CN1255073A - 在高压下进行气体/液体膜吸收的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于在高压下进行气体/液体膜吸收的设备,该设备包括一个压力容器,其中设置有一个膜单元,用于隔离传送气相和液相,由此,可在气相和液相之间进行欲被吸收成分的交换。气相流经吸收器的流动方向基本上垂直于液相流经吸收器的流动方向。本发明还涉及使用所述的吸收器进行气体/液体膜吸收的方法,特别是在高压下从气相中吸收CO2、H2S、汞(蒸气)和/或水蒸气。本发明最后还涉及采用上述吸收器和方法提纯天然气的方法。
Description
本发明涉及在高压下进行气体/液体膜吸收的设备和方法。
气体/液体的膜吸收方法是已知的，例如下文所述的本申请人的专利申请中所述。这些方法通常包括从气相中吸收一种或多种气体成分，将所述的含有欲被吸收的成分的气相与一液相接触，而液相和气相被一个膜隔开。
气体/液体的膜吸收是非常灵活和多用的技术，根据所用的膜、所用的液相和欲被净化的气流的不同，可以用于从气相中特定吸收多种化合物。例如，气体/液体的膜吸收可以用于吸收二氧化碳和H2S(欧洲专利申请EP0,751,815)，可氧化或可还原成分，例如汞蒸气(PCT申请PCT/NL96/00279)，还可以用于清除水蒸气(本申请人的欧洲专利申请EP0,524,242)。
然而，已知的技术有一定的缺点，它们不能应用于高压下的气流，特别是高于4巴的压力。现有技术不能在高压下从气相中进行气体/液体的膜吸收，特别是在气相是以高压提供的，并且出于技术上和/或经济上的原因，不能或不希望在吸收过程之前降低气流的压力的情况下。这种情况的例子如提纯天然气，通常天然气是在高于50巴甚至在某些时候100-200巴的压力下产出和被加工的。
现有的气体/液体膜吸收技术不能应用于具有如此高的压力的气流，主要由于：
现有的用于气体/液体膜吸收的设备并不是针对高压设计的；
当膜两侧有压降时，现有的膜，特别是多孔膜不能工作：
当使用能够承受较高压降的“封闭”膜(即具有适当的厚度)时，膜的物流量和膜效率会变得很低。
因此，本发明涉及在高压下进行气体/液体膜吸收的设备，该设备包括：
一个压力容器(1)，它围成了一个基本上封闭的室(2)；
向室(2)中供应气相的供应装置(3a)和从室(2)中排出气相的排出装置(4a)；
设于室(2)的膜单元(5)，它包括至少一个膜元件(6)，由膜元件(6)限定了传送通道(7)；
向膜单元(5)供应液相的供应装置(8a)和排出液相的排出装置(9a)，由此，液相可以从进口管(8a)进入、经过传送通道(7)而流向出口管(9a)；
其中在室(2)中，压力容器(1)、进口管(3a)、出口管(4a)和膜单元(5)如此设置，使气相流过膜元件(6)的流动方向基本上与液相流经膜元件(6)的流动方向垂直，气相与液相之间的欲被吸收的成分的交换可以通过膜元件(6)(的壁)进行。
本发明还涉及使用上述的设备在高压下从气相中吸收一种或多种成分的气体/液体膜吸收方法，该方法包括：
通过进口管(3a)和出口管(4a)使含有一种或多种欲被吸收的成分的气相流经室(2)，使其流过所述的一个或多个膜元件(6)，气相的压力高于4巴，优选高于10巴，更优选为50-200巴；
通过进口管(8a)和出口管(9a)使适合于吸收所述的一种或多种成分的液相流经传送通道(7)，液相压力与气相压力之差不大于5巴，优选不大于1巴；
由此，通过所述的一个或多个膜元件(6)(的壁)，所述的一种或多种成分被从气相中吸收到液相中，气相和液相被膜元件(6)隔开。
根据本发明，通过所谓的“交叉流动”，即含有一种或多种欲被吸收的成分的气相的流动方向垂直于液相的流动平面，实现了气体/液体膜吸收。
压力容器(1)优选基本上是圆筒形或围成一个基本上为圆筒形的室(2)。在操作时，压力容器(1)的纵轴基本上垂直，当然其它设置也是可以的，因为膜吸收基本上独立于压力容器的取向。与例如填充柱相比，本发明的膜吸收器在设置上增加的自由度是气体膜吸收的非常重要的优点，因为填充柱是靠重力的作用操作的，因此需要基本上垂直操作才能达到理想的逆流。
