[發(fā)明專利]一種中間氣體吹掃二級(jí)流程

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 00110079.3
• 申請(qǐng)日: 2000-01-28
• 公開（公告）號(hào): CN1306878A
• 公開（公告）日: 2001-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王海;鄧麥村;李廷文;趙勇;李同義;徐徜徉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號(hào): B01D53/22
• 分類號(hào): B01D53/22
• 代理公司: 中國科學(xué)院沈陽專利事務(wù)所
• 代理人: 張晨

本發(fā)明涉及膜分離技術(shù)，特別提供了一種中間氣體吹掃二級(jí)流程。

流程設(shè)計(jì)、優(yōu)化方法和原則的研究，經(jīng)歷了理想分級(jí)理論，連續(xù)膜柱理論，逆流循環(huán)分級(jí)理論等一系列過程。目前隨著膜組件分離性能的提高，一些簡(jiǎn)單的多級(jí)流程正受到越來越多研究者的重視。由于過去的膜組件分離性能較低，因此為了達(dá)到較高的分離要求，在流程設(shè)計(jì)時(shí)，如何充分發(fā)揮膜組件的分離性能成為了一個(gè)重要的設(shè)計(jì)思想。但是，在流程設(shè)計(jì)中膜組件分離性能的充分體現(xiàn)往往是以犧牲滲透性能為代價(jià)的。如一個(gè)簡(jiǎn)單的二級(jí)流程(該流程往往被用于產(chǎn)品氣濃度要求較高的分離過程)，由于總的壓力差等于各級(jí)膜組件的壓力差之和，因此每一級(jí)膜組件的壓力差減小了，該級(jí)的滲透量也減小了，從而導(dǎo)致膜組件的滲透性能在該流程中得不到充分發(fā)揮。Prassad在1992年USPat5,102,432中提出了一個(gè)用空氣制備極高純度氮?dú)獾娜?jí)流程。在該流程中，通過調(diào)整三級(jí)膜組件的膜面積分配，氮?dú)鉂舛瓤蛇_(dá)到99％～99.999％。該流程通過增加壓縮機(jī)或壓縮機(jī)功耗來降低所需膜組件數(shù)量。Prassad還在1993年USPat5,185,014中提出了一個(gè)用空氣制備富氧氣的二級(jí)流程，在該流程中，部分或全部原料空氣由第二級(jí)滲透?jìng)?cè)進(jìn)入，第二級(jí)滲透氣被引入第一級(jí)高壓側(cè)，產(chǎn)品氣為第一級(jí)滲透氣。由于第二級(jí)滲透氣的氧濃度大于空氣中的氧濃度，因此用第二級(jí)滲透氣作為第一級(jí)的原料氣可以提高產(chǎn)品氣濃度。Xu在1993年USPat5,282,969中提出了一個(gè)二級(jí)氣體膜分離流程，該流程用于原料氣中快氣濃度較低時(shí)，快氣提濃過程，富氧過程是其中的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。該流程是利用第二級(jí)滲透?jìng)?cè)低濃度氣體吹掃第一級(jí)滲透測(cè)，以降低第一級(jí)滲透?jìng)?cè)濃度，提高膜兩側(cè)快氣的傳質(zhì)推動(dòng)力，從而達(dá)到增加第一級(jí)快氣滲透量的目的。Xu還在1994年USPat5,306,427中提出了一個(gè)三級(jí)氣體膜分離流程，該流程用于原料氣中快氣濃度較低時(shí)，快氣提濃過程，富氧過程是其中的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。該流程在流程中增加了一個(gè)慢氣富集段，即提餾段，將非滲透氣中的慢氣濃度進(jìn)一步提純。通過該流程可以使慢氣、快氣在分離過程得到同時(shí)富集。目前，隨著膜分離技術(shù)的發(fā)展，膜組件的分離性能有了很大的提高，在流程設(shè)計(jì)中，如何充分發(fā)揮膜組件的滲透性能已經(jīng)成為重要的研究課題，有關(guān)這方面的研究報(bào)道還很少。充分發(fā)揮膜組件的滲透性能，在最經(jīng)濟(jì)的條件下實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，對(duì)工程設(shè)計(jì)具有重要的實(shí)際意義。

