采用部分吹扫预净化或后净化的气体分离法制造技术

利用从一部分膜组件中取出的气体，在上游或下游的净化或干燥工序中作为吹扫气，进行气体分离膜操作。来自其余膜组件的渗透气或非渗透气从系统中分别回收。因此，可令人满意地降低电力和膜表面积的需要量。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及气体膜分离过程。更具体而言，本专利技术涉及预净化或后净化气体分离过程的吹扫要求。渗透膜法和系统已被推荐并与日俱增地用于有效的气体分离过程。在通过空气分离生产氮气时，例如将原料空气与膜表面接触，空气中更容易渗透的氧气组分，可以选择性地通过膜，而空气中渗透性较差的氮气组分，则作为非渗透产品气流从膜系统中分离回收。常规膜系统所生产的氮气其纯度通常至多约为99.5％。如果利用后净化的特点，也可以生产出高纯氮气。这种工艺过程也可以包括使用原料空气或产品的逆流式薄膜干燥器，在该薄膜干燥器中采用来自空气分离膜的渗透气作为吹扫气。在某些工业生产中，也希望使用来源纯净、干燥的压缩空气，以防止在仪器、管道、风动工具、通风机以及其它工业设施中产生腐蚀和凝结。为达到后一目的，通常已采用单独吸附或致冷的干燥器。然而，由于吹扫和排气的原因，这种设备往往会造成大量的产品损失，或需要大量地增加例如用于再生或致冷的能量消耗。各种膜材料渗透水蒸汽的能力在本
是众所周知的。因此，可将使用这种材料的膜系统用来代替吸附(或致冷)干燥器，以便生产各种用途所需的纯净、干燥空气。然而，许多工业上实用的非对称和复合型膜的特征为错流渗透模式，其中膜渗透侧的大量气体的组成对所达到的渗透率影响很小。因此，采用这种膜干燥器除去压缩空气流中的水蒸汽，需要同时将大量有用的原料气进行共渗透。在级分流比，即渗透气与原料流之比，为10-30％数量级下操作时，可能要求达到吸附或致冷干燥器所规定的露点。因此，用错流式薄膜干燥器代替上述干燥器来生产纯净、干燥的压缩空气在经济上没有吸引力。膜产品的开发和理论的发展，已导致开发以较大程度的逆流操作为特征的各种复合材料和不对称膜，且随之而来，至少部分是本领域的逆流渗透数学模型而不是错流模型的进展。这样设计的具有相当程度渗透能力的膜，可以说明，这是得益于在膜的低压渗透侧使用吹扫气的逆流模式。在这种情况下，如果在生产现场可以得到干燥吹扫气，即可在较低的级分流比下，达到与错流渗透设计相同的水分去除率。虽然薄膜干燥器已发展到如此程度，且在工业生产中已将空气膜分离系统与薄膜干燥器结合在一起使用，然而，鉴于应用于膜系统的性能要求目益提高，为了满足各种工业用途的需要，仍然非常希望在本领域中进一步取得进展。因此，许多氮气或其它气体膜分离过程要求，或得益于，将吹扫气流用于预净化或后净化空气或其它气体的分离过程。在一些实施方案中，例如，使用薄膜干燥器来干燥输送到生产氮气的空气分离系统的原料空气流，或在空气膜分离-脱氧的氮气净化系统的氮气产品流中使用薄膜干燥器的情况下，通常可以从空气膜分离任一级的组件中排出的渗透气得到吹扫气流。使用这种来自用于预净化或后净化的空气或其它气体膜分离系统的渗透气流，必然会在通过薄膜干燥器，或通过吸附床，如果用来代替预净化或后净化操作所用的薄膜干燥器，后产生压力降，通常数量级为几磅/平方英寸，例如1-10磅/平方英寸。该压力通常可以采取对任一膜级的空气分离膜组件的渗透侧反向加压而得到。膜组件背压的增加会降低膜组件进口或非渗透侧的原料空气的高压和所述膜组件的渗透侧的低压之间的有效压力比。因此，该方法势必增加运行空气分离操作所需的膜表面积和电力。不过，该方法却可以省去额外的压缩设备或鼓风机。如Prasad等人在美国专利U.S.5,169,412中所述，通常利用从安装在膜级里的所有组件中排出的渗透气作为所需的吹扫之用。因此，渗透过所述Prasad等人专利的单级空气分离膜11，更容易选择性地渗透的氧气，从该处经普通的排放管道13回收，以便在薄膜干燥器7的低压渗透侧使用，然而，如果不需要将所有可得到的吹扫气供作薄膜干燥器作吹扫之用时，也可以将一部分所述干燥富氧吹扫气经管道14转向，而不输送到薄膜干燥器7。Prasad等人的专利还公开了一种联合生产干燥空气和氮气的膜过程，其中，将第一级或第二级空气分离膜的渗透气流用来吹扫薄膜空气干燥器。