多级分离和回收气体的方法技术

通过薄膜分离器（１２，１６）对供入分离器中的气体和／或气体蒸气混合物（１１）中的气体进行分离和／或回收的方法，在薄膜分离器（１２，１６）中，将上述的混合物（１１）分离成一种富含气体的透过物（１４，１８）和一种贫乏气体的滞留物（１３，１７）。设置第一薄膜分离器（ｂ）（１２）和其后面的第二薄膜分离器（ａ）（１６），将来自第一薄膜分离器（ｂ）１２）的滞留物（１３）供入第二薄膜分离器（ａ）（１６）（从其入口端供入），上述的第一薄膜分离器（ｂ）（１２）具有一种选择待分离的气体和／或气体蒸气混合物（１１）中的高级烃的薄膜（１５），而第二薄膜分离器（ａ）（１６）则具有一种选择分子直径小的气体的薄膜。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及采用薄分离器来分离和/或回收供入该分离器中的气体和/或气体蒸气混合物中的气体的方法，上述的气体和/或气体蒸气混合物在薄膜分离器中被分离成富含气体/蒸气的透过物和贫乏气体/蒸气的滞留物。上述的薄膜分离器可使用不同类型的薄膜，常用的一种上述的薄膜是用玻璃质聚合物制成的，它对于分子运动直径小的气体(如H2,He等)具有高的可透过性，而另一种可用的上述薄膜是用橡胶型聚合物制成的，它对于可浓缩的气体/有机蒸气如C2和高级烃有高的可透过性。如果要求对所需的组分进一步净化，可将PSA(加压循环式吸附器)或低温装置与上述的薄膜分离器结合使用。迄今，经济地处理例如石油工业以及石化工业中产生的气体混合物乃是一个尚未满意解决的问题。采用薄膜分离技术特别是在薄膜分离器与加压循环式吸附器相结合的系统中分离或回收高纯度(＞99％)气体的方法基本上是众所周知的。在要求高产品纯度的场合下仅用薄膜分离的方法是不经济的，因为透过气流的多级再循环要为再次增压花费过多的能量和过高的成本。上述的薄膜分离器与加压循环式吸附器相结合的系统只是在从气体/蒸气混合物中分离的所需气体(例如H2)的原始浓度高于40摩尔％，并且具有高的供气压力的情况下才可经济地运行。由于在薄膜分离器中原有为此目的采用的玻璃质聚合物薄膜必须(作为先决条件)具有尽可能高的选择性(尽管流量低)，故必需将分离器入口处的压力尽可能的调高(例如40～130巴)，以便能利用上述薄膜的选择性。在分离器后面的加压循环式吸附器在已知的结构中同样是在较高的吸附压力(最好等于和大于40巴)下工作的。加压的成本是很高的，所以，整个分离过程只有在待分离的混合物已处于高压状态时才能经济地进行。在例如美国专利No.4398926和4690695中已公开过上述类型的方法。欧洲专利EP-A-0684066也公开过从高压供气流中回收H2或He的方法，在上述气流中，入口处H2或He的浓度可能低于30Vol％，并夹有高级烃等杂质。在这种条件下，薄膜分离器的透过物在经过再次加压后供入加压循环式吸附器(在该吸附器中集富轻质组分例如H2至98％以上)之前，所含的氢浓度可升高到40％。只有通过排出小股透过物，以减少产量为代价才能控制再增压的能量消耗。因此，本专利技术的目的是提供这样一种方法按照此方法可以在低的能量需求的条件下，只用适中的压力便可同时分离或回收具有小分子运动直径的高纯气体和高浓度型的浓缩气体/蒸气。因此，有可能分离富集组分含量低的待分离的气体和/或气体蒸气混合物。按照本专利技术，采用下述方法来达到上述目的用至少一个具有可选择C2和高级烃的亲有机薄膜的薄膜分离器，该分离器与至少一个具有可选择分子运动直径小的气体的玻璃质薄膜并从其入口端供入来自上述亲有机物质薄膜分离器的滞留物的玻璃质薄膜分离器结合使用。本专利技术方法的优点主要在于，可以根据需要从气体和/或气体蒸气混合物中同时地经济地分离和/或回收分子运动直径小的气体(如氢或氦)和可浓缩的气体/蒸气(如C2和高级烃)。从生态学的观点来说，本专利技术方法的有利特征还在于，其所需能量可以比现有方法明显减少，因为本专利技术方法可以在较适中的压力下实施。本专利技术方法也可有利地应用于分离混合物中仅含有低的甚至很低的克分子浓度的待分离气体/蒸气。在实施本专利技术的方法中，亲有机物质薄膜分离器中的亲有机物质薄膜最好用例如硅橡胶制成的弹性体或者橡胶型聚合物来制造，所述的硅橡胶最好是聚甲醛硅氧烷(POMS)或聚二甲基硅氧烷(PDMS)。因此，第一薄膜分离器(b)的薄膜是可让气体或蒸气例如C2和高级烃选择性通过的亲有机物质薄膜。在所述的最佳实施例的方法中，玻璃质薄膜分离器的薄膜是一种称之为玻璃型的由例如聚酰胺-亚胺或芳香族聚酰亚胺制成的薄膜，这些薄膜可选择分子运动直径小的气体例如氢或氦。