压力容器(1)还可以包括引流装置用于控制气相在室(2)内的流动。
膜元件(6)的形状应至少能形成传送通道(7)。因此，膜元件(6)可以由一个膜或多个膜组装而成，这些膜形成/围成传送通道；例如，膜元件(6)可以由具有传输通道的平面膜、形成所谓的“板框式”组件的膜或螺状旋管膜组成。膜元件(6)优选为空心丝的形式。
所述的膜可以由任何合适的材料制备，所述的材料至少可渗透一种或多种欲被吸收的气体成分，但是不能渗透气相和液相。
所述的膜优选为惰性的，并能承受所用的气相和液相以及欲被吸收的成分，还要根据预计的用途和其它因素，例如所希望的物质流量等选择所用的膜。在本文中，也可以使用选择性的膜。
所用的膜可以是多孔的或非孔的，可以是不对称的和/或涂覆的膜。对于本领域的技术人员来说很显然，为实现高的物质流量，优选使用多孔膜；然而，多孔膜对膜两侧的压力降最敏感。
由现有技术，例如上文中提到的本申请人的那些专利申请已知一些适合的膜材料，它们包括多孔膜，例如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)和聚硫砜(PSU)；非孔膜材料、不对称和/或涂覆的膜，例如等离子体膜、以硅氧烷橡胶(PDMS)涂覆的膜、用氟、石蜡等处理过的膜。其它合适的膜是，例如陶瓷膜(Al2O3，TiO2，ZrO2)、醋酸纤维素(CA)、丁二烯橡胶、EPDM(乙烯/丙烯三元聚合物)；金属膜(例如Pd)、聚苯氧(PPO)、聚酰亚胺(PI)等。其它材料对本领域的技术人员来说很显然。
膜单元(5)包括至少一个或多个膜元件(6)，以及可能的其它装置，例如引导气流通过膜元件(6)的引流元件，例如器壁元件，它围住膜单元，平行于气流方向；和/或用于将液相分布于膜元件的传送通道(7)中的连接和分布元件，该元件例如可以连接到引流元件上或形成引流元件的一部分，下文将对此进行较详细的描述。
膜单元(5)优选包括许多空心丝的组合件，这些空心丝基本上平行，空心丝的数量和它们的总的交换面积取决于需要达到的能力。
在本文中可以使用空心丝的多种组合件(组件)，它们可以彼此可操作地接触或不接触，条件是空心丝的各种组合件彼此成一定的角度，优选基本上成直角，而所有的空心丝都在与气相的流动方向垂直的平面内。
气相通过膜元件(6)的流动方向优选基本上与压力容器(1)的纵轴平行，即膜元件(6)将被安置在基本上与压力容器(1)的纵轴垂直的平面内。
吸收器的设计优选使吸收过程成为一个逆流过程，这对本领域的技术人员是已知的。
膜单元(5)优选是一个如本申请人的国际申请91/09668中所述的DAM组件，所述国际申请在此作为参考文件。
实施本发明的方法包括下列步骤：将含有一种或多种欲被吸收的成分的气相通过室(2)中的膜元件(6)，几乎在同时，将用于吸收所述的一种或多种成分的合适的液相通过膜元件(6)的传送通道(7)，由此，所述的一种或多种成分被从气相中吸收到液相中，液相和气相被膜元件(6)(的壁)隔开。
在上述方法中，室(2)中的气相的压力高于4巴，优选高于10巴，更优选为50-200巴。
在传送通道(7)中的液相的压力基本上等于室(2)中气相的压力，即，气相和液相的压力差不大于5巴，优选不大于0.5巴。更优选，在上述范围内液相的压力略高于气相的压力。
通过适当的压力控制装置，通常将液相的压力作为供应的气相压力的函数来设定。所述的压力控制装置优选连接到吸收器上，更优选设置在吸收器本身内，更优选连接或设置在压力容器(1)上，在下面的优选实施方案中将会详细描述。
所述的压力控制装置优选能够对液相压力的变化作出反应，即，可以在不影响整个过程和/或所用设备的情况下，通过相应地改变液相的压力而补偿液相压力的变化。
本发明的一个优点在于，所述的膜元件(6)和膜单元(5)不需要耐高压或压降。而压力容器(1)和其它连接物等需要能够承受气相和液相的压力。这对于本领域的技术人员来说是明显的。
