[发明专利]使用离子迁移膜共同制备氧气、氢气和氮气的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年12月13日递交的美国申请No.13/713,646的权益，将其内容全部引入本文供参考。

背景

离子迁移膜(ITM)由离子性和混合导电的陶瓷氧化物组成，所述陶瓷氧化物能在1475-1650F的高温下传导氧离子。空气被压缩到约230psia，加热到1650F，并加入ITM中。热的氧气渗透通过所述膜。渗透物压力必须保持在低水平以提供在膜上的氧气分压驱动力。通常，回收50-80％的氧气是可能的。

概述

本发明提供了一种使用离子迁移膜共同制备氧气、氢气和氮气的方法。此方法包括在离子迁移膜中分离经压缩的热空气料流，从而制得产物氧气料流和热的富含氮气的料流；使用至少一部分的热的富含氮气的料流作为热源用于重整烃料流，从而制得合成气料流和热的产物氮气料流；并且将合成气料流分离成产物氢气料流和富含二氧化碳的料流。

在另一个实施方案中，此方法包括在离子迁移膜中分离经压缩的热空气料流，从而制得热的产物氧气料流和富含氮气的产物料流；使用至少一部分的热的产物氧气料流作为热源用于重整烃料流，从而制得合成气料流；并且将合成气料流分离成产物氢气料流和富含二氧化碳的料流。

在另一个实施方案中，此方法包括在第一离子迁移膜中分离至少一部分的经压缩的热空气料流，从而制得产物氧气料流和第一种热的富含氮气的料流；将至少一部分的经压缩的热空气料流和第一烃料流引入第二离子迁移膜反应器中，从而制得第一合成气料流和第二种热的富含氮气的料流，将第一种热的富含氮气的料流与第二种热的富含氮气的料流合并成产物氮气料流；将第一合成气料流和和第二烃料流引入合成气重整器中，从而制得第二合成气料流；并且将第二合成气料流分离成产物氢气料流和富含二氧化碳的料流。

在另一个实施方案中，此方法包括将第一烃料流和第一水蒸气料流引入交换重整器中，从而制得第一合成气料流，在第一离子迁移膜中分离至少一部分的经压缩的热空气料流，从而制得产物氧气料流和第一种热的富含氮气的料流；将至少一部分的经压缩的热空气料流和第一合成气料流引入第二离子迁移膜反应器中，从而制得第二合成气料流和第二种热的富含氮气的料流，将第一种热的富含氮气的料流与第二种热的富含氮气的料流合并成产物氮气料流；并且将第二合成气料流分离成产物氢气料流和富含二氧化碳的料流。

附图简述

图1是本发明的一个实施方案的示意图。

图2是本发明的一个实施方案的示意图。

图3是本发明的一个实施方案的示意图。

图4是本发明的一个实施方案的示意图。

优选实施方案的描述

本发明的示例性实施方案如下所述。对于本发明可以进行各种改变和采取其它形式，其具体实施方案已经如附图中所示并且如下详细说明。但是，应当理解的是，这些具体实施方案的描述并非意欲将本发明限制为具体公开的形式，而是覆盖在所附权利要求定义的本发明主旨和范围内的所有改变、等同形式和可替换形式。

当然可以理解的是，在任何实际实施方案的开发中，各种对于具体决定的措施必须实现开发者的具体目标，例如符合与体系相关和商业相关的规定，这将根据实施情况而不同。此外，应当理解的是，这种开发努力可能是复杂和耗时的，但是本领域技术人员能够在本发明公开内容的基础上实施。

为了降低对于氧气的压缩要求，提供了多阶段膜体系。氧气在连续降低的压力下取出。

参见图1，空气料流101在压缩器102中压缩，从而制得压缩料流103。压缩料流103然后通过在换热器104中与提纯的氮气料流115进行间接热交换而被加热，从而制得经压缩的热空气料流105。热空气料流105可以具有800-1000℃的温度。将热空气料流105引入离子迁移膜(ITM)106，其中形成氧气产物料流107和热的富含氮气的料流108。氧气产物料流107可以具有约0.5-2.0barA的压力。氧气产物料流107可以然后冷却、压缩和用于其它下游中(未显示)。热的富含氮气的料流108可以具有约800-1000℃的温度，并且根据在离子迁移膜106中回收的氧气量，也可以具有存在的氧气。