[发明专利]用于氮气生产的膜分离方法及系统

说明书

本发明涉及N的生产方法，更具体地说，本发明涉及低成本高纯度N₂生产用的膜分离方法和系统。

多年来，高纯N₂的生产都根据低温蒸馏技术，采用目前工艺水平的空气分离技术进行。对于这样的低温蒸馏，由于按比例增加的有利的经济情况，大吨位N₂的用户们都用从设置在用户现场的低温厂架设的管道来输送N₂。较小吨位的用户们，也即2-30吨/天或更少的用户，都从一个集中设置的液氮生产厂，用装载液氮的卡车来输送。液化氮气和把液氮从一个边远的低温厂输送到用户现场的费用，将会显著地增加供给用户的氮气的成本。

因此，近几年来，在技术方面的主要要求是开发小吨位的空气分离厂，这些厂可以在用户现场有效地生产低成本的N₂。关于PSA法和膜分离技术的最新进展，对以较低的成本生产低纯度小吨位N₂的现场系统是非常有利的。另一方面，由于提供能量的要求和对这类系统起阻止作用的费用的实际限制，因而用这类PSA法或膜分离系统就不能经济地生产高纯N₂。

现有技术需要开发能够降低在现场生产高纯N₂成本的膜分离或PSA系统及方法。已经用来降低在上述现场生产高纯N₂成本的一种方法是用膜分离或PSA系统与最终纯化N₂产品以除去微量O₂的系统相结合。在这种方法中，膜或PSA系统用于初步的空气分离，以生产O₂含量多至3000ppm或更高的N₂，然后用催化剂系统除去其余的O₂，以生产残留O₂含量等于或小于10ppm的纯净N₂产品流。虽然这种方法能够在现场以比只用膜分离或PSA系统较低的成本生产高纯度的N₂，但是由此节省的费用只是相当于比通过卡车把液氮输送到用户现场略有改善。这主要是由于从部分纯化的N₂流中除去剩余的O₂需要费用较高的、与之起反应的H₂。然而，如果一个低费用的H₂供给源在用户现场可供使用的话，那么这种方法与用卡车输送液氮相比，就可能有较实用的工业价值。

目前，有许多工业应用，特别是在石油化工方面，都要求高纯度的N₂，并且在现场也有低成本的H₂可用。但是，这种低成本且易得的H₂是不纯的，并含有各种各样的烃类。使用这种不纯的H₂，对于最终纯化N₂的催化剂系统是不利的。然而，如果这种不纯的H₂能够以较低的费用纯化的话，那么就可能在上述的在现场最终纯化N₂的催化剂系统中以高效可行的方式使用生成的高纯度的H₂。

可渗透的膜分离系统的固有简单性对在现场生产高纯N₂的这类系统和有关的一些方法的开发，在技术方面提供了一种强烈的刺激和要求，尽管膜分离系统具有固有的简单性，但本领域技术人员懂得，对某些特定的总体处理操作来说，一个在现场的PSA系统比一个膜分离系统更合适。因此，为改进用于在现场的高纯N₂生产的总的膜和PSA系统，在技术方面的要求似乎包括：在这些方法中，使用催化剂系统，以便最终生产N₂，开发一些装置，以便在以工业上可行而有效的方式生产高纯N₂的过程中，有效地利用在用户现场常常可得的低成本不纯的H₂。

因此，本发明的目的是提供一种用于在现场生产高纯N₂的改进的系统和方法。

本发明的另一个目的是提供一种利用膜系统或PSA系统的改进的总的系统和方法，以便在这样的现场生产高纯的N₂。

本发明的再一个目的是提供一种用于在现场通过利用膜或PSA系统和现场易得的低成本不纯H₂来生产高纯N₂的总的系统和方法。

考虑到这些和其它的目的，下文将详细地予以描述。

因此，根据本发明，提供一种在现场从空气中生产高纯N₂的方法，此方法包括：

（a）把原料空气通到第一膜分离或变压吸附分离系统，原料空气在此进行分离;