用于高含硫及含二氧化碳氣體的預處理系統(tǒng)及膜分離系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實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)，尤其涉及用于高含硫及含二氧化碳氣體的預處理系統(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、氮氣、水蒸氣和少量的一氧化碳，通常需要對天然氣進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)品標準。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%，水露點在交接點壓力下比輸送條件下最低環(huán)境溫度低5°C。天然氣資源相對集中，并且處理規(guī)模大的情況下，普遍是采用胺法脫硫脫碳及甘醇脫水工藝來凈化原料氣。
[0003]除天然氣外，還有許多其它的氣體燃料資源，例如頁巖氣、沼氣、水煤氣、焦爐氣等。這些氣體燃料中雖含有氫氣、一氧化碳等可燃氣體，但也常常含有氮氣、二氧化碳等不可燃氣體。除此之外，這些氣體燃料還含有大量的含硫物，例如硫化氫、羥基硫、硫醚、二硫化物、噻吩等，特別是一些以畜禽糞便為原料生產(chǎn)的沼氣中硫化氫的含量可高達5000ppm以上。由于這些氣體燃料具有資源相對分散、產(chǎn)氣量少、質(zhì)量不穩(wěn)定和/或穩(wěn)產(chǎn)時間短等特點，因此，直接利用針對天然氣的常規(guī)凈化處理工藝對這些氣體燃料進行凈化存在很多問題，尤其體現(xiàn)在投資大、設(shè)備操作穩(wěn)定性差、經(jīng)濟效益低等缺陷。目前，尚無可借鑒的成熟技術(shù)和經(jīng)驗對這些氣體燃料進行規(guī)模性地開發(fā)利用，從而造成極大的資源浪費。
[0004]氣體膜分離技術(shù)是近年來得到快速發(fā)展的一種氣體分離技術(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-擴散上的差異(即滲透速率差異)來對氣體中的組分進行分離的過程。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、氮氣、一氧化碳、氬氣等則在膜的滯留側(cè)被富集(滲余氣)，從而達到對氣體進行純化和實現(xiàn)組分富集的目的。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)在進行膜分離時會對膜的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，從而使膜組件在運行一段時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)下的膜基本無法達到預期的使用壽命。因此，需要一種氣體膜分離前的預處理系統(tǒng)來對原料氣進行凈化處理。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型提供用于高含硫及含二氧化碳氣體的預處理系統(tǒng)及膜分離系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中對原料氣進行膜分離時產(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；本實用新型的預處理系統(tǒng)運行成本低，并且顯著提高膜的使用壽命。
[0007]本實用新型提供的用于高含硫及含二氧化碳氣體的預處理系統(tǒng)，包括串聯(lián)連接的濕法脫硫反應器、干法脫硫反應器、換熱器和顆粒過濾器。
[0008]在本實用新型中，所述濕法脫硫反應器和干法脫硫反應器實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lOppm，其中所述濕法脫硫反應器實施對所述原料氣的濕法脫硫處理，所述干法脫硫反應器實施對所述原料氣的干法脫硫處理；所述換熱器至少實施使所述原料氣的露點溫度低于所述膜分離的操作溫度至少20°C的換熱處理；所述顆粒過濾器實施對所述原料氣的脫塵處理，并使所述原料氣中顆粒粒徑小于0.0lym0各器件的設(shè)置順序可為任意。
