干燥、高纯氮生产方法和系统技术方案

空气被输到一个用于生产干燥，高纯度氮和／或氧的预净化器系统／空气分离系统的联合系统中，在薄膜干燥器中干燥，其最佳特征在于是逆流通道的。通过在薄膜干燥器的渗透侧使用了冲洗气体，加强了干燥，冲洗气体可以是吸附系统或低温空气分离系统的产品气或废气、干燥的原料空气或环境空气。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及到空气的低温分离，更确切地说，它涉及到供入低温空气分离系统空气的预处理。很多化学工艺过程，精炼厂，金属制造和其它工业上的应用都需要氮和氧，已经知道的通过空气分离低温蒸馏过程和各系统生产氮和/或氧的各种技术被广泛应用于用来从空气产生氮和/或氧，或者用于从高纯气体中清除氮气。在每个低温应用中，高凝固点杂质，在低温下将以另一种方式凝固与主要气体发生分离，它必须从压缩的原料气流中除去。这样的杂质一般是通过公知技术的致冷/吸附工艺结合将其去除。在空气分离操作中，这个预先清除任务可利用一个蓄冷器和冷端凝胶收集器结合，或者一个机械空气冷凝器/沸石分子筛吸收器结合。在以前的这种过程单元中，实际上所有的杂质当原料空气与低温废物进行热交换和产生气体流时被冷凝原料出空气。然而，不幸的是，蓄冷器单元的本身冲洗需要与空气供入量相关的大量冲洗气流。结果，这种清洁循环的空气之回收产生不希望有的限制。蓄冷器同样要求大的阀门，它必须周期性的打开和关闭，切换空气供应和废的冲洗气流通路。阀门经常位于低温系统的绝热冷箱部分内，使其维修困难，此外，为了有效地起作用，蓄冷器凝胶收集器的结合必须在低温下操作，并且这样在工厂启动期间要求有一个相当长的冷却时间。与回转热交换器和凝胶收集器结合对比，机械冷凝器/吸附物单-->元结合，实际上如美国专利4375367已经公开的，可以在几分钟内启动时间内提供一个清洁的、干燥的原料空气流，该机械冷却器将空气温度从压缩器后冷却器的大约80°F到大约115°F的温度减少到大约40°F。这在较高温度下饱和的空气通过冷凝失去了大部分携带水量，这样减少了输入到吸附单元水的浓度。典型的吸附操作是用一对压力容器来进行。一个床用作吸收目的，当另一个承担再生目的，这两个压力容积充满一种吸附剂物质例如钒土，沸石分子筛或者硅胶，它们清除剩余的水蒸汽，二氧化碳和/或其它来自供入空气流的杂质。吸附剂床通常在接近环境压力由一种无杂质气流还原，或者是低温废物或干燥空气的一部分，它们可以被加热而改善它的解吸能力。通过机械冷凝器的运行增加它们的吸附能力。减少注入水的浓度，显著地改善了吸附床的性能，并且运行中所需要的清洁流和能量减少了。由于需要避免在管道壁上结冰，机械冷凝器被限定到一个最小大约38°F产生露点。这种冷凝器同样必须附带通过水份分离器去清除从原料空气形成的凝结水，并且去保护吸附剂床不致于有过多水份。在这样的操作中，使用的机械冷凝器在投资和动力要求方面趋向于昂贵，尤其是对于小工厂。此外，一般认为这样的冷凝器要求昂贵的维修费。根据这些因素，在这个技术中，参考上文，要求有一个消除或者改变部件，特别是机械冷凝器和水份分离器功能的新方法和系统，以便更经济地提供清洁，干燥的空气给低温气体分离单元。一种有意义的研究考虑是使用薄膜系统，它可有选择地从原料空气中渗透水。一些众所周知的材料具有选择性渗水的能力，而空气或其它气体，构成渗透性低成分，被作为非渗透性气体回收。使用这种物质-->的一个薄膜系统将替代机械冷凝器的作用。众所周知这样的薄膜系统将相对的简单和容易去操作和维修。然而，当这样的薄膜系统正常运行时，从原料流中去除水份的需要大量有价值成品气体联合渗透。