Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ДЕГИДРАТАЦИИ ГАЗА
СПОСОБ ДЕГИДРАТАЦИИ ГАЗА

СПОСОБ ДЕГИДРАТАЦИИ ГАЗА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Способ предназначен для осушки газа. В способе осуществляют а) подвод газа под давлением к одной стороне мембраны в первом мембранном осушителе при условиях, обеспечивающих проникновение большей части водяного пара ко второй стороне мембраны для получения первого прошедшего газа низкого давления, содержащего большую часть водяного пара и первого непрошедшего газа, б) по меньшей мере часть первого прошедшего газа подвергают сжатию для увеличения давления по меньшей мере на 344,738 кПа, удаляют воду по меньшей мере из части сжатого газа: 1) путем конденсации водяных паров сжатого газа с образованием воды и ее удалением или 2) путем удаления из процесса выбрасываемой части сжатого газа, содержащего существенную часть водяного пара, или 3) путем использования сочетания 1) и 2) и, используя по меньшей мере часть сжатого газа для подачи на второй мембранный осушитель для получения второго прошедшего газа и второго непрошедшего газа, в) разделяют второй непрошедший газ на первый газ рециркуляции для выходной стороны первого мембранного осушителя и второй газ рециркуляции для выходной стороны второго мембранного осушителя и г) восстанавливают первый непрошедший газ до практически сухого состояния, содержащего менее чем примерно 150 ppm влаги и содержащего по меньшей мере 98% газа. Изобретение позволяет снизить содержание влаги в газе. 10 з.п. ф-лы, 4 табл., 2 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2119376
Класс(ы) патента: B01D53/26, B01D53/22
Номер заявки: 96123245/25
Дата подачи заявки: 06.12.1996
Дата публикации: 27.09.1998
Заявитель(и): Пермеа, Инк. (US)
Автор(ы): Роберт Джеймс Эрроусмит (AU); Кеннет Джонс (GB)
Патентообладатель(и): Пермеа, Инк. (US)
Описание изобретения: Изобретение относится к способу дегидратации газа, содержащего влагу. Способ дегидратации газа в соответствии с настоящим изобретением восстанавливает практически весь газ в сухом виде.
Имеется множество газов, из которых желательно удалить водяной пар. Настоящее изобретение относится, в частности, к тем газам, которые очень желательно практически полностью восстановить в процессе дегидратации. В частности, газы, к которым относится настоящее изобретение, включают воздух, природный газ, азот, метан, двуокись углерода, моноокись углерода и водород, а также определенные другие углеводороды, такие как этан, этилен, пропан, пропилен и аналогичные. Часто такие газы содержат относительно малые количества влаги в форме водяного пара, однако по-прежнему желательно дальнейшее осушение газа с удалением по меньшей мере 95% присутствующей влаги.
Присутствие водяного пара в этих газах может привносить трудности, такие как коррозия, если газ содержит также двуокись углерода или сероводород. Необходимо снизить наличие водяного пара до очень малых концентраций при транспортировке газа для последующей переработки, то есть ожижения или продажи. Снижение влаги в газах, содержащих углеводороды, важно с точки зрения устранения риска образования твердых осадков гидратных комплексов.
Используемые в настоящее время процессы включают охлаждение, контакт с гликолем, адсорбцию с использованием силикагелей и адсорбцию с использованием молекулярных сит. Эти процессы требуют очень больших установок и, следовательно, существенно удорожают стоимость процесса. При осушении такого газа, как природный, который всегда подается по трубопроводу непосредственно от газового месторождения к пользователю, прохождение через циклический процесс дорого и занимает много времени.
Использование проницаемых мембран для отделения водяного пара от газа рассматривается как пассивная схема, в которой поток газа не прерывается, и система работает автоматически и требует, если вообще требует, малых забот персонала по обслуживанию. Вдобавок, мембранная система может быть использована на месторождениях, на морских платформах и в заводской установке. Однако, даже с учетом простоты мембранной системы, важно практически полностью восстановить весь газ в виде газа, полностью свободного от влаги.
