[其他]提高氣體分離效果的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 87103695
• 申請日: 1987-04-10
• 公開（公告）號: CN87103695A
• 公開（公告）日: 1987-11-18
• 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: B01D53/22
• 分類號: B01D53/22;B01D53/02;C01B3/50
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 李若娟

本發(fā)明涉及氣體分離法。更詳細(xì)地說，本發(fā)明涉及在上述氣體分離操作中增加高純度產(chǎn)品的回收。

使用能夠選擇地滲透氣體混合物中一種成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手段。使用上述薄膜很大程度上取決于保持在薄膜相反兩側(cè)的壓差，當(dāng)膜兩邊的壓力差增大時(shí)，穿過膜的易滲透成分的流過就隨之增加。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力成本等等因素限制了這種壓差。由于上述因素，與使用一種滲透膜相聯(lián)系的產(chǎn)品純度和產(chǎn)品回收限于濃縮相對高質(zhì)量氣流。

由于在單級膜系統(tǒng)中的氣體分離工藝不能達(dá)到工藝所要求規(guī)定的產(chǎn)品純度，因而已推薦使用兩級滲透膜系統(tǒng)，其中成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，以提高所需氣體產(chǎn)品純度。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)也不能提供工藝要求的規(guī)定純度的產(chǎn)品。Null曾提出，在所謂的氣體分離柵中使用附加膜級，將大大增加工藝成本及增加壓縮機(jī)、膜和有關(guān)裝置的費(fèi)用。因此，在許多情況下，據(jù)Null說，達(dá)到規(guī)定純度產(chǎn)品所需的成本超出經(jīng)濟(jì)可能性的程度。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)用于許多實(shí)際工業(yè)用氣體分離工藝中。

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)中從連續(xù)使用的兩個(gè)膜中的第二個(gè)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原料氣體混合物的添加量混合，以再循環(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，而需要的規(guī)定純度成品氣體是在降低壓力情況下從第二級膜回收的滲透氣體。

應(yīng)用再循環(huán)膜級的Null法可以應(yīng)用在生產(chǎn)規(guī)定純度氣體的實(shí)施例中，即純化氫或氦到大約95～97%，但利用滲透膜作氣體分離以前從未在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中使用過。這可被理解為，使用再循環(huán)膜，只有當(dāng)滲透壓力和其他因素達(dá)到使再循環(huán)膜分離第二級膜的再循環(huán)氣體混合物所需滲透部分比在上述第一級膜自身完成的分離更有效時(shí)，再循環(huán)膜在這方面才是有用的。為此目的，穿過再循環(huán)膜需要更大的驅(qū)動力。這樣，必須考慮膜和壓縮成本的平衡，正如在使用可滲透膜分離氣體的其他方法中那樣。

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)上述規(guī)定純度產(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%（在氫或氦提純時(shí)）的成品氣體。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，在工藝中，仍有在以合乎需要的回收值生產(chǎn)高純度成品氣體時(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)氣體分離工藝的方法。

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值回收高純度成品氣體。

本發(fā)明在下文詳細(xì)說明有關(guān)的這些或那些目的，其新特征在從屬權(quán)利要求中已特別指出。

本發(fā)明使用一種用于大量起始?xì)怏w分離的滲透膜或膜級，滲透氣體從那里流向壓力振動吸附（PSA）系統(tǒng)以分離和回收高純度成品氣體。將PSA的廢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分離。工藝也可有所改變，上述非滲透氣體和/或上述PSA的廢氣流可以流到附加膜級上，以達(dá)到提高回收率的目的。在每個(gè)例子中從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)明氣體分離工藝的具體實(shí)施例，使用了組合滲透膜和一個(gè)壓力振動吸附系統(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成品回收即PSA系統(tǒng)與兩級滲透膜系統(tǒng)聯(lián)合使用。

圖3是一個(gè)本發(fā)明的氣體分離工藝的具體實(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)以高回收值得到高純度成品氣體。