用于含二氧化碳?xì)怏w的凈化系統(tǒng)及膜分離系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種膜分離系統(tǒng)，特別涉及一種氣體膜分離系統(tǒng)，尤其涉及用于含二氧化碳?xì)怏w的凈化系統(tǒng)及膜分離系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]天然氣的主要成分為烷烴，其中以甲烷為主，此外還含有硫化氫、二氧化碳、氮?dú)?、水蒸氣和少量的一氧化碳，通常需要對天然氣進(jìn)行凈化以去除原料氣中的硫化氫、二氧化碳和水蒸氣，從而使其滿足天然氣產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。例如作為民用燃料的天然氣，要求其總硫含量(200mg/m3，硫化氫含量彡20mg/m3，二氧化碳含量彡3%，水露點(diǎn)在交接點(diǎn)壓力下比輸送條件下最低環(huán)境溫度低5°C。常規(guī)天然氣資源相對集中，并且處理規(guī)模大，目前普遍采用胺法脫硫脫碳及甘醇脫水工藝。
[0003]除常規(guī)天然氣外，我國還包括許多非常規(guī)的能源資源，例如頁巖氣、沼氣等，其組成雖與天然氣相似，但二氧化碳含量相對較高，并且具有資源分散、產(chǎn)氣量少、質(zhì)量不穩(wěn)定、穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間短等特點(diǎn)，因此，利用常規(guī)天然氣凈化處理工藝對這些非常規(guī)能源資源進(jìn)行凈化存在投資大、設(shè)備操作穩(wěn)定性差、經(jīng)濟(jì)效益低等缺陷。目前，尚無可借鑒的成熟技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)對這些非常規(guī)的能源資源進(jìn)行規(guī)模性地開發(fā)利用，從而造成極大的資源浪費(fèi)。
[0004]氣體膜分離技術(shù)是在壓力的驅(qū)動下，借助氣體中各組分在高分子膜表面上的吸附能力及膜內(nèi)溶解-擴(kuò)散上的差異(即滲透速率差異)來對氣體中的組分進(jìn)行分離的過程。氣體在膜兩側(cè)的壓力差作用下，滲透速率相對較快的氣體如水蒸氣、氫氣、氦氣、硫化氫、二氧化碳等透過膜而在膜的滲透側(cè)得到富集(滲透氣)，而滲透速率相對較慢的氣體，如甲烷、氮?dú)?、一氧化碳、氬氣等則在膜的滯留側(cè)被富集(滲余氣)，從而達(dá)到分離目的。目前，用于氣體膜分離的高分子膜主要有聚烯烴、纖維素類、聚砜、聚酰亞胺、有機(jī)硅材料及聚硅酸酯等，其中聚酰亞胺中空纖維膜因具有操作壓力高、通量大、分離系數(shù)高等優(yōu)勢而備受青睞。
[0005]然而，大多數(shù)原料氣中均含有一定的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)在進(jìn)行膜分離時(shí)會對膜的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，從而使膜組件在運(yùn)行一段時(shí)間后存在壓降明顯增大、通量顯著減小、分離效率明顯降低等問題，并且長期使用狀態(tài)下的膜基本無法達(dá)到預(yù)期的使用壽命。因此，需要一種氣體膜分離前的凈化系統(tǒng)來對原料氣進(jìn)行凈化處理。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型提供用于含二氧化碳?xì)怏w的凈化系統(tǒng)及膜分離系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中對原料氣進(jìn)行膜分離時(shí)產(chǎn)生壓降明顯增大、通量顯著減小、分離效率明顯降低等問題；本實(shí)用新型的凈化系統(tǒng)運(yùn)行成本低，并且顯著提高膜的使用壽命。
[0007]本實(shí)用新型提供的用于含二氧化碳?xì)怏w的凈化系統(tǒng)，包括換熱器、脫硫反應(yīng)器和顆粒過濾器，所述換熱器、所述脫硫反應(yīng)器和所述顆粒過濾器串聯(lián)連接。
