一種部分原料氣與滲透氣混合單級流程的製作方法
2023-06-03 01:43:41 1
專利名稱：一種部分原料氣與滲透氣混合單級流程的製作方法
技術領域：
本發明涉及膜分離技術，特別提供了一種部分原料氣與滲透氣混合單級流程。
流程設計、優化方法和原則的研究，經歷了理想分級理論，連續膜柱理論，逆流循環分級理論等一系列過程。目前隨著膜組件分離性能的提高，一些簡單的多級流程正受到越來越多研究者的重視。由於過去的膜組件分離性能較低，因此為了達到較高的分離要求，在流程設計時，如何充分發揮膜組件的分離性能成為了一個重要的設計思想。但是，在流程設計中膜組件分離性能的充分體現往往是以犧牲滲透性能為代價的。如一個簡單的二級流程(該流程往往被用於產品氣濃度要求較高的分離過程)，由於總的壓力差等於各級膜組件的壓力差之和，因此每一級膜組件的壓力差減小了，該級的滲透量也減小了，從而導致膜組件的滲透生能在該流程中得不到充分發揮。Prassad在1992年US Pat5,102,432中提出了一個用空氣製備極高純度氮氣的三級流程。在該流程中，通過調整三級膜組件的膜面積分配，氮氣濃度可達到99％～99.999％。該流程通過增加壓縮機或壓縮機功耗來降低所需膜組件數量。Prassad還在1993年US Pat5,185,014中提出了一個用空氣製備富氧氣的二級流程，在該流程中，部分或全部原料空氣由第二級滲透側進入，第二級滲透氣被引入第一級高壓側，產品氣為第一級滲透氣。由於第二級滲透氣的氧濃度大於空氣中的氧濃度，因此用第二級滲透氣作為第一級的原料氣可以提高產品氣濃度。Xu在1993年US Pat5,282,969中提出了一個二級氣體膜分離流程，該流程用於原料氣中快氣濃度較低時，快氣提濃過程，富氧過程是其中的一個應用實例。該流程是利用第二級滲透側低濃度氣體吹掃第一級滲透側，以降低第一級滲透側濃度，提高膜兩側快氣的傳質推動力，從而達到增加第一級快氣滲透量的目的。Xu還在1994年USPat5,306,427中提出了一個三級氣體膜分離流程，該流程用於原料氣中快氣濃度較低時，快氣提濃過程，富氧過程是其中的一個應用實例。該流程在流程中增加了一個慢氣富集段，即提餾段，將非滲透氣中的慢氣濃度進一步提純。通過該流程可以使慢氣、快氣在分離過程得到同時富集。目前，隨著膜分離技術的發展，膜組件的分離性能有了很大的提高，在流程設計中，如何充分發揮膜組件的滲透性能已經成為重要的研究課題，有關這方面的研究報導還很少。充分發揮膜組件的滲透性能，在最經濟的條件下實現設計要求，對工程設計具有重要的實際意義。
本發明的目的在於提供一種部分原料氣與滲透氣混合單級流程，其在完成相同的設計要求時，所需的膜組件數量少於傳統流程，同時操作上也更具靈活性。
本發明提供了一種部分原料氣與滲透氣混合單級流程，其特徵在於原料氣分成兩路，其中一路自膜組件的高壓端進入，另一路與膜組件低壓端滲透氣混合，產品氣為滲透氣與部分原料氣的混合氣。
本發明流程中高壓側與低壓側氣體流向可以是並流、逆流、錯流。
由於原料氣不是由膜組件內部通過，一部分原料氣未經過膜而直接與滲透氣混合，所以產品氣的總流量增大了，當產品氣流量一定時，所需膜組件的數量減少了，本發明特別適用於膜組件分離係數較高，產品氣為滲透氣的分離過程，如合成氨馳放氣氫回收過程；膜法富氧過程等。
下面通過實施例詳述本發明。
附
圖1為部分原料氣與滲透氣混合單級流程。
附圖2為傳統合成氨馳放氣氫回收單級流程。
實施例合成氨馳放氣氫回收過程流程設計如圖1所示原料氣分成兩路，其中一路自膜組件的高壓端進入，另一路與膜組件低壓端滲透氣混合，產品氣為滲透氣與部分原料氣的混合氣，所需膜面積為113m2；所用膜組件氫滲透係數5.0×10-5cm3(STP)/cm2s cmHg，分離係數50；採用原料氣氫濃度0.6，原料氣流量1000m3(STP)/hr，原料側壓力11MPa，滲透側壓力2MPa，所得最終產品氣氫收率0.85，產品氣氫濃度0.85。
比較例流程如圖1所示的傳統合成氨馳放氣氫回收過程，所用膜組件同實施例，即膜組件氫滲透係數5.0×10-5cm3(STP)/cm2s cmHg，分離係數50；採用同樣的原料氣和操作參數，即原料氣氫濃度0.6，原料氣流量1000m3(STP)/hr，原料側壓力11MPa，滲透側壓力2MPa，當最終產品同樣與實施例相同時，即產品氣氫收率0.85，產品氣氫濃度0.85；所需膜面積為155m2，比實施例所需膜面積高很多。
權利要求
1.一種部分原料氣與滲透氣混合單級流程，其特徵在於原料氣分成兩路，其中一路自膜組件的高壓端進入，另一路與膜組件低壓端滲透氣混合，產品氣為滲透氣與部分原料氣的混合氣。
2.按照權利要求1所述的部分原料氣與滲透氣混合單級流程，其特徵在於高壓側與低壓側氣體流向是並流、逆流、錯流。
全文摘要
一種部分原料氣與滲透氣混合單級流程,其特徵在於:原料氣分成兩路,其中一路自膜組件的高壓端進入,另一路與膜組件低壓端滲透氣混合,產品氣為滲透氣與部分原料氣的混合氣。本發明在完成相同的設計要求時,所需的膜組件數量少於傳統流程,同時操作上也更具靈活性。
文檔編號B01D53/22GK1306880SQ0011008
公開日2001年8月8日 申請日期2000年1月28日 優先權日2000年1月28日
發明者王海, 鄧麥村, 李廷文, 趙勇, 李同義, 趙龍 申請人:中國科學院大連化學物理研究所