體分離膜可為聚酰胺/聚酰亞胺共聚物膜。這類(lèi)聚酰胺/聚酰亞胺共聚物膜的實(shí)例為市售 TorlonH
[0046] 接觸步驟（a)可包括單級(jí)、雙級(jí)或多級(jí)氣體分離步驟，其中使原料天然氣體流通 過(guò)氣體分離膜的管側(cè)（或"內(nèi)腔"側(cè)）并且其中至少一部分原料天然氣體流內(nèi)存在的〇) 2滲 透物通過(guò)膜進(jìn)入"外殼"側(cè)以形成低壓滲透氣體流或反之亦然。在該方面中，滲透氣體流的 壓力可為約1巴至約30巴。
[0047] 在接觸步驟（a)為單級(jí)膜分離步驟的情況下，滲余物流中C02濃度可為約20%至 約40%。在接觸步驟（a)包括雙級(jí)或多級(jí)膜分離的情況下，滲余物流中的C0 2濃度可為約 20%至約10%。此外，滲余物流的壓力可為約20巴至約100巴。通過(guò)步驟（b)可包括提供 至少一個(gè)在吸收裝置內(nèi)設(shè)置的滲透膜以確定至少一個(gè)氣體流動(dòng)區(qū)域和至少一個(gè)液體流動(dòng) 區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施方案中，吸收裝置可為膜接觸器裝置。
[0048]滲透膜可由基本上微孔和疏水聚合物材料組成。滲透膜的聚合物材料可選自聚丙 烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚砜、聚乙烯亞胺、聚酰胺/聚酰亞胺、醋酸纖維素或其共聚 物。可在吸收裝置內(nèi)以螺旋纏繞形式、串聯(lián)薄片形式或中空纖維配置形式提供多于一個(gè)膜。 各個(gè)膜可由相同或不同聚合物材料制成。優(yōu)選地，選擇的膜應(yīng)該顯示大表面積并且應(yīng)該基 本上與液體吸收劑相容以最小化膜污染或潤(rùn)濕。在一個(gè)實(shí)施方案中，滲透膜為PVDF膜。
[0049]通過(guò)步驟（b)還可包括使?jié)B余物氣體流或滲透氣體流中的任一個(gè)沿吸收裝置的 氣體流動(dòng)區(qū)域通過(guò)。通過(guò)步驟（b)還可包括使液體吸收劑沿鄰近氣體流動(dòng)區(qū)域的液體流動(dòng) 區(qū)域，在此期間滲余物氣體或滲透氣體中包含的co 2通過(guò)滲透膜的孔被吸收進(jìn)入液體吸收 齊IJ。在一個(gè)實(shí)施方案中，液體吸收劑流和相鄰的氣體流可以彼此逆流形式通過(guò)以在兩相之 間產(chǎn)生co 2的最大分壓差。有利地，這提高了傳遞進(jìn)入液體吸收劑的co2質(zhì)量。在另一實(shí)施 方案中，相對(duì)于氣體流，液體吸收劑流可以并向配置形式通過(guò)。
[0050] 通過(guò)步驟（b)還可包括提供能夠吸收C02并且其對(duì)膜材料基本上惰性的液體吸收 劑的步驟。在一個(gè)實(shí)施方案中，液體吸收劑為海水。有利地，使用海水作為液體吸收劑由于 其廣泛的可獲得性和微不足道的成本而在成本上有效。
[0051] 在一個(gè)實(shí)施方案中，直接從接觸步驟（a)獲得的滲余物流可包含小于或等于10% 的C02，優(yōu)選小于5%，甚至更優(yōu)選小于3%的C02。在直接從接觸步驟（a)獲得的滲余物流 包含小于10%的C02的情況下，接觸步驟（a)可包含多級(jí)氣體分離步驟。
[0052] 在另一實(shí)施方案中，直接從通過(guò)步驟（b)獲得的甲烷富集的氣相可包含小于或等 于10%的C02，優(yōu)選小于5%，甚至更優(yōu)選小于3%的C02。
[0053] 在一個(gè)實(shí)施方案中，在使?jié)B余物氣體流進(jìn)行通過(guò)步驟（b)的情況下，可將甲烷富 集的氣相加壓，具有約20巴至約100巴的壓力。在另一實(shí)施方案中，在使?jié)B透氣體流進(jìn)行 通過(guò)步驟（b)的情況下，甲烷富集的氣相可具有約1巴至約30巴的低壓。
[0054] 現(xiàn)在公開(kāi)用于制備第二方面的天然氣的系統(tǒng)的示例性的非限制性實(shí)施方案。
[0055] 在所公開(kāi)的系統(tǒng)中，可配置吸收裝置以接收至少一種離開(kāi)氣體分離裝置的滲余物 氣體流或滲透氣體流。在一個(gè)實(shí)施方案中，可在滲余物氣體流和滲透氣體流二者的下游提 供吸收裝置。在另一實(shí)施方案中，在下游提供吸收裝置以?xún)H接收滲余物氣體流。在另一實(shí) 施方案中，在下游提供吸收裝置以?xún)H接收滲透氣體流。
[0056] 在所公開(kāi)的系統(tǒng)中，氣體分離裝置可包含一個(gè)或多個(gè)以連續(xù)或平行排列或其組合 形式彼此連接的膜模塊。各個(gè)膜模塊可包含一個(gè)或多個(gè)在以螺旋纏繞或中空纖維配置的形 式排列的模塊內(nèi)設(shè)置的致密膜。各個(gè)致密膜可由相同或不同材料制成。致密膜可由允許C02 相比于CH4更快滲透通過(guò)膜的材料組成。在一個(gè)實(shí)施方案中，致密膜為醋酸纖維素膜。其 他可能的膜如上面討論的。