[0008]在本實(shí)用新型中，所述換熱器至少實(shí)施使原料氣的露點(diǎn)溫度低于膜分離的操作溫度20°C以上、并分離出所形成的液態(tài)水的換熱處理；所述脫硫反應(yīng)器實(shí)施對所述原料氣的脫硫處理，并使所述原料氣中的總硫含量低于1ppm ;所述顆粒過濾器實(shí)施對所述原料氣的脫細(xì)微顆粒物處理，并使所述原料氣中顆粒粒徑小于0.0lym0并且，本實(shí)用新型對所述換熱器、所述脫硫反應(yīng)器和所述顆粒過濾器的設(shè)置順序不作嚴(yán)格限定，其順序可以是任意的，并且各順序并不對本實(shí)用新型的凈化系統(tǒng)的凈化效果產(chǎn)生影響。
[0009]進(jìn)一步地，所述換熱器、脫硫反應(yīng)器和顆粒過濾器可以是本領(lǐng)域常規(guī)的結(jié)構(gòu)或其組合。例如，所述換熱器可以為冷干機(jī)，也可以為依次串聯(lián)設(shè)置的冷干機(jī)和加熱器；所述脫硫反應(yīng)器可以是填裝固體脫硫劑的脫硫塔，所述固體脫硫劑為活性炭和/或氧化鐵，其主要用于脫除硫化氫，同時(shí)也能脫除部分有機(jī)硫以及氨氣、硅氧烷、揮發(fā)性有機(jī)化合物等；所述顆粒過濾器是由Fe-Al金屬間化合物多孔材料制備的非對稱膜濾芯等。
[0010]此外，本實(shí)用新型的凈化系統(tǒng)對待分離的原料氣的來源和組成不作嚴(yán)格限制，其對能夠采用氣體膜分離技術(shù)進(jìn)行分離的原料氣均適用；特別是，該凈化系統(tǒng)尤其適用于含有甲烷和二氧化碳的原料氣，例如頁巖氣、沼氣等。
[0011]在一實(shí)施方式中，在所述換熱器、所述脫硫反應(yīng)器和所述顆粒過濾器上均設(shè)有原料氣進(jìn)口和原料氣出口；
[0012]所述換熱器的原料氣出口與所述脫硫反應(yīng)器的原料氣進(jìn)口連接；
[0013]所述脫硫反應(yīng)器的原料氣出口與所述顆粒過濾器的原料氣進(jìn)口連接。
[0014]由于原料氣中的水分可能會降低脫硫反應(yīng)器處理的效果，因此可以首先設(shè)置換熱器來去除原料氣中的水分；此外，采用脫硫反應(yīng)器處理后可能會使原料氣中夾帶顆粒，因此最后設(shè)置顆粒過濾器有利于防止原料氣在后續(xù)的處理中夾帶顆粒，并且可以一并對原料氣中的顆粒以及所夾帶的顆粒進(jìn)行去除。
[0015]本實(shí)用新型的凈化系統(tǒng)還包括脫油反應(yīng)器，所述脫油反應(yīng)器與所述換熱器、所述脫硫反應(yīng)器或所述顆粒過濾器串聯(lián)連接。
[0016]進(jìn)一步地，所述脫油反應(yīng)器可以為填裝固體脫油劑的脫油塔，所述固體脫油劑可以為多孔吸附劑或負(fù)載型固體脫油劑。所述多孔吸附劑以及所述負(fù)載型固體脫油劑的載體可以為活性炭、硅膠、分子篩、吸附樹脂等，其能夠吸附原料氣中的油類物質(zhì)并將其完全去除。進(jìn)一步地，所述負(fù)載型固體脫油劑的活性成分包括堿性化合物，所述堿性化合物在所述負(fù)載型固體脫油劑中的質(zhì)量百分含量不高于30%。具體地，所述堿性化合物可以是Na、K、Ca、Mg等堿金屬的氧化物或碳酸鹽等，例如碳酸鈉、碳酸鉀等。
[0017]在一實(shí)施方式中，在所述換熱器、所述脫硫反應(yīng)器、所述顆粒過濾器和所述脫油反應(yīng)器上均設(shè)有原料氣進(jìn)口和原料氣出口 ；所述換熱器的原料氣出口與所述脫硫反應(yīng)器的原料氣進(jìn)口連接；所述脫硫反應(yīng)器的原料氣出口與所述脫油反應(yīng)器的原料氣進(jìn)口連接；所述脫油反應(yīng)器的原料氣出口與所述顆粒過濾器的原料氣進(jìn)口連接。
[0018]在另一實(shí)施方式中，在所述換熱器、所述脫硫反應(yīng)器、所述顆粒過濾器和所述脫油反應(yīng)器上均設(shè)有原料氣進(jìn)口和原料氣出口 ；所述換熱器的原料氣出口與所述脫油反應(yīng)器的原料氣進(jìn)口連接；所述脫油反應(yīng)器的原料氣出口與所述脫硫反應(yīng)器的原料氣進(jìn)口連接；所述脫硫反應(yīng)器的原料氣出口與所述顆粒過濾器的原料氣進(jìn)口連接。
[0019]根據(jù)本實(shí)用新型提供的凈化系統(tǒng)，所述換熱器可以為冷干機(jī)。所述冷干機(jī)用于使所述原料氣的露點(diǎn)溫度低于所述膜分離的操作溫度20°C以上，并分離出所形成的液態(tài)水。
