[其他]气体分离的强化方法

说明书

本发明是关于从含有杂质的气流中分离出所需组分的方法。特别是关于气体分离操作中增加高纯度产品的回收率的方法。

为从含有较少量不需要的它种组分或杂质的进料气体混合物中分离和提纯出所需的单一组分或多种组分气体，本发明的渗透膜系统提供了一种工业上可行的方法。为此目的，进料气体混合物通过一个能选择性地使混合物中某些组分透过的渗透膜，这些可渗透的气体组分在减压下从膜的卸料端排出。而气体混合物的不能渗透部分基本上在进气压力下，从膜的进料端排出。一般情况下，进料气体混合物中，当其中的杂质作为不渗透部分排出时，被提纯的所需组分作为可渗透部分回收。其应用涉及从氨或甲醇工厂的反应回路中释放气体的提纯，这类释放气体，基本上是在反应压力下通过一渗透膜系统。所要回收的组分，如合成氨工厂中的氢和氮，甲醇工厂中的氢和二氧化碳，均作为可渗透气体在减压下进行回收，然后重新压缩，再循环到氨或甲醇的回路中去，用以进一步生产所需的产品。来自反应回路的释放气体通常也含氨或甲醇以及各过程中的杂质。在释放气体与可渗透膜相接触之前，氨或甲醇要除去到一定程度，使它们不致损害渗透膜。从而在预定的工作寿命内不致影响它的效率。为此目的，通常是用水洗或用蒸馏法，此时氨或甲醇则以水溶液的形式除掉。

在合成氨的排出气流中回收氢的处理方法中，所用的渗透分离膜是Gardner等人提出的，曾以题为“分离气体用的空心纤维渗透器”的论文，于1977年10月在化学工程进展（ChemicalEngineyingProgress）杂志中发表（76～78页）。Perry在其关于超大气压下氢与氮生成氨的反应的专利US4，172，885中肯定了此种方法。正如该文所指出，含氨的反应流出物，从氨的合成反应区中排出。这种反应流出物含有很多未反应的氢与氮，在熟知的合成氨的回路里再循环到氨的合成反应区中。在合成氨的回路中加入再循环的反应流出物，就构成由氢、氮和杂质如甲烷、氩等所组成的进料气流。在此回路里除了从反应流出物中除去产品流出物之外，还要从反应流出物中除去一定量的释放气流，以保持杂质含量在所需的较低值。在Perry所描述的过程中，由氨合成回路中来的释放气流被急剧冷却，凝聚并凝结成氨后，再用水洗，这样得到的排出气体中氨与水蒸汽的含量大约小于0.5%的体积百分比。另一方法，用致冷方法来凝结氨，或者由氨的吸附或吸收可使释放气流中的氨含量降到体积含量小于0.1%。如此处理的释放气流，然后基本上在合成反应压力下通过渗透膜，使其中的氢透过并再回到氨合成的反应区中。

应该指出，如上所述的除氨的预处理作业必定要用凝结器，洗涤器等等，而且为了避免产品氨的过多损失，还需要再生被排出的氨水。虽然此方法可用于工业生产，但在已有技术中还需要进行技术和装置方面的改进。为避免渗透膜与进料气体中某些特定浓度的有害组分相接触，需要简化预处理工艺过程并避免用水洗以及氨的再生。与此同时，希望提高释放气体中氨的回收量，从而使氨的生产中产品的总回收率提高。掌握该技术的人员，对甲醇的生产将会考虑类似的问题和有关的要求。同样，其他气体的提纯工艺也需要进行这些改进，这不一定与反应合成回路有关，而是由于进料气流中的对渗透膜有害但从另一角度又是有用的气体组分，在它们与渗透膜接触之前，需要从其中除去。在这些操作中，一般还要避免这类有用组分的损失，这样才能得到所要求的回收率、得到高纯度的产品。

因此，本发明的目的之一是：提供一种能把气流中的所需组分与其中杂质分离的改进方法。

本发明的另一目的是：提供一种与气体渗透膜接触来强化从气流中分离杂质的方法。

本发明更进一步的目的是：提供一种能促进从气流中回收所需组分的方法，而这一回收过程是在与渗透膜相接触使杂质从所述气流中分离之前进行的。

本发明的上述各项目的和其他目的，将在下文中详细介绍，而其新颖的特征也将在所附权利要求中具体说明。

当气流与渗透膜接触之前，进料气流中对渗透膜有害的某些成分应去掉。为此采用了变压吸附（pressureswingadsorption）系统进行预处理。如果上述有害成分是进料气流的有用组分，则来自渗透膜的已纯化气流可作为变压吸附系统的吹扫气来促进其回收。如果上述有害组分不是进料气流所需的组分，则来自渗透膜的废气流，也同样地作为吹扫气使用，以促进提高所需高纯度产品的回收率。