这样薄膜系统的运行与通过使用机械冷凝器达到的露点水平相比，效果少大约为10%到20%。其结果，这样的环境将减少整个过程可能达到的回收水平，增加过程的动力要求。并且，从经济的观点看一般是不吸引人的。尽管这样的因素阻止薄膜干燥系统以替代机械冷凝器或者所述蓄冷器和凝胶收集器结合，薄膜干燥系统新的用法，改善了整个方法和系统，减少了对目前使用的技术的要求，代表了一个理想的先进的技术。因此，本专利技术的一个目的是提供一个用于生产干燥氮和/氧制品的改进的方法和系统。本专利技术的另一个目的是提供一个改进的用于气体分离的并希望用薄膜系统从原料气体中除去水份的方法或系统。本专利技术的进一步目的是在整个使用一个低温空气分离以回收干燥氮气和/或氧气的方法和系统中提供一个能够达到提高干燥效率的薄膜干燥系统。记住这些和其它目的，本专利技术在下文中将详细进行叙述，它的新颖特性在附加的权利要求中将被特别的指出。一个薄膜干燥系统被用来结合于一个吸附单元-低温气体分离单元系统，从而达到所需求的生产干燥氮气和/或氧制品。这个薄膜干燥器最好以逆流方式运行和在它的低压渗透侧回流，自低温单元的废气被用来作为冲洗气体。因此，薄膜所要求的面积减少，要-->求的制成品的回收明显的提高。参照附图对本专利技术作详细叙述，其中图1是本专利技术的一个实施例的流程图，其中低温原料气体分离系统的废气被用作干燥供入低温系统气体的薄膜系统中的冲清气体;和图2是一个实施例流程图，其中冲洗气体在低温系统中从吸附床预净化器中分离出来，用作原料气体薄膜干燥系统的冲洗气体。本专利技术的目的在于既能从供入空气中分离出所要求的水份又能不减少整个过程和系统的回收量到不能接受的水平的条件下，通过一个原料空气干燥薄膜系统与一个下游低温吸附空气分离系统组合来完成的。这样的条件有利于组合的分离方法和系统，如使用特殊薄膜里成分清除水份的选择性，及薄膜束，在薄膜干燥的系统中以逆流情况下来设计。这使得在干燥运行期间，氮和/或氧以干燥的形式回收，且能使所述产品损失最小。在本专利技术的实施中，从低温空气分离系统来的废气在所述低温系统逆流地用作薄膜干燥器系统和吸附系统的冲洗气体。本专利技术由于干燥运行的要求，可得到一个干燥，高纯氦和/或氧制品流，而所要求的制品损失最少。本专利技术的所有过程和系统参照附图加以图解。涉及到用于在本专利技术的实践中所有低温系统进一步说明，并且为达到干燥供入空气的组合薄膜系统被提供在下面。在图1中，原料空气通过管道1到空气压缩机2，从这里湿的压缩空气通过管道3到薄膜材料干燥器系统4中。在所述薄膜系统4中，水选择性渗透和穿过薄膜材料通过管道5作为废气而从系统中被排出。原料空气从薄膜干燥器系统4中以干燥形式作为不渗透或者残留气体回收，通过管道6通到吸附系统7中，系统7在所述的供入空-->气通到低温空气分离系统之前被用于从干燥原料空气中清除杂质。吸附系统7，正如所示的，包括两个吸附材料床，即床8和9，一个床一般用于吸附目的，而另一个床用作再生。干燥、纯净的原料气体通过所述吸附器7从管道10到低温分离系统11，在这里，所要的干燥、高纯的成品气通过管道12而得到回收。一个干燥废气流从所述低温系统通过管道13排出。干燥废气流的一部分，如氧或氮通过管道14经过吸附系统7，即通过床8和9，作为床用干燥吸附清洁气而再生该床。一个吸附剂废气流通过管道15从吸附系统7排出，所述废气流包含吸附剂冲洗气体和它在再生期间从吸附剂床吸附的杂质。从低温空气分离系统11来的剩下的干燥废气部分，通过管道16低压下，被导入到薄膜干燥系统4用作所述薄膜系统渗透侧的干燥冲洗气体，所述干燥冲洗气体被用于促进清除薄膜表面渗透废气，并且同所述渗透气体一起，通过管5被排出。