CN111787992A - 膜接触器 - Google Patents

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Abstract

一种用于从进气流中分离组分的膜接触器，其包含壳体、用于接收在第一压力下的所述进气流的进气入口和用于接收在第二压力下的液流的液体入口，所述液体含有用于使所述气流的组分反应的吸收剂，和流逸气体出口。所述接触器还包括具有孔道之多个纤维，其在第一侧面上与从所述气体入口进入的所述进气接触，且在第二侧面上与从所述液体入口进入的液体接触，从而在所述孔道处产生气‑液界面。通过维持所述气流的第一压力高于所述液流来防止液体润湿所述孔道，且归因于高压，所述气流的一部分作为流逸气体鼓泡穿过所述液流。

Description

膜接触器
技术领域
本发明涉及气体分离，且确切地说，涉及一种用于将气体组分与输入进气分离的膜接触器系统和设备。
背景技术
在许多石化工艺中，产生在环境中释放为有危害或可以经济地转化成更有用或更有价值的产品的气体。一个实例为从天然气流中去除酸性气体(硫化氢(H2S)和二氧化碳(CO2))。胺吸收为用于气体处理工厂(在其它应用当中)中去除酸性气体的常见方法。吸收是基于所选择的胺与气体分子之间的化学反应。这些工艺虽然在气体脱硫中有效，但为能量密集的、昂贵的、具有较大占用面积，且归因于溢流和发泡而经历操作失败。因为膜提供较大的接触面积与体积的比并且不受卸荷、溢流和发泡影响，所以提出膜吸收工艺作为有吸引力的替代。尽管有这些优点，但由于膜孔中发生的逐渐润湿，膜接触器仍不被视为吸收的可靠替代品。当液体吸收剂部分地或完全地渗透膜的孔时发生润湿。润湿导致两个相(气相与液相)之间的传质阻力显著增加，这降低了膜的两侧上的吸收剂与酸性气体之间的反应速率。随时间推移，孔润湿通常导致膜性能的严重退化。根据一些研究，即使当膜边缘润湿(例如<2％)时，膜阻力可以是总传质阻力的多达60％。
到目前为止，尽管已提出各种膜接触器，但在所有膜接触器应用中已观察到不同程度的润湿。防止和/或减少润湿的推荐方法聚焦于膜表面改性、吸收剂-膜选择和控制膜形态。因为所提供的溶液被调适成特定液体组成和膜形态，所以这些方法会极大地限制用于膜接触器的潜在应用，且这些方法无法提供更通用的润湿溶液。已提出的另一技术为使用具有经设计以防止润湿的选择性顶层的复合膜。然而，添加致密/保护层可能会增加对传质的阻力，最终导致更高的操作压力需求。
因此，宜提供一种适用于多种应用的膜接触器，其有效性不会因为孔润湿而不利地降低。
发明内容
本发明的实施例提供一种将组分与进气流分离的膜接触器。所述膜接触器包含：壳体；进气入口端口，其耦接到所述壳体以用于接收在第一压力下的进气流；及所述壳体中的液体入口端口，其用于接收在第二压力下的液流，所述液体含有用于与所述气流的组分反应的吸收剂。所述膜接触器进一步包括多个膜纤维，所述膜纤维具有穿过所述纤维壁的孔道，所述多个纤维在第一侧面上与从所述气体入口进入的进气接触，且在第二侧面上与从所述液体入口进入的液体接触，从而在所述孔道处产生气-液界面；以及所述壳体中的流逸气体出口。通过维持所述气流的所述第一压力高于所述液流的所述压力来防止所述液体润湿所述孔道，且归因于高压，所述气流的一部分作为流逸气体鼓泡穿过所述液流。所述膜接触器还包括进气出口端口和液体出口端口。
在一些实施例中，所述接触器的所述壳体包括：主体，其含有所述多个膜纤维；第一接触器头部，其包括所述进气入口端口；以及第二接触器头部，其包括所述进气出口端口。所述液流中的所述吸收剂为基于胺的化合物，其选择性地与H2S和CO2反应。优选地，所述多个膜纤维包括不同直径的孔道，并且所述气体的所述第一压力维持在大部分鼓泡发生在具有相对较大直径孔道中的水平。
