专利名称：干燥、高纯氮生产方法和系统的制作方法
技术领域：
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相关的大量冲洗气流。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，它必须周期性的打开和关闭，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人的。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被特别的指出。
一个薄膜干燥系统被用来结合于一个吸附单元-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/或氧制品。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。
参照附图对本发明作详细叙述，其中
图1是本发明的一个实施例的流程图，其中低温原料气体分离系统的废气被用作干燥供入低温系统气体的薄膜系统中的冲清气体;和图2是一个实施例流程图，其中冲洗气体在低温系统中从吸附床预净化器中分离出来，用作原料气体薄膜干燥系统的冲洗气体。
本发明的目的在于既能从供入空气中分离出所要求的水份又能不减少整个过程和系统的回收量到不能接受的水平的条件下，通过一个原料空气干燥薄膜系统与一个下游低温吸附空气分离系统组合来完成的。这样的条件有利于组合的分离方法和系统，如使用特殊薄膜里成分清除水份的选择性，及薄膜束，在薄膜干燥的系统中以逆流情况下来设计。这使得在干燥运行期间，氮和/或氧以干燥的形式回收，且能使所述产品损失最小。
在本发明的实施中，从低温空气分离系统来的废气在所述低温系统逆流地用作薄膜干燥器系统和吸附系统的冲洗气体。本发明由于干燥运行的要求，可得到一个干燥，高纯氦和/或氧制品流，而所要求的制品损失最少。本发明的所有过程和系统参照附图加以图解。涉及到用于在本发明的实践中所有低温系统进一步说明，并且为达到干燥供入空气的组合薄膜系统被提供在下面。
在图1中，原料空气通过管道1到空气压缩机2，从这里湿的压缩空气通过管道3到薄膜材料干燥器系统4中。在所述薄膜系统4中，水选择性渗透和穿过薄膜材料通过管道5作为废气而从系统中被排出。原料空气从薄膜干燥器系统4中以干燥形式作为不渗透或者残留气体回收，通过管道6通到吸附系统7中，系统7在所述的供入空气通到低温空气分离系统之前被用于从干燥原料空气中清除杂质。吸附系统7，正如所示的，包括两个吸附材料床，即床8和9，一个床一般用于吸附目的，而另一个床用作再生。干燥、纯净的原料气体通过所述吸附器7从管道10到低温分离系统11，在这里，所要的干燥、高纯的成品气通过管道12而得到回收。一个干燥废气流从所述低温系统通过管道13排出。干燥废气流的一部分，如氧或氮通过管道14经过吸附系统7，即通过床8和9，作为床用干燥吸附清洁气而再生该床。一个吸附剂废气流通过管道15从吸附系统7排出，所述废气流包含吸附剂冲洗气体和它在再生期间从吸附剂床吸附的杂质。从低温空气分离系统11来的剩下的干燥废气部分，通过管道16低压下，被导入到薄膜干燥系统4用作所述薄膜系统渗透侧的干燥冲洗气体，所述干燥冲洗气体被用于促进清除薄膜表面渗透废气，并且同所述渗透气体一起，通过管5被排出。
本发明的实施例示于图1，用于降低对传统的预纯低温空气分离工厂压缩空气流中的水和二氧化碳进行清除的冷凝器/吸附剂床结合体的一部分冷凝器的要求。冷凝器的这种降低要求是所希望的。如上面所指出的，因为它在投资和动力两者都是昂贵的。并且公知的是要求昂贵的维修。相反，用在本发明中的薄膜干燥系统，众所周知在性质上非常简单和便宜，并且不需要昂贵的维修费。而本发明的这个实施例，薄膜系统同吸附-低温空气分离系统组合，大大于优传统预纯净低温空气分离系统，这个技术的进一步发展同样是所希望的。本发明图1实施例的一个限制是渗透冲洗气体要求用于薄膜干燥系统，其中一般大约10-20%的原料空气用到所述薄膜干燥器系统中，需要附加10-15%用于冲洗预纯洁器吸附系统。相应地，系统的整个冲洗要求相对较大，大约20-35%时，不可避免大量的废气产生，在低温空气分离系统中氮和氧的高回收率很难达到。
