專利名稱：通過滲透來分離氣體混合物的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過浸透來分離氣體混合物的方法和設(shè)備。更具體點說，它涉及通過滲透來分離一種化學(xué)過程如氨合成所產(chǎn)生的吹掃氣體的方法和設(shè)備。
文獻(xiàn)US-A-4591365曾公開過一種方法，是將140×105帕的氨合成吹掃氣體膨脹到125×105帕，并在一洗滌柱中進(jìn)行氨凈化。生成的氣體被送到一個薄膜裝置上，用氮氣流清掃。氮氣流的壓力經(jīng)適當(dāng)選擇使通過分離獲得的滲透氣體具有氨的克分子組成。該滲透氣然后被重復(fù)利用來進(jìn)行氨合成。
最好使來自洗滌柱的吹掃氣體通過兩個串聯(lián)的薄膜裝置。
當(dāng)所用薄膜能抵抗氨侵蝕時，在US-A-4591365中提到的洗滌柱可省略。耐氨薄膜的工作特性是在不用洗滌柱時分離的效果較差，但還可以從吹掃氣體中以不太復(fù)雜的方式回收一部分氨。
本發(fā)明的目的是要提供一種分離合成吹掃氣體的方法和設(shè)備，能夠有效而經(jīng)濟(jì)地回收在吹掃氣體內(nèi)含有的氨。
本發(fā)明還有一個目的是提供一種對含有對某些薄膜或其它分離裝置有害的雜質(zhì)的氣體混合物進(jìn)行分離的方法和設(shè)備。
按照本發(fā)明的目的而提供的分離含有雜質(zhì)的氣體混合物的方法包括下列步驟i)將氣體混合物送到第一薄膜系統(tǒng)的未滲透側(cè)；ii)將至少對雜質(zhì)來說具有低分壓的流體送到第一薄膜系統(tǒng)的滲透側(cè)；iii)從第一薄膜系統(tǒng)回收雜質(zhì)較少的未滲透物；iv)將未滲透物送到第二分離系統(tǒng)，以便再進(jìn)行一次分離。
這種方法的另外一些特征為
-第一薄膜系統(tǒng)能抵抗雜質(zhì)侵蝕；-只有第一薄膜系統(tǒng)能抵抗雜質(zhì)侵蝕；-滲透物是從第一薄膜系統(tǒng)回收得來的；-氣體混合物為氨合成吹掃氣體，其雜質(zhì)為氨，而送到第一薄膜系統(tǒng)滲透側(cè)的流體為氨合成氣。
本發(fā)明還有一個目的是提供一種用來分離含有雜質(zhì)的氣體混合物的設(shè)備，該設(shè)備包括第一薄膜系統(tǒng)，將氣體混合物送到該系統(tǒng)未滲透側(cè)的裝置，將至少對雜質(zhì)來說具有低分壓的流體送到第一薄膜系統(tǒng)滲透側(cè)的裝置，第二薄膜系統(tǒng)，以及將來自第一系統(tǒng)的未滲透物送到第二系統(tǒng)未滲透側(cè)的裝置。
這種設(shè)備的另外一些特征為-第一系統(tǒng)具有能抵抗雜質(zhì)侵蝕的薄膜；-只有第一系統(tǒng)能抵抗雜質(zhì)侵蝕；-混合物為化學(xué)過程產(chǎn)生的氣體(最好為殘余氣體)，流體為化學(xué)過程的供應(yīng)氣體，而雜質(zhì)為化學(xué)過程的產(chǎn)物；-氣體混合物為氨合成吹掃氣體，雜質(zhì)為氨，而流體為氨合成氣；-它還包括將來自第一及/或第二薄膜系統(tǒng)的滲透物送回到氨合成單元的裝置。
本發(fā)明的第一實施例見

圖1，其中示出氨合成單元的吹掃氣體的一種分離方法。
本發(fā)明的第二實施例見圖2，其中示出化學(xué)過程的殘余氣體的一種分離方法。
