[发明专利]采用部分吹扫预净化或后净化的气体分离法

说明书

本发明涉及气体膜分离过程。更具体而言，本发明涉及预净化或后净化气体分离过程的吹扫要求。

渗透膜法和系统已被推荐并与日俱增地用于有效的气体分离过程。在通过空气分离生产氮气时，例如将原料空气与膜表面接触，空气中更容易渗透的氧气组分，可以选择性地通过膜，而空气中渗透性较差的氮气组分，则作为非渗透产品气流从膜系统中分离回收。常规膜系统所生产的氮气其纯度通常至多约为99.5％。如果利用后净化的特点，也可以生产出高纯氮气。这种工艺过程也可以包括使用原料空气或产品的逆流式薄膜干燥器，在该薄膜干燥器中采用来自空气分离膜的渗透气作为吹扫气。在某些工业生产中，也希望使用来源纯净、干燥的压缩空气，以防止在仪器、管道、风动工具、通风机以及其它工业设施中产生腐蚀和凝结。为达到后一目的，通常已采用单独吸附或致冷的干燥器。然而，由于吹扫和排气的原因，这种设备往往会造成大量的产品损失，或需要大量地增加例如用于再生或致冷的能量消耗。

各种膜材料渗透水蒸汽的能力在本技术领域是众所周知的。因此，可将使用这种材料的膜系统用来代替吸附(或致冷)干燥器，以便生产各种用途所需的纯净、干燥空气。然而，许多工业上实用的非对称和复合型膜的特征为错流渗透模式，其中膜渗透侧的大量气体的组成对所达到的渗透率影响很小。因此，采用这种膜干燥器除去压缩空气流中的水蒸汽，需要同时将大量有用的原料气进行共渗透。在级分流比，即渗透气与原料流之比，为10-30％数量级下操作时，可能要求达到吸附或致冷干燥器所规定的露点。因此，用错流式薄膜干燥器代替上述干燥器来生产纯净、干燥的压缩空气在经济上没有吸引力。

膜产品的开发和理论的发展，已导致开发以较大程度的逆流操作为特征的各种复合材料和不对称膜，且随之而来，至少部分是本领域的逆流渗透数学模型而不是错流模型的进展。这样设计的具有相当程度渗透能力的膜，可以说明，这是得益于在膜的低压渗透侧使用吹扫气的逆流模式。在这种情况下，如果在生产现场可以得到干燥吹扫气，即可在较低的级分流比下，达到与错流渗透设计相同的水分去除率。

虽然薄膜干燥器已发展到如此程度，且在工业生产中已将空气膜分离系统与薄膜干燥器结合在一起使用，然而，鉴于应用于膜系统的性能要求目益提高，为了满足各种工业用途的需要，仍然非常希望在本领域中进一步取得进展。

因此，许多氮气或其它气体膜分离过程要求，或得益于，将吹扫气流用于预净化或后净化空气或其它气体的分离过程。在一些实施方案中，例如，使用薄膜干燥器来干燥输送到生产氮气的空气分离系统的原料空气流，或在空气膜分离-脱氧的氮气净化系统的氮气产品流中使用薄膜干燥器的情况下，通常可以从空气膜分离任一级的组件中排出的渗透气得到吹扫气流。使用这种来自用于预净化或后净化的空气或其它气体膜分离系统的渗透气流，必然会在通过薄膜干燥器，或通过吸附床，如果用来代替预净化或后净化操作所用的薄膜干燥器，后产生压力降，通常数量级为几磅/平方英寸，例如1-10磅/平方英寸。该压力通常可以采取对任一膜级的空气分离膜组件的渗透侧反向加压而得到。膜组件背压的增加会降低膜组件进口或非渗透侧的原料空气的高压和所述膜组件的渗透侧的低压之间的有效压力比。因此，该方法势必增加运行空气分离操作所需的膜表面积和电力。不过，该方法却可以省去额外的压缩设备或鼓风机。