在图2所示的实施例中，论述减少系统需要的整个冲洗要求。在这个实施例中，在管道20中空气被压缩进空气压缩机21，随着压缩空气被通过管22到聚结剂单元23，从这里水通过管道24被除去。这样处理的压缩的空气流通过管道25到第一级薄膜干燥器26，两级薄膜干燥器系统的第一部分，仍然存在于原料空气中的大部分水，在第一级干燥器中通过干燥冲洗气流在渗透侧逆流被除去，如下文表示的那样。部分干燥的压缩原料空气如非渗透气体一样，从第一阶段薄膜干燥器26通过管道27到第二阶段薄膜干燥器28，在那里残留的水份被清除，以便干燥原料空气在那里作为非渗透气流被通入管道29到预净化器吸收系统30，在通入低温空气分离系统前，进行净化。吸附系统30如所示那样包含两个吸附床，就是床31和床32，应当这样理解，一个这样的床将一般用于干燥供入气体的净化作用，而另一个床用作再生。离开吸附系统30的干燥、纯净的原料空气通过管道33到低温空分系统34，从那里所希望的干燥、高纯氮或氧制品通过管道35被回收。低温系统34干燥废气通过管道36排出，在热交换器37中加热，通过管道38送到预净化器吸收系统30，作为冲洗气体用于无论那一个床的再生，也就是床31或床32在任何给定时间正进行的再生。既然实际上所有存在于原料空气中所有的水在薄膜干燥器系统中被清除，离开预净化器吸收系统30的用过的冲洗气体将相对较干燥，尽管它包含别的杂质，例如二氧化碳和碳氢化合物。该用过的冲洗气体由管道39到通入第一阶段薄膜干燥器26中用于薄膜渗透侧的冲洗气体。所述冲洗气体，与穿过所述薄膜干燥器26渗透的水蒸汽一起通过管道40作为废物排放。这种薄膜干燥器26再循环冲洗气体的流过有利于携带所述渗透水离开所述渗透侧薄膜表面，以便在薄膜干燥器26中保持一个穿过薄膜干燥器26的高驱动力去维持希望的通到所述薄膜干燥器26中供入空气流的水分清除。
在图2的实施例中，为了使原料空气的干燥达到高于在第一阶段薄膜干燥器26所达到的水平，使用第二阶段薄膜干燥28。为了在这个干燥器中进行冲洗，来自低温过程的任何可利用的干燥、低压气流，例如从低温系统34来的废气，高纯氮和氧制品气体，膨胀的供入空气或类似物，或从预净化器吸附系统30来的废气，均能用作干燥冲洗气体，在图2中所示出，低温系统34的一部分废气通过管道41到第二阶段薄膜干燥器28在那里作为冲洗气体。这样的冲洗气体更方便的带走来自薄膜渗透侧薄膜的表面渗透水，而维持一个穿过薄膜28的高驱动力保持通到所述薄膜28供入空气流的所需的附加的干燥。冲洗气体，和附加的渗透水一起，通过管道42从薄膜干燥器中而排出。
本领域普通技术人员将赞赏这种可依据在任何特殊干燥高纯氮和/或氧产品运行中的供入空气干燥度的要求，对第二阶段薄膜干燥器28的随意的使用。当它被使用时，如图2实施例，因为从原料空气在第一阶段薄膜干燥剂系统中已清除掉大部分水。第二阶段薄膜干燥器28一般较小并要求比第一附段薄膜干燥器26更少的冲洗气体。
在图2实施例中将能看到其优点，与图1的实施例比较，它能使过程的整个冲洗要求降低，这样，如果整个薄膜干燥器冲洗要求量是20%，而预净化器吸附系统30冲洗要求量是15%。那么，在这个实施例中，用于预净化作用要求的冲洗气体量低于5%，事实上薄膜干燥器中所有的水份的清除也同样大大地减少了预净化器吸附系统包含有水份。这随后，也大大地减少预净化器再生的热能要求，使能压缩机废热用于预净化器再生也许成为可能。
