專利名稱：氣體回收裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于從氣-液混合物和溶液中回收氣體的薄膜分離裝置。具體地說，本發(fā)明涉及從溶于水中的氣體溶液中回收天然氣或氣體混合物。
背景技術(shù)：
和內(nèi)容對于主要作為能量用途和化學(xué)處理原材料的氣體保持有強(qiáng)烈的需求。由于過去和現(xiàn)在巨大的消耗，許多較容易于開采的地下氣體形成物已成熟，甚至已將要枯竭。某些地下氣體的充足的儲備已經(jīng)被確認(rèn)，但由于苛刻的氣候和地理?xiàng)l件，采集這些氣體常常會受到限制，并且還可能受到政治因素的限制。因此，人們對于從已確認(rèn)的、低產(chǎn)出或部分枯竭的資源回收氣體還保持有強(qiáng)烈的商業(yè)興趣。
常常發(fā)現(xiàn)地下氣體是與液體混合在一起的，其中液體通常為油和/或水。在典型的產(chǎn)出氣體的地層中存在的壓力之下，氣體通常溶解在液體中，并且需要從中分離出。傳統(tǒng)的分離工藝通常是在地面上操作的。障礙在于，這樣將大量承載氣體的水抽到表面上并進(jìn)行分離所需要的能量是昂貴的。此外，分離而產(chǎn)生的廢水的處理也將使成本增加，并且可能損害環(huán)境。對于從低產(chǎn)出的地層中回收氣體或者在以前形成的井中回收有時量還很大的殘留氣體，成本可能是特別關(guān)鍵的。如果獲得氣體的成本與氣體的價值相比過高，即使在形成物中未回收的氣體仍很多，生產(chǎn)者還是將放棄井。
人們已經(jīng)針對發(fā)展從井內(nèi)液體中分離出氣體的能力作出了實(shí)質(zhì)性努力，并且由此無須對液體進(jìn)行提取、處理和清除。例如，Acker的美國專利No.4,231,767揭示了一種向下孔式(downhole)液-氣分離器，這種分離器具有一個位于管狀殼體內(nèi)的倒置的圓錐形回旋細(xì)篩網(wǎng)。液-氣混合物進(jìn)入篩網(wǎng)的下部頂端附近的殼體，而網(wǎng)尺寸選定成可使液體通過篩網(wǎng)和氣泡通道向上抽取進(jìn)入網(wǎng)圈之間的槽溝中。這種設(shè)備主要用于從位于油井的原油中分離氣體。
McCoy等人的美國專利No.5,653,286揭示了一種向下孔式氣體分離器，這種分離器的目標(biāo)是有效地從井中抽取無氣體的原油。這種分離器具有一個管狀本體和一個安裝在一側(cè)上的分散器，該分散器用于驅(qū)動抵靠著井殼的內(nèi)壁的該本體的相對側(cè)。這種分離器的操作原理在于，基本無氣體的液體將沿該相對側(cè)和外殼之間的狹窄間隙流動，而氣泡將沿著外殼壁和管狀本體之間較寬的間隙流動。
近年來，用于分離井中與水混合的氣體的膜片分離加工技術(shù)發(fā)展起來。Klass的美國專利No.4,171,017揭示了一種方法，該方法通過浸沒為鹽水中燃料組分選擇可滲透氣體的膜片、在排出鹽水的同時使燃料組分滲透過膜片以及收集這些燃料組分，可以從位于地質(zhì)增壓的地?zé)釁^(qū)域中的鹽水中分離和回收甲烷和其它類似燃料組分。
Scudder等人的美國專利No.5,673,752揭示了這樣一種用于從井流體溶液中分離氣體的設(shè)備，該設(shè)備使用了可滲透氣體但不能滲透液體的疏水性膜片過濾元件。該設(shè)備定位在井孔內(nèi)靜液壓力使氣體從溶液中冒泡的一個深度處。
盡管在上述實(shí)例為代表的現(xiàn)有技術(shù)中有了很大的進(jìn)步，但仍要求能使從地下的產(chǎn)氣地層中回收基本無水的氣體更方便和經(jīng)濟(jì)。特別需要一種方法來方便地從低產(chǎn)量的地層(即，與氣體混合的水量相對較大的地層)中獲得殘余氣體。因此，本發(fā)明提出了一種氣體回收裝置，該裝置包括一個氣室，該氣室形成有一個適于包含氣體的腔室；至少一個滲透單元，該滲透單元包括一個氣體可滲透但液體不可滲透的膜片并且具有一種形成兩端部和一個內(nèi)部空腔的細(xì)長形狀，內(nèi)部空腔適于接納通過膜片輸送的氣體，并且滲透單元僅在兩個端部中的一端處固定到氣體回收裝置上，該端部可操作使得氣體從內(nèi)部空腔向腔室轉(zhuǎn)移；以及一個氣體輸送管，該輸送管與腔室流體連通并且離開氣室延伸。較佳地，滲透單元為細(xì)長結(jié)構(gòu)，并且由適于使?jié)B透單元沿其延長軸線彎曲但又不會阻塞內(nèi)空腔的材料構(gòu)成。這樣，滲透單元可以自由地在附近運(yùn)動，而這種運(yùn)動可以干擾滲透邊界的情況，以促進(jìn)氣體通過膜片滲透。另外，還提供了一個包括多個排成一行的氣體回收裝置的設(shè)備。
