[发明专利]一种多级吹扫流程

说明书

本发明涉及膜分离技术，特别提供了一种多级吹扫流程。

流程设计、优化方法和原则的研究，经历了理想分级理论，连续膜柱理论，逆流循环分级理论等一系列过程。目前随着膜组件分离性能的提高，一些简单的多级流程正受到越来越多研究者的重视。由于过去的膜组件分离性能较低，因此为了达到较高的分离要求，在流程设计时，如何充分发挥膜组件的分离性能成为了一个重要的设计思想。但是，在流程设计中膜组件分离性能的充分体现往往是以牺牲参透性能为代价的。如一个简单的二级流程(该流程往往被用于产品气浓度要求较高的分离过程)，由于总的压力差等于备级膜组件的压力差之和，因此每一级膜组件的压力差减小了，该级的渗透量也减小了，从而导致膜组件的渗透性能在该流程中得不到充分发挥。Prassad在1992年US Pat5,102,432中提出了一个用空气制备极高纯度氮气的三级流程。在该流程中，通过调整三级膜组件的膜面积分配，氮气浓度可达到99％～99.999％。该流程通过增加压缩机或压缩机功耗来降低所需膜组件数量。Prassad还在1993年US Pat5,185,014中提出了一个用空气制备富氧气的二级流程，在该流程中，部分或全部原料空气由第二级渗透侧进入，第二级渗透气被引入第一级高压侧，产品气为第一级渗透气。由于第二级渗透气的氧浓度大于空气中的氧浓度，因比用第二级渗透气作为第一级的原料气可以提高产品气浓度。Xu在1993年US Pat5,282,969中提出了一个二级气体膜分离流程，该流程用于原料气中快气浓度较低时，快气提浓过程，富氧过程是其中的一个应用实例。该流程是利用第二级渗透侧低浓度气体吹扫第一级渗透侧，以降低第一级渗透侧浓度，提高膜两侧快气的传质推动力，从而达到增加第一级快气渗透量的目的。Xu还在1994年USPat5,306,427中提出了一个三级气体膜分离流程，该流程用于原料气中快气浓度较低时，快气提浓过程，富氧过程是其中的一个应用实例。该流程在流程中增加了一个慢气富集段，即提馏段，将非渗透气中的慢气浓度进一步提纯。通过该流程可以使慢气、快气在分离过程得到同时富集。目前，随着膜分离技术的发展，膜组件的分离性能有了很大的提高，在流程设计中，如何充分发挥膜组件的渗透性能已经成为重要的研究课题，有关这方面的研究报道还很少。充分发挥膜组件的渗透性能，在最经济的条件下实现设计要求，对工程设计具有重要的实际意义。

本发明的目的在于提供一种多级吹扫流程，其在完成相同的设计要求时，所需的膜组件数量少于传统流程，同时操作上也更具灵活性。

本发明提供了一种多级吹扫流程，其特征在于：流程由N级膜组件构成，N=2～10，每级膜组件的原料气分成两路，一路由膜组件高压侧进入，一路由膜组件低压侧进入，该级的尾气作为下一级的原料气，下一级的渗透气进入该级的低压侧，产品气为第一级的渗透气。

本发明流程中高压侧与低压侧气体流向可以是并流、逆流、错流。

本发明使部分膜组件原料气进入该级膜组件低压侧，降低了该侧气体的浓度，提高了膜两侧气体的传质推动力，增加了气体通过膜的流量，即增加了产品气流量。当产品气流量一定，该流程可以减少膜组件数量。

本发明特别适用于膜组件分离系数较高，产品气为渗透气的分离过程，如：合成氨驰放气氢回收过程；膜法富氧过程等。

下面通过实施例详述本发明。

附图1为多级吹扫流程。

附图2为传统合成氨驰放气氢回收单级流程。

实施例

合成氨驰放气氢回收过程流程设计如图1所示，流程由3级膜组件构成，每级膜组件的原料气分成两路，一路由膜组件高压侧进入，一路由膜组件低压侧进入，该级的尾气作为下一级的原料气，下一级的渗透气进入该级的低压侧，产品气为第一级的渗透气，其中第一级膜面积5m²，第二级膜面积6m²，第三级膜面积79m²；所用膜组件氢渗透系数5.0×10^-5cm³(STP)/cm² s cmHg，分离系数50；采用原料气氢浓度0.6，原料气流量1000m³(STP)/hr，原料侧压力11MPa，渗透侧压力2MPa，所得最终产品气氢收率0.85，产品气氢浓度0.85。

比较例

流程如图1所示为传统合成氨驰放气氢回收过程，所用膜组件同实施例，即膜组件氢渗透系数5.0×10^-5cm³(STP)/cm² s cmHg，分离系数50；采用同样的原料气和操作参数，即原料气氢浓度0.6，原料气流量1000m³(STP)/hr，原料侧压力11MPa，渗透侧压力2MPa，当最终产品同样与实施例相同时，即产品气氢收率0.85，产品气氢浓度0.85，所需膜面积为155m²，比实施例所需总的膜面积高很多。