由于水在预净化器中是一种很强的吸附物，从预净化器中原料气体除掉大部分水份能够提高吸附剂对应于其它要求去除的物质吸附特性，例如二氧化碳，碳氢化合物和类似物。从而看到这将能导致所要求的对预净化器运行的改善。应当注意到适合于去掉水的薄膜干燥器一般同样对应于选择用于去除二氧化碳。例如二氧化碳的去除同样减少下游吸附单元的负荷。
同样应该注意到，实际上在预净化器中水的吸附是放热的，并且产生大量的热。这就引起了离开预净化器空气温度的上升，其中，其次增加了低温系统的冷冻负荷。在预吸附系统中吸附期间，由于使用薄膜干燥器系统去除水分预净化器中将大大减少产生的热，这样有利于下游低温过程。
因此，在本发明中，将能看到薄膜干燥器系统能够有效地和预净化器组合的吸收-低温空气分离器系统，它用一个大大优于常规使用在现有技术中的传统方法的先进方式，在所述吸附-低温系统中干燥原料空气。通过薄膜渗透侧冲洗气体的使用来提高该薄膜干燥器系统运行。用来自吸附-低温系统的干燥废气，或者一部分、来自低温空气分离系统的干燥的高纯氮制品流被送到薄膜干燥器系统中，用作所述要求的冲洗气体。
从压缩的原料空气，氮流或类似物中有选择地去掉水份的某些薄膜是已知的。不幸的是已经发现，如美国专利No.4783201已经公开的，当用正交流动渗透的方法运行时，这样的薄膜面积减少。例如，在150磅/英寸2的运行压强下，为达到一个在相对适当压力的-40°F露点，渗透气与供入气体流之比，大约为30%。显然，这种正交流动薄膜单元的产品气体的回收非常低，并且整个系统的动力和干燥器面积要求异常高。然而，为了在本发明中体现组合系统的效益，薄膜干燥器系统最好以逆流方式运行。利用干燥的冲洗气体逆流送到薄膜的渗透侧方便地从所述渗透侧带走水份并为去掉的水份而维持一个穿过薄膜的高驱动力。这个过程的特点用于减少所要求的薄膜面积和必须达到一个给定产品露点，也就是干燥的水平下，产品渗透损失。在本发明的最好实施例中，希望保持产品由于来自原料空气所述氮和氧的联合渗透损失少于总产品流的1%，最好少于0.5%。
应当这样理解，用于干燥器薄膜系统的薄膜应是一个对于水比氮和氧具有更高的选择性。就是说，水份渗透必须比空气更多更快。水/空气分离系数至少必须是50，为了有利于从原料空气中去除水份，最好大于1000。如上面所指出的。这样的干燥器薄膜系统将同样也具有一个范围大约10到200的二氧化碳/空气分离系数。此外，薄膜结构对于氮和氧必须具有相对低的可渗透率。醋酸纤维素是满足这种标准的一种较好的薄膜分离物质。应当认为别的其它物质也能使用。例如乙基纤维素，硅橡胶，聚氨酯，聚酰胺，聚苯乙烯和其它类似物。如在此处公开的和权利要求书所要求的，与一个压力变动吸附系统和低温空气分离系统组合一起。具有理想的薄膜结构的薄膜物质的薄膜干燥器系统。最好是如上所述的以逆流方式运行。用于一个空心纤维薄膜结构或者其它适当的薄膜结构。例如已普通用于商业实际中的螺旋缠绕薄膜，提供正交流动型方式流的束状设计。在正交流动运行中，薄膜的渗透侧的渗透气体的流动方向与薄膜的供入侧的原料气体流成直角。例如，在应用空心纤维束并使供入气体的通道位于空心纤维薄膜外侧中，纤维孔中的渗透流动方向通常与通过空心纤维的外表面的供入流成直角。同样地，原料气体通过空心纤维孔的由里向外的通道中，渗透气体通常从空心纤维表面通常与空心纤维孔内的原料流的方向成直角的方向通过并随后，在外壳内，在渗透气体排泄装置的方向通过，如同欧洲专利申请公开号No0226431，1987，6，24所公开的那样。逆流流态可通过将空心纤维束靠近所述束沿着纵向的整个外层表面，除了靠近所述束的一端的周围部分不包敷，包上不能渗透的障碍物而产生。这使得供入气体或者渗透气体，按照要求的方式运行，即由里向外或由外向内以逆流方式在空心纤维外侧平行于渗透气体或空心纤维孔中的原料气体的流动方向通过。空心纤维束外部的原料气体，例如，产生与纤维束中心轴的平行流动，而不是垂直流动。