使用喷射器驱动气体再循环的基于膜的气体分离方法技术

本文中公开了一种利用喷射器再循环的气体分离方法，所述喷射器再循环具有与第二分离步骤组合的膜分离步骤。所述第二分离步骤可以是第二膜分离步骤，或者可以涉及不同类型的分离方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】 专利
本专利技术涉及基于膜的气体分离。特别是，本专利技术涉及使用两个或更多个分离步骤 的分离方法，所述分离步骤包括至少一个膜分离步骤，其中所述步骤在回路（loop)中操 作，并且使用喷射器来驱动在所述回路之内的气体的再循环。本专利技术的方法使用膜分离来 获得高回收率和高纯度产物，而不需要使用很多压缩动力。 专利技术背景 在各种工业中膜分离被使用，例如，用来从气体混合物去除杂质，或者用来回收有 价值的组分。简单的、一步膜方法对于达到批量分离是有用的，但是当高水平的去除和回收 被期望时是不太有用的。在这样的情况下，通常需要多种类似的或不类似的分离步骤，并且 这样的组合为气体分离工业所熟悉。例如，美国专利No. 5, 089, 033和No. 5, 199, 962描述 冷凝和膜分离的组合。美国专利No. 4, 654, 047和No. 6, 161，397描述使用低温和非低温的 分离步骤的混合式方法。美国专利No. 4, 772, 295描述使用吸收连同膜分离的方法。美国 专利No. 4, 863, 492和No. 6, 183, 628公开用于将变压吸附（PSA)与膜分离组合的方法，并 且若干专利，包括美国专利No. 6, 572, 679和No. 6, 630, 011，描述多步骤和多阶段膜分离方 法。在混合式方法中，所述膜步骤或系统可以在所述非膜步骤或系统之前，或者反之亦然。 在这样的方法中，已知使来自第二分离步骤的非产物料流返回至第一步骤的入 口，以创建工艺流程回路，由此增加产物回收率。当气体通过各种单元操作时气体压力的 一些损失是不可避免的，所以再循环气体在其能够再进入第一分离步骤之前不得不被再压 缩。这要求工艺流程回路中包括再循环压缩机，或者，如果到第一分离步骤的供料入口的上 游有供料压缩机，这要求使再循环气体再次通过所述供料压缩机。两者中的任何一种方法 都消耗能量，从而降低总体过程的效率。如果需要再循环压缩机，这增加方法的资金成本和 操作复杂性。 因而，依然存在对于更节能和简易的气体分离方法的需要。
技术实现思路
本专利技术涉及混合式气体分离方法，其中分离步骤中的至少一个是膜分离方法，并 且其中气体混合物由两种或更多种气体组分组成。（术语"气体组分"在本文中被用来指单 独的气体组分或者相关气体组分的组。）本专利技术利用两个分离步骤：膜分离步骤和"其他组 分去除"步骤。在所述膜分离步骤中，使气体混合物经过半可渗透膜。所述膜的背（渗透） 侧被保持处于远低于供料侧的压力；因此，气体混合物的一部分透过膜。 膜面积被这样选择，以至于只有部分供料气体透过膜。这部分被称作"级分（Stage cut) "，并且所述透过膜的料流被称作"渗透物料流"。所述渗透物料流是富更容易渗透该膜 的一种或多种组分（一种或多种"快"组分）的。没有透过膜的料流保持处于压力并且被 称作"残余物料流"。所述残余物料流是贫所述一种或多种快组分而富其他一种或多种组分 (一种或多种"慢"组分）的。 在上面描述的膜分离步骤中，将快组分从气体料流部分地去除。在本申请的主题 混合式方法中，所述"其他组分去除步骤"可以是使用不同类型的膜的膜步骤或者另一种类 型的分离方法，例如部分冷凝、吸收或变压吸附（PSA)。然而，其他组分分离步骤必须展现所 有以下特性： ?所述步骤必须使气体混合物贫这样的组分，在来自膜分离步骤的残余物中是富 所述组分的（即，慢组分）。这可以通过选择这样的膜材料来完成，所述膜材料选择性地使 在所述其他组分去除步骤中未被去除的组分渗透，或者通过选择用于去除来自膜去除步骤 的慢渗透组分的所述其他组分去除步骤来完成。 ?所述步骤必须构成使残余物气体实质上处于供料压力下的流经步骤。通过"实 质上处于供料压力"，我们意指通过分离步骤的压力下降仅仅是由于气体的流动导致的摩 擦损失的结果。如果供料气体流量减少，摩擦压力损失也减少。 ?其一定是分压驱动方法，即，从混合物去除的组分的量取决于该组分在气体中的 分压，并且，因为这样，所述方法不能从气体去除所有慢组分。 由分压驱动的流经方法的实施例是部分冷凝，其中使供料气体通过冷却器并且随 后通过相分离器。