[发明专利]气体分离方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体分离方法及一种适用该方法的装置。

背景技术

在化学工业中，采用众多分离技术来分离气态混合物中的两种或两种以上组份。这种分离技术的实例在本领域中是公知的，且可见于例如由John Wiley & Sons，inc.于1999年公开的、W.Seider等人的“工艺设计原理(Process Design Principles)”的5.7章中。在US-A-1,496,757中揭示一种用于气体分离的方法及装置，该方法包含使气体经由一多孔扩散分隔物扩散，并由吹扫材料将该经扩散气体自所述分隔物移除，及将该吹扫材料自经扩散气体中移除。据称该方法是根据反复摩擦扩散的原理进行操作，亦即利用经连续地添加至一腔室中且经由多孔分隔层逆流扩散的吹扫气体组份进行的摩擦扩散来控制质量转移。

尽管以上装置及方法允许分离气体混合物，但若由于朝向较低压力侧的非选择性质量转移而在该分隔物的任一侧上存在压差，则分离效率将大为降低。

现已发现若使两流体流保持在基本相同的压力下，亦即在该过程期间在多孔分隔物上基本上无压差，则如上所确定的基于扩散的分离方法及装置的操作更有效。本发明因此提供一种分离方法及一种适用于该方法的装置。

发明内容

因此，本发明提供一种分离装置，其包含：

-第一腔室；

-第二腔室，其通过多孔分隔物与所述第一腔室隔开；

-第一入口，其用于将一组份混合物输送至第一腔室；

-第一出口，其用于在至少一部分第一组份已从第一腔室中移除后将所述组份混合物的剩余物排出；

-第二入口，其用于将一吹扫组份输送至第二腔室；

-第二出口，其用于将吹扫组份与扩散的第一组份的混合物自所述第二腔室中排出；及

-压力平衡设备，其连接所述第一、第二腔室且在所述第一、第二腔室之间进行调节。

具体实施方式

本发明利用连接第一及第二腔室且在所述第一和第二腔室之间进行调节的压力平衡设备。该设备能够使压差从一个腔室传递至相对的腔室，由此避免在所述两个腔室的间形成压差。在该压力平衡设备中，压力波动从一流体流传递至另一流体流，由此有效地使越过多孔分隔物的压差保持在最低水平。

包含该压力平衡设备的分离装置可为由本领域技术人员所知适用于此目的的任何装置。例如可使用诸如US-A-1,496,757中所例示的分离单元。

可采用适于用作压力平衡设备的任何设备，包括仅由于由流体流引起的力而运转的被动系统，以及允许在流体内控制压力振荡的主动系统，诸如响应于在一分离设备的下游或上游所测量的压力及流动值来调节两流体流的压力及流动的精巧且复杂的系统。然而，这种系统对于压力波动可能存在过长的响应时间，且存在难以测量临限值时的较低压差的困难。

因此，根据本发明的压力平衡设备包含至少一个自导式压力及流量调节设备。该压力响应设备或阀门通过仅为来源于正受调节的流体的气压所致动来控制所述腔室的间的压力，因此控制入口与腔室之间的流体流量，而充当一流量限制器。

连接第一与第二腔室且对两者之间的压力及流量进行调节的阀门可便利地为适于此目的的任何设备，包括(但不限于)气动活塞及套筒配置、柔性隔膜及流体动力系统，诸如一含有液体介质的U型管。

为分别降低及升高第一或第二腔室中的压力，该平衡设备或阀门包含一控制体积，其可扩展至任一流体流中。若在一腔室中压力升高，则来自该流体流的流体使该控制体积扩展，此控制体积施加气压或流体动压力且因此减小相对腔室的体积，由此平衡总压差。在操作中，该压力平衡设备两侧之间的力的平衡决定着该两个腔室的体积，及在特定流量下的压力。

该压力平衡设备有利地为一阀门腔室的一部分，其中安置有与两个出口管道相联的本发明的装置的第一及第二腔室。更优选地，该第一及该第二腔室在腔室内包含压力平衡设备，例如结合入多孔分隔物中。

该压力平衡设备的灵敏度主要是由惯性且由调节流经所述腔室的流体流量的控制体积的大小所决定。对于一活塞及套筒组件，存在若干可能引起准确性及精确性降低的潜在根源。第一，惯性可对负责将流体引至控制体积套筒之内或从控制体积套筒引出的结构组件的移动产生阻力。第二，活塞及套筒设备的机械部分的滞后依据流体通道方向而产生不同操作点。第三，套筒内活塞上的温度效应可导致摩擦值变化，且由此导致所施加的力的差异。最后，为达成气密性，活塞及套筒必须构造成在活塞移动期间发生摩擦，这样导致惯性且因此导致两个腔室之间的压差。