[发明专利]干燥、高纯氮生产方法和系统

说明书

本发明涉及到空气的低温分离，更确切地说，它涉及到供入低温空气分离系统空气的预处理。

很多化学工艺过程，精炼厂，金属制造和其它工业上的应用都需要氮和氧，已经知道的通过空气分离低温蒸馏过程和各系统生产氮和/或氧的各种技术被广泛应用于用来从空气产生氮和/或氧，或者用于从高纯气体中清除氮气。在每个低温应用中，高凝固点杂质，在低温下将以另一种方式凝固与主要气体发生分离，它必须从压缩的原料气流中除去。这样的杂质一般是通过公知技术的致冷/吸附工艺结合将其去除。在空气分离操作中，这个预先清除任务可利用一个蓄冷器和冷端凝胶收集器结合，或者一个机械空气冷凝器/沸石分子筛吸收器结合。在以前的这种过程单元中，实际上所有的杂质当原料空气与低温废物进行热交换和产生气体流时被冷凝原料出空气。然而，不幸的是，蓄冷器单元的本身冲洗需要与空气供入量的大量冲洗气流。结果，这种清洁循环的空气之回收产生不希望有的限制。蓄冷器同样要求大的阀门，它必须周期性的析开和关闭，切换空气供应和废的冲洗气流通路。阀门经常位于低温系统的绝热冷箱部分内，使其维修困难，此外，为了有效地起作用，蓄冷器凝胶收集器的结合必须在低温下操作，并且这样在工厂启动期间要求有一个相当长的冷却时间。

与回转热交换器和凝胶收集器结合对比，机械冷凝器/吸附物单元结合，实际上如美国专利4375367已经公开的，可以在几分钟内启动时间内提供一个清洁的、干燥的原料空气流，该机械冷却器将空气温度从压缩器后冷却器的大约80°F到大约115°F的温度减少到大约40°F。这在较高温度下饱和的空气通过冷凝失去了大部分携带水量这样减少了输入到吸附单元水的浓度。典型的吸附操作是用一对压力容器来进行。一个床用作吸收目的，当另一个承担再生目的，这两个压力容积充满一种吸附剂物质例如钒土，沸石分子筛或者硅胶，它们清除剩余的水蒸汽，二氧化碳和/或其它来自供入空气流的杂质。吸附剂床通常在接近环境压力由一种无杂质气流还原，或者是低温废物或干燥空气的一部分，它们可以被加热而改善它的解吸能力。通过机械冷凝器的运行增加它们的吸附能力。减少注入水的浓度，显著地改善了吸附床的性能，并且运行中所需要的清洁流和能量减少了。由于需要避免在管道壁上结冰，机械冷凝器被限定到一个最小大约38°F产生露点。这种冷凝器同样必须附带通过水份分离器去清除从原料空气形成的凝结水，并且去保护吸附剂床不致于有过多水份。在这样的操作中，使用的机械冷凝器在投资和动力要求方面趋向于昂贵，尤其是对于小工厂。此外，一般认为这样的冷凝器要求昂贵的维修费。

根据这些因素，在这个技术中，参考上文，要求有一个消除或者改变部件，特别是机械冷凝器和水份分离器功能的新方法和系统，以便更经济地提供清洁，干燥的空气给低温气体分离单元。一种有意义的研究考虑是使用薄膜系统，它可有选择地从原料空气中渗透水。一些众所周知的材料具有选择性渗水的能力，而空气或其它气体，构成渗透性低成分，被作为非渗透性气体回收。使用这种物质的一个薄膜系统将替代机械冷凝器的作用。众所周知这样的薄膜系统将相对的简单和容易去操作和维修。然而，当这样的薄膜系统正常运行时，从原料流中去除水份的需要大量有价值成品气体联合渗透。这样薄膜系统的运行与通过使用机械冷凝器达到的露点水平相比，效果少大约为10%到20%。其结果，这样的环境将减少整个过程可能达到的回收水平，增加过程的动力要求。并且，从经济的观点看一般是不吸引入的。尽管这样的因素阻止薄膜干燥系统以替代机械冷凝器或者所述蓄冷器和凝胶收集器结合，薄膜干燥系统新的用法，改善了整个方法和系统，减少了对目前使用的技术的要求，代表了一个理想的先进的技术。

因此，本发明的一个目的是提供一个用于生产干燥氮和/氧制品的改进的方法和系统。

本发明的另一个目的是提供一个改进的用于气体分离的并希望用薄膜系统从原料气体中除去水份的方法或系统。

本发明的进一步目的是在整个使用一个低温空气分离以回收干燥氮气和/或氧气的方法和系统中提供一个能够达到提高干燥效率的薄膜干燥系统。

记住这些和其它目的，本发明在下文中将详细进行叙述，它的新颖特性在附加的权利要求中将特别的指出。

一个薄膜干燥系统被用来结合于一个吸附单元一低温气体分离单元系统，从而达到所需求的生产干燥氮气和/或氧制器。这个薄膜干燥器最好以逆流方式运行和在它的低压渗透侧回流，自低温单元的废气被用来作为冲洗气体。因此，薄膜所要求的面积减少，要求的制成品的回收明显的提高。