[發明專利]使用離子遷移膜共同制備氧氣、氫氣和氮氣的方法

在審

• 申請號: 201380064718.0
• 申請日: 2013-12-10
• 公開（公告）號: CN104854021A
• 公開（公告）日: 2015-08-19
• 發明（設計）人: B·S·格羅弗
• 申請（專利權）人: 喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司
• 主分類號: C01B13/02
• 分類號: C01B13/02;C01B21/04;C01B3/38;B01J19/24
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 林柏楠;劉金輝

相關申請的交叉引用

本申請要求于2012年12月13日遞交的美國申請No.13/713,646的權益，將其內容全部引入本文供參考。

背景

離子遷移膜(ITM)由離子性和混合導電的陶瓷氧化物組成，所述陶瓷氧化物能在1475-1650F的高溫下傳導氧離子。空氣被壓縮到約230psia，加熱到1650F，并加入ITM中。熱的氧氣滲透通過所述膜。滲透物壓力必須保持在低水平以提供在膜上的氧氣分壓驅動力。通常，回收50-80％的氧氣是可能的。

概述

本發明提供了一種使用離子遷移膜共同制備氧氣、氫氣和氮氣的方法。此方法包括在離子遷移膜中分離經壓縮的熱空氣料流，從而制得產物氧氣料流和熱的富含氮氣的料流；使用至少一部分的熱的富含氮氣的料流作為熱源用于重整烴料流，從而制得合成氣料流和熱的產物氮氣料流；并且將合成氣料流分離成產物氫氣料流和富含二氧化碳的料流。

在另一個實施方案中，此方法包括在離子遷移膜中分離經壓縮的熱空氣料流，從而制得熱的產物氧氣料流和富含氮氣的產物料流；使用至少一部分的熱的產物氧氣料流作為熱源用于重整烴料流，從而制得合成氣料流；并且將合成氣料流分離成產物氫氣料流和富含二氧化碳的料流。

在另一個實施方案中，此方法包括在第一離子遷移膜中分離至少一部分的經壓縮的熱空氣料流，從而制得產物氧氣料流和第一種熱的富含氮氣的料流；將至少一部分的經壓縮的熱空氣料流和第一烴料流引入第二離子遷移膜反應器中，從而制得第一合成氣料流和第二種熱的富含氮氣的料流，將第一種熱的富含氮氣的料流與第二種熱的富含氮氣的料流合并成產物氮氣料流；將第一合成氣料流和和第二烴料流引入合成氣重整器中，從而制得第二合成氣料流；并且將第二合成氣料流分離成產物氫氣料流和富含二氧化碳的料流。

在另一個實施方案中，此方法包括將第一烴料流和第一水蒸氣料流引入交換重整器中，從而制得第一合成氣料流，在第一離子遷移膜中分離至少一部分的經壓縮的熱空氣料流，從而制得產物氧氣料流和第一種熱的富含氮氣的料流；將至少一部分的經壓縮的熱空氣料流和第一合成氣料流引入第二離子遷移膜反應器中，從而制得第二合成氣料流和第二種熱的富含氮氣的料流，將第一種熱的富含氮氣的料流與第二種熱的富含氮氣的料流合并成產物氮氣料流；并且將第二合成氣料流分離成產物氫氣料流和富含二氧化碳的料流。

附圖簡述

圖1是本發明的一個實施方案的示意圖。

圖2是本發明的一個實施方案的示意圖。

圖3是本發明的一個實施方案的示意圖。

圖4是本發明的一個實施方案的示意圖。

優選實施方案的描述

本發明的示例性實施方案如下所述。對于本發明可以進行各種改變和采取其它形式，其具體實施方案已經如附圖中所示并且如下詳細說明。但是，應當理解的是，這些具體實施方案的描述并非意欲將本發明限制為具體公開的形式，而是覆蓋在所附權利要求定義的本發明主旨和范圍內的所有改變、等同形式和可替換形式。

當然可以理解的是，在任何實際實施方案的開發中，各種對于具體決定的措施必須實現開發者的具體目標，例如符合與體系相關和商業相關的規定，這將根據實施情況而不同。此外，應當理解的是，這種開發努力可能是復雜和耗時的，但是本領域技術人員能夠在本發明公開內容的基礎上實施。

為了降低對于氧氣的壓縮要求，提供了多階段膜體系。氧氣在連續降低的壓力下取出。

參見圖1，空氣料流101在壓縮器102中壓縮，從而制得壓縮料流103。壓縮料流103然后通過在換熱器104中與提純的氮氣料流115進行間接熱交換而被加熱，從而制得經壓縮的熱空氣料流105。熱空氣料流105可以具有800-1000℃的溫度。將熱空氣料流105引入離子遷移膜(ITM)106，其中形成氧氣產物料流107和熱的富含氮氣的料流108。氧氣產物料流107可以具有約0.5-2.0barA的壓力。氧氣產物料流107可以然后冷卻、壓縮和用于其它下游中(未顯示)。熱的富含氮氣的料流108可以具有約800-1000℃的溫度，并且根據在離子遷移膜106中回收的氧氣量，也可以具有存在的氧氣。