Например, патенты, касающиеся дегидратации природного газа с использованием мембранных систем, включают патент США N 3735558 Скарстрема и других, патент США N 4497640 Фурни и других, патент США N 4718921 Убе Индастриз. В то время как эти патенты обеспечивают мембраны и системы для дегидратации газов, каждый из патентов направляет значительную часть газа в отход.
Настоящее изобретение предлагает способ дегидратации газа, в котором содержание влаги снижается полностью при одновременном восстановлении практически всего газа, газ включает все компоненты за исключением водяного пара.
Краткое содержание изобретения
Настоящее изобретение предлагает способ дегидратации газа, содержащего влагу в виде водяного пара, и восстанавливает по меньшей мере 98% газа в виде практически сухого газа. Для цели настоящего обсуждения термин "газ" включает все компоненты газа, кроме влаги, то есть водяной пар исключается. Способ включает первый контакт газа под давлением с одной стороной мембранного осушителя при условиях, обеспечивающих проникновение большей части водяного пара ко второй стороне мембраны. Тем самым первый проходящий газ имеет давление 0 - 60 psig (0-413.6856 кПа) и содержит большую часть водяного пара и некоторое количество газа рециркуляции, а первый непрошедший газ также содержит по меньшей мере 98% газ и лишь минимальное количество водяного пара. Предпочтительно газ содержит водяной пар в количестве менее 1 об.%.
Первый проходящий газ затем сжимается для увеличения его давления в интервале от примерно 50 psi (344.738 кПа) до примерно 150 psi (1034.214 кПа) и вода удаляется из по крайней мере части сжатого газа. Удаление воды вызывается как за счет охлаждения сжатого газа и конденсации водяного пара с образованием жидкой воды и удалением жидкой воды, так и за счет удаления части сжатого газа, содержащего существенную часть, из процесса. Сочетание процессов удаления воды может быть также использовано в случае, когда водяной пар конденсируется и удаляется в виде воды, и затем удаляется часть сжатого газа, каковая часть содержит некоторое количество оставшегося водяного пара и очень малое количество газа. Предпочтительно выбрасываемая из процесса часть газа равна количеству первого прошедшего газа, за исключением любого газа рециркуляции.
По крайней мере часть сжатого первого проходящего газа (после удаления воды) используется для подачи ко второму мембранному осушителю для получения второго проходящего газа (содержащего некоторое количество газа рециркуляции) и второй непрошедший газ. Предпочтительно заданную часть совместимого газа добавляют в подачу на второй мембранный осушитель в начальной стадии процесса. Второй непрошедший газ разделяется на первый газ рециркуляции для выходной стороны первого мембранного осушителя и второй газ рециркуляции для выходной стороны второго мембранного осушителя. Первый непрошедший газ восстанавливается в виде по существу сухого газа, содержащего по меньшей мере 98% газа от исходного подаваемого газа.
Мембранные осушители содержат гигроскопические волоконные мембраны. Предпочтительно волоконные гигроскопические мембраны являются полимерами, состоящими из полимеров полисульфона и полиэфирамида. В одном из решений по настоящему изобретению второй прошедший смешивается с первым прошедшим и тем самым любой газ во втором прошедшем может быть восстановлен. Этот процесс можно назвать "замкнутым" процессом, в котором первый и второй прошедшие (каждый содержит некоторое количество газа рециркуляции) смешиваются, сжимаются, вода удаляется, и затем газ подается на второй мембранный осушитель. Однако в этом замкнутом процессе может оказаться необходимой слабая продувка системы для удаления избыточного газа, который имеет тенденцию образовываться в замкнутой части процесса, включая второй мембранный осушитель. Однако в той части процесса, где получается второй прошедший, газа в этом втором прошедшем очень мало и ни в каком случае его количество не превосходит количество газа в первом прошедшем (исключая газ рециркуляции). Следовательно, замкнутый процесс все же позволяет восстанавливать более чем 98% исходного подаваемого газа за исключением влаги в практически сухом виде.
