[发明专利]膜法气体分离器组用于气体置换时的操作方法

说明书

本发明涉及膜法气体分离技术，特别是将膜法气体分离器组用于气体置换时的操作方法。

石化、冶金等行业中，为保证安全并防止氧化等有害化学过程的发生，广泛使用富氮空气作为设备的置换气。置换的目的不同，对置换气纯度的要求也不一样。用于石化设备的置换气，一般要求氮含量为99.5％或更高。

膜法富氮是气体膜分离的重要应用领域。但限于目前高分子膜的分离性能，单级富氮只适合于生产较低纯度的富氮气(≥98％)。欲使富氮浓度更高，单级分离的氮回收率将严重下降，所需膜面积迅速增大，故一般不用单级膜分离制取更高纯度富氮气。R.Prasad在U.S.Pat.5,102,432中描述了用三级膜分离从空气富氮的过程。在所述的三级膜分离器组中，他将第二级的渗透气返回到第一级的进料气中，将第三级的渗透气返回到第二级的进料气中，可提高膜分离过程的氮回收率，并得到较高纯度的富氮气。但是，欲使第三级的渗透气返回到第二级的进料气，须加压，故增加了设备投资和操作费用。此外，在气体置换开始时，不必用高浓度的富氮气，故该专利所述的多级膜分离富氮过程不适合作气体置换气气源。

本发明的目的在于提供一种操作方法，使得将膜法气体分离器组用于气体置换时，在不增加设备投资和操作费用的情况下，得到较高浓度的富氮气。

本发明提供的膜法气体分离器组用于气体置换时的操作方法，其特征在于：

——开始置换时，2～20根分离器并联为一段使用，流经被置换设备的置换气排入大气，以获得较大流量，纯度较低的富氮气(一段开放)；

——在置换后期，将分离器组分为两段串联使用，流经被置换设备的置换气被引到压缩机进口并循环使用，同时压缩机进口补充空气，以获得较高浓度的富氮气。

由于一段渗透气量较大，为充分发挥第二段分离器的作用，当进行循环置换时，第二段膜面积小于第一段膜面积。另外第二段的渗透气也可以被引到压缩机进口循环使用，这是因为第二段分离器的原料气氮浓度较高，相对于空气而言，其渗透气是富氮的，将它作为一段分离器原料气的一部分，能适当增加氮收率，降低能耗。总之，本发明提供的一段开放/两段循环置换工艺在开放置换时能提供较大流量，较低纯度(97％左右)的富氮气，使待置换设备内尽快达到95％的氮浓度；在置换后期，通过二段循环置换又能得到99.5％以上的富氮气。该置换工艺的优点在于：分离器组中各分离器在开放置换和循环置换中都充分发挥了作用。此外，从一段开放转为二段循环流程，操作简单方便，不增加压缩机功耗及其它投资、操作费用。下面通过实施例详述本发明。

实施例1：

膜分离器组由四根膜分离器组成。通过阀门1～7的适当组合，它们可方便地组成用于开放置换的一段并联流程(四根并联)，或用于循环置换的两段串联流程(三并一串)见表1：

      阀门号    状态阶段  1    2    3    4    5    6    7  一段开放  开  关   开    关   开   关   开  二段循环  关  开   关    开   关   开   关所用的分离器为中空纤维膜分离器，其分离性能和标准操作条件为：

氧渗透系数；3.5×10^-5cmu³/cm²·s·cmHg

氧/氮分离系数：3.7

原料气侧压力：0.8MPa

渗透气侧压力：0.1MPa

Φ200×3000mm分离器膜面积400M²，处理空气量110NM³/hr。