专利名称：通过渗透来分离气体混合物的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过浸透来分离气体混合物的方法和设备。更具体点说，它涉及通过渗透来分离一种化学过程如氨合成所产生的吹扫气体的方法和设备。
文献US-A-4591365曾公开过一种方法，是将140×105帕的氨合成吹扫气体膨胀到125×105帕，并在一洗涤柱中进行氨净化。生成的气体被送到一个薄膜装置上，用氮气流清扫。氮气流的压力经适当选择使通过分离获得的渗透气体具有氨的克分子组成。该渗透气然后被重复利用来进行氨合成。
最好使来自洗涤柱的吹扫气体通过两个串联的薄膜装置。
当所用薄膜能抵抗氨侵蚀时，在US-A-4591365中提到的洗涤柱可省略。耐氨薄膜的工作特性是在不用洗涤柱时分离的效果较差，但还可以从吹扫气体中以不太复杂的方式回收一部分氨。
本发明的目的是要提供一种分离合成吹扫气体的方法和设备，能够有效而经济地回收在吹扫气体内含有的氨。
本发明还有一个目的是提供一种对含有对某些薄膜或其它分离装置有害的杂质的气体混合物进行分离的方法和设备。
按照本发明的目的而提供的分离含有杂质的气体混合物的方法包括下列步骤i)将气体混合物送到第一薄膜系统的未渗透侧；ii)将至少对杂质来说具有低分压的流体送到第一薄膜系统的渗透侧；iii)从第一薄膜系统回收杂质较少的未渗透物；iv)将未渗透物送到第二分离系统，以便再进行一次分离。
这种方法的另外一些特征为
-第一薄膜系统能抵抗杂质侵蚀；-只有第一薄膜系统能抵抗杂质侵蚀；-渗透物是从第一薄膜系统回收得来的；-气体混合物为氨合成吹扫气体，其杂质为氨，而送到第一薄膜系统渗透侧的流体为氨合成气。
本发明还有一个目的是提供一种用来分离含有杂质的气体混合物的设备，该设备包括第一薄膜系统，将气体混合物送到该系统未渗透侧的装置，将至少对杂质来说具有低分压的流体送到第一薄膜系统渗透侧的装置，第二薄膜系统，以及将来自第一系统的未渗透物送到第二系统未渗透侧的装置。
这种设备的另外一些特征为-第一系统具有能抵抗杂质侵蚀的薄膜；-只有第一系统能抵抗杂质侵蚀；-混合物为化学过程产生的气体(最好为残余气体)，流体为化学过程的供应气体，而杂质为化学过程的产物；-气体混合物为氨合成吹扫气体，杂质为氨，而流体为氨合成气；-它还包括将来自第一及/或第二薄膜系统的渗透物送回到氨合成单元的装置。
本发明的第一实施例见
图1，其中示出氨合成单元的吹扫气体的一种分离方法。
本发明的第二实施例见图2，其中示出化学过程的残余气体的一种分离方法。
在图1中，含有59％H2、20％N2、6％Ar、10％CH4和5％NH3的氨合成吹扫气体以196×105帕的压力通过管道1被送到第一薄膜装置3的未渗透侧。在第一系统的渗透侧用一从压缩机13下游得到的、压力为99×105帕的、含有25％N2和75％H2的合成气流来吹扫，因此在渗透侧，氨、氩和甲烷的分压都是零。薄膜的选择性能是使氨比氩和甲烷更容易渗透，实际上在渗透侧用合成气吹扫就可使第一系统3如同氨回收系统那样工作。没有回流，所有产物都可渗透，而就H2的回收和惰性气体Ar和CH4的去除来说，效率只是一般。分压差可使氩气渗透到渗透侧，致使未渗透侧留下的混合物基本上只含氮和氢。该氮和氢的混合物在串联的第二和第三薄膜系统中再被净化。从第二系统5出来的渗透物与从第一系统3出来的渗透物重新汇合，在压缩机15内压缩到196×105帕后被送到氨合成单元11内。第三系统7的未渗透物可用作燃料气，而渗透物被送到压缩机9的上游或下游重新参加循环，使气体压力从27.5×105提高到54×105帕。
这样，只有第一薄膜系统必须具有能抵抗侵蚀杂质如氨的薄膜。只有该薄膜是回流式薄膜。
显然，第三系统7并非总是需要的。
在处理11000Nm3/h的吹扫气体时，对采用洗涤柱的布置和采用按照本发明的布置可观察到下列差异
由此可见，本发明的系统也可与采用洗涤塔的系统一样好地从吹扫气体中去除杂质，同时还能略为提高氮和氢的回收率。氮气可在一个高得多的压力下回收，因为薄膜的工作压力要比洗涤塔高得多。