Как указано выше, сухой товарный газ есть непрошедший газ, полученный из первого осушителя. Поскольку первый осушитель снабжается сухим газом рециркуляции, товарный газ очень сухой даже в том случае, если он прошел только через один осушитель. Весь водяной пар исходного газа проходит сквозь мембрану к выходной стороне первого мембранного осушителя, при этом он встречает сухой газ рециркуляции, образуя первый прошедший. Первый прошедший или смесь первого и второго прошедших образуют газ, подаваемый на второй осушитель. Часть газа каждого прошедшего относительно мала. Следовательно, необходимо добавить газ для питания второго осушителя при начале процесса, так чтобы непрошедший поток от второго осушителя содержал достаточно газа для образования двух потоков газа рециркуляции для первого и второго осушителей. Как только система вошла в рабочий режим, дополнительный газ не требуется, поскольку газ рециркуляции из потоков газа рециркуляции восстанавливается и рециркулируется на второй осушитель.
Как указано, количество газа, проходящего через первый осушитель, очень мало, однако даже малое количество газа может породить подъем давления газа в замкнутом цикле, включающем второй мембранный осушитель. Следовательно, необходимо удалять избыточный газ из замкнутого цикла в количествах, не превышающих количество газа, который проходит от входной стороны к выходной стороне первого мембранного осушителя. Способы удаления избыточного газа будут описаны ниже.
На фиг. 1 схематически показано одно решение по настоящему изобретению; на фиг. 2 - другое решение по настоящему изобретению.
Подробное описание изобретения.
Фиг. 1 показывает процесс дегидратации 10 газа 12. Газ в наиболее общем виде содержит влагу до, но не превышая, насыщения водяного пара, но требуется осушить газ до содержания влаги не более примерно 150 ppm. Газ 12 находится под давлением по меньшей мере 250 psig (1723,69 кПа) и приведен в контакт с первым мембранным осушителем 14, в котором газ соприкасается с одной стороной мембраны, где влага в виде водяного пара проходит сквозь мембрану на выходную сторону, образуя прошедший поток 16 при давлениях в интервале 0 - 60 psig (0-413,6856 кПа). Непрошедшая часть сухого газа 44 имеет содержание влаги менее примерно 150 ppm. Сухой газ отбирается из процесса для использования или он может храниться в емкости 46. Прошедший газ 16 поступает в компрессор 18, в котором давление поднимается на по меньшей мере 50 psi (344,738 кПа). Сжатый газ 20 поступает далее в охладитель 22, в котором газ охлаждается. Охлажденный сжатый газ 24 поступает далее в водяной сепаратор 26, в котором любая конденсированная влага удаляется в виде жидкой воды 28. Обезвоженный сжатый газ 30 поступает на второй мембранный осушитель 32, который обеспечивает прошедший газ 40, содержащий малую часть исходного газа, но в основном влагу. Прошедший 40 либо выбрасывается в отход, либо восстанавливается для других целей. Непрошедший газ 34 в практически сухом состоянии передается на разделительный вентиль 36 или иное устройство разделения потока, в котором непрошедший газ 34 разделяется на две части, первая часть 42 направляется на первый мембранный осушитель 14 для работы в качестве газа рециркуляции, в идеале противотоком, на выходную поверхность мембраны первого осушителя 14. Вторая часть 38 непрошедшего газа 34 подается на второй мембранный осушитель 32 для работы в качестве газа рециркуляции, в идеале противотоком, на выходную поверхность мембраны второго мембранного осушителя.