本發(fā)明還提供了一種從相互密切接觸的氣體和液體的流體中分離出氣體的新穎的方法，該方法包括以下步驟設(shè)置一個氣體回收裝置，該氣體回收裝置包括一個氣室，該氣室形成了一個適于包含氣體的腔室；至少一個滲透單元，該滲透單元包括一個氣體可滲透但液體不可滲透的膜片并且具有一種具有兩端部和一個內(nèi)部空腔的細(xì)長形狀，內(nèi)部空腔適于接納通過膜片輸送的氣體，并且滲透單元僅在兩個端部中的一端處固定到氣體回收裝置上，該端部可操作使得從內(nèi)部空腔向腔室轉(zhuǎn)移氣體；以及一個氣體輸送管，該輸送管與腔室流體連通并且離開氣室延伸；將氣體回收裝置浸在氣體和液體的流體內(nèi)，由此使流體與膜片的一側(cè)接觸；保持流體與膜片接觸，使其有選擇地將基本無液體的氣體通過膜片輸送入內(nèi)部空腔中；使通過膜片輸送的氣體流入氣室內(nèi)，并且通過管道去除氣體。
附圖的簡要描述

圖1為根據(jù)本發(fā)明的氣體回收系統(tǒng)的示意圖，其中示出了一種在地下使用的新穎的氣體回收裝置。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的氣體回收裝置的一實(shí)施例的截面圖。
圖3為沿圖2的線3-3截取的氣體回收裝置的示圖。
圖4為根據(jù)本發(fā)明的新穎的氣體回收裝置的另一實(shí)施例的示意圖。
圖4A為根據(jù)本發(fā)明的新穎的氣體回收裝置的另一實(shí)施例的示意圖。
圖5為根據(jù)本發(fā)明的氣體回收裝置的另一實(shí)施例的截面圖。
圖6為一種由多種氣體回收裝置構(gòu)成的裝置的示意圖，其中氣體回收裝置是以一種根據(jù)本發(fā)明的堆疊結(jié)構(gòu)設(shè)置的。
具體實(shí)施例方式
新穎的氣體回收裝置的主要目的在于便于從帶有氣體的地層中取出基本不帶液體的氣體。圖1示出了一種通常在井11的下端使用的裝置10。一種普通的井殼12延伸入井孔內(nèi)地面13以下的一個深度，以深入帶有氣體15的地下地層14。以傳統(tǒng)的方法和材料可以完成對殼體進(jìn)行定位、鉆孔和配置。井可以如圖所示位于陸地上，或者位于近海。在后一種情況中，產(chǎn)品排出輸送管17將延伸到位于地面13上的水面處，或者延伸到一個根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的水中的產(chǎn)品貯存裝置內(nèi)。
可被回收的氣體通?？梢栽诘叵碌貙又邪l(fā)現(xiàn)，這種地層是充分多孔的，這樣在液態(tài)中的氣體可以通過地層流到井內(nèi)以便抽出。氣體也可以以固態(tài)存在，例如甲烷氫氧化物，它可以通過升華作用釋放成氣體的可移動形態(tài)。術(shù)語“氣體”是指在大氣壓力和溫度下以氣態(tài)存在的物質(zhì)?；静粠в幸后w或固體雜質(zhì)的以氣態(tài)存在的氣體可以通過該新穎的回收裝置提煉出?？赡艿氖?，帶有氣體的流體是以液態(tài)存在的，或者作為壓縮氣體或帶有液體的氣體存在。通常，地下液體是可以含有溶解礦物質(zhì)的水。為了便于說明，文中使用到的術(shù)語“鹽水”用于表示混合有可回收氣體產(chǎn)品的液體而非氣態(tài)的流體。氣體和鹽水的混合物有時是均勻的，其中一些氣體作為被液態(tài)鹽水圍繞的氣泡存在于地層中。通常氣體-鹽水混合物是不均勻的，也就是說，需被回收的氣體組份溶解在鹽水中。
