[发明专利]多级膜分离方法

说明书

技术领域

本发明涉及在每个分离级中利用一个或多个膜，在两级或更多级中从包含烃和气态酸性污染物、特别是二氧化碳和/或硫化氢的气态烃类进料物流中去除所述酸性污染物的方法。

背景技术

天然气是主要的能量来源。在过去数十年，它的重要性不断增强，预期在接下来的数十年内它的重要性将进一步增强。天然气制备中的主要顾虑是存在酸性污染物。许多天然气田场已知含有数个百分点的酸性污染物，并且许多气田已知含有大量的酸性污染物例如10-50vol％或有时甚至更多如至多90vol％。通常，数个体积百分数的二氧化碳和/或硫化氢的存在将不会产生大问题，因为已知常规技术用于从烃馏分中去除这些量的酸性污染物。适合的常规技术是用含水胺溶液或用冷甲醇、乙二醇、二甲基醚(DME)或聚乙二醇吸收酸性污染物，包括使吸收液体再生。从天然气中去除更大量的酸性污染物例如10vol％或更多，将导致非常大的去除单元(包括许多级)，需要非常大的投资和操作成本。

因此，需要用于容易且快速地从含有大量酸性污染物的天然气物流中去除这些化合物的新技术。在过去，已经考虑使用膜以去除酸性污染物。然而，到目前为止，还没有开发用于快速且容易地从含有大量酸性污染物的天然气物流中去除这些化合物的方法。

发明内容

本发明现在描述了利用两个或更多个膜级从天然气中去除酸性污染物的联合多级方法，所述膜对酸性组分的渗透性(远)高于烃、特别是甲烷。在第一级中，通过从天然气物流中去除全部或几乎全部的酸性组分，获得相对纯的天然气。然而，含有酸性污染物的物流将含有大量的烃、特别是甲烷。在第二步中，从第一级中获得的含有酸性污染物的物流中提取纯的或几乎纯的含有酸性污染物的物流。将来自第二级的含有烃以及酸性污染物的剩余的物流循环至用于第一级的天然气进料物流。

以上述方式，获得两个物流，一个物流是洁净的或几乎洁净的天然气物流，另一个物流是洁净的或几乎洁净的含有酸性污染物的物流。第一物流，任选利用常规方法进一步纯化之后，适合地用作管道气，或用于生产LNG或合成气，例如用作生产氢、烃(费-托)、甲醇、尿素等的进料物流。第二物流可以用于例如生产硫或硫化合物，或可以用于强化油采收(EOR)过程。

因此，本发明涉及用于从包含气态酸性污染物的气态烃类进料物流中去除这些气态酸性污染物的方法，所述方法包括：

1)在30-120bara压力下提供烃类进料物流，

2)使进料物流与膜接触以获得富含烃的渗余物和富含酸性污染物的渗透物，

3)任选将步骤2)中获得的渗透物压缩至30-120bara的压力，

4)使压缩后的渗透物与第二膜接触，以获得富含烃的渗余物和富含酸性污染物的渗透物，

5)任选将富含烃的渗余物压缩至30-120bara的压力，和

6)将步骤5)中获得的烃渗余物与步骤1)的进料物流混合，条件是步骤3和5包括至少一个压缩级。

气态烃类进料物流特别地是天然气物流。所述方法特别适合于包含大量酸性污染物(例如10-95vol.％、特别是15-70vol.％的二氧化碳和/或硫化氢)的进料物流。在第一级中，从进料物流中分离洁净的或几乎洁净的烃物流，所述烃物流适合地包含小于5vol.％的酸性污染物。剩余的物流包含酸性污染物和一定量的烃。在第二级中，从剩余的物流中分离纯的或几乎纯的酸性污染物物流，之后使剩余的物流与第一级的进料组合，所述酸性污染物物流适合地包含小于5vol％的烃。

具体实施方式

本发明的方法将含有含有酸性污染物的烃物流、特别是天然气物流分离成两个相对纯的物流，一个烃物流和一个含有酸性污染物的物流。所述方法使用相对便宜的膜。当与常规处理方法如包括再生的胺吸收相比时，膜单元需要相对小的操作面积，需要少量的能量和仅需要少量的操作工作。此外，对维护和检查的要求是适度的。

本发明的方法的进料物流将具有30-120bara的压力。特别地，进料物流的压力为40-100bara，优选50-90bara。适合地，进料物流的温度为-30至120℃，适合地为-20至100℃，优选0至50℃。

进料物流中的酸性污染物特别地是二氧化碳和硫化氢，虽然也可以存在硫化羰(COS)、二硫化碳(CS2)、硫醇、硫化物和芳族硫化合物。除了酸性污染物之外，也可以存在惰性气体例如氮和稀有气体如氩和氦，通常含量为至多20vol％，特别是至多10vol％。