在圖1中，含有59％H2、20％N2、6％Ar、10％CH4和5％NH3的氨合成吹掃氣體以196×105帕的壓力通過管道1被送到第一薄膜裝置3的未滲透側(cè)。在第一系統(tǒng)的滲透側(cè)用一從壓縮機(jī)13下游得到的、壓力為99×105帕的、含有25％N2和75％H2的合成氣流來吹掃，因此在滲透側(cè)，氨、氬和甲烷的分壓都是零。薄膜的選擇性能是使氨比氬和甲烷更容易滲透，實際上在滲透側(cè)用合成氣吹掃就可使第一系統(tǒng)3如同氨回收系統(tǒng)那樣工作。沒有回流，所有產(chǎn)物都可滲透，而就H2的回收和惰性氣體Ar和CH4的去除來說，效率只是一般。分壓差可使氬氣滲透到滲透側(cè)，致使未滲透側(cè)留下的混合物基本上只含氮和氫。該氮和氫的混合物在串聯(lián)的第二和第三薄膜系統(tǒng)中再被凈化。從第二系統(tǒng)5出來的滲透物與從第一系統(tǒng)3出來的滲透物重新匯合，在壓縮機(jī)15內(nèi)壓縮到196×105帕后被送到氨合成單元11內(nèi)。第三系統(tǒng)7的未滲透物可用作燃料氣，而滲透物被送到壓縮機(jī)9的上游或下游重新參加循環(huán)，使氣體壓力從27.5×105提高到54×105帕。
這樣，只有第一薄膜系統(tǒng)必須具有能抵抗侵蝕雜質(zhì)如氨的薄膜。只有該薄膜是回流式薄膜。
顯然，第三系統(tǒng)7并非總是需要的。
在處理11000Nm3/h的吹掃氣體時，對采用洗滌柱的布置和采用按照本發(fā)明的布置可觀察到下列差異
由此可見，本發(fā)明的系統(tǒng)也可與采用洗滌塔的系統(tǒng)一樣好地從吹掃氣體中去除雜質(zhì)，同時還能略為提高氮和氫的回收率。氮氣可在一個高得多的壓力下回收，因為薄膜的工作壓力要比洗滌塔高得多。
在圖2中，氣體50A在被送到進(jìn)行化學(xué)過程的單元11A之前，在具有兩級13A、15A的壓縮機(jī)21A內(nèi)被壓縮。化學(xué)過程產(chǎn)生的殘余氣體含有對某些薄膜有害的雜質(zhì)，這個氣體通過管道1A被送到第一薄膜系統(tǒng)3A。該第一系統(tǒng)能抵抗?jié)B透薄膜的有害物質(zhì)。這種滲透由于有吹掃氣體通到第一薄膜系統(tǒng)3A的滲透側(cè)而變得格外容易。在這種情況下，吹掃氣體為用于單元11A的氣體，其中的一部分被送到管道4A，但該吹掃氣體也可采用另一種具有有害雜質(zhì)低分壓或零分壓的氣體，例如從級15A下游取出的氣體。吹掃氣體重新被循環(huán)送到壓縮機(jī)21A的級15A上，以便被壓縮到單元11A的工作壓力。從有害雜質(zhì)中凈化出來的殘余氣體被送往容易被雜質(zhì)損害的第二薄膜系統(tǒng)5A的未滲透側(cè)。從這個第二系統(tǒng)5A抽出的氣體通過管道20A出去，而滲透氣則通過管道22A，返回到壓縮機(jī)21A的級15A，以便參與單元11A內(nèi)的化學(xué)過程。
權(quán)利要求
1.一種用來分離含有雜質(zhì)的氣體混合物的方法，該方法包括下列步驟i)將氣體混合物送到第一薄膜系統(tǒng)(3、3A)的未滲透側(cè)；ii)將至少對雜質(zhì)來說具有低分壓的流體送到第一薄膜系統(tǒng)(3、3A)的滲透側(cè)；iii)從第一薄膜系統(tǒng)回收雜質(zhì)較少的未滲透物；iv)將未滲透物送到第二分離系統(tǒng)(5、5A)，以便再進(jìn)行一次分離。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征為，第一薄膜系統(tǒng)能抵抗雜質(zhì)侵蝕。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征為，滲透物是從第一薄膜系統(tǒng)(3)回收得來的。
4.按照以上權(quán)利要求之一所述的方法，其特征為，氣體混合物為一個化學(xué)過程的第一產(chǎn)物，而雜質(zhì)是該化學(xué)過程的第二產(chǎn)物的一小部分。
5.按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征為，被送到第一薄膜系統(tǒng)(3)滲透側(cè)的流體為化學(xué)過程的供應(yīng)氣體。