[0057] 吸收裝置可包含一個(gè)或多個(gè)膜接觸器裝置。各個(gè)膜接觸器包含在所述接觸器內(nèi)設(shè) 置的滲透膜以由此確定用于氣體流動(dòng)的區(qū)域和用于液體流動(dòng)的相鄰區(qū)域，其中通過(guò)滲透膜 分隔氣體流動(dòng)區(qū)域和液體流動(dòng)區(qū)域。可配置膜接觸器裝置以接收離開(kāi)氣體分離裝置進(jìn)入氣 體流動(dòng)區(qū)域的滲余物氣體流或滲透氣體流?？膳渲媚そ佑|器裝置以接收液體吸收劑流進(jìn)入 液體流動(dòng)區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施方案中，配置膜接觸器裝置以使鄰近滲透氣體流或滲余物氣體 流的液體吸收劑流流動(dòng)。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，配置膜接觸器使得氣體流和液體吸收劑流 彼此逆流。在另一實(shí)施方案中，配置膜接觸器使得氣體流和液體吸收劑流為并向流形式。
[0058] 接觸器裝置中的滲透膜可基本上為疏水的。在一個(gè)實(shí)施方案中，滲透膜可基本上 由微孔和疏水聚合物材料組成。滲透膜的聚合物材料可選自聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙 烯、聚砜、聚乙烯亞胺或其共聚物。
[0059] 在所公開(kāi)的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案中，配置氣體分離裝置以產(chǎn)生包含小于或等于 10%的C02，更優(yōu)選小于5%的C02，甚至更優(yōu)選小于3%的C02的滲余物氣體流。在該實(shí)施 方案中，預(yù)期分離裝置包含多個(gè)以分級(jí)形式排列的膜模塊以影響多級(jí)氣體分離。在該實(shí)施 方案中，可將低壓滲透氣體流運(yùn)送至一個(gè)或多個(gè)吸收裝置以回收離開(kāi)吸收裝置的低壓的甲 烷富集的氣相。該低壓的甲烷富集的氣相可包含小于或等于10%的C02，優(yōu)選小于5%且更 優(yōu)選小于3%的C02。
[0060] 在另一實(shí)施方案中，配置氣體分離裝置以產(chǎn)生包含約20%至30%的C02的滲余物 氣體。在該實(shí)施方案中，隨后使?jié)B余物氣體流通過(guò)一個(gè)或多個(gè)吸收裝置以產(chǎn)生高壓的甲烷 富集的氣相。該高壓的甲烷富集的氣相可包含小于或等于10%的C02，優(yōu)選小于5%的C02 且更優(yōu)選小于3%的C02。在該實(shí)施方案中，分離裝置可僅包含單個(gè)膜模塊配置用于單級(jí)氣 體分離。
[0061] 應(yīng)用
[0062] 上述公開(kāi)內(nèi)容提供從高0)2濃度烴流中去除C02的有效、靈活和成本有效的方法和 系統(tǒng)，同時(shí)克服領(lǐng)域中已知的技術(shù)問(wèn)題。例如，一個(gè)或多個(gè)氣體分離裝置與一個(gè)或多個(gè)下游 吸收裝置的組合顯著降低或取消分離步驟期間的烴損失，由此提高整個(gè)方法和系統(tǒng)的ch4 的產(chǎn)率。此外，使用膜接觸器裝置作為吸收裝置由于氣相和液相不直接混合而進(jìn)一步避免 了與吸收塔有關(guān)的已知的技術(shù)問(wèn)題。
[0063] 甚至更有利地，本公開(kāi)提供了靈活和可自定義的方法和系統(tǒng)，其中可運(yùn)行所述系 統(tǒng)以在最初氣體分離過(guò)程之后立即產(chǎn)生co2含量顯著低的天然氣，權(quán)衡是在氣體分離期間 經(jīng)歷更多的烴損失（但通過(guò)下游吸收步驟可將其回收）?？蛇x地，可運(yùn)行系統(tǒng)以使最初氣體 分離步驟中的烴損失最小化，權(quán)衡是更多的co2仍在滲余物氣體中夾帶，其在膜接觸器裝置 中的另外吸收步驟期間被去除。這種靈活性毫無(wú)疑問(wèn)可用于其中空間限制和能源考慮必然 影響針對(duì)天然氣生產(chǎn)系統(tǒng)選擇的運(yùn)行模式的工廠設(shè)計(jì)。
[0064] 明顯地，在閱讀前述公開(kāi)內(nèi)容后而不違背本發(fā)明的主旨和范圍下本發(fā)明的各種其 他修改和改編對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是明顯的并且意圖所有這樣的修改和改編在附加權(quán)利 要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 從烴類(lèi)中去除二氧化碳的方法，所述方法包括以下步驟： (a) 使包含烴類(lèi)和二氧化碳的原料流與一個(gè)或多個(gè)氣體分離膜接觸以產(chǎn)生烴富集的滲 余物氣體流和富含二氧化碳的滲透氣體流，相比于所述原料流，所述滲余物氣體流包含更 少的二氧化碳；以及 (b) 使所述滲余物氣體流或所述滲透氣體流的至少一種通過(guò)吸收裝置以產(chǎn)生烴富集的 氣相和包含所述二氧化碳的液體吸收劑相。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中相比于所述烴類(lèi)，所述原料流包含主要量的二氧化 碳。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中相比于所述烴類(lèi)，所述原料流包含高達(dá)95%C02。