較佳地，新穎的裝置將被用來從地層中回收天然氣。術(shù)語“天然氣”一般是指自然地在地下產(chǎn)生的、無色、高度可燃的碳?xì)浠衔锏臍怏w混合物，這種碳?xì)饣衔锍３ｋS著石油礦床或其附近被發(fā)現(xiàn)。一般而言，天然氣包括約80-85％的甲烷和約10％的乙烷以及余下的是一些丙烷、丁烷和氮。在本發(fā)明的文本中，術(shù)語“天然氣”還包含了其它的碳?xì)浠衔锖头翘細(xì)浠衔锾烊划a(chǎn)生的氣體合成物，如氫化硫和一氧化碳。將氣體回收裝置用于氣體和液體的特定系統(tǒng)的基本標(biāo)準(zhǔn)是，(a)分離器的材料是能滲透氣體和基本不滲透液體，以及(b)材料是惰性的，或者至少可以有力地抵抗與氣體和液體的組分產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。因此，該種氣體回收裝置可以被用于從各種液體中分離出合成的或精煉的氣體混合物或純凈的組分。通過一些非限制性的實(shí)例，本發(fā)明可以被用來從化學(xué)處理貯存容器中的液態(tài)溶液中分離出氣體或氣體混合物，以及被用來從廢水處理池或化糞池液體中分離出有用的或有害的氣體。
圖2詳細(xì)示出了新穎的氣體回收裝置10的實(shí)施例。裝置10具有一個由剛性外壁23形成的殼體22。該殼體可以由堅(jiān)固的剛性材料形成，例如諸如不銹鋼之類的金屬以及諸如玻璃纖維之類的塑料。殼體的橫截面的形狀不是很關(guān)鍵。該橫截面最好是圓的，以提供一種可以被非常普通的圓形井孔容納的基本圓筒形的氣體回收裝置。殼體的外徑可以為任何便于插入井殼12內(nèi)的尺寸。與鹽水接觸的某些壁可以具有多個孔眼25，這些孔眼25的大小可有效地使帶有氣體的鹽水通過壁流入殼體內(nèi)。在殼體的底部外是一個氣室24，該氣室具有一個腔體26，當(dāng)從帶有氣體的鹽水中放出的氣體通過輸送管27排出之前被收集在該腔體26內(nèi)。在壁23的內(nèi)側(cè)和輸送管27的外側(cè)之間的一個環(huán)形空間內(nèi)至少設(shè)置一個(最好設(shè)置多個)中空的滲透單元30。每個滲透單元30適于執(zhí)行從液體中分離氣體，并且單元30包括一氣體可滲透而液體不能滲透的物質(zhì)的膜片。也就是說，該膜片可有效地使需要被回收的氣體穿過膜片輸送并且將阻擋液體。較佳地，滲透單元是細(xì)長的，而其形狀可以為管狀。值得注意的是，每個滲透單元的內(nèi)腔在一個端部31封閉，以形成一個內(nèi)部空腔37，該空腔的相對端部32與腔體26流體貫通。可以采用各種方法使端部31與氣室24相連。例如，管子30的端部可以以適當(dāng)粘性的熱固樹脂封裝，例如環(huán)氧樹脂。當(dāng)設(shè)置之后，可以垂直于管子的軸線切斷樹脂，從而形成一個可以被裝配成氣室的隔板(bulkhead)的管板。另一種代表性的方法涉及將一個不能彈性變形的套圈插入管子的端部內(nèi)側(cè)。而后，該套圈可以徑向向外膨脹，使其抵靠隔板內(nèi)預(yù)先鉆出的一個孔的內(nèi)壁，從而在套圈和壁之間夾緊管子。
在示出的實(shí)施例中，氣體回收裝置的殼體沿垂直方向基本同心地設(shè)置在井殼12內(nèi)。一種可選擇的標(biāo)準(zhǔn)密封蓋14(圖4、4A和5)提供了一個可阻止液體流到井殼內(nèi)該裝置上方的障礙物，在圖中障礙物以元件15表示。這可以阻止液體在井殼內(nèi)上升到這樣一個高度，即，該高度可能在裝置的水平面上產(chǎn)生過大的液體靜背壓。過度的背壓趨向于減小通過膜片輸送的氣體的速率。
輸送管27與中間貯存腔體28流體貫通，產(chǎn)出的氣體在通過產(chǎn)品排出管順著井軸向上排放之前以進(jìn)行貯存、進(jìn)一步的提煉以及最終的使用，產(chǎn)出的氣體被收集在該腔體中。中間貯存腔體是可選的。在圖5示出的另一實(shí)施例中，氣體回收裝置的圓筒形壁53向上延伸，并且形成有可與井管57的螺紋配合的螺紋55。這樣，輸送管27的內(nèi)腔便與井管57的內(nèi)腔流體貫通了，而井管57延伸至接收產(chǎn)出氣體的一遠(yuǎn)程位置。進(jìn)管57用作產(chǎn)出氣體的管道以及用于氣體回收裝置的實(shí)際支承件。
在另一實(shí)施例中(未圖示)，除垂直定向之外，氣體回收裝置可以以一定的角度定向。例如，裝置的殼體可以水平定向，以便于插入水平的井內(nèi)通道。