应当知道，薄膜纤维可以平行于束中心轴的直线安置，或者用其它办法，环绕中心轴以螺旋构造缠绕成。不管怎样，不可渗透障碍物材料可以用不渗透膜来覆盖，例如，聚偏乙烯或类似物。可以替代的，不可渗透性障碍物可以是一种不可渗透性覆盖物，例如由无害溶剂中生成聚硅氧烷，或者装在薄膜束外面的一种收缩外壳并收缩到所述的束状。不可渗透性障碍物因此包住了空心纤维或者别的薄膜束，如在所述公开物公开的，在那里有个开口，允许气体进入或者离开，以便使液体真正沿着大体上平行于纤维束轴的方向流动，为了达到这个发明目的，原料空气流和正如上述所指出的那样，由提供的冲洗气同通过薄膜干燥器系统中薄膜物质渗透出的水份一起组成的渗透气体的流动形态应是一种逆流流动。
应当注意到，薄膜干燥运行在本技术中一般是使用一个厚纤维薄膜来完成的。这个厚纤维的薄膜厚度也是壁的厚度，和一个不对称的薄膜的表面部分，或者一个复合薄膜的分离层比，它是非常大的。对于这一厚纤维，必须有一个大的壁厚以达到一个显著的承压能力。这样，厚纤维具有一个非常低的渗透率并为了氮制品的充分干燥，要求使用一个非常大的表面积。相反，不对称或复合薄膜具有非常薄的薄膜分离层，对于发明目的来说，优于厚薄膜，对具有相对多的实质的渗透部分薄膜的最薄部分提供机械强度和支撑决定薄膜分离特性。因此，需要很少的表面积，用不对称的或复合薄膜比厚的均匀的薄膜要好。因为通过使用不对称或复合薄膜而不用厚薄膜能得到固有的优良的渗透性，当涉及到补充空气的干燥时，在本发明的最好实施例中，进一步提高不对称和复合薄膜所要求的运行性能，以便使这种薄膜在正交流动运行中产生的有价值供入空气的联合渗透损失明显减少。
应当理解到，用于本发明的目的低温空气分离系统可以是任何通过空气的低温净化能产生合乎需要量的高纯氮和/或氧的任何传统的、商业的可用的系统。低温空气分离系统的细节不是本发明的本质部分，本发明涉及到低温系统同一个薄膜干燥器系统和一个普通预净化器吸附系统的组合。这样的低温空气分离技术的代表例子被公开在美国Cheung专利4448545，Pahade等美国专利4453957和Cheung美国专利4594085。同样，在本发明的实践中应用的预净化器吸附系统包括在本技术中任何已知的希望的吸附系统并能在干燥原料空气流通到低温空气分离系统之前能从中分离出不希望有的杂质。使用的预净化器吸附系统可以是任何能方便地从干燥的供入空气流中去掉二氧化碳和/或其它杂质，包括残留水，的商业上可利用系统。吸附系统一般是操作的压力变动的吸附系统，以便在升压条件下从原料空气中选择地吸收所述杂质和在较低压力下解附所述杂质，例如，接近环境压力，用于从系统中去掉杂质。典型的这样的压力系统使用一对吸收床，一个床用于吸收目的而另一个床是用于再生的。在所述床中应用的典型的吸收材料包括氧化铝、沸石分子筛或硅胶。另一方面，这种系统可以热波动吸附循环运行，在这里所要求的吸附在低温下进行，解附是在高温下完成的。
为完成本发明的目的，冲洗比率，也就是回流冲洗气体/非渗透侧供入空气流之比，至少为10%，但是最好大约为20%或更高，以保持希望要求的面积，产品损失和反扩散到最小程度。冲洗比率在原料空气压力相对低时，比压力较高时要求更大。
在本发明实践的图解例子中，低温空气分离系统适用于生产50吨干燥、高纯氮。由于基本在传统预净化的低温系统中的空气的氮回收一般大约为52%，大约原料空气流的48%作为低压废物，低温系统在供入空气压力为91磅/英寸2，空气温度115°F下，废气压力为18磅/英寸2时，能够方便地运行。在一个传统的系统中，能便利地使一个后冷却器露点温度为115°F，冷凝器制品空气露点温度为40°F，和吸附剂制品空气露点温度为-100°F。用于这个系统的一个传统的机械冷凝器价值近30000美元并消耗大约10KW的电力。在这个冷凝器和水份分离器中空气压降大约2磅/英寸2。