为了使待分离的供入亲有机物质薄膜分离器的气体和/或气体蒸气混合物的分离具有足够的压力能量(压力资源)，并使所产生的透过物具有足够的压力能量，待分离的原始气体和/或气体蒸气混合物在亲有机物质薄膜分离器入口处的压力应为1～30巴，最好为2～15巴。在本专利技术的另一个实施例中，待分离的原始气体和/或气体蒸气混合物在进入亲有机物质薄膜分离器之前其温度最好经过调节，以便获得最佳分离结果，所述温度最好为0～25℃。从原理上讲，可以按任何合适的方式来调节待分离气体和/或气体蒸气混合物的温度，并且主要取决于该温度是处于气体和/或气体蒸气混合物的最佳分离过程的温度范围内的上限还是下限。在本专利技术方法的又一个最佳实施例中，温度的调节是通过位于亲有机物质薄膜分离器之前面的热交换器/冷却器来进行的，待分离的气体和/或气体蒸气混合物在进入亲有机物质薄膜分离器之前先通过上述的热交换器/冷却器。为了去除待分离的气体和/或气体蒸气混合物中可自由进入薄膜的、容易损坏薄膜或堵塞薄膜而使之失效的杂质，最好在待分离的原始气体和/或气体蒸气混合物进入第一个薄膜分离器之前先对其进行预处理/过滤，为此可设置一种分离过滤装置。为了使气体和/或气体蒸气混合物在亲有机物质薄膜分离器中的分离过程最佳化，最好在亲有机物质薄膜分离器的透过物一侧进行减压，该透过物一侧的压力最好为1～2巴。一方面，根据分离的程度和亲有机物质薄膜分离器的所需第一产品的分离度和纯度，另一方面，最好能使离开亲有机物质薄膜分离器的透过物进一步净化，因此设置一种冷却装置例如低温蒸馏器，以便进行进一步的净化。但是，也可以采用按照其他物理/化学原理工作的其他再净化装置。离开亲有机物质薄膜分离器的滞留物的压力接近于待分离的气体和/或气体蒸气混合物进入该薄膜分离器之前的压力，例如2～15巴，该滞留物在进入玻璃质薄膜分离器之前最好进行增压，以便在其进入该玻璃质薄膜分离器时有足够的压力能进行分离过程，在此情况下，最好对进入玻璃质薄膜分离器之前的滞留物的温度进行调节，该温度一般调到40～120℃，最好为70～80℃，以便使其分离过程最佳化。滞留物进入玻璃质薄膜分离器之前最好将其压力增大至30～40巴。最好通过置于玻璃质分离器前面的热交换器/加热器来调节滞留物进入玻璃质薄膜分离器之前的温度。离开玻璃质薄膜分离器的透过物最好通过一个吸附器来导引，而明显富集了分子运动直径小的气体的透过物，压力已降低1～2巴，与此相反，滞留物的压力则为25～40巴，甚至更高。可再次净化透过物而在其出口处获得高纯度第二产品的吸附器最好按照加压循环式吸附原理进行工作。为了使透过物在吸附器中获得良好的进一步净化，最好在玻璃质薄膜分离器的透过物进入吸附器之前对其进行加压，例如加压到18～20巴。为了进行增压，最好利用玻璃质薄膜分离器的滞留物的压力能，该压力大致相当于亲有机物质薄膜分离器的已增大压力的并到达玻璃质薄膜分离器入口处的滞留物的压力，例如25～40巴，甚至更高。上述压力能量最好用来驱动可由处于高压状态的玻璃质薄膜分离器的滞留物带动的涡轮扩张器。为了使玻璃质薄膜分离器的透过物在吸附器中获得最佳的吸附条件，最好对进入吸附器之前的透过物进行适当的温度调节或者说降低其温度。离开涡轮扩张器并已降低压力的玻璃质薄膜分离器的滞留物可以其相应增加的压力在方法路线的入口端处直接返回到方法循环路线中，或者，最好供入第三薄膜分离器中，如前所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过薄膜分离器对供入该分离器中的气体和／或气体蒸气混合物中的气体进行分离和／或回收的方法，其特征在于，采用两种不同类型的薄膜分离器对上述的气体和／或气体蒸气混合物进行多级同时的分离，所述的两种类型的薄膜分离器中有一种是至少一个亲有机物质薄膜分离器，该薄膜分离器将上述的气体和／或气体蒸气混合物分离成一种压力已降低的富含所需浓缩气体／气体蒸气的透过物和一种压力基本上与上述亲有机物质薄膜分离器进口处的压力相同的富含所需分子运动直径小的气体的滞留物，上述类型的薄膜分离器与至少一个玻璃质薄膜分离器结合使用，该玻璃质薄膜分离器将来自上述亲有机物质薄膜分离器的上述滞留物分离成一种压力已降低的富含所需分子运动直径小的气体的透过物和一种压力基本上与上述玻璃质薄膜分离器进口处的压力相同的富含所需浓缩气体／蒸气的滞留物。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗尔夫迪特尔贝林，克劳斯维克托派恩曼，克劳斯奥尔罗格，扬温德，利迪亚巴雷托达席尔瓦，
申请(专利权)人：巴西石油公司，GKSS盖斯特哈赫特研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：BR[巴西]