[發(fā)明專利]提高氣體分離效果的方法

無效

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• 申請日: 1987-04-10
• 公開（公告）號: CN1006600B
• 公開（公告）日: 1990-01-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 基肖爾·賈斯拉吉·多希
• 申請（專利權(quán)）人: 聯(lián)合碳化公司
• 主分類號: B01D53/04
• 分類號: B01D53/04;B01D53/22;C01B3/50;C01B3/56
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 李若娟

本發(fā)明涉及氣體分離方法。更詳細(xì)地說，本發(fā)明涉及在這樣的氣體分離操作中提高高純度產(chǎn)品的回收率。

使用能夠選擇地滲透氣體混合物中一種組分的可滲透膜已被認(rèn)為是提高氣體分離效果的方便的，可能是非常合乎需要的方法。使用上述膜時(shí)，在很大程度上取決于保持在膜兩側(cè)的壓差，當(dāng)膜兩側(cè)的壓差增大時(shí)，易滲透成分穿過膜的流量就隨之增加。然而，考慮到實(shí)際操作條件，例如膜本身強(qiáng)度，可使用于這種分離的壓縮費(fèi)用等等因素限制了這種壓差。由于上述因素，與使用一種可滲透膜相聯(lián)系的產(chǎn)品純度和產(chǎn)品回收只限于濃縮相對高質(zhì)量氣流。

由于在單級膜系統(tǒng)中的氣體分離操作不能達(dá)到工藝所要求的一般的產(chǎn)品純度，因而已推薦使用兩級可滲透膜系統(tǒng)，其中產(chǎn)品氣體的濃度是借助滲透氣體通過第一級滲透膜流向附加膜級來改進(jìn)的，以提高所需產(chǎn)品氣體純度。因而Null的美國專利4，264，338介紹了一種雙級膜系統(tǒng)，帶有一個(gè)級間壓縮機(jī)，但它表明即使這樣的系統(tǒng)也不能提高工藝要求的規(guī)定純度的產(chǎn)品。Null曾提出，在所謂的氣體分離級聯(lián)中使用附加膜級，將大大增加操作成本及增加壓縮機(jī)、膜和有關(guān)裝置的費(fèi)用。因此，在許多情況下，據(jù)Null說，為了達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)純度的產(chǎn)品，所需的費(fèi)用已超出經(jīng)濟(jì)上的可行性。結(jié)果，盡管滲透膜處理有公認(rèn)的方便和其他優(yōu)點(diǎn)，但滲透膜不能應(yīng)用于許多應(yīng)際工業(yè)用氣體分離操作中。

為了力圖克服滲透膜在實(shí)際應(yīng)用中所受的限制，Null曾提出一種三級膜系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中從串聯(lián)使用的兩個(gè)膜中的第二級膜出來的非滲透氣體，借助級間壓縮機(jī)在升高壓力下流向第三級或再循環(huán)膜。從這級回收的滲透氣體與第一級滲透氣體在其被在線的級間壓縮機(jī)再壓縮之前混合，而上述經(jīng)壓縮的氣體流向第二級膜。在這種方法中，第三級膜的非滲透氣體，即在升高壓力下可獲得的非滲透氣體與后續(xù)的原料氣混合物混合，以便循環(huán)到第一級膜。上述第一級膜的非滲透氣體是唯一從系統(tǒng)中排出的廢氣，而所需要的標(biāo)準(zhǔn)純度的產(chǎn)品氣體包括降低壓力時(shí)從第二級膜回收的滲透氣體。

應(yīng)用循環(huán)膜級的Null法，可以應(yīng)用在生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)純度氣體的實(shí)施例中，即純化氫或氦到大約95-97%，但在以前，利用滲透膜作氣體分離時(shí)從未在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中獲得這種效果。這可理解為，只有當(dāng)滲透壓力和其他因素達(dá)到可以使循環(huán)膜分離第二級膜的循環(huán)氣體混合物中所需的滲透部分的效果比在上述第一級膜自身完成的分離更有效時(shí)，循環(huán)膜在這方面才有使用的價(jià)值。為此目的，穿過循環(huán)膜需要更大的驅(qū)動(dòng)力。因此，正如在使用可滲透膜分離氣體的其他方法中一樣，必須考慮這個(gè)方法中的膜和壓縮成本的平衡。

盡管膜能方便地用于改進(jìn)低質(zhì)量的氣流，以及可利用Null的多級法有效地用于生產(chǎn)上述標(biāo)準(zhǔn)純度產(chǎn)品，但膜不能以合乎需要的高回收率有效地用于分離高純度產(chǎn)品。作為本發(fā)明的目的和如現(xiàn)有技術(shù)所知那樣，高純度產(chǎn)品典型地包括含有純度從大約98%至大約99.9摩爾%以上（在氫或氦提純時(shí)）的產(chǎn)品氣體。然而，Null的三級系統(tǒng)不適用于生產(chǎn)這種高純度氣體，并且根據(jù)上述評論，可使用附加膜達(dá)到高純度，但由于這種附加膜級成本過高，是不可行的。然而，在本工藝中，仍存在以合乎需要的回收率生產(chǎn)高純度產(chǎn)品氣體時(shí)方便可行地利用滲透膜氣體分離法分離的希望。

因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種利用方便的滲透膜來改進(jìn)氣體分離的方法。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種利用方便的滲透膜的氣體分離法，同時(shí)還能以合乎需要的回收率回收高純度產(chǎn)品氣體。

本發(fā)明將在下文詳細(xì)說明有關(guān)的這些或那些目的，在所附的權(quán)利要求中已特別指明本發(fā)明的新的特征。

本發(fā)明用一級或多級膜來分離大量的原料氣體，來自膜的滲透氣體通入壓變吸附（PSA）系統(tǒng)以分離和回收高純度產(chǎn)品氣體。將PSA排氣壓縮并與原料氣體混合，再通過上述膜。上述膜的非滲透氣體在上述高壓下排出。工藝過程也可有所改變，可以將上述非滲透氣體和/或上述PSA的排出氣流通入附加膜級，以提高回收率。在每個(gè)實(shí)施例中都從PSA系統(tǒng)回收高純度的產(chǎn)品氣體。

根據(jù)附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。

圖1????是一個(gè)示意圖，它示出本發(fā)明氣體分離方法的具體實(shí)施例，使用了組合滲透膜和一個(gè)壓變吸附系統(tǒng)。

圖2????是本發(fā)明的另一種具體實(shí)施例的示意圖，其中用于高純度氣體產(chǎn)品回收的是PSA系統(tǒng)與兩級滲透膜系統(tǒng)聯(lián)合使用。

圖3????是本發(fā)明的氣體分離方法的一個(gè)具體實(shí)施例示意圖，其中另一個(gè)兩級膜系統(tǒng)與一個(gè)PSA系統(tǒng)結(jié)合，從PSA系統(tǒng)以高回收率得到高純度產(chǎn)品氣體。