在这种情况下，所述慢组分将被优先冷凝并且将在相分离器中从气体料 流被去除。如果慢组分的分压比快组分的分压更高，更多气体被冷凝。 由分压驱动的流经方法的另一个实施例是吸收，其中气体被通至气相连续接触 器，所述气相连续接触器被用优先吸收慢组分（来自第一膜分离步骤）的吸收剂气体供料。 在这种情况下，离开接触器的气体实质上处于供料压力（除了摩擦压力损失）并且是贫慢 组分的。如果慢组分的分压比快组分的分压更高，更多的气体被吸收。 由分压驱动的流经方法的再另一个实施例是变压吸附（PSA)。在PSA中，使气体经 过吸附床，并且一个组分优先被吸附。离开吸附床的气体料流实质上处于供料压力（除了 摩擦压力损失）并且是贫慢组分的。如果慢组分的分压比快组分的分压更高，更多气体被 吸附。通过降压，被吸附的气体从吸附床周期性地被去除。 由分压驱动的另一个示例性流经方法是第二膜分离步骤，其中包括第二膜的材料 有与第一膜相反的选择性。在这种情况下，离开膜的残余物料流实质上处于供料压力（除 了摩擦压力损失）并且是贫慢组分（来自第一膜步骤）的。如果慢组分的分压比快组分的 分压更高，更多气体被去除。 不展现全部这些特性的分离步骤的实施例会是冷却料流以实现部分冷凝的膨胀 祸轮（expansion turbine)。在这种情况下，残余物气体不是处于实质上供料压力的。另一 个实施例会是完全冷凝加蒸馏。在这种情况下，没有气体的流经。 具体地，本专利技术是用于将气体混合物分离成两种或更多种气体组分的方法。所述 方法将至少两个单独的分离步骤组合，其中至少一个是膜分离步骤，所述膜分离步骤相对 于第二气体组分对第一气体组分是选择性的，并且另一个分离步骤相对于第一气体组分对 第二气体组分是选择性的。在工艺流程回路中，来自第二步骤的非产物气体被再循环至第 一分离步骤的入口。所述方法其特征是，使用喷射器来再循环非产物气体并且驱动在回路 中的气体流动。 喷射器（也被称作注射器或引射器）是使用缩放（converging-diverging)喷嘴 的文丘里效应（Venturi effect)来将动力气体的压力能的一些转化成速度能的仪器，所述 仪器创建吸进和夹带吸入气体的低压区。喷射器不具有移动部件并且因此不需要机械驱 动。 图5是典型的喷射器500的图，所述喷射器500由动力气体入口喷嘴501和缩放 出口喷嘴502组成。动力气体503-典型地，空气、料流或任何处于高压的其他气体-在入 口 501处提供动力。动力气体503与吸入气体504混合。在通过喷射器的喉部（throat) 后，混合气体的速度被降低，造成通过将速度能转化回压力能来再压缩混合气体。 文丘里效应-伯努利定理（Bernoulli's principle)的特定情况-应用到这种仪 器的操作。在缩放（convergent-divergent)喷嘴502的喉部（所述缩放喷嘴502在这个 点创建低压），在高压下的气体被转化成高速度喷射气（jet)。低压力将吸入气体504吸进 到缩放喷嘴502中，在所述缩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将气体混合物分离成两种或更多种气体组分的方法，所述方法包括：(a)提供喷射器，所述喷射器包括动力气体入口、吸入气体入口和混合气体出口；(b)将包括气体混合物的动力气体通至所述动力气体入口，所述气体混合物至少包括第一气体组分和不同于所述第一气体组分的第二气体组分；(c)将吸入气体通至所述吸入气体入口；(d)从所述混合气体出口抽出包括所述动力气体和所述吸入气体的混合气体；(e)提供膜，所述膜具有供料侧和渗透侧，其中所述膜相对于所述第二气体组分对所述第一气体组分是选择性的；(f)使所述混合气体通过所述供料侧；(g)从所述渗透侧抽出渗透物料流，所述渗透物料流相对于所述混合气体是富所述第一气体组分的；(h)从所述供料侧抽出残余物料流，所述残余物料流相对于所述混合气体是贫所述第一气体组分的；(i)将所述残余物料流通至第二分离单元以执行第二分离步骤；(j)从所述第二分离单元抽出非产物料流，所述非产物料流相对于所述残余物料流是贫所述第二气体组分的；以及(k)将至少部分所述非产物料流作为所述吸入气体通回至所述喷射器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·P·怀恩，林海青，周美娟，J·莱，A·塞尔巴内斯库马汀，
申请(专利权)人：膜技术研究股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US