Входная сторона первого мембранного осушителя 14 работает при давлениях по меньшей мере 250 psig (1723,69 кПа), в то время как второй мембранный осушитель 32 работает при меньших давлениях, по меньшей мере 50 psig (344,738 кПа). Следовательно, количество непрошедшего газа рециркуляции 34, направляемого ко второму мембранному осушителю 32, относительно невелико. Основная часть непрошедшего продукта 34 от второго мембранного осушителя 32 направляется через делитель 36 в виде практически сухого газа 42 для работы в качестве газа рециркуляции на выходную сторону первого мембранного осушителя 14. В любом случае газ 40 является очень влажным газом, который удаляется из системы 10 и не превосходит то количество газа, которое проходит от входной стороны к выходной стороне первого мембранного осушителя. В зависимости от скорости прохождения газа в первом осушителе потери 40 газа при прохождении обычно менее 2% и в более общем случае менее 1% количества газа, поступающего в процесс на первый мембранный осушитель 14. Однако, поскольку непрошедший газ от второго мембранного осушителя необходимо подавать в качестве встречного потока газа в рециркуляции для обоих осушителей, газ должен быть доступен для рециркуляционной ветви процесса для обеспечения адекватной рециркуляции. Этот газ может быть подан в систему при включении процесса путем наполнения второго мембранного осушителя исходным газом либо путем наполнения второго мембранного осушителя другим соответствующим газом из отдельного источника.
Фиг. 2 показывает другой процесс 50 по другому решению настоящего изобретения. Газ 52, содержащий влагу в виде водяного пара в концентрации, достигающей, но не превосходящей насыщение, подает под давлением на одну сторону мембраны мембранного осушителя 54 и разделяется для получения практически сухого непрошедшего 92 и влажного прошедшего 56. Практически сухой прошедший газ 92 содержит менее чем примерно 150 ppm влаги и может быть изъят из процесса для использования или он может храниться в емкости 94. Влажный газ 56 при давлении 0 - 60 psig (0-413,6856 кПа) проходит через смесительный вентиль 58 или другое устройство, которое смешивает его с влажным прошедшим газом 60 со второго мембранного осушителя. Смешанный прошедший газ 62 направляется в компрессор 64, в котором давление повышается до по меньшей мере 50 psi (344,738 кПа). Сжатый газ 66 проходит в охладитель 68 так, чтобы влага конденсировалась, и охлажденный сжатый газ 70 направляется к устройству 72 для отделения жидкой воды от влажного газа 70, причем вода 73 удаляется и обезвоженный сжатый газ 74 направляется на продувочный делитель 76. Продувочный поток 78 от делителя удаляет некоторую малую часть газа для удаления из системы избытка газа. Продутый обезвоженный сжатый газ 80 приводится в контакт со входной стороной мембраны второго мембранного осушителя 32, при этом образуется прошедший газ 60. Прошедший газ 60 смешивается с прошедшим газом 56 от первого мембранного осушителя 54, и смешанный газ 62 сжимается, охлаждается, обезвоживается и продувается, как описано выше. Непрошедший газ 84 от мембранного осушителя 32 поступает на делитель 86, при этом часть 88 направляется на второй мембранный осушитель 32 в качестве строго противоточного газа рециркуляции выходной стороны мембраны, а оставшаяся часть 90 направляется на первый мембранный осушитель 54 в качестве строго противоточного газа рециркуляции выходной стороны мембраны.
Хотя настоящее изобретение, вообще говоря, пригодно для дегидратации газов, оно в особенности подходит для дегидратации газов, имеющих значение. Например, азот, для которого требуется высокая степень дегидратации, может иметь содержание влаги, сниженное до менее чем 40 ppm. Весьма желательно также удалить практически всю влагу из такого газа, как природный, но при этом сохранить весь газ. Другие газы, для которых применимо настоящее изобретение, включают этан, этилен, пропан, пропилен, бутан, двуокись углерода, окись углерода, водород и другие подобные. Например, природный газ после первого восстановления может содержать газовые компоненты, приведенные в табл. 1.