本发明的实施例还包括用于去除酸性气体的系统。所述系统包含膜接触器，其具有多个膜纤维，其中进气压力维持在液体吸收剂压力以上，从而允许流逸气体之一部分鼓泡穿过液体吸收剂；进气入口端口和出口端口，它们耦接到所述膜接触器以用于提供穿过所述膜接触器的进气流；液流入口端口和出口端口，它们耦接到所述膜接触器以用于提供穿过所述膜接触器的液体吸收剂流；第一控制阀，其用于控制所述接触器中的液体与流逸气体之间的界面以确保多个纤维保持浸没于所述液流中。第二控制阀，其用于控制所述进气出口端口处进气与夹带液体之间的界面以确保夹带液体的液位保持较低；以及用于从所述接触器中去除所述鼓泡的流逸气体的流逸气体出口。
在一些实施例中，所述系统包括：第一液位传感器，其经配置以测量所述接触器中的所述液体与所述流逸气体之间的界面且将指示界面液位的信号传递到所述第一液位传感器；以及第二液位传感器，其经配置以测量所述气体出口端口处所述进气与夹带液体之间的界面且将指示界面液位的信号传递到所述第二控制阀。
在一些实施方案中，所述系统进一步包含耦接到所述流逸气体出口的风机，所述风机适于对离开所述流逸气体出口的流逸气体加压且将所述加压的流逸气体重定向回到所述膜接触器的所述气体入口。在其它实施方案中，耦接到所述流逸气体出口的闪蒸罐适于分离液相和气相，其中从所述流逸气体出口离开的流逸气体与从所述闪蒸罐闪蒸的气体组合。替代地，将流逸气体传送到再生器，所述再生器包括通过施加热量将气体组分从胺中汽提的汽提器部分。可以将从所述流逸气体出口离开的流逸气体与从所述再生器的所述汽提器部分汽提的气体组分组合。
还提供一种将组分与进气流分离的方法的实施例。所述方法包括：将在第一压力下的进气流供应到具有含有孔道的多个膜纤维的膜接触器的第一侧；将在第二压力下的液体吸收剂流供应到所述膜接触器的第二侧；以及将所述进气流与所述液体吸收剂流在所述多个膜纤维的所述孔道处接触以选择性地将组分从所述进气流中去除而进入所述液流中。设定所述进气的所述第一压力高于所述液体吸收剂的所述第二压力，以防止所述孔道润湿，且由于进气压力升高，进气之一部分鼓泡穿过所述膜接触器中的液体吸收剂。
在一些实施例中，所述方法将来自所述膜接触器的流逸气体重定向回到所述进气流。所述液体吸收剂可以包括用于从进气流选择性地去除H2S和CO2的基于胺的组分。在一些实施方案中，控制所述膜接触器内的液位以维持所述多个膜纤维浸没在所述液体吸收剂流中。
可以通过结合附图讨论的本发明的某些实施例的附带描述理解这些和其它特征。
附图说明
图1为采用根据本发明的实施例的膜接触器的气体组分分离系统的示意图。
图2为展示根据本发明的实施例的膜接触器的进气侧与液体侧之间的孔道的示意图。
图3为根据本发明的膜接触器的实施例的横截面图。
图4为根据本发明的气体组分分离系统的另一实施例的示意图。
图5为根据本发明的气体组分分离系统的另一实施例的示意图。
图6为比较根据本发明的膜接触器和现有技术接触器随时间推移的膜接触器性能的曲线图。
具体实施方式
本文所公开的膜接触器设备和系统的实施例通过将气相进料压力维持在液体吸收剂压力以上解决了因润湿所造成的难题。通过精确地控制气相和液相压力，可以将润湿降到最小或可以部分地防止润湿。虽然升高的气体进料压力可能导致气体鼓泡穿过更大膜孔进入到液体吸收剂中，但发现可以适当地处置鼓泡，且润湿的减少或消除胜过鼓泡效应且改良总体工艺性能。
图1为采用根据本发明的实施例的膜接触器的用于去除酸性气体的实例系统的示意图。在系统100中，将包括待选择性地去除的组分(如酸性气体(例如H2S、CO2))的进气流105进料到膜接触器110。如下文更详细地描述，膜接触器包括由进气流105供应的气体侧和包括液相流体流的吸收剂液体侧。通过具有微观孔的膜纤维来分离膜接触器110中的气体侧和液体侧。在膜的孔内发生选择性传质，通过所述选择性传质将酸性气体从进气流中去除。