根据本发明的吸收器及其设计的另一个优点是，例如，由于其独特的结构模式，压力容器可以很容易地被填充，膜单元可以容易地被置换。由此减少了维修和更新过程中的操作。
根据本发明的高压膜吸收器可以用于任何高压气体的气体/液体吸收过程，特别是已知的气体/液体膜吸收过程，例如本申请人的欧洲专利申请EP0,751,815所述的CO2/H2S的吸收、本申请人的国际申请NL 96/00279所述的气体/液体氧化性膜吸收，以及本申请人的欧洲专利申请EP0,524,242所述的水蒸气的清除，上述专利申请的内容在此均作为参考。
本发明的方法原则上以与已知方法相似的方式实施，即使用基本上相同的膜材料、液相、吸收介质、液相再生技术等。因此，通过使用上文描述的本发明的设备和方法能够使现有的方法以很简单的方式适用于高压的气相，而在高压下使用现有的方法是本发明优选的方面。
根据一个特定的实施方案，吸收器还可以包括至少两个分离的膜单元(5)，它们可以用于同时加入的相同或不同的液相，使液相流经与这些膜单元相连的膜元件(6)。所述的分离的膜单元与相应的分离的供应装置(8a)或排料装置(9a)有效地连接，分别用于相应的液相。该实施方案能够使用多种彼此不同的合适的液相，在一个单一的吸收器内对气相同时进行不同的吸收过程，以同时清除不同的气相成分，此外还提供了分别控制这些吸收过程的可能性。
在该实施方案中，只要能使不同的液相彼此独立地通过膜单元，所述的分离的膜单元也可以在吸收器内一体设计。
还可以将多个本发明的气体/液体膜吸收器串联起来，例如在串联吸收器中使用相同的吸收液体以提高清除效率，或使用不同的吸收液体以除去不同的成分。
含有来自气相的被吸收成分的液相可以用已知的方法再生，并重新用于吸收。因此，本发明可以采用一个封闭的液相循环，可选择地使用适当的泵装置，液相在一个循环内既经过吸收步骤又经过解吸步骤。该方法中的解吸/再生步骤可以在与吸收步骤相同的液体压力下，使用适当的装置进行；在该方法中，如果合适，可以在解吸过程中，特别是在解吸气相成分时，利用液相和/或液相中含有的成分的高压，这对于本领域的技术人员来说是显而易见的。同样，也可以在较低的液相压力下进行解吸过程(相对于吸收过程而言)，条件是在液体循环回路中加入能提高或降低液相压力的合适的装置。
根据本发明的一个优选的方面(下文将详细讨论)，可以使从气相中吸收来的(特别是气相的)成分在解吸/再生步骤中以气体(流)的形式从液相中解吸/提取出来，此时该气体(流)成分的(分)压力比该成分在原始的气相中存在时的(分)压力高，甚至具有比原气相压力高的绝对压力。这可以通过提高解吸温度而实现。根据本发明，这种所谓的“泵效应”特别是在提纯天然气的过程中具有优点，下文将对此详细描述。
本发明另一个优选的方面(下文也将详细论述)涉及通过氧化还原反应解吸吸收到液相中的硫化合物的特殊的方法，特别是气相硫化合物，例如H2S，在该方法中，硫例如可以以游离物的形式沉淀。
本发明的气体/液体膜吸收器及方法可以应用于：——在高压下从气流，例如燃料气、天然气以及相关的气体中吸收
CO2；——在高压下从气流，例如燃料气、天然气以及相关的气体中吸收
H2S；——从天然气、石油(馏份)或天然气缩合物(气相烃或以气相形
式提供的烃)中吸收Hg；——从石油(馏份)或天然气缩合物(气相烃或以气相形式提供的
烃)中吸收硫醇或酸性成分；——从天然气、石油(馏份)或LPG(气相烃或以气相形式提供的
烃)中吸收水蒸气；——提取/精炼烯烃(乙烯、丙烯、丁烯、苯乙烯)，例如用于石油
化学过程中；——在高压下从合成气或废气中吸收和/或提取CO。
根据本发明的一个非常优选的具体的实施方案，本发明应用于提纯天然气，特别是从天然气中除去汞、CO2和H2S和/或干燥天然气。
已知天然气是在高于50巴，通常为100-250巴的压力下产出的。新产出的天然气含有相当量的CO2(高于10巴)、H2S、Hg和水蒸气。
