[发明专利]用于非渗透气体的高回收率的膜工艺和系统

权利要求书

1.一种用于使用多个膜分离级来分离包含慢速渗透气体和快速渗透气体的原始进料气体流的方法，包括：

在第一膜级中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，所述第一膜级包括相比于慢速渗透气体对于快速渗透气体具有选择性的气体分离膜；

压缩所述第一渗透物流以形成压缩的第一渗透物流；

在第二膜级中将所述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，所述第二膜级包括相比于慢速渗透气体对于快速渗透气体具有选择性的气体分离膜；

在第三膜级中将所述第二渗透物流分离成第三非渗透物流和第三渗透物流，所述第三膜级包括相比于慢速渗透气体对于快速渗透气体具有选择性的气体分离膜；

将所述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；

压缩所述合并的进料流以形成压缩的合并的进料流；和

将所述第二非渗透物流与所述压缩的合并的进料流合并以形成所述加压的进料气体流。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

抽出所述第一非渗透物流作为产物气体流。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

抽出所述第三渗透物流作为废气体流。

4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

控制所述第一非渗透物流的压力；和

控制所述第三非渗透物流的压力。

5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

将所述第一非渗透物流分离成第四非渗透物流和第四渗透物流；

将所述第四渗透物流与所述第三非渗透物流合并，然后将所述第三非渗透物流与所述原始进料气体流合并，以形成所述合并的进料流；和

抽出所述第四非渗透物流作为产物气体流。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

向所述第一渗透物流和所述第三渗透物流中的至少一个施加负压。

7.一种用于分离包含慢速渗透气体和快速渗透气体的原始进料气体流的多级膜系统，包括：

第一膜级，所述第一膜级包括相比于慢速渗透气体对于快速渗透气体具有选择性的气体分离膜，所述第一膜级具有用于接收加压的原始进料气体流的第一进料端口、用于排放第一非渗透物流的第一非渗透物出口和用于排放第一渗透物流的第一渗透物出口；

级间压缩机，其具有可操作地连接至所述第一渗透物出口以接收所述第一渗透物流的级间压缩机入口和用于排放压缩的第一渗透物流的级间压缩机出口；

第二膜级，所述第二膜级包括相比于慢速渗透气体对于快速渗透气体具有选择性的气体分离膜，所述第二膜级具有可操作地连接至所述级间压缩机出口以接收所述压缩的第一渗透物流的第二进料端口、用于排放第二渗透物流的第二渗透物出口和用于排放第二非渗透物流的第二非渗透物出口；

第三膜级，所述第三膜级包括相比于慢速渗透气体对于快速渗透气体具有选择性的气体分离膜，所述第三膜级具有可操作地连接至所述第二渗透物出口以接收所述第二渗透物流的第三进料端口、用于排放第三渗透物流的第三渗透物出口和用于排放第三非渗透物流的第三非渗透物出口；

第一混合接头，其具有用于接收原始进料气体流的原始进料气体入口、可操作地连接至所述第三渗透物出口以接收所述第三渗透物流的第一再循环入口以及用于排放由所述原始进料气体流和所述第三渗透物流的混合物组成的合并的进料流的第一混合物出口；

进料压缩机，其具有可操作地连接至所述第一混合物出口以接收所述合并的进料流的进料压缩机入口和用于排放压缩的合并的进料流的进料压缩机出口；和

第二混合接头，其具有可操作地连接至所述进料压缩机出口以接收所述压缩的合并的进料流的合并进料入口、可操作地连接至所述第二非渗透物出口以接收所述第二非渗透物流的第二再循环入口以及第二混合物出口，所述第二混合物出口可操作地连接至所述第一进料端口以向所述第一膜级供应由所述压缩的合并的进料流和所述第二非渗透物流的混合物组成的所述加压的原始进料气体流。