如圖2所示，氣體回收裝置內(nèi)的多個中空的、管狀的透滲單元最好相互基本平行地設(shè)置，并且與輸送管基本平行設(shè)置。圖3示出了圖2的裝置10的眾多滲透單元的一種典型的橫向設(shè)置方案。理想地，滲透單元30在相鄰管子、輸送管27和壁23的內(nèi)表面之間以最小的間隔尺寸x相互橫向隔開。最小的間隔尺寸提供了一個包圍每個單元的區(qū)域，含有氣體的鹽水可在該區(qū)域中循環(huán)并且與管子的外表面接觸。最小的間隔尺寸約為為滲透單元的外截面尺寸的0.1-1倍是可取的，而約為0.25-0.75倍是較佳的。滲透單元也可以以比較佳的最小間隔尺寸更大的尺寸隔開，然而，單元相互距離越大，在尺寸給定的氣體回收裝置中裝配的單元則越少。管子最好根據(jù)預(yù)定的隔開的圖形橫向定位。較佳地，一種有規(guī)則的圖形被設(shè)置成，以最小的間隔尺寸使裝置中滲透單元管子數(shù)量最大。因此，對于任何給定長度的透滲單元管子，使可用于氣體傳輸?shù)臐B透單元的總面積最大化。
重要的是，每個滲透單元實(shí)際上與氣室固定，并且由此，僅在一個末端32與殼體固定，而細(xì)長的滲透單元的余下部分不與殼體相連。這個特征與結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的材料的選擇和滲透單元的尺寸相結(jié)合，可以有利地使管子沿著管子延伸體33的軸線(圖2)稍稍彎曲。如下文中將要詳細(xì)描述的，管子可彎曲的能力可以使它們從延伸體的軸線徑向偏斜，從而對包圍管子的鹽水提供一種有益的攪動?？赡芷钡某潭入S著離氣室的橫向距離增加，當(dāng)然，在氣室那一點(diǎn)上偏斜為零。因此，最大的偏斜會在管子自由的閉合末端31處發(fā)生。當(dāng)不使用時，這些管子缺少剛度而使它們?nèi)彳浀芈涞綒馐疑?。?dāng)氣體回收裝置被浸在鹽水中時，這些管子為圖2中示出的那種形狀，這將在下文中進(jìn)行解釋。由于滲透單元的浮力，這些管子可漂浮成(或在其它實(shí)施例中為下沉成為)平行對齊。
一分隔件35可以有選擇地固定成從至少一個滲透單元管子的外表面徑向向外突出，以限制徑向偏斜，這樣，在管子長度的主要部分上至少以最小間隔尺寸x保持分隔開。較佳地，多個滲透單元可以具有分隔件。這些分隔件在相互接觸的點(diǎn)處對管子起到加強(qiáng)作用，由此減少了管子之間的反復(fù)碰撞的破壞效應(yīng)并延長了管子壽命。這還可以減少管子被纏繞的可能性。分隔件35可以用于沿管子的任何軸向位置處。較佳地，分隔件應(yīng)當(dāng)被設(shè)置在從中間長度到管子自由端部31的區(qū)域中。在每個管子上可以設(shè)置多個分隔件。這些分隔件可以為機(jī)械地與管子相連的獨(dú)立的環(huán)形件，或者它們可以作為管子本身的一體的部分。例如，滲透管可以具有一個外部呈波紋狀的軸向輪廓，這種輪廓的最高點(diǎn)可以用作分隔件。
滲透單元膜片可以為需回收的氣體能滲透但分離出氣體的液體基本不能滲透的任何合成物。術(shù)語“基本不能滲透”是指，在正常的操作條件下，一些液體可以通過膜片移動，并且液體穿過膜片的流動量以可以忽略不計(jì)的速率發(fā)生。當(dāng)被安裝在特定的地形中，例如在深井和地質(zhì)增壓井中，越過膜片可能存在較大的壓力梯度。這種情況易于使液體緩慢地透過膜片。當(dāng)使用多孔膜片合成物時，也會導(dǎo)致液體滲透的情況?？梢栽试S分離出的氣體中積聚一些液體。一段時間之后，液體可能在氣室、輸送管和產(chǎn)品排出管中積聚。當(dāng)積聚的液體過多時，可以通過各種方法將液體去除，這些方法包括虹吸、泵送和排泄至表面或其它遠(yuǎn)處的地點(diǎn)以及通過膜片反沖。到達(dá)氣室的一些液體可以攜帶在通過產(chǎn)品排出輸送管流運(yùn)的產(chǎn)出氣體中。攜帶的量將取決于各種因素，如裝置的氣室、殼體、輸送管、滲透單元等的尺寸、產(chǎn)出氣體的流速以及存在的液體的量。因此，一些液體會存在于收集的產(chǎn)品中，通過傳統(tǒng)的手段隨后去除一些液體可產(chǎn)生干燥的氣體產(chǎn)品。
膜片合成物最好為聚合物。適用于膜片的聚合物包括聚硅氧烷，聚砜，聚氨酯，聚胺，聚亞胺，聚酰胺，含丙烯腈的共聚物，聚烷基丙烯酸鹽，聚烷基丙烯酸脂，聚酯，聚醚醚酮(″PEEK″)，纖維素聚合物，聚二醇，聚烯烴和鹵素代替聚烯烴，聚乙烯醇，聚苯乙烯和共聚物及其混合物。代表性的鹵素代替聚烯烴包括聚四氟乙烯(″PTFE″)，全氟烷基乙基醚聚合物(″PFA″)，氟化乙烯-丙烯共聚物(″FEP″)，例如四氟乙烯-六氟丙烯共聚物，乙烯-四氟乙烯共聚物(″eETFE″)和聚偏二氟乙烯(″PVDF″)。