在进行气体膜吸收过程之前降低天然气的压力在技术上是困难的和不经济的，这部分是由于天然气在提纯及后续步骤之后，为了例如运输的目的，还要将天然气的压力提高或使其液化。如果天然气的进料压力较低，就需要有较高的能量消耗和投资消耗(压缩机和低温处理)。并且，如果初始的气体含有相当量的CO2，天然气或丙烷(LPG)的液化将非常困难。因此，特别需要开发一种在高压下，优选在天然气从天然气田中产出时的压力下提纯天然气的方法。
因此，本发明特别涉及在高压下提纯天然气气流的方法，其中通过使用上文所述的设备或根据上文所述的方法，通过将一种或多种杂质吸收到液相中而从天然气气流中选择性地汽提出一种或多种气相杂质。
本发明的这一方面特别涉及如下一些提纯天然气的方法：
欲被除去的杂质是CO2和/或H2S，所用的液相是用于吸收CO2和/或H2S的含水介质。在此，所述的膜元件(6)优选包括由聚丙烯、聚乙烯、聚硫砜、聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯制备的空心丝膜，所用的液相如本申请人的欧洲专利申请EP0,751,815中所述，即在20℃时表面张力大于60×10-3N/m的含水液体，更优选水溶性氨基酸或氨基酸盐的水溶液，特别是氨基乙磺酸、丙氨酸、甘氨酸、甲基甘氨酸、脯氨酸、二甲基甘氨酸、以及它们的盐或衍生物的水溶液；或磷酸盐/碳酸盐或酚盐的水溶液；
欲被除去的杂质是汞(蒸气)，所用的液相是一种适合氧化汞的氧化剂的水溶液，如本申请人的国际申请NL 96/00279中所述；和/或
欲除去水蒸气，所用的液相是收湿性盐的水溶液，如欧洲专利申请EP0,524,242中所述，
或上述方法的组合，优选如上文所述在串联连接的多个膜吸收器内进行。
本领域的技术人员可以肯定上述的吸收液体非常适合于从天然气中吸收所述的成分。
关于提纯天然气，本发明还包括一个特殊的方面，即在比天然气气流的绝对压力和/或天然气气流中气体成分的分压更高的压力(分压或绝对压力)下，在解吸/再生步骤中提取从天然气气流中被吸收到液相中的气体成分，例如CO2和/或H2S，特别是CO2。所述的更高的压力使得从解吸/再生步骤得到的并含有大量CO2的气流重新被注入地下，例如注入天然气田，从环境的角度考虑，这与释放到大气中相比是非常优选的。从上述过程得到的高压气体还可以用于其它已知的用途，特别是就地用于天然气田或精炼厂，例如作为地下置换气体、绝热制冷剂或用于驱动汽轮机。
在提纯天然气的过程中，优选地，还可以进行如本文所述的氧化性的硫吸收。
下面参考附图1-3对本发明进行论述，附图1-3均描绘了本发明的膜吸收器，但是并不对本发明有任何的限制。
图1示出了本发明的气体膜吸收器的一个实例，其中，(1)是压力容器(的壁)，它围成了室(2)；(3a)是气相的进口管；(4a)是气相的出口管；(5)是膜单元，其是如本申请人在国际申请91/09668中所述的DAM组件形式；(6)是空心丝形式的膜元件，它限定了一个传送通道(7)；(8a)是液相的进口管；(9a)是液相的出口管，(10a)和(10b)是组件的“组装部分”(module parts)；(11)、(12)、(13)、(17)和(23)是可以像阀门一样关闭的控制装置，(14)是向吸收器供应气流的总线，(15)是可以像压力控制阀一样关闭的压力控制装置；(16)是一个圆筒容器，(18)是可以像止逆阀一样关闭的控制装置，(19)和(20)是液体收集容器；(21)是流出管线，(22)是可以像节流阀一样关闭的控制装置，(24)是一个泵装置。
通过供应管线(3a)将气相供应到压力容器(1)的室(2)中，压力容器(1)在操作状态下基本上是垂直放置的。气流由下向上流至DAM组件(5)上方，并从上面向下流经DAM组件(5)，然后通过出口管(4a)排出。同时，通过进口管(8a)将液相供应到DAM组件(5)中，即供应到组件的“组装部分”(10a)，在该方法中，(10a)的作用是将液流分布到空心丝的传送通道(7)中。
DAM组件中的空心丝基本上处在与气相流过组件时的流动方向垂直的水平面内；DAM组件可以包括多个彼此连接的组件，并且这些组件中的空心丝彼此成一定的角度，优选为直角。
