[發(fā)明專利]分離氣體的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280064892.0
• 申請(qǐng)日: 2012-11-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104023821A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J·巴斯特;M·溫格蘭克;I·W·維爾瑟恩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 贏創(chuàng)纖維有限公司
• 主分類號(hào): B01D53/22
• 分類號(hào): B01D53/22;B01D71/64;C01B23/00
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 宓霞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于將含氦氣的氣體混合物分離并制備高純度氦氣的特殊方法和特殊設(shè)備，尤其是氣體分離膜組件的連接。

背景技術(shù)

從氣體源獲得氦氣在能量方面是非常昂貴的方法并且迄今主要利用低溫蒸餾操作。

為了簡(jiǎn)化這種方法和至少作為能量密集性方法步驟例如低溫蒸餾的部分替代，已經(jīng)提出了膜技術(shù)的使用。例如，US?2005/0217479A1和其中引用的現(xiàn)有技術(shù)中提供了利用膜技術(shù)從氣流中純化氦氣的各種實(shí)例。然而，在所述方法中，僅能達(dá)到低純度的氦氣；此外，收率非常差。

公知的是，可以利用氣體分離膜，根據(jù)各氣體的不同的滲透性(＝物質(zhì)流量每單位時(shí)間，面積，壓差和層厚度)將氣體混合物分離。一般而言，為了制備此種氣體分離膜，將塑料加工以獲得中空纖維或平膜。所述膜的特征在于在膜表面處的非常薄的分離層，以致所述膜的滲透率(＝物質(zhì)流量每單位時(shí)間，面積和壓差)盡可能大。

除了新的膜材料之外，在現(xiàn)有技術(shù)中還研究了膜的各種不同的連接。一系列用于將氣體分離的單級(jí)或多級(jí)膜互連結(jié)構(gòu)是在文獻(xiàn)中已知的。舉例來(lái)說(shuō)，這里可以提及如下引用文獻(xiàn)：Baker，IndEngChemRes，Natural?Gas?Processing?with?Membranes，47(2008)；Bhide?MemSci，Hybrid?processes?for?the?removal?of?acid?gases?from?natural?gas，1998；Hhenar，MemSci?Application?of?Cardo-type?polyimide(PI)and?polyphenylene?oxide(PPO)hollow，2008；EP?0?603?798；EP?0?695?574；US?5,753,011；EP?1?634?946；EP?0?596?268；US?6,565,626B1；US?6,168,649?B1?和EP?0?799?634。所提及的方法具有缺點(diǎn)，即它們部分地包括多個(gè)再壓縮步驟，或僅能獲得高純度的滲透物氣體或僅能獲得高純度的滲余物氣體。對(duì)于同時(shí)獲得高純度的滲透物氣體和滲余物氣體，迄今仍沒(méi)有適合的膜方法。另外對(duì)于僅僅利用膜方法進(jìn)行氦氣純化，迄今仍沒(méi)有任何令人滿意的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

從這種現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的目的是提供用于分離和純化含氦氣的氣體混合物的方法和設(shè)備，其沒(méi)有或僅以降低的程度具有現(xiàn)有技術(shù)中的方法和設(shè)備的缺點(diǎn)。特別地，意于提供可以同時(shí)以高純度制備含氦氣的滲透物氣體以及滲余物氣體的方法和設(shè)備。在另一個(gè)特定目的中，這些方法和設(shè)備應(yīng)從投資成本和操作成本方面是有利的和/或容許實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)單的方法控制。

在下一個(gè)特定目的中，意于提供可以盡可能通用的用于純化氦氣的方法/設(shè)備。特別地，應(yīng)可以高效和有效地分離任何氣流，不管氦含量，不管氣流的組成和不管氣流中其它組分的含量如何。

本發(fā)明的另一個(gè)特別的目的是保持氦氣與粗氣流相比的損失盡可能低。

沒(méi)有明確提及的其它目的由隨后的權(quán)利要求書、說(shuō)明書、實(shí)施例和附圖的總體關(guān)聯(lián)得出。

現(xiàn)已令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，可以通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1的方法和根據(jù)權(quán)利要求2的設(shè)備或其從屬權(quán)利要求之一的方法或設(shè)備獲得滲透物(氦氣流)和滲余物的純料流，而不要求超過(guò)一個(gè)的壓縮機(jī)。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備同時(shí)允許以高純度獲得氦氣和滲余物料流。設(shè)備的投資成本低；它不要求額外的下游純化工藝。因此，可以用純的膜分離方法達(dá)到提出的目的。

本發(fā)明因此提供權(quán)利要求書中要求保護(hù)的以及下面的說(shuō)明書和實(shí)施例中更詳細(xì)闡明的設(shè)備和方法。

下面將詳細(xì)地描述本發(fā)明。首先，定義一些重要的術(shù)語(yǔ)。

由兩種個(gè)體氣體的滲透率的商得到用于分離的膜在這兩種氣體方面的“選擇性”，并因此指示所述膜能多好地在所述兩種組分方面分離氣體混合物。“滲透物”是指在所述膜、膜組件或膜分離步驟的低壓側(cè)上產(chǎn)生的總料流。

“滲透物氣體”是指在每種情況下在膜、膜組件處或在膜分離步驟中，在滲透物料流中與相應(yīng)的進(jìn)入料流中相比富含的一種或多種組分。

“滲余物”是指在膜、膜組件或膜分離步驟的高壓側(cè)上產(chǎn)生的并不穿過(guò)所述膜的總料流。

“滲余物氣體”是指在每種情況下在膜、膜組件處或在膜分離步驟中，在滲余物料流中與相應(yīng)的進(jìn)入料流中相比富含的一種或多種組分。