现在参考图2，其示意性地说明此选择性传质工艺。包括孔道202、204、206、208的膜200安置于进气210与吸收剂液体220之间。液体吸收剂220包括在孔道202、204、206、208的边缘在进气/液体界面与进气的酸性组分反应的一种或多种化合物。适合的化合物包括胺，如二乙醇胺(DEA)和甲基二乙醇胺(MDEA)。在图2中展示的说明中，膜材料为疏水性的，且将膜通道的进气侧上的压力(Pg)设定并维持在高于液相侧上的压力(PL)的水平，其结果是液体吸收剂仅接触孔的边缘且不前进到孔道中。以这种方式，以一定量的进气鼓泡穿过液体吸收剂为代价来防止孔润湿。对于酸性气体富集，Pg的典型值为约29psig，且对于尾气处理，Pg的典型值为约25psig。
孔道的直径可以在约0.02μm到约2μm的范围内。另外，孔道宽度在纤维束中不一定是均匀的，且在一些实施例中，优选地建构孔道直径变化为约0.02μm到约0.5μm的膜。举例来说，如图2中所说明，孔道204的直径大于孔道202、206和208的直径。如下文中进一步解释，孔道大小的变化提供设定气体侧压力的灵活性，以相对于其他孔促进一些(例如更大)孔中的鼓泡。举例来说，可以设定气体压力以使得在相对较宽的孔道中而不是在更窄的孔道中鼓泡的可能性较高。以此方式，通过了解膜中较大和较小孔道的相对数目，可以估计鼓泡(气体流逸)的量。
再次返回到图1，含有已经通过液体吸收剂将酸从其中去除的气体的「脱硫」气流从膜接触器的气体出口端口离开且流动到K-O-罐115，其进一步从气流收集夹带的液体。随着气相被脱硫，液体相应地富集于从气体吸附的酸性组分中。另外，根据本发明的实施例，归因于升高的气体侧压力，液流将往往含有大量鼓泡未吸收的进气(被称作流逸气体)。需要从液体吸收剂中去除气体，从而使得例如可以将流逸气体再循环回到膜接触器。此富集的液流从膜接触器的液体出口离开且流动到闪蒸罐120，所述闪蒸罐为去除液流中夹带的未溶解或未结合的气体(例如CH4、C2+和N2)的蒸气-液体分离器。将闪蒸罐的液相输出端导通到再生器125的再沸器部分。在再沸器中，施加约100℃到约160℃温度的热量以从液体吸收剂中蒸发掉酸性气体。所述工艺有效地去除(汽提)所去除的气体组分，如先前结合到液体吸收剂的H2S和CO2。在工艺阶段期间去除的一些流逸气体可以再循环回到进气供应。
如所提到，设计工艺流程以使得进气压力高于液体压力。耦接到膜接触器的液体出口的液体循环泵135可以用于通过控制旁路管线来控制流动速率和排出压力。在一些实施方案中，离心泵可以用作液体循环泵。如果进气压力(Pg)由于工艺(例如在硫回收的尾气中或在来自胺再生器的酸性气体中)的性质而非常低，则可以使用风机140来补偿气体和液体管道和容器中的任何压力损失，同时维持气体压力高于液体。所属领域的技术人员可以估计液体管线和气体管线的压力损失、高程效应等以确定合适的风机大小来确保膜接触器的所有部分中气体压力高于液体压力。
第一液位传感器(LT1)142为经配置以测量膜接触器110中的液位的液位传感器。LT1的液位还指示膜接触器中的液体与流逸气体之间的界面的液位。第一液位控制阀(LCV1)144经配置以控制液体吸收剂与流逸气体之间的界面以确保膜纤维的孔保持浸没在液体吸收剂中。第二液位传感器(LT2)152测量膜接触器头部中的液体的液位(图1中示出)，且因此测量接触器头部中的夹带的吸收剂与气体之间的界面的液位。第二液体控制阀(LCV2)154经配置以维持较低液位且将液体传送到液体循环泵135以将液体再循环回到接触器的液体入口。膜接触器头部中的压力处于进气压力下，且不需要泵来降低液位。
图3为根据本发明的膜接触器110的实施例的横截面图。如所展示，膜接触器大体上是圆柱形的并且沿着纵轴(L)是细长形的，但是此形状是示例性的并且接触器设计不限于此配置。第一接触器头部305安置于接触器的第一纵向端。第一接触器头部包括连接到进气供应的气体入口端口308。由第一接触器头部包围的内部空间处于进气压力下。通道从接触器头部305通向接触器壳体310的内部，在所述接触器壳体中布置有多个膜纤维315。在一些实施方案中，如所展示，纤维315沿接触器的纵轴定向。自接触器头部的通道可以通向纤维的内腔中。接触器壳体310包括液体入口端口320，液体吸收剂在压力下穿过所述液体入口端口流动到接触器中；以及在壳体的相对侧上的液体出口端口325。接触器壳体310还包括流逸气体出口330，其为归因于升高的气体压力而鼓泡穿过液体吸收剂的气体提供离开路径。第二接触器头部335安置于膜接触器的与第一接触器头部305相对的第二纵向端。第二接触器头部335包括气体出口端口340，进气流穿过所述气体出口端口离开膜接触器；以及用于在进气的流动中夹带的液体吸收剂的液体夹带排液管345。膜接触器还可以包括挡板(图3中未示出)以引发湍流且增强传质。