液相流经空心丝，与此同时气相也流过空心丝，通过空心丝的壁，气相中欲被吸收的成分被吸收到液相中。然后通过出口管(9a)将液相排出，可以利用另一个DAM组件的“组装部分”(10b)作为出口管。如上所述，进口管(8a)和出口管(9a)与DAM组件(5)和组件的作为进口管和出口管的“组装部分”(10)相连，使吸收过程为一个逆流过程，由于液体通过进口管(8a)供应到DAM组件的底部，并通过出口管(9a)由组件的顶部排出，在顶部液相与气相初次接触。
在另一个实施方案中，气体的出口管(4a)设在室(2)的顶部，如图2所示。在此，气相由下向上流过DAM组件(5)，而液相进口管(8a)设在DAM组件的顶部，液相出口管(9a)设在DAM组件的底部，从而形成逆流吸收。
对本领域的技术人员而言很明显，在上述实施方案中，DAM组件的“壁”(“组装部分”)起到引导气流的引流装置的作用，所述的壁既可以在组件的外侧(第一个实施方案)，也可以在组件的内侧(第二个实施方案)。这样也可以对流经室(2)并流过组件(5)的气相进行调整/控制，使本方法为标准的逆流过程。当然，也可以在室(2)内设置另外的内部引流装置，以允许至少部分气流循环在组件之外进行。
对上述的设备的控制可以如下实施，例如：
在压力容器(1)内气体的压力例如为200巴。气体通过带有阀(11)的管线和进口管(3a)进入压力容器(1)，并通过出口管(4a)和带有阀(12)的管线离开压力容器(1)。在此情况下，管线(14)通过阀(13)被关闭。在DAM组件(5)中，气体和通过进口管(8a)用泵(24)供应的CO2吸收液体被膜隔开。该液体从组件的底部被泵送流经组件至其顶部，因此液体中的空气不会使组件的任何一部分失去作用。在流经组件后，液体流过一个简单的弹簧压力控制阀(15)，其压力例如为0.5巴。
经过阀(15)后液体到达圆筒容器(16)，容器(16)内的压力与室(2)内的压力相同。圆筒容器(16)上设有水平灵敏器，可以保证通过阀(17)将液体的水平面控制在两个值之内。液体借助于气体的压力被排出。
但是，需要将液体的压力逐步(flash)降低。
还可以使用浮阀体系代替易出现误差的水平灵敏器。当气体的压力变化时，弹簧阀(15)会始终保持恒定的ΔP。
如果泵(24)失效，止逆阀(18)将关闭，液体保持充满，一定时间后，气体压力和液体压力相等。因此泵可以在任何时间停下来。如果液体漏出到组件外，它会流至容器(19)，而容器(19)上装有两个能够引起警报的电极。当液体在组件内漏出时，它会流到容器(20)，容器(20)也连接有报警器。
当以未加压和干燥的体系启动时，首先需要开动泵(24)直到液体通过流出管线(21)被排出。随之液体被充满。然后可以关闭泵(24)，并借助于关闭阀(22)对容器(1)慢慢加压。如果气体的压力足以从容器(16)中驱动所有的液体，可以再开动泵。压力可以升至200巴，此时阀(11)和(12)可以打开，而阀(13)可以与阀(22)一样关闭。
上述说明的是根据本发明的一个吸收过程，其中气相从空心丝的外面流过，而液相流经空心丝(的空腔)。
根据本发明的另一个实施方案，可以使含有欲被吸收成分的气相流经膜元件(6)，而使液相围绕膜元件(6)的外侧流动。在这种情况下，膜元件以及气相的流动方向将在一个与液相的流动方向垂直的平面内，以实现所希望的交叉流动，但是膜元件的设置优选基本上平行于压力容器的轴。同样，根据这一优选的实施方案，膜元件优选形成膜单元的一部分，而膜单元也优选设计为组件。
在所进行的过程中，如果液相流经空心丝而气相流过空心丝会造成液相中过量的物质传送障碍时，上述后一个实施方案是优选的。例如某些特定的CO2吸收过程就可能是这种情况。
根据本发明的这一方面，可以使用与前述的设备相似的设备，液相被供应至室(2)并流经膜组件(5)，同时气相被独立地供应至膜元件(6)并流经通道(7)。此外，本发明的这一方面也基本上可以与前述类似的方式实施。
根据上述方面的一个优选的实施方案，气体被再一次供应至室(2)，在此情况下，气体与由膜元件(6)限定的传送通道(7)接触。液相流经设于膜单元(5)中的由膜单元(5)(的壁)限定/围出的独立于室(2)的传送通道。