膜片可以是無孔的或多孔的。多孔的膜片例如可以是機(jī)織物、非織造布品或開孔泡沫材料。通常為了避免液體過度轉(zhuǎn)移，氣體可透過的多孔膜片的孔的尺寸應(yīng)小于10微米左右，更較地可以在小于約1微米的微孔范圍中，尤其可以在約10-100納米的范圍內(nèi)。Henis等人的美國專利No.4,230,463描述了氣體可透過的膜片合成物和結(jié)構(gòu)，該專利的所有的揭示的內(nèi)容援引在此以作參考，并且這些合成物和結(jié)構(gòu)也是可以應(yīng)用的。一般而言，Henis等人描述了一種覆有第二可透過氣體的聚合物的第一可透過氣體的聚合物的的微孔性基底的可透過氣體的膜片，覆蓋的方式是第二聚合物滲透基底的孔以形成一個整體的、無孔但仍可透過氣體的膜片。
用于本發(fā)明的的滲透單元特別較佳的是膨脹的聚四氟乙烯(“PTFE”)的管子。這種材料是最初由馬里蘭、Elkton的W.L.Gore and Associates開發(fā)的商標(biāo)名為“Goretex”的微孔狀的聚四氟乙烯。ePTFE的管材是可以買到的。較佳地，該管子的外徑應(yīng)在約1/8英寸(～3mm)到約1/2英寸(～13mm)的范圍中，更佳地是在1/4英寸(～6mm)到1/2英寸(～13mm)的范圍中。較佳地，管子的厚度在約1/16英寸(～1.6mm)到約3/16英寸(～4.8mm)的范圍內(nèi)。已知的是，這種eFTFE的管子可以浮在水中，因此，它用于以圖2和圖5中示出的向上延伸的滲透單元構(gòu)成的新型氣體回收裝置是理想的。
如圖1和圖2所示，在操作中，氣體回收裝置定位在與產(chǎn)品排出管流體連接的井殼內(nèi)。它被下降到可使裝置浸在從地層15通過殼孔16流入井殼內(nèi)的含有氣體的鹽水中的深度。這樣，含有氣體的鹽水圍繞回收裝置，并且通過孔眼25滲透到包圍滲透管的區(qū)域中。由于膜片可透過氣體但不透過液體的能力，與滲透管的外表面接觸的氣體被輸送到管子的內(nèi)部空腔中。隨著過程的繼續(xù)，附加的氣體將注滿管子并在氣室內(nèi)累積起來。隨著氣體體積的增加，基本無液體的余量從氣室的腔室通過輸送和產(chǎn)品排出管轉(zhuǎn)移到一個遠(yuǎn)處的收集裝置中。來自地質(zhì)層的新鮮的、含有氣體的鹽水流入井殼內(nèi)，并且與其中的脫氣鹽水混合，以繼續(xù)分離過程。
隨著氣體滲透過膜片，由于氣體的轉(zhuǎn)移以及來自地質(zhì)層中鹽水的自然流動引起的渦流使管子圍繞它們的延伸軸偏斜。如果有分隔件存在，管子的分隔件與相鄰管子的分隔件的接觸會限制偏斜的程度。管子偏斜可以進(jìn)一步攪動氣體回收裝置的殼體內(nèi)的鹽水。這種攪動作用會干擾在管子的外表面上獲得的邊界狀態(tài)，這樣，相信對于氣體通過膜片的滲透會起到促進(jìn)作用。例如，管子的攪拌運(yùn)動可減少在允許新鮮的含有氣體的鹽水與氣體分離膜片接觸的管子的表面處的停滯的有效邊界層。
諸如污物、泥土和/或沉淀的礦物之類固體顆?？赡鼙粩y帶在地下鹽水中。當(dāng)氣體透過膜片時，這些固體可能由于粘連在管子的外表面上而與穿過膜片的氣體干擾。柔性管子的該運(yùn)動會使它們相互碰撞和擦刷。這將有助于從管子的外側(cè)清除掉固體，這樣使得清除的程度比如果管子固定時所發(fā)生的更大。
通過管子的攪動作用而從膜片表面刷下的鹽水中的固體顆粒可能會隨著時間在殼體內(nèi)累積，并且最終可能填入管子之間的空隙中。這會減小進(jìn)一步滲透可利用的區(qū)域。如圖5所示，這個問題大部分是通過擴(kuò)大該裝置的殼體底部附近的孔眼51解決的。為了進(jìn)一步便于排出積聚的沉淀物，擴(kuò)大孔眼的底部52可以作成與氣室的頂表面54齊平。