[0009]進一步地，濕法脫硫反應器、干法脫硫反應器、換熱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，也可以為依次串聯(lián)設(shè)置的冷干機和加熱器；所述濕法脫硫反應器可以是填裝液體脫硫劑的脫硫塔，所述液體脫硫劑可以為栲膠溶液；所述干法脫硫反應器可以是填裝固體脫硫劑的脫硫塔，所述固體脫硫劑可以為負載活性組分的固體催化劑；所述顆粒過濾器具有硅硼纖維濾芯，其相對于金屬或陶瓷材質(zhì)的濾芯價格相對便宜，操作可靠性高。
[0010]本實用新型所提供的預處理系統(tǒng)對待分離的原料氣的來源和組成不作嚴格限制，其對能夠采用氣體膜分離技術(shù)進行分離的原料氣均適用。本實用新型所提供的預處理系統(tǒng)特別適用于含硫量高的原料氣，原料氣總硫含量可高達30000ppm ;本實用新型所提供的預處理系統(tǒng)尤其適用于有機硫含量高的原料氣，原料氣中的有機硫含量可高達500ppm。具體地，所述原料氣為頁巖氣、沼氣、水煤氣、焦爐氣等。
[0011]進一步地，在所述濕法脫硫反應器、所述干法脫硫反應器、所述換熱器和所述顆粒過濾器上均設(shè)有原料氣進口和原料氣出口；
[0012]所述濕法脫硫反應器的原料氣出口與所述干法脫硫反應器的原料氣進口連接；
[0013]所述干法脫硫反應器的原料氣出口與所述換熱器的原料氣進口連接；
[0014]所述換熱器的原料氣進口與所述顆粒過濾器的原料氣出口連接。
[0015]根據(jù)本實用新型提供的預處理系統(tǒng)，所述換熱器可以為冷干機。所述冷干機用于使所述原料氣的露點溫度低于所述膜分離的操作溫度至少20°C，并分離出所形成的液態(tài)水。
[0016]根據(jù)本實用新型提供的預處理系統(tǒng)，所述換熱器為依次串聯(lián)連接的冷干機和加熱器。所述加熱器用于將原料氣加熱至膜分離所需的溫度。
[0017]本實用新型的預處理系統(tǒng)還包括再生裝置，在所述濕法脫硫反應器上設(shè)有液體進口和液體出口，在所述再生裝置上設(shè)有液體進口和液體出口，所述再生裝置的液體進口與所述濕法脫硫反應器的液體出口連接，所述再生裝置的液體出口與所述濕法脫硫反應器的液體進口連接。
[0018]進一步地，在所述再生裝置的液體進口與所述濕法脫硫反應器的液體出口之間設(shè)置有第一泵。
[0019]進一步地，在所述再生裝置的液體出口與所述濕法脫硫反應器的液體進口之間設(shè)置有第二泵。
[0020]本實用新型還提供用于高含硫及含二氧化碳氣體的膜分離系統(tǒng)，包括上述任一所述的預處理系統(tǒng)和與所述預處理系統(tǒng)連接的至少一個膜組件。
[0021]進一步地，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。
[0022]進一步地，本實用新型的膜分離系統(tǒng)包括多個所述膜組件，多個所述膜組件之間串聯(lián)或并聯(lián)設(shè)置。
[0023]本實用新型提供的用于高含硫及含二氧化碳氣體的預處理系統(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行嚴格限制，并且實施特定的換熱處理，可以使凈化處理后的原料氣在進行膜分離時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。
【附圖說明】
[0024]圖1為本實用新型的用于高含硫及含二氧化碳氣體的預處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0025]為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本實用新型的附圖和實施例，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，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施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0026]實施例1
[0027]本實用新型的用于高含硫及含二氧化碳氣體的預處理系統(tǒng)，包括串聯(lián)連接的濕法脫硫反應器、干法脫硫反應器、換熱器和顆粒過濾器。該預處理系統(tǒng)中，濕法脫硫反應器和干法脫硫反應器實施對原料氣的脫硫處理，并使所述原料氣中的總硫含量低于lOppm，其中濕法脫硫反應器實施對原料氣的濕法脫硫處理，干法脫硫反應器實施對原料氣的干法脫硫處理；換熱器實施使原料氣的露點溫度低于膜分離的操作溫度至少20°C的換熱處理；顆粒過濾器實施對原料氣的脫塵處理，并使原料氣中顆粒粒徑小于0.0lym0
[0028]如圖1所示，本實用新型一實施方式的預處理系統(tǒng)包括濕法脫硫反應器1、干法脫硫反應器2、換熱器3和顆粒過