膜元件(6)贯通于上述用于液相的传送通道中，膜元件在这些传送通道内以下面方式设置：即使液相能相对于膜元件(6)进行交叉流动。
因此，根据本发明这一实施方案的设备包括：
一个压力容器(1)，它围成一个基本上封闭的室(2)；
向室(2)中供应气相的供应装置(3b)和从室(2)中排出气相的排出装置(4b)；
至少一个设置于室(2)中的膜单元(5)，其中
——膜单元(5)限定出至少一个用于液相的基本上封闭的传送
腔(10d)，所述的传送腔独立于室(2)；
——膜单元(5)包括至少一个贯通于所述的基本上封闭的传送
腔(10d)并限定了传送通道(7)的膜元件(6)，所述的
传送通道(7)基本上独立于所述的传送腔(10d)；
其中膜元件(6)与室(2)有效地连接，使得气相可以从
室(2)流经传送通道(7)；
向膜单元(5)供应液相的供应装置(8b)和从膜单元(5)排出液相的排出装置(9b)，由此，液相可以从进口管(8b)流经传送腔(10d)到达出口管(9b)；
其中，压力容器(1)、进口管(3b)、出口管(4b)以及特别是膜单元(5)、膜元件(6)、进口管(8b)、出口管(9b)和腔(10d)如下设置：可使液相流经腔(10d)，流过/跨过膜元件(6)，其流动方向基本上与流经膜元件(6)的气相的流动方向垂直，欲被吸收成分的交换可以通过膜元件(6)(的壁)在气相和液相之间进行。
采用上述设备进行的本发明该实施方案的方法包括：
通过进口管(3b)和出口管(4b)使含有一种或多种欲被吸收成分的气相流经室(2)，并流经膜元件(6)的传送通道(7)，气相的压力大于4巴，优选大于10巴，更优选为50-200巴；
通过进口管(8b)和出口管(9b)使适合于吸收所述的一种或多种成分的液相流经所述的传送腔(10d)，并流过一个或多个膜元件(6)，液相的压力与气相的压力之差不大于5巴，优选不大于1巴；
如此，所述的一种或多种成分通过所述的一个或多个膜元件(6)(的壁)被从气相吸收到液相中，气相和液相被膜元件(6)隔开。
此外，本发明的该方面可以以与上述类似的方式实施，这对本领域的技术人员而言是明显的。
上述最后一个实施方案可以通过非限制性的附图3更详细地说明：其中(1)是围成室(2)的压力容器(的壁)；(3b)是气相进口管；(4b)是气相出口管；(5)是膜单元；(6)是空心丝形式的膜元件，它限定了传送通道(7)；(8b)是液相进口管；(9b)是液相出口管，(10c)是膜单元(5)的“组装部分”，用于将气流分布于膜元件(6)中，(10d)是液相传送腔，它们通过“组装部分”(10e)互相液体接触，(25)是设于室(2)内用于气流的引流装置。
通过供应管线(3b)将气相供应至室(2)，然后气相流经传送通道(7)，气相通过组装部分(10c)被分布于膜元件(6)内。然后气相离开膜组件(5)回到室(2)，并由出口管(4b)排出。在这种情况下，室(2)通常配有气流引流装置，它保证气流可以以同一个方向并呈稳定的气流流经传送通道(7)。在图3中，所述的引流装置的例子是折流板(25)。
同时，通过进口管(8b)将液相供应到基本上封闭的传送腔(10d)内，然后通过出口管(9b)排出。这些传送腔(10d)一起形成了一个基本上封闭的贯通膜组件(5)的传送通道，传送腔之间液体相连，并与进口管(8b)和出口管(9b)通过“组装部分”(10e)相连。在这种情况下，液相流经传送腔(10d)时基本上是相对于空心丝(6)进行交叉流动。
根据该实施方案，气相流经空心丝(6)的同时，液相围绕空心丝流动，通过空心丝的壁，欲被吸收的成分被从气相中吸收到液相中。在此情况下，进口管(8b)和出口管(9b)优选与膜单元(5)和传送腔(10d)如此连接，使吸收过程以逆流过程而被实施，如图中所示，通过进口管(8b)将液相供应到膜单元(5)的一侧，而气相从该侧离开膜组件(5)。
对于本领域的技术人员来说，上述设备和方法的可能的改进和适应性的修改显然是在本发明的范围内的。
Claims (28)