4. 如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述通過(guò)步驟（b)包括在所述吸 收裝置內(nèi)提供滲透膜以便由此確定由所述滲透膜分隔的氣體流動(dòng)區(qū)域和液體流動(dòng)區(qū)域。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述通過(guò)步驟（b)還包括使所述滲余物氣體流或所 述滲透氣體流的至少一種沿所述氣體流動(dòng)區(qū)域通過(guò)，所述氣體流動(dòng)區(qū)域鄰近在所述液體流 動(dòng)區(qū)域中流動(dòng)的液體吸收劑流。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述通過(guò)步驟（b)還包括使所述液體吸收劑鄰近所 述滲余物氣體流或所述滲透氣體流而流動(dòng)，以便將至少部分在所述氣體流中包含的二氧化 碳吸收進(jìn)入所述液體吸收劑。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述通過(guò)步驟（b)還包括使所述液體吸收劑與所述 滲余物氣體流或所述滲透氣體流以逆流配置形式流動(dòng)。
8. 如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其還包括選擇相比于甲烷對(duì)二氧化碳 滲透性更好的所述氣體分離膜。
9. 從烴類(lèi)中去除二氧化碳的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括： (a) -個(gè)或多個(gè)氣體分離裝置，配置其以接收包含烴類(lèi)和二氧化碳的原料流，其中配置 所述氣體分離裝置以產(chǎn)生烴富集的滲余物氣體流和富含二氧化碳的滲透氣體流；和 (b) -個(gè)或多個(gè)吸收裝置，其位于所述氣體分離裝置下游，配置所述吸收裝置以接收所 述滲余物氣體流或所述滲透氣體流的至少一種，并且其中配置所述吸收裝置以產(chǎn)生烴富集 的氣相和包含二氧化碳的液體吸收劑相。
10. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)吸收裝置包含一個(gè)或多個(gè)膜接觸 器裝置。
11. 如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述膜接觸器裝置包含至少一種設(shè)置于其中的滲 透膜，以便由此確定由所述滲透膜分隔的液體流動(dòng)區(qū)域和氣體流動(dòng)區(qū)域。
12. 如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中配置所述膜接觸器裝置以使液體吸收劑流在所述 液體流動(dòng)區(qū)域中流動(dòng)，所述液體流動(dòng)區(qū)域鄰近通過(guò)所述流動(dòng)區(qū)域的所述滲余物氣體流或所 述滲透氣體流。
13. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中配置所述膜接觸器裝置以使所述液體吸收劑與所 述滲余物氣體流或所述滲透氣體流以逆流配置形式流動(dòng)。
14. 如權(quán)利要求11至13中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述滲透膜基本上是疏水 的。
15. 如權(quán)利要求9至14中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述液體吸收劑為海水。
16. 如權(quán)利要求9至15中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述氣體分離裝置包含一個(gè) 或多個(gè)致密膜。
17. 如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述致密膜以螺旋纏繞或中空纖維配置的形式排 列。
18. 如權(quán)利要求16或17所述的系統(tǒng)，其中所述致密膜相比于CH4對(duì)C02的滲透性更好。
19. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述致密膜由選自醋酸纖維素、聚砜、聚乙烯亞 胺、聚酰胺/聚酰亞胺共聚物及其共聚物的材料組成。
20. 如權(quán)利要求9至19中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中離開(kāi)所述氣體分離裝置的所 述滲余物氣體流或離開(kāi)所述吸收裝置的所述烴富集的氣相包含小于10%的二氧化碳。
21. 如權(quán)利要求9至20中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中離開(kāi)所述氣體分離裝置的所 述滲余物氣體流或離開(kāi)所述吸收裝置的所述烴富集的氣相包含至少小于5%的二氧化碳。
【文檔編號(hào)】B01D63/00GK104379236SQ201380033118
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2013年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月8日
【發(fā)明者】W·努爾·法齊亞·伍穆斯塔帕, M·哈尼夫·穆哈利姆, 法拉迪拉·卡迪克罕, 阿茲曼·莎法維, 亞拉赫·姆塔迷迪 申請(qǐng)人:馬來(lái)西亞國(guó)家石油公司