[0020]根據(jù)本實(shí)用新型提供的凈化系統(tǒng)，所述換熱器為依次串聯(lián)連接的冷干機(jī)和加熱器。所述加熱器用于將經(jīng)換熱處理的原料氣加熱至膜分離所需的溫度。
[0021]本實(shí)用新型還提供用于含二氧化碳?xì)怏w的膜分離系統(tǒng)，包括上述任一所述的凈化系統(tǒng)和與所述凈化系統(tǒng)連接的至少一個(gè)膜組件。
[0022]進(jìn)一步地，所述膜組件具有中空纖維膜。所述中空纖維膜可以為聚酰亞胺中空纖維膜、乙酸纖維素中空纖維膜、聚二甲基硅氧烷中空纖維膜、聚砜中空纖維膜等。
[0023]進(jìn)一步地，本實(shí)用新型的膜分離系統(tǒng)包括多個(gè)所述膜組件，多個(gè)所述膜組件之間串聯(lián)或并聯(lián)設(shè)置。
[0024]本實(shí)用新型提供的用于含二氧化碳?xì)怏w的凈化系統(tǒng)及膜分離系統(tǒng)，通過對待分離的原料氣中的總硫含量和顆粒粒徑進(jìn)行嚴(yán)格限制，并且實(shí)施特定的換熱處理，可以使凈化處理后的原料氣在進(jìn)行膜分離時(shí)能較好地維持膜的分離性能和分離效果，并延長膜的使用壽命O
【附圖說明】
[0025]圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施方式的凈化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為本實(shí)用新型另一實(shí)施方式的凈化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3為本實(shí)用新型一實(shí)施方式的膜分離系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖4為本實(shí)用新型另一實(shí)施方式的膜分離系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新型的附圖和實(shí)施例，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0030]實(shí)施例1
[0031]如圖1所示，本實(shí)用新型的用于含二氧化碳?xì)怏w的凈化系統(tǒng)，包括換熱器1、脫硫反應(yīng)器2和顆粒過濾器3，換熱器1、脫硫反應(yīng)器2和顆粒過濾器3串聯(lián)連接。其中，換熱器I至少實(shí)施使原料氣的露點(diǎn)溫度低于膜分離的操作溫度20°C以上、并分離出所形成的液態(tài)水的換熱處理；脫硫反應(yīng)器2實(shí)施對原料氣的脫硫處理，并使原料氣中的總硫含量低于1ppm ;顆粒過濾器3實(shí)施對原料氣的脫細(xì)微顆粒物處理，并使原料氣中顆粒粒徑小于
0.01 μ m。
[0032]進(jìn)一步地，在換熱器1、脫硫反應(yīng)器2和顆粒過濾器3上均設(shè)有原料氣進(jìn)口和原料氣出口 ；換熱器I的原料氣出口與脫硫反應(yīng)器2的原料氣進(jìn)口連接；脫硫反應(yīng)器2的原料氣出口與顆粒過濾器3的原料氣進(jìn)口連接。即，換熱器1、脫硫反應(yīng)器2和顆粒過濾器3依次串聯(lián)連接。
[0033]具體地，換熱器I為依次串聯(lián)設(shè)置的冷干機(jī)和加熱器；脫硫反應(yīng)器2為填裝有固體脫硫劑的脫硫塔；顆粒過濾器3具有由Fe-Al金屬間化合物多孔材料制備的非對稱膜濾芯。
[0034]實(shí)施例2
[0035]如圖2所示，本實(shí)用新型的用于含二氧化碳?xì)怏w的凈化系統(tǒng)可以在實(shí)施例1的凈化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步包括脫油反應(yīng)器4，其與換熱器1、脫硫反應(yīng)器2或顆粒過濾器3串聯(lián)連接。具體地，脫油反應(yīng)器4可以為填裝有固體脫油劑的脫油塔。
[0036]進(jìn)一步地，在換熱器1、脫硫反應(yīng)器2、顆粒過濾器3和脫油反應(yīng)器4上均設(shè)有原料氣進(jìn)口和原料氣出口 ；換熱器I的原料氣出口與脫硫反應(yīng)器2的原料氣進(jìn)口連接；脫硫反應(yīng)器2的原料氣出口與脫油反應(yīng)器4的原料氣進(jìn)口連接；脫油