在操作中，气体通过气体入口端口308进入膜接触器、在膜纤维315内部行进且在气体出口端口340处离开。吸收剂从液体入口端口320进入膜接触器且在液体出口端口325离开。与进入膜纤维的内腔侧的气体相比，液体进入纤维的外侧。在膜纤维区段内，气体和吸收剂在膜纤维的孔中接触。通过选择性吸收剂将酸性气体从气体中选择性地去除。因为气相具有比液相更高的压力，所以少量进气可以穿过孔逸出。流逸气体迁移到膜接触器的上段。液位控制阀确保纤维浸没于液体中，且能够抽出流逸气体。
取决于分离系统的规格，可以用不同方式重新传送和再使用流逸气体。在图1的实施例中，将流逸气体与来自再生器125的汽提器区段的经汽提气体组合(图1中示出)。在图4中展示的分离系统400的替代性实施例中，分离系统被修改为包括耦接到膜接触器的流逸气体输出端口的风机405。风机迫使流逸气体穿过返回管线410到达进气输入端。此实施例尤其适合于酸性气体富集和尾气处理工艺，其中入口压力与出口压力之间的压力差不大，例如约1到约30psi。在某些实施例中，如果流逸气体组合物符合燃料气体质量需求，那么可以经由风机505将流逸气体传送到燃料气体系统510，如图5的经修改系统500中所展示。另外，对于酸性气体去除应用，可以将流逸气体与来自闪蒸罐120的闪蒸气体组合(在图1中)。
图6为比较根据本发明的膜接触器和现有技术接触器随时间推移的膜接触器性能的曲线图。如曲线图中所指示，根据本发明的膜接触器的效率最初较低，这是由于小部分的气体渗透膜纤维且不经历与吸收剂的化学反应。然而，随时间推移，现有技术接触器的效率因孔润湿而显著降低，从接近100％降低到50％。相比之下，归因于主动地防止润湿，本发明的膜接触器的性能仅稍微地下降，最终达到约80-85％的效率。
以下实例指示由于流逸速率不明显地影响膜接触器的有效性而可以有利地使用所述膜接触器的应用。
实例1：酸性气体富集(AGE)
变化中的实例酸性气体富集操作具有酸性气流，其具有以下组成(H2S:23％、CO275％、CH40.5％和H2O 1.5％)。操作的目标为使进气经历基于胺(MDEA)的酸性气体富集以便将H2S含量升高到至少40％以符合硫回收装置(SRU，sulfur recovery unit)的规格。针对各种流逸速率的富集速率展示于以下表1中。如所指示，包括MDEA和经典的管柱接触器的常规方法已经能够将H2S含量增加到52.6％。
表1
Figure BDA0002650771470000081
以上数据表明出于防止孔润湿的目的，至多5％的流逸仅将H2S富集减少约3％。此外，为了满足40％H2S富集的目标，流逸速率可以达到高达20％。因此，本发明的膜接触器尤其适合于H2S富集工艺，因为其对适度流逸速率相对不灵敏。对于富集工艺，从长期的优势来看，可以防止润湿，并且由此可以改良长期运行的接触器的性能，这显然胜过归因于气体流逸造成的代价。
实例2：尾气处理(TGT)
尾气处理为本发明的膜接触器特别适合的另一工艺。在例示性尾气处理中，将具有以下组成(H2S:70％、CO2 29.9％、以干基计1,000ppm有机杂质)的酸性气流输送到硫回收装置，其中获得99％的硫回收。使尾气经历氢化，且将H2S和共吸收的CO2再循环回到硫回收装置。用于从尾气中去除H2S的吸收剂可以共吸收CO2以确保恰当去除H2S。需要最少含量的H2S(相对于惰性(CO2+N2)约31％)以确保温度足够高来完全降解有机杂质(例如苯、甲苯等)并且防止催化转化器性能降低。表2展示在各种流逸速率下获得的H2S含量。