盡管在附圖中示出了所選的本發(fā)明的特定的形式，對于相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員，上述說明詳盡地描述本發(fā)明的這些形式，但需理解的是，對于產(chǎn)生基本相同或優(yōu)良結(jié)果和/或性能的各種替代和修改都將被認(rèn)為落入下列權(quán)利要求書的范圍和精神內(nèi)。例如，輸送管27(圖2)可以偏心定位，和/或以多個直徑較小的輸送管代替或補(bǔ)充。另外，如圖4所示，在另一種實(shí)施例中，氣室46可以被定位在氣體回收裝置殼體的上端43處。另外，對于能浮在鹽水中的合成物的滲透單元，分隔件45的重量可以被設(shè)置成使該單元向下懸掛。還可以認(rèn)識到的是，由于氣室46可以直接與在裝置殼體頂部的產(chǎn)品排出管47貫通，因此可以消除輸送管。先前被中間總管占據(jù)的殼體的體積可用于安裝一個或多個附加滲透單元，這些結(jié)構(gòu)全體示意性地由部分41表示。因此，從裝置的頂部懸掛滲透單元可以使氣體轉(zhuǎn)移區(qū)域增加。作為另一種選擇，從圖4的向下懸掛的滲透單元結(jié)構(gòu)上可拆下防護(hù)板48。這會使?jié)B透單元的端部直接暴露到井殼體的孔中，但又位于氣體分離裝置的側(cè)壁內(nèi)。然而，通過設(shè)置一個用于從滲透單元的外表面刷下的顆粒的通道，以使其落下并離開裝置，這種選擇將有利于裝置的自由清潔的特征，并且由此減少具有防護(hù)板48的密閉裝置中這些顆粒可能引起的阻塞的程度。
還進(jìn)一步設(shè)想一實(shí)施例(未圖示)，其中水平氣室定位在殼體的頂部和底部的垂直中間位置處。在這種實(shí)施例，從氣室頂部向上延伸的漂浮單元和從氣室的底部向下懸掛的加重單元都可以在單個氣體回收裝置中被采用。圖4A示出了又一種設(shè)想的變化形式。在該實(shí)施例中，氣室26a被定位在殼體的底部。由可漂浮材料構(gòu)成的選定數(shù)量的滲透單元30a的一個末端32a固定到氣室上，從而向上浮起。由加重材料構(gòu)成的其余的滲透單元30b的一個末端32b固定到中間貯存腔室28a的隔板36上。這樣，加重的滲透單元從隔板36向下懸掛下，并且被設(shè)置在漂浮的滲透單元30a之間的空隙中。在又一種實(shí)施例中，殼體22(圖2)可以被省略，這樣，細(xì)長的滲透單元直接暴露到井殼內(nèi)的鹽水中，而沒有穿孔殼體的防護(hù)板。與帶有防護(hù)板的實(shí)施例相比，該實(shí)施例成本較低，并且由于無需首先引入包圍滲透單元的殼體中便可允許新鮮的鹽水與可滲透氣體的膜片接觸，故該實(shí)施例可以使氣體產(chǎn)出率增加。
另一方面，本發(fā)明公開了一種包括多個相互連接的氣體回收裝置的設(shè)備。圖6示出了一較佳實(shí)施例，該實(shí)施例包括三個相互連接的回收裝置60a、60b和60c，這三個回收裝置以垂直堆疊的結(jié)構(gòu)定位在垂直的井殼69內(nèi)。每個裝置包括殼體61a、b、c、多個垂直定向的、細(xì)長的滲透單元62a、b、c以及位于各個滲透單元之下與滲透單元的內(nèi)腔流體連通的一氣室63a、b、c。每個裝置還包括一個中間產(chǎn)品收集總管64a、b、c。最下部裝置60c的總管64c的上端向上延伸入最接近的上方回收裝置60b的氣室63b中。類似地，總管64b向上延伸入回收裝置60a的氣室63a中。任何數(shù)量的回收裝置可以被排列成一行。示出的實(shí)施例示出了最上部的回收裝置60a，該裝置從其中間集管64a通過一產(chǎn)品排出輸送管線65向遠(yuǎn)處的產(chǎn)品收集位置排出產(chǎn)品。如下文中將要描述的，在使用中流體沿著箭頭所示路徑流過裝置。帶有氣體的鹽水66通過多個孔眼(未圖示)引入井殼69中，并且通入殼體61a、b、c，以包圍并接觸滲透單元62a、b、c的氣體可滲透的膜片。滲過膜片的氣體從滲透單元下降進(jìn)入各個氣室67中，在那里氣體聚集并與從下部回收裝置向上流動的氣體結(jié)合，最后，通過產(chǎn)品管65排向遠(yuǎn)處的貯存使用裝置中。例如，裝置可以如圖6所示那樣通過連接氣體輸送管或者如圖5所示通過利用螺紋緊固技術(shù)結(jié)合相鄰的殼體將裝置串連在一起。
在一個不同的實(shí)施例中，多個氣體回收裝置可以以平行結(jié)構(gòu)相互連接，在這種結(jié)構(gòu)中，多個裝置的氣體輸送管連入一個公共產(chǎn)品管中，該公共產(chǎn)品管從裝置通向一遠(yuǎn)處的裝置。例如，裝置可以以“輪轂和輪輻”的結(jié)構(gòu)設(shè)置，在這種結(jié)構(gòu)中，眾多裝置可以水平定向或垂直定向，并且被定位在輪狀、圓形幾何形狀的邊緣處。各個裝置通過如輪輻那樣朝著位于輪轂位置的一個中心的公共排出輸送管徑向定向的諸輸送管被連接。這種平行結(jié)構(gòu)適用于從淺地層、池塘和蓄水池中排出氣體。
