本文公开了在以逆流流动路线为优选特征的膜干燥器中，对用于制备干燥，高纯度氮气／或氧气的预纯化器吸附系统／低温空气分离系统的进料空气进行干燥通过在膜干器的透过物侧使用清洗气体强化了干燥效果，将吸附系统或低温系统产物或废气，干燥的进料空气或者环境空气用作清洗气体。在膜干燥器中采用了两种膜材料，以单级或二级形式来强化从进料空气中除去水和二氧化碳。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为1989年5月12日申请号为350，848、于1990年6月19日以U.S.4，934，148公开的同时待批申请的部分后续申请。本专利技术涉及的是空气的低温分离。更具体地说，它涉及的是输送入低温空气分离系统的进料空气的预处理。在许多化学工艺、炼油厂、金属制造和其它工业应用中都需要氮气和氧气。有各种各样的公知的空气分离技术用于制备氮气和/或氧气，但普遍使用的是低温蒸馏方法和系统来从空气中制备氮气和/或氧气，或从油井气体中除去氮气。在各种低温应用中，必须从压缩的进料气流中除去高冰点的杂质，否则在进行初级气体分离的低温下它们会固化。通常在现有技术中公知的是通过冷却/吸附方法的结合来除去这类杂质。在空气分离操作中，可应用反向热交换器和冷端胶体分离器组合，或者机械空气冷却器/沸石分子筛吸附剂组合进行这种预清洗。在前一类型的工艺组合中，当所述的空气与低温废物和产物气流热交换时，实际上全部的杂质都从进料空气中冻析出来。不尽人意的是，相对于空气进料量来说，反向热交换器组件的自身清洗需要大量的清洗气流。结果是，导致这类清洗循环空气的回收趋向不太理想。反向热交换组件还需要大的阀门，它们必须在循环的基础上开和闭，以转换空气进料和废清洗气流通路。该阀常常位于低温系统的绝热冷却室内，使得难以维护。再进一步说，为了有效的操作该热交换-胶体分离器组件必须在低温下进行操作，固而在装置起动过程中需要相当长的冷却时间。与反向热交换器和胶体分离器组件相反，如在Prentice的U.S。4，375，367所公开的，机械冷却器/吸附单元组件可以在起动后的数分钟内提供清洁、干燥的进料空气流。机械冷却器使得空气温度从压缩机后冷却器约80°F至约115°F的温度降低至约40°F。在所述较高温度下为饱和态的空气通过冷凝失去了它的大部分水分。因而减小了进入吸附单元的水浓度。典型的是使用一对压力容器来进行吸附操作，一个床用于吸附，而另一个床进行再生。压力容器内装满吸附剂材料，例如氧化铝、沸石分子筛或硅胶，吸附剂从进料空气流中除去剩余的水蒸汽、二氧化碳和/或其它杂质。一般吸附剂床在接近环境压力下用不含杂质的气流再生，可用低温废气的一部分或者干燥的空气，可以对它们进行加热以改进其解吸能力。机械冷却器的操作通过增加吸附剂床的吸附容量、降低进口水分浓度并因而降低操作所需清洗气流量和能量而对吸附剂床的性能有显著的改善。因为必须避免在管壁上结冰，所以机械冷却器限定了最小产物露点为约38°F。所述的冷却器必须有后续水分分离器以除去从进料空气中形成的冷凝物，并防止过量的水分进入吸附剂床。在这类操作中所用的机械冷凝器就投资和能量需求来说，特别对于小厂费用是昂贵的。还有，一般都知道这类冷却器需要昂贵的维护费用。考虑到这些因素，在本领域中一直寻求新的方法和系统，要求它们能省去上面提到的组成部分或者改进这些组成部分的功能，特别是机械冷却器和水分离器，使得向低温气体分离设备中更经济地提供清洁、干燥的空气。所感兴趣的一个方面是使用从进料空气中选择性透过水和二氧化碳的膜系统。公知有某些材料能够选择性的透过水和二氧化碳，同时包含不易透过组分的空气或其它气体作为未透过的气体得以分离。利用这种材料的膜系统将可替代机械冷却器的功能。这类膜系统公知是较简单的并易于操作和维护。由于这类膜系统是正常操作的，所以，从进料气流中除去水分需要有显著数量的有价值产物气体共同透过。为了达到使用机械冷却器时所达到的露点值，则要求膜系统在10至20%的透过量阶段下进行操作。因此，这种情况降低了所能获得的总体过程收率，增加了该过程的能量需求量，并且从经济角度来看，使得该方法一般失去吸引力。尽管这些因素防碍了使用膜干燥系统来取代机械冷却器或所述反向热交换器与胶体分离器组合件，但在省去了目前采用的某些技术以改进总体方法和系统而使用新的膜干燥系统，代表了在本领域可喜的进展。因而，本专利技术的一个目的是提供一种用于生产干燥氮气和/或氧气产物的改进的方法和系统。本专利技术的另一个目的是提供一种应用低温系统进行气体分离的改进的方法和系统，并按需要在其中使用膜系统来从进料气体中除去水分和二氧化碳。