6.按照權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征為，從第一薄膜系統(tǒng)(3)出來的滲透物重新參加化學(xué)過程的循環(huán)，它可與由薄膜系統(tǒng)構(gòu)成的第二分離系統(tǒng)(5、5A)的滲透物相混合。
7.按照權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征為，氣體混合物為氨合成吹掃氣，雜質(zhì)為氨，而送到第一薄膜系統(tǒng)(3)滲透側(cè)的流體為氨合成氣。
8.按照以上權(quán)利要求之一所述的方法，其特征為，第二分離系統(tǒng)(5)是第二薄膜系統(tǒng)，第一和第二薄膜系統(tǒng)的滲透側(cè)的壓力相同。
9.用來分離含有雜質(zhì)的氣體混合物的設(shè)備，它包括第一薄膜系統(tǒng)(3、3A)，將氣體混合物送到該系統(tǒng)未滲透側(cè)的裝置(1、1A)，將至少對雜質(zhì)來說具有低分壓的流體送到第一薄膜系統(tǒng)滲透側(cè)的裝置(4、4A)，第二分離系統(tǒng)(5、5A)，以及將來自第一系統(tǒng)(3)的未滲透物送到第二系統(tǒng)(5)的裝置。
10.按照權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征為，第一系統(tǒng)(3、3A)具有能抵抗雜質(zhì)侵蝕的薄膜。
11.按照權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征為，只有第一系統(tǒng)(3、3A)具有能抵抗雜質(zhì)侵蝕的薄膜。
12.按照權(quán)利要求9至11之一所述的設(shè)備，其特征為，混合物為化學(xué)過程的第一產(chǎn)物，流體為化學(xué)過程的供應(yīng)氣體，而雜質(zhì)為化學(xué)過程的第二產(chǎn)物。
13.按照權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征為，氣體混合物為氨合成吹掃氣，雜質(zhì)為氨，而流體為氨合成氣。
14.按照權(quán)利要求12或13所述的設(shè)備，它包括將從第一和/或第二薄膜系統(tǒng)出來的滲透物送回到進(jìn)行化學(xué)過程的單元(11、11A)內(nèi)的裝置。
15.按照權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征為，第一薄膜系統(tǒng)(3、3A)阻止氣體混合物內(nèi)的妨礙化學(xué)過程良好進(jìn)行的成分的滲透。
16.按照權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征為，所述成分為氬和甲烷。
17.按照權(quán)利要求9至16之一所述的設(shè)備，其特征為，第二分離系統(tǒng)為一薄膜系統(tǒng)(5、5A)或一吸附單元。
全文摘要
在一利用滲透來分離的方法中，氣體混合物在兩個薄膜系統(tǒng)(3A、A)中被分離，其中只有第一系統(tǒng)(3A)能抵抗混合物內(nèi)所含雜質(zhì)的侵蝕。該第一薄膜系統(tǒng)用對雜質(zhì)來說具有低分壓的流體來吹掃，引起雜質(zhì)的滲透。然后將第一系統(tǒng)的未滲透氣送往第二系統(tǒng)(5A)。
文檔編號B01D53/22GK1150762SQ9619034
公開日1997年5月28日 申請日期1996年2月29日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月3日
發(fā)明者伊夫·昂格勒 申請人:喬治·克勞德方法的研究開發(fā)空氣股份有限公司