本专利技术的实施例示于图1，用于降低对传统的预纯低温空气分离工厂压缩空气流中的水和二氧化碳进行清除的冷凝器/吸附剂床结合体的一部分冷凝器的要求。冷凝器的这种降低要求是所希望的。如上面所指出的，因为它在投资和动力两者都是昂贵的。并且公知的是要求昂贵的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从空气中生产干燥、高纯度氮和／或氧的改进系统，包括：（ａ）一个能有选择地将存于湿原料空气中的水渗透出来的薄膜干燥系统；（ｂ）一个能有选择地将来自所述薄膜干燥系统的作为非渗透气体引出的干燥的原料空气中所含的二氧化碳、残存水分和 其它杂质吸附的预净化吸附系统；（ｃ）一个用于低温空气净化，并生产干燥、高纯度氮和／或氧产品气以及干燥废气的低温空气分离系统；（ｄ）用于将相对干燥的冲洗气体输出薄膜干燥系统的低压渗透侧，以更方便地从薄膜表面带走水蒸汽并维持将穿过薄膜的 原料空气中水蒸汽清除的驱动力以提高该处水的分离的管路装置，所述相对干燥冲洗气体包括低温空气分离系统和／或预净化吸附系统或环境空气的废气或产品气，从而在薄膜干燥器系统渗透侧的冲洗气流供应有利于以最小的原料空气损失清除水分。

【技术特征摘要】
US 1989-5-12 350,8481、一种用于从空气中生产干燥、高纯度氮和/或氧的改进系统，包括：(a)一个能有选择地将存于湿原料空气中的水渗透出来的薄膜干燥系统；(b)一个能有选择地将来自所述薄膜干燥系统的作为非渗透气体引出的干燥的原料空气中所含的二氧化碳、残存水分和其它杂质吸附的预净化吸附系统；(c)一个用于低温空气净化，并生产干燥、高纯度氮和/或氧产品气以及干燥废气的低温空气分离系统；(d)用于将相对干燥的冲洗气体输到薄膜干燥系统的低压渗透侧，以更方便地从薄膜表面带走水蒸汽并维持将穿过薄膜的原料空气中水蒸汽清除的驱动力以提高该处水的分离的管路装置，所述相对干燥冲洗气体包括低温空气分离系统和/或预净化吸附系统或环境空气的废气或产品气，从而在薄膜干燥器系统渗透侧的冲洗气流供应有利于以最小的原料空气损失清除水分。2、如权利要求1所述系统，其中所述薄膜干燥器系统包括适于使渗透气体通常逆流地平行于湿原料空气流方向的薄膜束。3、如权利要求1所述系统，其中所述薄膜干燥器的干燥冲洗气体包括有来自所述低温空分系统的废气。4、如权利要求3所述系统，还包括将一部分来自所述低温空分系统的废气作为冲洗气体输到所述预净化器吸附系统的导管装置。5、如权利要求1所述系统，还包括将所述低温空分系统的废气作为冲洗气体输到所述预净化器吸附系统的导管装置，来自所述预净化器吸附系统的废气组成薄膜干燥器系统的冲洗气体。6、如权利要求5所述装置，其中所述薄膜干燥器系统包括一个两级薄膜系统，所述预净化器吸附系统的废气被输到所述薄膜系统作为第一级的冲洗气体。7、如权利要求6所述系统，还包括将来自所述低温空分系统的废气或成品气及膨胀空气作为冲洗气体输到所述薄膜系统的第二级的导管装置。8、如权利要求5所述系统，其中所述薄膜干燥器系统包括适于使渗透气体逆流地平行于湿原料空气流方向流动的薄膜束。9、一个用于从空气中生产干燥、高纯度氮...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉维普拉萨德，奥斯卡维廉哈斯，丛海理，
申请(专利权)人：联合碳化工业气体技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]