表2
Figure BDA0002650771470000091
以上表中的数据指示为了避免孔润湿的几个百分比的流逸提供足够的H2S回收。流逸可以达到高达12％且在正常空气(非O2富集空气)操作中，相对于惰性(CO2+N2)仍维持H2S含量高于31％H2S所需值。
上文已将本发明的膜接触器描述为应用于酸性气体去除(AGR)、酸性气体富集(AGE)和尾气处理工艺(TGT)。然而，膜接触器还可以用于其它应用，包括例如用贫油进行甲烷/氮分离和涉及用于本体酸性气体去除的物理溶剂的分离。另外，当膜接触器设计是模块化的时侯，可以每当合适时添加额外接触器以提供额外组分分离。举例来说，在硫回收装置发生故障的情况下，与正常相比，在尾气中将存在更多H2S和CO2。在此情况下，可以使用一个或多个额外接触器来处理尾气。
应当理解，本文公开的任何结构和功能细节不应被解释为限制系统和方法，而是作为代表性实施例和/或布置来提供，用于教导本领域技术人员实施本方法的一种或多种方式。
应进一步理解，贯穿几个附图，在附图中相同的数字表示相同的元件，并且对于所有实施例或布置不是需要所有的参考附图描述和说明的组分和/或步骤
本文中所使用的术语仅出于描述具体实施例的目的并且无意限制本发明。如本文所使用，除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式“一”和“所述”希望还包括复数形式。将进一步理解，术语“包括(comprise)”和/或“包括(comprising)”在用于本说明书中时指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组分的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组分和/或其群组的存在或添加。
这里使用的定向的术语仅出于约定和参考的目的，而不应被理解为限制。然而，应该认识到，这些术语可以参考观察者来使用。因此，没有暗示或推断任何限制。
而且，本文所使用的措词和术语是出于描述的目的并且不应被视为是限制性的。本文中使用“包括”、“包含”或“具有”、“含有”、“涉及”以及其变体意在涵盖其后列出的项目和其等效物以及额外项目。
虽然已参考示例性实施例描述本发明，但是所属领域的技术人员应理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以作出各种改变并且可以用等效物替代本发明的元件。另外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，所属领域的技术人员将理解许多修改来使特定器械、情形或材料适于本发明的教导内容。因此，希望本发明不限于作为进行本发明设想的最佳模式公开的特定实施例，但是本发明将包括属于所附权利要求书范围内的所有实施例。

Claims (15)

1.一种用于从进气流中分离组分的膜接触器，其包含：
壳体；
进气入口端口，其耦接到所述壳体以用于接收在第一压力下的所述进气流；
所述壳体中的液体入口端口，其用于接收在第二压力下的液流，所述液体含有用于与所述气流的组分反应的吸收剂；
具有孔道之多个膜纤维，所述多个纤维在第一侧面上与从所述气体入口进入的所述进气接触，且在第二侧面上与从所述液体入口进入的液体接触，从而在所述孔道处产生气-液界面；以及
所述壳体中的流逸气体出口；
其中通过维持所述气流的第一压力高于所述液流的压力来防止所述液体润湿所述孔道，且
其中归因于高压，所述气流的一部分作为流逸气体鼓泡穿过所述液流。
2.根据权利要求1所述的膜接触器，其进一步包含进气出口端口和液体出口端口。
3.根据权利要求2所述的膜接触器，其中所述接触器的所述壳体包括：主体，其含有所述多个膜纤维；第一接触器头部，其包括所述进气入口端口；以及第二接触器头部，其包括所述进气出口端口。