本發(fā)明的目的在于提供一種中間氣體吹掃二級(jí)流程，其在完成相同的設(shè)計(jì)要求時(shí)，所需的膜組件數(shù)量少于傳統(tǒng)流程，同時(shí)操作上也更具靈活性。

本發(fā)明提供了一種中間氣體吹掃二級(jí)流程，其特征在于：原料氣自一級(jí)膜組件的高壓端進(jìn)入，一級(jí)尾氣分兩路，一路進(jìn)入二級(jí)膜組件高壓側(cè)，一路進(jìn)入二級(jí)膜組件低壓側(cè)，二級(jí)膜組件的滲透氣進(jìn)入一級(jí)膜組件低壓側(cè)，產(chǎn)品氣為一級(jí)膜組件滲透氣。

本發(fā)明流程中高壓側(cè)與低壓側(cè)氣體流向可以是并流、逆流、錯(cuò)流。

本發(fā)明使部分一級(jí)膜組件尾氣進(jìn)入二級(jí)膜組件膜組件低壓側(cè)，降低了該側(cè)氣體的濃度，提高了膜兩側(cè)氣體的傳質(zhì)推動(dòng)力，增加了氣體通過膜的流量，即增加了產(chǎn)品氣流量。當(dāng)產(chǎn)品氣流量一定，該流程可以減少膜組件數(shù)量。

本發(fā)明特別適用于膜組件分離系數(shù)較高，產(chǎn)品氣為滲透氣的分離過程，如：合成氨馳放氣氫回收過程；膜法富氧過程等。

下面通過實(shí)施例詳述本發(fā)明。

附圖1為中間氣體吹掃二級(jí)流程。

附圖2為傳統(tǒng)合成氨馳放氣氫回收單級(jí)流程。

實(shí)施例

合成氨馳放氣氫回收過程流程設(shè)計(jì)如圖1所示，原料氣自一級(jí)膜組件的高壓端進(jìn)入，一級(jí)尾氣分兩路，一路進(jìn)入二級(jí)膜組件高壓側(cè)，一路進(jìn)入二級(jí)膜組件低壓側(cè)，二級(jí)膜組件的滲透氣進(jìn)入一級(jí)膜組件低壓側(cè)，產(chǎn)品氣為一級(jí)膜組件滲透氣，一級(jí)膜組件膜面積為10m²，二級(jí)膜組件膜面積為83m²；所用膜組件氫滲透系數(shù)5.0×10^-5cm³(STP)/cm²?s?cmHg，分離系數(shù)50；采用原料氣氫濃度0.6，原料氣流量1000m³(STP)/hr，原料側(cè)壓力11MPa，滲透?jìng)?cè)壓力2MPa，所得最終產(chǎn)品氣氫收率0.85，產(chǎn)品氣氫濃度0.85。

比較例

流程如圖1所示的傳統(tǒng)合成氨馳放氣氫回收過程，所用膜組件同實(shí)施例，即膜組件氫滲透系數(shù)5.0×10^-5cm³(STP)/cm²?s?cmHg，分離系數(shù)50；采用同樣的原料氣和操作參數(shù)，即原料氣氫濃度0.6，原料氣流量1000m³(STP)/hr，原料側(cè)壓力11MPa，滲透?jìng)?cè)壓力2MPa，當(dāng)最終產(chǎn)品同樣與實(shí)施例相同時(shí)，即產(chǎn)品氣氫收率0.85，產(chǎn)品氣氫濃度0.85；所需膜面積為155m²，比實(shí)施例所需總的膜面積高很多。