В дополнение к этим компонентам газ содержит влагу (водяной пар) в количестве от примерно 500 до примерно 2000 ppm в зависимости от температуры и давления. Даже если содержание влаги очень мало, то этого достаточно для образования твердообразных веществ, именуемых гидратами, что в сочетании с кислыми компонентами газа может вызывать коррозию трубопроводов, вентилей и механизмов, потребляющих конечный продукт. С целью предотвращения образования гидратов и коррозии в процессе эксплуатации желательно снизить содержание воды до уровня менее 150 ppm, предпочтительно менее 50 ppm, и в то же время восстановить более 98% газа.
Любой процесс дегидратации должен быть непрерывным, экономичным и эффективным с точки зрения снижения содержания воды, причем существенно, сохраняя газ.
В настоящем изобретении используются мембраны, которые отделяют газовые компоненты от водяного пара. Хотя в данной области известно применение мембран для снижения содержания воды в газе, известные решения не обеспечивают процесс снижения содержания воды до уровня менее 150 ppm при одновременном сохранении более 98% газа.
Настоящее изобретение обеспечивает такой процесс при помощи использования двух мембранных осушителей. Первый или первичный мембранный осушитель использует высокоизбирательную мембрану с очень малой пористостью, так что вода проходит легко, но газ проходит лишь в очень малом количестве. Поскольку содержание воды мало, а количество прошедшего газа очень мало, то на выходной стороне мембраны поток очень мал. В результате этого необходимо на выходную сторону мембраны подавать газ рециркуляции, поскольку в противном случае парциальное давление воды поднимается и снижает движущую силу непрерывного протока воды через мембрану.
Обычно газ рециркуляции для выходной стороны мембраны включает по меньшей мере часть сухого товарного газа. Газ рециркуляции, вообще говоря, теряется либо восстановление является дорогим. Настоящее изобретение обеспечивает эффективный газ рециркуляции для выходной стороны первичного мембранного осушителя без потерь существенной части газа посредством экономически эффективного процесса.
В процессе по настоящему изобретению имеется второй мембранный осушитель. Мембраны, применяемые во втором осушителе, не более селективны и могут быть менее селективны, чем мембраны первого мембранного осушителя, но по-прежнему обеспечивают очень быстрый проход влаги из газа при подаче сухого газа, который вначале может быть использован в качестве газа рециркуляции для первичного мембранного осушителя. Прошедший поток газа от первичной мембраны является частью питания второй мембраны. Однако, прежде чем первичный прошедший используется для питания второй мембраны, прошедший обезвоживается. Прежде всего прошедший имеет недостаточное давление, поэтому для сжатия первого прошедшего газа используется компрессор, после которого могут применяться охладитель и устройство отделения жидкой воды для практически полного удаления воды из сжатого прошедшего. Сжатый первый прошедший может не обеспечивать достаточного питания для второго осушителя в начальной стадии процесса. Может оказаться необходимым дополнить подачу газа для второго осушителя для обеспечения достаточной начальной подачи газа для осушителя. Второй осушитель обеспечивает непрошедший газ, который является практически сухим, и прошедший, содержащий малое количество исходного газа и относительно большое количество исходной влаги. Второй непрошедший разделяется на газ рециркуляции для первичного осушителя и малое количество газа рециркуляции для второго осушителя. Таким образом, главная часть непрошедшего газа от второго осушителя при использовании в качестве газа рециркуляции для выходной стороны первого осушителя становится частью практически замкнутой петли, в которой газ рециркуляции восстанавливается совместно с прошедшим через первый осушитель и проходит через процесс обезвоживания, за которым он используется для питания второго осушителя.
Даже если прошедший от второго осушителя мал по количеству, может оказаться желательным вернуть его в систему путем смешения с прошедшим от первого осушителя, после чего смешанный прошедший подвергается обезвоживанию и затем используется для питания второго осушителя.