欧洲专利申请0430304中也公开了空气膜分离系统的过程，该系统包括配置在原料空气流中适当位置上的薄膜干燥器，其中，来自空气分离膜组件的渗透气，经出口24和管道26，输送到屏蔽容器6中膜8的渗透侧，用作吹扫气，以加速干燥从该处输送到容器16中的空气分离膜组件20的原料空气。Prasad的美国专利U.S.4,931,070也类似地公开了一种两级空气膜分离系统，该系统包括第一级膜4和第二级膜7，其中，薄膜干燥器16用来干燥从空气膜分离-脱氧净化系统而来的高纯氮气产品。从所有第二级膜组件7回收的渗透气用作所述薄膜干燥器16渗透侧的吹扫气。在这种现有技术的膜过程中，从空气膜分离级排出的全部渗透气流，均被用作或可以用作薄膜干燥器的吹扫气。然而，如Prasad等人在美国专利U.S.5,169,412中所作的说明，可能不需要将来自空气膜分离系统或其中一级的全部渗透气用作薄膜干燥器的吹扫气。尽管如此，从空气膜分离系统或其中一级中可获得的所有渗透气，在一般的工业应用中通常仍加利用。在一般的工业应用，特别是如上所述常用对膜组件加背压的情况下，熟悉本
的人员会理解到，与此有关的一级或几级空气分离膜，必然会遭受到一些相应的操作性能损失。在本
中，希望将这种性能的损失降低到最小程度，从而可以减少由于性能下降而导致电力和各级膜表面积需要量的增加。因此，本专利技术的目的是提供一种改进的采用预净化或后净化空气分离操作的膜过程生产氮气的方法和系统。本专利技术的另一个目的是提供一种空气膜分离方法和系统，该方法和系统采用预净化或后净化空气分离操作，并可提高效率和减少电力和/或膜表面积的需要量。请记住上述和其它的目的，在下文中将对本专利技术作详细叙述，其新颖的特点将在附录的权利要求书中特别指出。用于吹扫与空气或其它气体膜分离系统有关的预净化或后净化操作的吹扫气流，仅取自空气或其它气体膜分离级的一部分组件。因此，在一级中只有一部分膜组件在其渗透侧被加背压，并因此而使效率降低。这样，全部空气膜分离的效率就高于在渗透侧对该级全部渗透气流加背压并将其用作吹扫的系统的效率。现将参照附图对本专利技术作详细说明，其中附图说明图1是高纯氮气膜系统/脱氧系统的示意图，其中将来自两级空气膜分离系统第二级的一部分吹扫气用作后处理氮气产品薄膜于燥器的吹扫气；和图2是高纯氮气膜/脱氧系统的示意图，其中将来自两级空气膜分离系统第一级的部分吹扫气用作后处理氮气产品薄膜干燥器的吹扫气。通过采用预净化或后净化空气或其它气体分离的操作，利用仅取自空气或其它气体膜分离级中一部分组件的吹扫气，在预净化或后净化操作中作为吹扫之用，据此进行空气或其它气体膜分离操作，可以实现本专利技术的目的。因此，在本专利技术的实施中，与常规的应用相反，不采取将来自所述膜级的全部渗透气流作为吹扫之用。这样，只有供给吹扫气的级中的一部分膜组件需要在渗透侧被背压，并因此而使效率降低。在特定级中不需要吹扫的其余膜束，则不背压，因而不会使效率降低。结果，与常规的应用相比，将会有效地减少与特定膜级有关的总电力和投资。在任一给定的生产操作条件(即，压力、温度、纯度、膜特性以及类似的条件)下，该方法的回收率和膜表面积需要量是高压非渗透气流和低压渗透气流之间压力比的函数。当该压力比因在渗透侧加背压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从原料气中生产高纯气体产品的方法，该方法包括：（ａ）将原料气输送到气体分离膜系统，该膜系统装有许多膜组件，能够选择性地渗透所述原料气中更容易渗透的组分；（ｂ）从该气体分离膜系统中回收产品气体；（ｃ）从所述气体分离膜系统或其任 一级的一部分膜组件中取出非产品气体，在所述气体分离膜系统的上游或下游的净化或干燥操作中用作吹扫气；和（ｄ）从所述气体分离膜系统或其任一级的其余膜组件中分别取出非产品气体，以便从系统中排放和／或供作气体分离膜系统的上游循环，从而提高该气体 分离膜系统的效率，超过从膜系统或其任一级中取出全部非产品气流，而不作如此区分的一些系统，通过上述分别取出一部分非产品气作吹扫之用，有利于降低电力和膜表面积需要量。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：R普拉萨德，DR汤普森，
申请(专利权)人：普拉塞尔技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]