如图1实施例中，在本发明的实践中，冷凝器是希望用一个具有氧/氮分离因子5.9，水/空气分离因子为1000或更大的一个薄膜干燥器系统来替代。薄膜干燥系统最好由绕或螺旋形状的空心纤维薄膜组成，并用一个聚偏乙烯不渗透障碍物去包覆薄膜器产生一个逆流动流态来操作。为了减少在干燥运行期间由于渗透造成压缩空气量的损失，及效果的下降，也就是薄膜的渗透/供入流比率保持很低。然而，应该认识到，如上面指出的那样，如果达到了所要求的干燥，由于要求去除水而产生一部分实际运行效果下降是不可避免的。因此，为了加强干燥，由于氧和氮联合渗透，干燥效果的下降减小，即不大于5%，最好小于原料空气的0.5%。如上所述在特殊运行条件下和薄膜特性使用的干燥回流冲洗比率大约为18-20%，薄膜干燥器系统被发现在资金和动力花费上大大减少并有其它利益，提供的所述干燥流量冲洗率至少能达到18%的水平。
薄膜干燥器系统的一个附加优点是进入到吸附-低温系统的空气露点不限制为40°F。根据所使用的冲洗比率和薄膜特性，提供一个给定的薄膜面积能够用于各种空气量。除了使用增加的薄膜面积以外，能够通过使用更多的冲洗气体，或者带有高的分离水特性的薄膜，减少干燥空气的残存水的浓度。而在预净化器吸附系统中必须由吸附剂床减少必须去掉的蒸汽量以减少了任何残存水的含量。因此，增加了所述系统的容量并减少冲洗气体和它们的能量要求。最合理的薄膜干燥器露点将被认为取决于在薄膜干燥系统及在预净化器吸附系统中去掉水的相对投资。
应当这样来认识，在此叙述的，只要不脱离本发明的范围，在过程和系统的细节上各种变化和修改定作为附加权利要求提出的。因此非对称或复合薄膜结构能使用在本发明的干燥器薄膜系统中。而厚薄膜通常用于产品干燥。因为在上文已经指出了它的局限性，这种厚薄膜并不是最好的，虽然它在本发明的实际中可以使用。
在本发明的实践中使用的渗透薄膜通常使用组装的薄膜束。典型地是位于在外壳内形成薄膜块而组成一个薄膜系统的主要单元。一个薄膜系统可以包括一个单模块或者多个这种模块，按照平行或者串连排列。这种薄膜模块可用以方便的空心纤维形式，或以螺旋缠绕形式，编成平板，或者其它要求的薄膜构形的薄膜束来制成。薄膜模块制成有一个原料空气侧，和一个对侧，渗透气体出口侧。对于空心纤维薄膜，供入侧能够既是用于由里向外流运行的孔侧。也可以是由于由外向内流运行空心纤维的外部。该装置用于将原料空气引入系统并将渗透和非渗透的气体回收。
如上面所指出的，在本发明中应用的冲洗气体应是一种干燥或相对干燥气体，此处指的是来自气源的。如在此处所用的，一种相对干燥冲洗气体是一种具有水份分压但不超过干燥的原料空气流中的水份分压。更可取的是，所述冲洗气体水份压分将少于在所述流中水份分压的一半，不管上面已公开的冲洗气体源如何，通常都是这样。
我们能够看到，用于干燥供入空气通到空气吸附-低温空气分离系统用于干燥高纯氮的生产之前，薄膜为它提供了一个高度理想的过程和系统。通过用适宜的薄膜系统完成干燥，可以避免用更昂贵的冷凝器去掉水份。通过薄膜干燥器系统与低温空气分离系统和预净化器吸附系统结合的过程气流，用相对干燥冲洗气体能方便地完成薄膜干燥剂系统的渗透侧低压冲洗。通过使用一个束装装置，以便建立一个逆流流动形态，最好的干燥运行的实施例能够在加强干燥原料空气回收的情况下实现，避免在正交渗透运行中出现压缩空气大量的联合渗透。
权利要求
1.一种用于从空气中生产干燥、高纯度氮和/或氧的改进系统，包括(a)一个能有选择地将存于湿原料空气中的水渗透出来的薄膜干燥系统；(b)一个能有选择地将来自所述薄膜干燥系统的作为非渗透气体引出的干燥的原料空气中所含的二氧化碳、残存水分和其它杂质吸附的预净化吸附系统；(c)一个用于低温空气净化，并生产干燥、高纯度氮和/或氧产品气以及干燥废气的低温空气分离系统；(d)用于将相对干燥的冲洗气体输到薄膜干燥系统的低压渗透侧，以更方便地从薄膜表面带走水蒸汽并维持将穿过薄膜的原料空气中水蒸汽清除的驱动力以提高该处水的分离的管路装置，所述相对干燥冲洗气体包括低温空气分离系统和/或预净化吸附系统或环境空气的废气或产品气，从而在薄膜干燥器系统渗透侧的冲洗气流供应有利于以最小的原料空气损失清除水分。