4.根据权利要求1所述的膜接触器，其中所述液流中的所述吸收剂为基于胺的化合物，其选择性地与H2S和CO2反应。
5.根据权利要求1所述的膜接触器，其中所述多个膜纤维包括不同直径的孔道，并且所述气体的所述第一压力维持在大部分鼓泡发生在具有相对较大直径孔道中的水平。
6.一种用于去除酸性气体的系统，其包含：
膜接触器，其具有多个膜纤维，其中进气压力维持在液体吸收剂压力以上，从而允许流逸气体之一部分鼓泡穿过所述液体吸收剂；
进气入口端口和出口端口，它们耦接到所述膜接触器以用于提供穿过所述膜接触器的进气流；
液流入口端口和出口端口，它们耦接到所述膜接触器以用于提供穿过所述膜接触器的液体吸收剂流；
第一控制阀，其用于控制所述接触器中的液体与流逸气体之间的界面以确保多个纤维保持浸没于所述液流中；
第二控制阀，其用于控制所述进气出口端口处进气与夹带液体之间的界面以确保夹带液体的液位保持较低；以及
用于从所述接触器中去除鼓泡的流逸气体的流逸气体出口。
7.根据权利要求6所述的系统，其进一步包含：
第一液位传感器，其经配置以测量所述接触器中的所述液体与所述流逸气体之间的界面且将指示界面液位的信号传递到所述第一液位传感器；以及
第二液位传感器，其经配置以测量所述气体出口端口处所述进气与夹带液体之间的界面且将指示界面液位的信号传递到所述第二控制阀。
8.根据权利要求6所述的系统，其进一步包含耦接到所述流逸气体出口的风机，所述风机适于对离开所述流逸气体出口的流逸气体加压且将所述加压的流逸气体重定向回到所述膜接触器的所述气体入口。
9.根据权利要求6所述的系统，其进一步包含耦接到所述流逸气体出口的闪蒸罐，所述闪蒸罐适于分离液相和气相，其中从所述流逸气体出口离开的流逸气体与从所述闪蒸罐闪蒸的气体组合。
10.根据权利要求6所述的系统，其进一步包含再生器，所述再生器包括汽提器部分，所述汽提器部分适于接收包括结合到分离的进气组分的胺的液体吸收剂且通过施加热量将所述气体组分从胺中汽提。
11.根据权利要求10所述的系统，其中从所述流逸气体出口离开的流逸气体与从所述再生器的所述汽提器部分汽提的气体组分组合。
12.一种将组分与进气流分离的方法，其包含：
将在第一压力下的所述进气流供应到具有含有孔道的多个膜纤维的膜接触器的第一侧；
将在第二压力下的液体吸收剂流供应到所述膜接触器的第二侧；以及
将所述进气流与所述液体吸收剂流在所述多个膜纤维的所述孔道处接触以选择性地将组分从所述进气流中去除而进入所述液流中；
其中所述进气的所述第一压力高于所述液体吸收剂的所述第二压力，以防止所述孔道润湿，且
其中由于进气压力升高，进气之一部分鼓泡穿过所述膜接触器中的液体吸收剂。
13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包含将来自所述膜接触器的流逸气体重定向回到所述进气流。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述液体吸收剂包括基于胺的组分，其用于从所述进气流选择性地去除H2S和CO2。
15.根据权利要求12所述的方法，控制所述膜接触器内的液位以维持所述多个膜纤维浸没在所述液体吸收剂流中。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2369748Y (zh) * 1999-04-26 2000-03-22 浙江大学膜分离工程联合公司 膜式混合气体组份脱除器
US6165253A (en) * 1994-05-23 2000-12-26 New Jersey Institute Of Technology Apparatus for removal of volatile organic compounds from gaseous mixtures
CN102228772A (zh) * 2011-07-11 2011-11-02 中国石油化工集团公司 一种胺溶液膜吸收法捕集烟气中二氧化碳的工艺方法