Если второй прошедший предпочтительно не выбрасывается как отход или не направляется в другой процесс, а смешивается с первым прошедшим и тем самым рециркулируется в процесс, давление газа в системе поднимается и может оказаться необходимым сбросить избыточный газ. Это происходит потому, что сквозь стенки мембраны первого мембранного осушителя проходит малое количество газа. Этот прошедший попадает затем в практически "замкнутую" петлю, которая поставляет сухой газ рециркуляции для первого мембранного осушителя. Сброс этого малого количества избыточного газа может происходить в процессе обезвоживания либо сбросом прошедшего со второго осушителя в отход или в другой процесс, либо просто сбросом избыточного газа из процесса в любой желаемой точке. Поскольку в "замкнутой" петле находится требуемый газ для обеспечения необходимой рециркуляции на выходной стороне первичного осушителя, то нет необходимости заполнять систему или дополнительно добавлять газ.
В условиях непрерывной работы требуемое для заполнения количество газа должно быть практически равно количеству газа, проходящему через первую мембрану в прошедший через первый мембранный осушитель. Простым средством поддержания количества газа в потоке газа рециркуляции является мониторинг количества газа в первом прошедшем потоке и сброс необходимого количества из какой-либо точки петли газа рециркуляции. На фиг. 1 сброс газа происходит во втором прошедшем потоке 40. В этот момент необходимый сброс определяется постоянными проницаемости мембраны первого осушителя. На фиг. 2 сброс избыточного газа происходит на продувочном делителе 76, где продувка 78 уходит из процесса. Продувочный делитель 76 может быть регулируемым в соответствии с количеством газа, проходящего сквозь мембрану первого мембранного осушителя 54. Избыточный газ может быть сброшен из любой подходящей точки в пределах петли газа рециркуляции. Количество сброшенного газа является практически единственной потерей газа в процессе. Вообще говоря, количество сброшенного газа составляет менее 2%, а зачастую менее 1% исходного количества газа для обработки.
Мембрана второго осушителя может быть несколько менее селективной и работает для обеспечения необходимого потока непрошедшего существенно сухого газа при гораздо меньшем давлении, чем первичный осушитель. Поскольку отношение газа к влаге в исходном газе очень высоко, желательно оснащать первый мембранный осушитель практически беспористой мембраной, имеющей относительно высокую чувствительность к воде/газу. Использование мембранного материала с высоким показателем селективности позволяет сохранить практически весь газ на входной стороне, в то время как практически вся вода переносится на выходную сторону. С целью достижения разделения такого типа желательно использовать относительно высокие давления подачи.
Однако в момент контакта со второй мембраной такие высокие давления подачи не требуются, поскольку количество подаваемого газа относительно мало, и этот газ будет с необходимостью восстановлен в процессе, как описано выше.
Количество влаги в исходном газе, которое может быть удалено в настоящем процессе, может достигать насыщения при температуре и давлении газа на входе в первый мембранный осушитель. Примеры содержания насыщенной воды в природном газе в зависимости от температуры и давления приведены в табл. 2, где во всех случаях ppm воды выражено в объемных частях на миллион.
Проницаемость данного газа может быть выражена как объем газа при стандартной температуре и давлении (СТД), проходящего через мембрану, на 1 см2 площади поверхности в 1 с для падения парциального давления на 1 см рт. ст. (смHg) поперек мембраны на единицу толщины и выражается как P/1 = см3/см2сек смHg. Предполагаемая область P/1 для водяного пара при, например, 20oC для мембран, используемых в первичном осушителе по настоящему изобретению, находится в пределах от примерно 50·10-6 см3/см2сек смHg до примерно 5000·10-6 см3/см2сек смHg, хотя это и не является верхним пределом. Предпочтительно, чтобы мембрана имела P/1 более чем примерно 200·10-6 см3/см2сек смHg. Предпочтительная селективность первой мембраны для водяного пара/газа более примерно 200. Для второй мембраны предпочтительная селективность более примерно 25.
