[发明专利]用于非渗透气体的高回收率的膜工艺和系统

说明书

一种用于使用多个膜分离级来分离原始进料气体流的方法，包含将加压的进料气体流分离成第一非渗透物流和第一渗透物流，压缩第一渗透物流以形成压缩的第一渗透物流，将压缩的第一渗透物流分离成第二非渗透物流和第二渗透物流，将第二渗透物流分离成第三非渗透物流和第三渗透物流，将第三非渗透物流与原始进料气体流合并以形成合并的进料流，压缩合并的进料流以形成压缩的合并的进料流，以及将第二非渗透物流与压缩的合并的进料流合并以形成加压的进料气体流。

背景技术

本申请涉及一种用于从生物气中回收甲烷的多级膜工艺和系统。

多级级联设计，诸如在“Gas Separation Membrane Cascades UtilizingLimited Numbers of Compressors”by Agrawal and Xu in AIChE Journal(vol 42,1996p 2141)中描述的设计，已经在本领域中已知超过二十年。然而，这些设计教导了每一个渗透物流在被进料到后续的膜级之前必须被压缩。此外，在现有的级联设计中，如果渗透物流不被再压缩，则它作为低压吹扫气体被进料到后续膜级的渗透物侧，而不是作为高压进料气体。

在一个现有技术的多级膜系统中，如图5所示(US2019/0224617)：第一膜级分离进料流(加上循环流)以产生第一渗透物流和第一非渗透物流；第二膜级分离第一非渗透物流以产生第二非渗透物流(生物甲烷产物)和第二渗透物流，该第二渗透物流被循环回进料流；压缩机压缩第一渗透物流，然后在第三膜级中分离该第一渗透物流，以产生离开系统的第三渗透物流和再循环回到加压的进料流的第三非渗透物流。

在另一种现有技术的多级膜系统中，如图6所示(EP2588217)，三级膜系统在没有再压缩的情况下操作。

发明内容

在本发明的实施例中，仅压缩处于或接近大气压的组合原始进料气体，加上低压循环流(即第三非渗透物流)和离开第一膜级的渗透物流；并且在被进料到第三膜级之前离开第二膜级的渗透物流没有被压缩。此外，没有渗透物流被用作吹扫气体。

方面1.一种用于使用多个膜分离级来分离原始进料气体流的方法，包括：将加压的进料气体流分离成第一非渗透物流和第一渗透物流；压缩第一渗透物流以形成压缩的第一渗透物流；将压缩的第一渗透物流分离成第二非渗透物流和第二渗透物流；将第二渗透物流分离成第三非渗透物流和第三渗透物流；将第三非渗透物流与原始进料气体流合并以形成合并的进料流；压缩合并的进料流以形成压缩的合并的进料流；以及将第二非渗透物流与压缩的合并的进料流合并以形成加压的进料气体流。

方面2.根据方面1所述的方法，进一步包括：抽出第一非渗透物流作为产物气体流。

方面3.根据方面1或方面2所述的方法，进一步包括：抽出第三渗透物流作为废气体流。

方面4.根据方面1至3中任一个所述的方法，进一步包括：控制第一非渗透物流的压力；以及控制第三非渗透物流的压力。

方面5.根据方面1至4中任一个所述的方法，进一步包括：将第一非渗透物流分离成第四非渗透物流和第四渗透物流；将第四渗透物流与第三非渗透物流合并，然后将第三非渗透物流与原始进料气体物流合并，以形成合并的进料流；以及抽出第四非渗透物流作为产物气体流。

方面6.根据方面1至5中任一个所述的方法，进一步包括：向第一渗透物流和第三渗透物流中的至少一个施加负压。