由于這種氣體回收裝置不會消耗外部能量，因此它可以有效地長時間使用。它可以從那些由于各種原因而不進(jìn)行生產(chǎn)的井中產(chǎn)生相當(dāng)大量的氣體，這些原因例如是對于傳統(tǒng)的氣體回收方法而言與鹽水混合的氣體濃度過低而操作不經(jīng)濟(jì)，水流量太大和/或水壓過高。另外，回收的氣體基本無液體，通常在氣體被使用之前幾乎不需要進(jìn)一步進(jìn)行提煉。
權(quán)利要求
1.一種氣體回收裝置，該裝置包括一個氣室，該氣室形成了一個適于包含氣體的腔室；多個滲透單元，這些滲透單元包括一個可滲透氣體的但基本不滲透液體的膜片，并且它為一種細(xì)長形狀的管子，管子具有一條延伸的軸線并且形成了兩個端部和一個適于接納通過膜片輸送的氣體的內(nèi)部空腔，而其中適于沿軸線彎曲而不會阻塞內(nèi)部空腔的滲透單元僅在兩個端部的一端處與氣體回收裝置固定，該端部可操作地從內(nèi)部空腔向腔室轉(zhuǎn)移氣體，并且該管子在兩個端部的第二端處閉合；一個剛性殼體，該殼體包圍氣室和滲透單元，帶有穿孔壁的殼體適合于使流體從殼體的外側(cè)與同內(nèi)空腔相對的可滲透氣體但基本不能滲透液體的膜片的一側(cè)接觸；以及一個氣體輸送管，該輸送管與腔室流體連通并且離開氣室延伸。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，膜片由膨脹的聚四氟乙烯構(gòu)成。
3.一種氣體回收設(shè)備，該設(shè)備包括一個公共產(chǎn)品氣體排出輸送管和多個氣體回收裝置，每個裝置包括一個氣室，該氣室形成有一個適于容納氣體的腔室；至少一個滲透單元，該滲透單元包括一個氣體可滲透但液體基本不可滲透的膜片，并且具有形成兩端部和一個內(nèi)部空腔的一細(xì)長形狀，內(nèi)部空腔適于接納通過膜片輸送的氣體，并且滲透單元僅在兩個端部中的一端處固定到氣體回收裝置上，該端部可操作地從內(nèi)部空腔向腔室轉(zhuǎn)移氣體；以及一個氣體輸送管，該輸送管與腔室流體連通并且離開氣室延伸；其中，每個裝置的氣體輸送管與公共產(chǎn)品氣體排出輸送管流體連通。
4.如權(quán)利要求3所述的氣體回收設(shè)備，其特征在于，若干氣體回收裝置依次連接，以使至少一個氣體回收裝置的氣體輸送管與順序相鄰的氣體回收裝置的氣體的腔室連通。
5.一種氣體回收系統(tǒng)，該回收系統(tǒng)包括一個適于同含有氣體的液體的地下流體連通的井；以及一個氣體產(chǎn)品管，該產(chǎn)品管從地面上方延伸到井內(nèi)；至少一個氣體回收裝置，該回收裝置與井內(nèi)的產(chǎn)品管固定，并且定位在一個可有效地浸在地下流體中的深度處，氣體回收裝置包括一個具有剛性側(cè)壁的氣室，其中剛性側(cè)壁具有的孔眼的尺寸適于地下流體通過；一個位于殼體內(nèi)的氣室，該氣室形成了一個適于包含氣體的腔室并且基本完全在殼體的徑向截面上延伸；以及至少一個滲透單元，該滲透單元包括一個氣體可滲透但液體不可滲透的膜片，并且具有形成兩端部和一個內(nèi)部空腔的一細(xì)長形狀，內(nèi)部空腔適于接納通過膜片輸送的氣體，并且滲透單元僅在兩個端部中的一端處固定到氣體回收裝置上，該端部可操作地從內(nèi)部空腔向腔室轉(zhuǎn)移氣體；以及連接裝置，該連接裝置用于將氣體從腔室引向氣體產(chǎn)品管。
6.一種從氣體和液體相互密切接觸的流體中回收氣體的加工方法，該方法包括下列步驟設(shè)置一個氣體回收裝置，該氣體回收裝置包括一個氣室，該氣室形成了一個適于包含氣體的腔室；至少一個滲透單元，該滲透單元包括一個氣體可滲透但液體不可滲透的膜片，并且具有形成兩端部和一個內(nèi)部空腔的一細(xì)長形狀，內(nèi)部空腔適于接納通過膜片輸送的氣體，并且滲透單元僅在兩個端部中的一端處固定到氣體回收裝置上，該端部可操作地從內(nèi)部空腔向腔室轉(zhuǎn)移氣體；以及一個氣體輸送管，該輸送管與腔室流體連通并且離開氣室延伸；將氣體回收裝置浸在氣體和液體的流體內(nèi)，由體使流體與膜片的一側(cè)接觸；保持流體與膜片接觸，使其有選擇地將基本無液體的氣體通過膜片輸送入內(nèi)部空腔中；使通過膜片輸送的氣體流入氣室內(nèi)，并且通過管道取出氣體。
