[其他]提高气体分离效果的方法

说明书

本发明涉及气体分离法。更详细地说，本发明涉及在上述气体分离操作中增加高纯度产品的回收。

使用能够选择地渗透气体混合物中一种成分的可渗透膜已被认为是提高气体分离效果的方便的，可能是非常合乎需要的手段。使用上述薄膜很大程度上取决于保持在薄膜相反两侧的压差，当膜两边的压力差增大时，穿过膜的易渗透成分的流过就随之增加。然而，考虑到实际操作条件，例如膜本身强度，可使用于这种分离的压力成本等等因素限制了这种压差。由于上述因素，与使用一种渗透膜相联系的产品纯度和产品回收限于浓缩相对高质量气流。

由于在单级膜系统中的气体分离工艺不能达到工艺所要求规定的产品纯度，因而已推荐使用两级渗透膜系统，其中成品气体的浓度是借助渗透气体通过第一级渗透膜流向附加膜级来改进的，以提高所需气体产品纯度。因而Null的美国专利4，264，338介绍了一种双级膜系统，带有一个级间压缩机，但它表明即使这样的系统也不能提供工艺要求的规定纯度的产品。Null曾提出，在所谓的气体分离栅中使用附加膜级，将大大增加工艺成本及增加压缩机、膜和有关装置的费用。因此，在许多情况下，据Null说，达到规定纯度产品所需的成本超出经济可能性的程度。结果，尽管渗透膜处理有公认的方便和其他优点，但渗透膜不能应用于许多实际工业用气体分离工艺中。

为了力图克服渗透膜在实际应用中所受的限制，Null曾提出一种三级膜系统，在该系统中从连续使用的两个膜中的第二个膜出来的非渗透气体，借助级间压缩机在升高压力下流向第三级或再循环膜。从这级回收的渗透气体与第一级渗透气体在其被在线的级间压缩机再压缩之前混合，而上述经压缩的气体流向第二级膜。在这种方法中，第三级膜的非渗透气体，即在升高压力下可获得的非渗透气体与原料气体混合物的添加量混合，以再循环到第一级膜。上述第一级膜的非渗透气体是唯一从系统中排出的废气，而需要的规定纯度成品气体是在降低压力情况下从第二级膜回收的渗透气体。

应用再循环膜级的Null法可以应用在生产规定纯度气体的实施例中，即纯化氢或氦到大约95～97%，但利用渗透膜作气体分离以前从未在实际工业生产中使用过。这可被理解为，使用再循环膜，只有当渗透压力和其他因素达到使再循环膜分离第二级膜的再循环气体混合物所需渗透部分比在上述第一级膜自身完成的分离更有效时，再循环膜在这方面才是有用的。为此目的，穿过再循环膜需要更大的驱动力。这样，必须考虑膜和压缩成本的平衡，正如在使用可渗透膜分离气体的其他方法中那样。

尽管膜能方便地用于改进低质量的气流，以及可利用Null的多级法有效地用于生产上述规定纯度产品，但膜不能以合乎需要的高回收率有效地用于分离高纯度产品。作为本发明的目的和如现有技术所知那样，高纯度产品典型地包括含有纯度从大约98%至大约99.9⁺摩尔%（在氢或氦提纯时）的成品气体。然而，Null的三级系统不适用于生产这种高纯度气体，并且根据上述评论，可使用附加膜达到高纯度，但由于这种附加膜级成本过高，是不可行的。然而，在工艺中，仍有在以合乎需要的回收值生产高纯度成品气体时方便可行地利用渗透膜气体分离法分离的希望。

因此，本发明的一个目的是提供一种利用方便的渗透膜来改进气体分离工艺的方法。

本发明的另一个目的是提供一种利用方便的渗透膜的气体分离法，同时还能以合乎需要的回收值回收高纯度成品气体。

本发明在下文详细说明有关的这些或那些目的，其新特征在从属权利要求中已特别指出。

本发明使用一种用于大量起始气体分离的渗透膜或膜级，渗透气体从那里流向压力振动吸附（PSA）系统以分离和回收高纯度成品气体。将PSA的废气压缩并与原料气体混合，再通过上述膜。上述膜的非渗透气体在上述高压下分离。工艺也可有所改变，上述非渗透气体和/或上述PSA的废气流可以流到附加膜级上，以达到提高回收率的目的。在每个例子中从PSA系统回收高纯度的产品气体。

根据附图进一步说明本发明。

图1是一个示意图，它示出本发明气体分离工艺的具体实施例，使用了组合渗透膜和一个压力振动吸附系统。

图2是本发明的另一种具体实施例的示意图，其中用于高纯度气体成品回收即PSA系统与两级渗透膜系统联合使用。

图3是一个本发明的气体分离工艺的具体实施例示意图，其中另一个两级膜系统与一个PSA系统结合，从PSA系统以高回收值得到高纯度成品气体。