Предполагается, что мембрана изготовлена из гидрофобного полимера. Полимерный материал мембраны может быть выбран из замещенного или незамещенного полисульфона, полистирена, сополимеров акрилонитрилстирена, сополимеров стиренбутадиена, сополимеров стиренвинилбензилалида, поликарбоната, ацетата целлюлозы, этилцеллюлозы, метилцеллюлозы, нитроцеллюлозы, полиамида, полимида, арилполиамида, политера, политерамида, полиариленоксида, полифениленоксида, поликсилиленоксида, полистерамид-диизоцианата, полиуретана, полистера, полиарилата, терефталата полиэтилена, полиалкилметакрилата, полиалкилакрилата, терефталата, полифенилена, полисульфида, полиоксана, полиэтилена, полипропилена, полибутена-1, поли-4-метилпентена-1, поливинилхлорида, поливинилфлюорида, хлорида поливинилида, флюорида поливинилида, поливинилового спирта, поливинилового ацетата, поливинилпропионата, поливинилпиридина, поливинилпиролидона, поливинилового эфира, поливинилкетона, поливинилальдегида, поливинилформалина, масляного эфира поливинила, поливиниламина, поливинилфосфата, поливинилсульфата, полиацетата, полиалила, полибензобезимидазола, полигидразида, полиоксидиазола, политриазола, полибензимидазола, поликарбодиамида, полифосфазина, полипропиленоксида, и совместных полимеров, блоков совместных полимеров, сополимеров, блоков сополимеров, смесей и производных упомянутых, равно как и других подходящих материалов.
Пример известного решения.
Проводится контрольное измерение, при котором метан под давлением 1000 psig, содержащий 1000 ppm объемных воды, подается на наружную поверхность гигроскопического волоконного мембранного осушителя для получения непрошедшего сухого газа, содержащего 42 ppm воды, и прошедшего, содержащего остальное количество воды. Непрошедший извлекается из процесса как сухой товарный газ с 42 ppm воды. Прошедший выбрасывается из процесса. Осушитель имеет мембрану с проницаемостью по воде 1000·10-6 см3/см2сек смHg. Расчетные характеристики процесса приведены в табл. 3.
Пример 1.
Как первый мембранный осушитель, так и второй мембранный осушитель применяются в процессе по настоящему изобретению для высушивания метана, содержащего примерно 1000 ppm водяного пара. Как первичный, так и вторичный осушители имеют мембраны с проницаемостью по воде 1000·10-6 см3/см2сек смHg и проницаемость по метану 2·10-6 см3/см2сек смHg при рабочих условиях, описанных ниже. Каждый осушитель работает на потоке газа рециркуляции на выходной стороне мембраны для поддержания постоянного переноса воды сквозь мембрану.
Метан при 1000 psig (6894,76 кПа) и 100oF (37,8oC) подается на наружную поверхность первичного осушителя, содержащего мембраны с гигроскопическими волокнами по вышеупомянутому описанию. Непрошедший поток газа имеет давление 997 psig (6874,0757 кПа) и содержит 42 ppm воды, а прошедший поток имеет давление примерно 5,3 psig (36,54223 кПа) и содержит остальную часть воды. Непрошедший поток извлекается из системы как сухой метан, содержащий только 42 ppm воды.
Поток, отходящий от выходной стороны первичного осушителя, является комбинацией прошедшего и газа рециркуляции. Этот поток складывается с потоком, отходящим от выходной стороны второго осушителя, сложенные потоки сжимаются, охлаждаются до 100oF (37,8oC) и направляются на устройство сепарации, которое отделяет от потока конденсированную жидкую воду и выводит воду из процесса. Газообразный поток покидает фазу отделения воды при давлении примерно на 5 psi (34,4738 кПа) меньше, чем давление потока, когда он выходит из компрессора. Поток разделяется на две части. Одна часть - это небольшой продувочный поток, содержащий практически такое же количество газа, какое прошло сквозь первый мембранный осушитель в прошедший, сброшенный газ покидает процесс, а вторая часть - это поток, питающий второй мембранный осушитель. Этот питающий поток подается к каналам гигроскопических волокон второго осушителя.