US20160206993A1 (en) * 2015-01-21 2016-07-21 Liyuan DENG Closed cycle continuous membrane ionic liquids absorption/desorption process for co2 capture
CN105960271A (zh) * 2014-02-12 2016-09-21 亨茨曼国际有限公司 提取光气的方法
CN106999854A (zh) * 2014-12-08 2017-08-01 柏林工业大学 用于气‑液接触器的流体分布装置、气‑液接触器和将气体加入液体中的方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020014154A1 (en) * 1996-09-27 2002-02-07 Richard Witzko Separation of gaseous components from a gas stream with a liquid absorbent
US8058058B2 (en) 2008-05-19 2011-11-15 Coskata, Inc. Submerged membrane supported bioreactor for conversion of syngas components to liquid products
US20120247327A1 (en) * 2010-09-27 2012-10-04 Conocophillips Company Hollow-fiber membrane contactors
BR112013023461B1 (pt) 2011-03-16 2020-12-15 Aker Process Systems As Método e sistema para purificação de uma corrente de gás pressurizado
US9227889B2 (en) * 2013-04-15 2016-01-05 Gas Technology Institute Sweetening of natural gas

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6165253A (en) * 1994-05-23 2000-12-26 New Jersey Institute Of Technology Apparatus for removal of volatile organic compounds from gaseous mixtures
CN2369748Y (zh) * 1999-04-26 2000-03-22 浙江大学膜分离工程联合公司 膜式混合气体组份脱除器
CN102228772A (zh) * 2011-07-11 2011-11-02 中国石油化工集团公司 一种胺溶液膜吸收法捕集烟气中二氧化碳的工艺方法
CN105960271A (zh) * 2014-02-12 2016-09-21 亨茨曼国际有限公司 提取光气的方法
CN106999854A (zh) * 2014-12-08 2017-08-01 柏林工业大学 用于气‑液接触器的流体分布装置、气‑液接触器和将气体加入液体中的方法
US20160206993A1 (en) * 2015-01-21 2016-07-21 Liyuan DENG Closed cycle continuous membrane ionic liquids absorption/desorption process for co2 capture

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