7.如權(quán)利要求6所述的加工方法，其特征在于，氣體回收裝置包括多個滲透單元，每個單元包括一個以細(xì)長軸線為特征的柔性管，并且與保持接觸這個步驟同時過程還包括使管子沿著細(xì)長軸線自由彎曲，由此攪動與膜片接觸的流體，并且促進(jìn)通過膜片的流動。
8.如權(quán)利要求7所述的加工方法，其特征在于，浸入的步驟還包括將氣體回收裝置插入地下井的井殼中。
9.一種從井中回收氣體的加工方法，其中井與氣體和液體的地下流體連通，該方法包括的步驟為設(shè)置一個氣體回收裝置，該回收裝置包括一個垂直定向的、圓筒形的殼體，該殼體具有剛性側(cè)壁，該側(cè)壁形成的孔眼的大小可有效地使液體通過進(jìn)入殼體；一個氣室，該氣室形成有一個適于包含氣體的腔室；多個滲透單元，其中的每個滲透單元包括一個氣體可滲透但液體基本不可滲透的膜片，膜片實(shí)質(zhì)上由一個膨脹的聚四氟乙烯的管子構(gòu)成，這個管子具有兩個管子端部和一個適于接納通過膜片輸送的氣體、位于管子內(nèi)的內(nèi)部空腔，并且滲透單元僅在兩個端部的一端處與氣體回收裝置固定，該端部可操作的從內(nèi)部空腔向腔室轉(zhuǎn)移氣體；以及一個氣體輸送管，該輸送管與腔室連通并且離開氣室延伸；將氣體回收裝置用一氣體產(chǎn)品管從地面之上懸掛到井內(nèi)，氣體產(chǎn)品管道具有一個與氣體輸送管流體連通的內(nèi)腔；將氣體回收裝置保持在能有效地使該裝置浸在地下流體中的一個深度處，由此使流體通過孔眼進(jìn)入殼體；使管子的外側(cè)與流體接觸，以使其有選擇地將基本不帶有液體的氣體通過膜片輸送到氣室內(nèi)；以及通過氣體輸送管和氣體產(chǎn)品管將氣體向上移到一個遠(yuǎn)處的位置。
10.一種氣體回收裝置，該裝置包括一個氣室，該氣室形成了一個適于包含氣體的腔室；至少一個滲透單元，該滲透單元包括一個可滲透氣體的但基本不滲透液體的膜片，并且它為一細(xì)長形狀，這種形狀具有一條延伸的軸線并且形成了兩個端部和一個適于接納通過膜片輸送的氣體的內(nèi)部空腔，而適于沿軸線彎曲不會阻塞內(nèi)部空腔的滲透單元僅在兩個端部的一端處與氣體回收裝置固定，該端部可操作地從內(nèi)部空腔向腔室轉(zhuǎn)移氣體；一個氣體輸送管，該氣體輸送管與腔室流體連通并且離開氣室延伸；其中，膜片由聚合物構(gòu)成，該聚合物從下列材料中選擇聚硅氧烷，聚砜，聚氨酯，聚胺，聚亞胺，聚酰胺，含丙烯腈的共聚物，聚烷基丙烯酸鹽，聚烷基丙烯酸脂，聚酯，聚醚醚酮(″PEEK″)，纖維素聚合物，聚二醇，聚烯烴和鹵素代替聚烯烴，聚乙烯醇，聚苯乙烯和共聚物及其混合物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氣體回收裝置(10),該裝置利用可滲透氣體但不可滲透液體的膜片從諸如地下的地層中的鹽水之類含有氣體的液體中分離出氣體(15)。該裝置(10)包括具的穿孔的外壁(23)的殼體(22)和多個細(xì)長的滲透管子(30)。僅有管子(30)的一端(32)與氣室(26)連接,同時管子內(nèi)腔(37)與其流體連通。管子(30)的余下部分不是固定的,因此,它可以自由活動,這在殼體(22)內(nèi)提供了一種攪動作用,這種攪動作用可有效地干擾管子(30)的表面處的邊界狀態(tài),由此促進(jìn)通過其的氣體(15)輸送。裝置(10)可以通過一個產(chǎn)品排出管(17)懸掛在井殼(12)內(nèi)使用,并且浸在從天然地層流動的含有氣體的鹽水中。氣體(15)輸送入管子內(nèi)腔(37)并收集在氣室(26)中,以及通過管子(17)轉(zhuǎn)移到一個遠(yuǎn)程位置使用。
文檔編號B01D61/00GK1423575SQ01808120
公開日2003年6月11日 申請日期2001年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月3日
發(fā)明者鄧·庫斯珀特 申請人:鄧·庫斯珀特