1、用于在高压下进行气体/液体膜吸收的设备，该设备包括：
一个压力容器(1)，它围成了一个基本上封闭的室(2)；
向室(2)中供应气相的供应装置(3a)和从室(2)中排出气相的排出装置(4a)；
设置于室(2)内的膜单元(5)，它包括至少一个膜元件(6)，由膜元件(6)限定了传送通道(7)；
向膜单元(5)供应液相的供应装置(8a)和排出液相的排出装置(9a)，由此，液相可以从进口管(8a)进入、经过传送通道(7)而流向出口管(9a)；
其中在室(2)中，压力容器(1)、进口管(3a)、出口管(4a)和膜单元(5)如此设置，使气相流过膜元件(6)的流动方向与液相流经膜元件(6)的流动方向基本上垂直，气相中欲被吸收的成分的交换可以通过膜元件(6)(的壁)在气相与液相之间进行。
2、根据权利要求1所述的设备，其中膜元件(6)是空心丝的形式，并且膜单元(5)包括至少一个由许多空心丝形成的组合件，可能的话，还包括用于引导气流流过空心丝的引流元件和/或用于将液相流分布于空心丝中的分布元件。
3、根据权利要求1或2所述的设备，其中所述的膜元件(6)设置在一个基本上与所述压力容器(1)的纵轴垂直的平面内，并且在操作时，气相在室(2)内流过膜元件(6)的流动方向基本上平行于压力容器(1)的纵轴。
4、根据权利要求1-3任一项所述的设备，其中压力容器(1)包括至少两个独立的膜单元(5)，这些膜单元(5)与分别的液相供应装置(8a)或液相排出装置(9a)有效连接，用于同时并彼此独立地传送至少两种独立的液相。
5、用于在高压下进行气体/液体膜吸收的设备，该设备包括：
一个压力容器(1)，它围成一个基本上封闭的室(2)；
向室(2)中供应气相的供应装置(3b)和从室(2)中排出气相的排出装置(4b)；
至少一个设置于室(2)中的膜单元(5)，其中
——膜单元(5)限定出至少一个用于液相的基本上封闭的传送
腔(10d)，所述的传送腔独立于室(2)；
——膜单元(5)包括至少一个贯通于所述的基本上封闭的传送
腔(10d)并限定了传送通道(7)的膜元件(6)，所述的
传送通道(7)基本上独立于所述的传送腔(10d)；
其中膜元件(6)与室(2)有效地连接，使得气相可以从
室(2)流经传送通道(7)；
向膜单元(5)供应液相的供应装置(8b)和从膜单元(5)排出液相的排出装置(9b)，由此，液相可以从进口管(8b)流经传送腔(10d)到达出口管(9b)；
其中，压力容器(1)、进口管(3b)、出口管(4b)以及特别是膜单元(5)、膜元件(6)、进口管(8b)、出口管(9b)和腔(10d)如下设置：可使液相流经腔(10d)，流过/跨过膜元件(6)，其流动方向基本上与流经膜元件(6)的气相的流动方向垂直，可以通过膜元件(6)(的壁)在气相和液相之间进行欲被吸收成分的交换。
6、根据权利要求5所述的设备，其中膜元件(6)是空心丝的形式，并且膜单元(5)包括至少一个由许多空心丝形成的组合件，可能的话，还包括用于引导液相流过/跨过空心丝的引流元件和/或用于将气相流分布于空心丝中的分布元件。
7、根据权利要求5或6所述的设备，其中所述的膜元件(6)设置在一个基本上与所述压力容器(1)的纵轴平行的平面内，并且在操作时，液相在室(2)内流过膜元件(6)的流动方向基本上垂直于压力容器(1)的纵轴。
8、根据权利要求1-7任一项所述的设备，其中所述的膜元件(6)由多孔膜构成。
9、根据权利要求1-8任一项所述的设备，其中还包括用于控制液相相对于气相的压力的压力控制装置。
10、根据权利要求1-9任一项所述的设备，其中还包括基本上可以平衡气相和液相的压力的装置。
11、根据权利要求1-10任一项所述的设备，其中还包括能使液相压力与气相压力之差小于5巴，优选小于0.5巴的控制装置。
12、根据权利要求1-11任一项所述的设备，其中所述的压力控制装置设在压力容器内或连接到压力容器上。
13、使用如权利要求1-4或8-12中任一项所述的设备在高压下从气相中吸收一种或多种成分的气体/液体膜吸收方法，该方法包括：