2.如权利要求1所述系统，其中所述薄膜干燥器系统包括适于使渗透气体通常逆流地平行于湿原料空气流方向的薄膜束。
3.如权利要求1所述系统，其中所述薄膜干燥器的干燥冲洗气体包括有来自所述低温空分系统的废气。
4.如权利要求3所述系统，还包括将一部分来自所述低温空分系统的废气作为冲洗气体输到所述预净化器吸附系统的导管装置。
5.如权利要求1所述系统，还包括将所述低温空分系统的废气作为冲洗气体输到所述预净化器吸附系统的导管装置，来自所述预净化器吸附系统的废气组成薄膜干燥器系统的冲洗气体。
6.如权利要求5所述装置，其中所述薄膜干燥器系统包括一个两级薄膜系统，所述预净化器吸附系统的废气被输到所述薄膜系统作为第一级的冲洗气体。
7.如权利要求6所述系统，还包括将来自所述低温空分系统的废气或成品气及膨胀空气作为冲洗气体输到所述薄膜系统的第二级的导管装置。
8.如权利要求5所述系统，其中所述薄膜干燥器系统包括适于使渗透气体逆流地平行于湿原料空气流方向流动的薄膜束。
9.一个用于从空气中生产干燥、高纯度氮和/或氧的改进方法，包括(a)将湿原料空气输到一个能有选择性地渗透水的薄膜干燥器系统中;(b)将来自所述薄膜干燥器系统的作为非渗透气体引出的已干燥过的原料空气输到一个能有选择地吸收干燥原料空气中所含二氧化碳、残存水分和其它杂质的预净化器吸附系统。(C)将所述预净化吸附系统的干燥，预净化原料空气输到一个用于低温空气净化，并生产干燥、高纯度氮制品气，以及干燥的含氧废气的低温空分系统;(d)回收所述低温空分系统的干燥、高纯度氧产品气;(e)将相对干燥的冲洗气体输到薄膜干燥器系统的低压渗透侧，以方便地从薄膜表面带走水蒸汽并维持穿过薄膜的原料空气流水分的清除的驱动力以提高该处水分分离，所述相对干燥冲洗气体包括来自低温空分系统和/或预净化器吸附系统或环境的废气或产品气，在薄膜干燥器系统的渗透侧提供冲洗气体可以以最小的原料空气损失提高水分的清除。
10.如权利要求9所述方法，其中所述薄膜干燥器系统包括适于使渗透气流逆流地沿与湿原料空气流平行方向流过的薄膜束。
11.如权利要求9所述方法，其中薄膜干燥器系统的干燥冲洗气包含来自低温空分系统的废气。
12.如权利要求11所述方法，还包括将低温空分系统的一部分废气作为冲洗气输到所述预净化器吸附系统。
13.如权利要求9所述方法，还包括将低温空分系统的废气作为冲洗气输到所述预净化器吸附系统，来自所述预净化器吸附系统的废气组成薄膜干燥器系统的冲洗气体。
14.如权利要求13所述方法，其中所述薄膜干燥器系统包括一个两级薄膜系统，其中将预净化器吸附系统的废气作为冲洗气体输到所述薄膜系统的第一级。
15.如权利要求14所述方法，还包括将来自低温空分系统的废气或成品气以膨胀空气作为冲洗气体输到所述薄膜系统的第二级。
16.如权利要求15所述方法，其中来自低温空分系统的废气作为冲洗气体输送到所述薄膜系统的第二级。
17.如权利要求13所述方法，其中所述薄膜干燥器系统包含有适于使渗透气流逆流地平行于湿原料空气流方向通过的薄膜束。
全文摘要
空气被输到一个用于生产干燥，高纯度氮和/或氧的预净化器系统/空气分离系统的联合系统中，在薄膜干燥器中干燥，其最佳特征在于是逆流通道的。通过在薄膜干燥器的渗透侧使用了冲洗气体，加强了干燥，冲洗气体可以是吸附系统或低温空气分离系统的产品气或废气、干燥的原料空气或环境空气。
文档编号C01B13/02GK1048683SQ9010439
公开日1991年1月23日 申请日期1990年5月11日 优先权日1989年5月12日
发明者拉维·普拉萨德, 奥斯卡·维廉·哈斯, 丛海理 申请人:联合碳化工业气体技术公司