在图2中，气体50A在被送到进行化学过程的单元11A之前，在具有两级13A、15A的压缩机21A内被压缩。化学过程产生的残余气体含有对某些薄膜有害的杂质，这个气体通过管道1A被送到第一薄膜系统3A。该第一系统能抵抗渗透薄膜的有害物质。这种渗透由于有吹扫气体通到第一薄膜系统3A的渗透侧而变得格外容易。在这种情况下，吹扫气体为用于单元11A的气体，其中的一部分被送到管道4A，但该吹扫气体也可采用另一种具有有害杂质低分压或零分压的气体，例如从级15A下游取出的气体。吹扫气体重新被循环送到压缩机21A的级15A上，以便被压缩到单元11A的工作压力。从有害杂质中净化出来的残余气体被送往容易被杂质损害的第二薄膜系统5A的未渗透侧。从这个第二系统5A抽出的气体通过管道20A出去，而渗透气则通过管道22A，返回到压缩机21A的级15A，以便参与单元11A内的化学过程。
权利要求
1.一种用来分离含有杂质的气体混合物的方法，该方法包括下列步骤i)将气体混合物送到第一薄膜系统(3、3A)的未渗透侧；ii)将至少对杂质来说具有低分压的流体送到第一薄膜系统(3、3A)的渗透侧；iii)从第一薄膜系统回收杂质较少的未渗透物；iv)将未渗透物送到第二分离系统(5、5A)，以便再进行一次分离。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征为，第一薄膜系统能抵抗杂质侵蚀。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征为，渗透物是从第一薄膜系统(3)回收得来的。
4.按照以上权利要求之一所述的方法，其特征为，气体混合物为一个化学过程的第一产物，而杂质是该化学过程的第二产物的一小部分。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征为，被送到第一薄膜系统(3)渗透侧的流体为化学过程的供应气体。
6.按照权利要求4或5所述的方法，其特征为，从第一薄膜系统(3)出来的渗透物重新参加化学过程的循环，它可与由薄膜系统构成的第二分离系统(5、5A)的渗透物相混合。
7.按照权利要求5或6所述的方法，其特征为，气体混合物为氨合成吹扫气，杂质为氨，而送到第一薄膜系统(3)渗透侧的流体为氨合成气。
8.按照以上权利要求之一所述的方法，其特征为，第二分离系统(5)是第二薄膜系统，第一和第二薄膜系统的渗透侧的压力相同。
9.用来分离含有杂质的气体混合物的设备，它包括第一薄膜系统(3、3A)，将气体混合物送到该系统未渗透侧的装置(1、1A)，将至少对杂质来说具有低分压的流体送到第一薄膜系统渗透侧的装置(4、4A)，第二分离系统(5、5A)，以及将来自第一系统(3)的未渗透物送到第二系统(5)的装置。
10.按照权利要求9所述的设备，其特征为，第一系统(3、3A)具有能抵抗杂质侵蚀的薄膜。
11.按照权利要求9所述的设备，其特征为，只有第一系统(3、3A)具有能抵抗杂质侵蚀的薄膜。
12.按照权利要求9至11之一所述的设备，其特征为，混合物为化学过程的第一产物，流体为化学过程的供应气体，而杂质为化学过程的第二产物。
13.按照权利要求12所述的设备，其特征为，气体混合物为氨合成吹扫气，杂质为氨，而流体为氨合成气。
14.按照权利要求12或13所述的设备，它包括将从第一和/或第二薄膜系统出来的渗透物送回到进行化学过程的单元(11、11A)内的装置。
15.按照权利要求14所述的设备，其特征为，第一薄膜系统(3、3A)阻止气体混合物内的妨碍化学过程良好进行的成分的渗透。
16.按照权利要求15所述的设备，其特征为，所述成分为氩和甲烷。
17.按照权利要求9至16之一所述的设备，其特征为，第二分离系统为一薄膜系统(5、5A)或一吸附单元。
全文摘要
在一利用渗透来分离的方法中，气体混合物在两个薄膜系统(3A、A)中被分离，其中只有第一系统(3A)能抵抗混合物内所含杂质的侵蚀。该第一薄膜系统用对杂质来说具有低分压的流体来吹扫，引起杂质的渗透。然后将第一系统的未渗透气送往第二系统(5A)。
文档编号B01D53/22GK1150762SQ9619034
公开日1997年5月28日 申请日期1996年2月29日 优先权日1995年3月3日
发明者伊夫·昂格勒 申请人:乔治·克劳德方法的研究开发空气股份有限公司