通过进口管(3a)和出口管(4a)使含有一种或多种欲被吸收的成分的气相流经室(2)，使其流过所述的一个或多个膜元件(6)，气相的压力高于4巴，优选高于10巴，更优选为50-200巴；
通过进口管(8a)和出口管(9a)使适合于吸收所述的一种或多种成分的液相流经传送通道(7)，液相压力与气相压力之差不大于5巴，优选不大于1巴；
由此，通过所述的一个或多个膜元件(6)(的壁)，所述的一种或多种成分被从气相中吸收到液相中，气相和液相被膜元件(6)隔开。
14、根据权利要求13所述的采用权利要求4的设备的方法，其中使至少两种液体，优选为彼此不同的适合于吸收不同的欲被吸收成分的液体同时并且彼此独立地流经所述的至少两个独立的膜单元(5)。
15、使用如权利要求5-12中任一项所述的设备在高压下从气相中吸收一种或多种成分的气体/液体膜吸收方法，该方法包括：
通过进口管(3b)和出口管(4b)使含有一种或多种欲被吸收成分的气相流经室(2)，并流经膜元件(6)的传送通道(7)，气相的压力大于4巴，优选大于10巴，更优选为50-200巴；
通过进口管(8b)和出口管(9b)使适合于吸收所述的一种或多种成分的液相流经所述的传送腔(10d)，并流过一个或多个膜元件(6)，液相的压力与气相的压力之差不大于5巴，优选不大于1巴；
如此，所述的一种或多种成分通过所述的一个或多个膜元件(6)(的壁)被从气相吸收到液相中，气相和液相被膜元件(6)隔开。
16、根据权利要求13-15任一项所述的方法，其中保持所述的液相压力与气相压力之差小于5巴，优选小于0.5巴。
17、根据权利要求13-16任一项所述的方法，其中所述的液相是含水的液相。
18、权利要求1-12任一项所述的设备或权利要求13-17任一项所述的方法在从高压气相中选择性吸收/除去CO2和/或H2S中的应用。
19、权利要求1-12任一项所述的设备或权利要求13-17任一项所述的方法在从高压气相中选择性吸收/除去可氧化或可还原成分中的应用。
20、权利要求1-12任一项所述的设备或权利要求13-17任一项所述的方法在从高压气相中选择性吸收水蒸气中的应用，或在干燥高压气相中的应用。
21、在高压下提纯天然气气流的方法，其中通过采用权利要求1-12任一项所述的设备或权利要求13-17任一项所述的方法，将天然气气流中的一种或多种气体杂质吸收到液相中，从而从天然气气流中选择性汽提出一种或多种气体杂质。
22、根据权利要求21所述的方法，其中欲被除去的杂质是CO2和/或H2S，所用的液相是一种CO2和/或H2S的吸收介质的水溶液。
23、根据权利要求21或22所述的方法，其中所述的膜元件(6)包括由聚丙烯、聚乙烯、聚硫砜、聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯制备的空心丝膜，并且所述的液相在20℃时的表面张力大于60×10-3N/m。
24、根据权利要求21-23任一项所述的方法，其中所述的液相包括水溶性氨基酸或氨基酸盐的水溶液，特别是氨基乙磺酸、丙氨酸、甘氨酸、甲基甘氨酸、脯氨酸、二甲基甘氨酸、以及它们的盐或衍生物的水溶液；或磷酸盐/碳酸盐或酚盐的水溶液。
25、根据权利要求21-24任一项所述的方法，其中还包括对含有被吸收的CO2、H2S和/或其它被吸收成分的液相进行再生的步骤，从而提供一种被解吸气体的气流，包括CO2，该被解吸气体的分压或绝对压力高于该成分在原始气相中的分压和/或高于气相的绝对压力。
26、根据权利要求21的方法，其中欲被除去的杂质是汞(蒸气)，所用的液相是一种适合于氧化汞的氧化剂的水溶液。
27、根据权利要求21的方法，用于干燥天然气，其中所用的液相是收湿性的盐溶液。
28、用于实施如权利要求13-17任一项所述的方法或实施权利要求18-20，特别是用于实施权利要求21-27任一项所述的在高压下提纯天然气的方法的设备，其包括至少两个串联连接的如权利要求1-12任一项所述的设备。
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