Второй осушитель обеспечивает непрошедший поток под давлением примерно на 6 psi меньше, чем давление на выходе компрессора, но содержащий меньше воды, чем питающий поток, и прошедший поток при примерно 5,3 psig (36,54223 кПа), содержащий больше воды, чем питающий. Прошедший поток смешивается с прошедшим потоком от первого осушителя и подается к компрессору. Непрошедший поток расширяется до более низкого давления, вновь подогревается до 100oF (37,8oC) и разделяется на два потока, один из которых используется как газ рециклирования для выходной стороны первого осушителя, а другой используется как газ рециклирования для второго осушителя.
Расчетные характеристики процесса представлены ниже в табл. 4, при этом содержание влаги в газе снижается до 42 ppm.
Поверхности первого и второго осушителей показывают, сколько квадратных футов поверхности мембраны требуется для того, чтобы получить результат течения исходного газа в фунт-молях в 1 ч.
Если сравнить результаты табл. 4 с таковыми табл. 3, ясно, что процесс по настоящему изобретению в примере 1 значительно улучшен по сравнению с известными решениями. Потери газа составляют менее 1/3 потерь в известном процессе, и процесс по настоящему изобретению требует лишь 1/3 поверхности мембраны по сравнению с известным процессом. Следовательно, настоящее изобретение является очень экономичным, простым и эффективным по сравнению с обычными мембранными процессами.
Формула изобретения: 1. Способ дигидратации газа, включающий подвод газа под давлением к одной стороне мембраны в первом мембранном осушителе при условиях, обеспечивающих проникновение большей части водяного пара ко второй стороне мембраны для получения первого прошедшего газа низкого давления, содержащего большую часть водяного пара, и первого непрошедшего газа, отличающийся тем, что б) по меньшей мере, часть первого прошедшего газа подвергают сжатию для увеличения давления по меньшей мере на 344, 738 кПа, удаляют воду по меньшей мере из части сжатого газа: 1) путем конденсации водяных паров сжатого газа с образованием воды и ее удалением, или 2) путем удаления из процесса выбрасываемой части сжатого газа, содержащего существенную часть водяного пара, или 3) путем использования сочетания 1) и 2) и, используя по меньшей мере часть сжатого газа для подачи на второй мембранный осушитель для получения второго прошедшего газа и второго непрошедшего газа, в) разделяют второй непрошедший газ на первый газ рециркуляции для выходной стороны первого мембранного осушителя и второй газ рециркуляции для выходной стороны второго мембранного осушителя и г) восстанавливают первый непрошедший газ до практически сухого газа, содержащего менее чем примерно 150 ppm влаги и содержащего по меньшей мере 98% газа.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве газа берут природный газ, азот, воздух, углеводородный газ или их смесь.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что газ содержит водяной пар в количестве менее 1 об. %.
4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что первый непрошедший газ является сухим природным газом, содержащим менее чем примерно 150 ppm влаги.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что сухой природный газ содержит менее 50 ppm влаги.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что выбрасываемая из процесса часть газа равна количеству первого прошедшего газа, за исключением любого газа рециркуляции.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что заданную часть совместимого газа добавляют в подачу на второй мембранный осушитель в начальной стадии процесса.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что первый непрошедший газ содержит менее чем примерно 50 ppm влаги.
9. Способ по п.2, отличающийся тем, что природный газ до дегидратации содержит примерно 1000 ppm влаги, а после дегидратации содержит менее 50 ppm влаги.
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что мембранные осушители содержат гигроскопические волоконные мембраны.
11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что волоконные гигроскопические мембраны являются полимерами из группы, состоящей из полимеров полисульфона и полиэфирамида.