本专利技术进一步的目的是在使用低温系统进行空气分离来获得干燥的氮气和/或氧气的总体方法和系统中，提供一种能够实现强化的干燥效果和分离二氧化碳的膜干燥系统。着眼于这些和其它的目的，后面详细地对本专利技术进行说明，在所附的权利要求书中具体地指出了本专利技术的新的特征。本专利技术采用膜干燥器系统与吸附设备一低温气体分离设备系统结合来实现所需的干燥氮气和/或氧气产物的制备。所述膜干燥器优选的是以逆流流动类型进行操作，并在它的低压透过侧回流。从吸附一低温设备流出的废气用做清洗气体。由此降低了所需的膜的面积，并显著增加了所需产物的收率。该膜干燥器采用分别除去水和二氧化碳的分离膜以单级或二级设备从进料空气中除去水和二氧化碳杂质。下面参照附图对本专利技术进行详细的说明，其中附图说明图1是本专利技术一个实施例的流程示意图，其中从低温进料气体分离系统中流出的废气用做膜系统的清洗气体，该膜系统用于干燥进入所述低温系统的进料气体;图2是另一实施例的流程示意图，其中从用于低温系统的吸附剂床预纯化器中移出的清洗气体被用做进料气体膜干燥系统的清洗气体。本专利技术的目的是通过如下手段实现的，即在不使低温空气分离方法和系统的总体产物收率下降到不能接受的值，同时能够按照要求实现从进料空气中除去水分的条件下，将用于进料空气干燥的膜系统与顺流吸附一低温空气分离系统结合完成的。所述的这个有利条件是关于分离的工艺系统的组合，所采用的具体膜组合物除去水分的选择性、以及膜组设计条件，在该设计条件下在所述膜干燥器系统理想地实现逆流流动。这使得可以获得干燥的氮气和/或氧气而在所述的干燥过程程中所述产物的损失量最小。在本专利技术的实施中，从低温空气分离系统流出的废气被用来提供为膜干燥系统和吸附系统的与所述低温系统逆流的清洗气体。由于要求干燥操作，本专利技术能够获得干燥的高纯度氮气和/或氧气产物气流而于要求所需产物的损失量最小。本专利技术的总体方法和系统参照附图进行说明。下面提供了为实现强化干燥的进料空气而与本专利技术实际使用的总体低温系统和与此有关组合膜系统的进一步资料。在图1中，进料空气经过管路1进入空气压缩机2，从该压缩机出来的湿的压缩空气经过管路3到达膜干燥器系统4。在所述的膜系统4中，水选择性地通过膜材料并经管路5做为废气从该系统中排出。从膜干燥器系统4中得到了呈干燥、非穿透性或驻留气体的进料空气，经管路6进入吸附系统7，该吸附系统用来在所述进料空气进入低温空气分离系统之前从干燥的进料空气中除去杂质。如图示吸附系统7包括两个吸附剂材料床，即床8和9，一个床一般用于它所预定的吸附目的而另一个床进行再生。从所述吸附系统7出来的干燥、纯化的进料气体经线路10流至低温空气分离系统11，从该系统中经管路12得到了所需的干燥、高纯度产物气体。干燥的废气流从所述的低温系统经管路13排出。这个干燥废气流的一部分、即氧气或氮气经管路14移出使之通过吸附系统7，也就是通过床8或床9中的任一个，用做所述进行再生床的干燥吸附清洗气体。吸附剂废气流从吸附系统7中经管路15排出，所述的废气流含有吸附剂清洗气体和在吸附剂床再生过程中本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种改进的用于从空气中制备干燥的，高纯度氮气和／或氧气的系统，该系统包括：（ａ）一个膜干燥器系统，它能够选择性地透过湿进料空气中存在的水和二氧化碳，所述的这一系统包括不同的膜材料，一种用于选择性透过水，另一种用于选择性透过二氧化碳；（ｂ ）一个预纯化吸附系统，它能够从所述膜干燥系统中移出的呈非透过物气体的干燥进料空气中选择性吸附残余的水，二氧化碳和其它杂质；（ｃ）一个用于空气低温蒸馏、生产干燥的、高纯度氮气和／或氧气产物气体，同时产生干燥废气的低温空气分离系统；（ｄ）用 于将相对干燥的清洗气体输送至膜干燥器系统的低压透过物侧的管道装置以促进水蒸气和二氧化碳从膜的表面脱离并保持水蒸气和二氧化碳穿过该膜从进料空气流中分离的驱动力以加强水分与进料空气的分离，所述的相对干燥的清洗气体包括来自所述低温空气分离系统和／或预纯化器吸附系统或环境空气中的废气或产物气体，由此向膜干燥器系统的透过物侧提供清洗气体促进了所希望的水分和二氧化碳的排除而进料空气的损失量最小。
【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，F诺塔罗，OW哈斯，
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]
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