分離氣體的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及用于將含氦氣的氣體混合物分離的特殊設(shè)備，尤其是氣體分離膜組件的連接，和特殊方法。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】分離氣體的方法
本專利技術(shù)涉及用于將含氦氣的氣體混合物分離并制備高純度氦氣的特殊方法和特殊設(shè)備，尤其是氣體分離膜組件的連接。
技術(shù)介紹
從氣體源獲得氦氣在能量方面是非常昂貴的方法并且迄今主要利用低溫蒸餾操作。為了簡化這種方法和至少作為能量密集性方法步驟例如低溫蒸餾的部分替代，已經(jīng)提出了膜技術(shù)的使用。例如，US2005/0217479A1和其中引用的現(xiàn)有技術(shù)中提供了利用膜技術(shù)從氣流中純化氦氣的各種實例。然而，在所述方法中，僅能達(dá)到低純度的氦氣；此外，收率非常差。公知的是，可以利用氣體分離膜，根據(jù)各氣體的不同的滲透性(＝物質(zhì)流量每單位時間，面積，壓差和層厚度)將氣體混合物分離。一般而言，為了制備此種氣體分離膜，將塑料加工以獲得中空纖維或平膜。所述膜的特征在于在膜表面處的非常薄的分離層，以致所述膜的滲透率(＝物質(zhì)流量每單位時間，面積和壓差)盡可能大。除了新的膜材料之外，在現(xiàn)有技術(shù)中還研究了膜的各種不同的連接。一系列用于將氣體分離的單級或多級膜互連結(jié)構(gòu)是在文獻(xiàn)中已知的。舉例來說，這里可以提及如下引用文獻(xiàn)：Baker，IndEngChemRes，NaturalGasProcessingwithMembranes，47(2008)；BhideMemSci，Hybridprocessesfortheremovalofacidgasesfromnaturalgas，1998；Hhenar，MemSciApplicationofCardo-typepolyimide(PI)andpolyphenyleneoxide(PPO)hollow，2008；EP0603798；EP0695574；US5,753,011；EP1634946；EP0596268；US6,565,626B1；US6,168,649B1和EP0799634。所提及的方法具有缺點(diǎn)，即它們部分地包括多個再壓縮步驟，或僅能獲得高純度的滲透物氣體或僅能獲得高純度的滲余物氣體。對于同時獲得高純度的滲透物氣體和滲余物氣體，迄今仍沒有適合的膜方法。另外對于僅僅利用膜方法進(jìn)行氦氣純化，迄今仍沒有任何令人滿意的解決方案。
技術(shù)實現(xiàn)思路
從這種現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本專利技術(shù)的目的是提供用于分離和純化含氦氣的氣體混合物的方法和設(shè)備，其沒有或僅以降低的程度具有現(xiàn)有技術(shù)中的方法和設(shè)備的缺點(diǎn)。特別地，意于提供可以同時以高純度制備含氦氣的滲透物氣體以及滲余物氣體的方法和設(shè)備。在另一個特定目的中，這些方法和設(shè)備應(yīng)從投資成本和操作成本方面是有利的和/或容許實現(xiàn)更簡單的方法控制。在下一個特定目的中，意于提供可以盡可能通用的用于純化氦氣的方法/設(shè)備。特別地，應(yīng)可以高效和有效地分離任何氣流，不管氦含量，不管氣流的組成和不管氣流中其它組分的含量如何。本專利技術(shù)的另一個特別的目的是保持氦氣與粗氣流相比的損失盡可能低。沒有明確提及的其它目的由隨后的權(quán)利要求書、說明書、實施例和附圖的總體關(guān)聯(lián)得出?，F(xiàn)已令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，可以通過根據(jù)權(quán)利要求1的方法和根據(jù)權(quán)利要求2的設(shè)備或其從屬權(quán)利要求之一的方法或設(shè)備獲得滲透物(氦氣流)和滲余物的純料流，而不要求超過一個的壓縮機(jī)。根據(jù)本專利技術(shù)的設(shè)備同時允許以高純度獲得氦氣和滲余物料流。設(shè)備的投資成本低；它不要求額外的下游純化工藝。因此，可以用純的膜分離方法達(dá)到提出的目的。本專利技術(shù)因此提供權(quán)利要求書中要求保護(hù)的以及下面的說明書和實施例中更詳細(xì)闡明的設(shè)備和方法。下面將詳細(xì)地描述本專利技術(shù)。首先，定義一些重要的術(shù)語。由兩種個體氣體的滲透率的商得到用于分離的膜在這兩種氣體方面的“選擇性”，并因此指示所述膜能多好地在所述兩種組分方面分離氣體混合物?！皾B透物”是指在所述膜、膜組件或膜分離步驟的低壓側(cè)上產(chǎn)生的總料流。“滲透物氣體”是指在每種情況下在膜、膜組件處或在膜分離步驟中，在滲透物料流中與相應(yīng)的進(jìn)入料流中相比富含的一種或多種組分?！皾B余物”是指在膜、膜組件或膜分離步驟的高壓側(cè)上產(chǎn)生的并不穿過所述膜的總料流。“滲余物氣體”是指在每種情況下在膜、膜組件處或在膜分離步驟中，在滲余物料流中與相應(yīng)的進(jìn)入料流中相比富含的一種或多種組分。粗氣體或粗氣體混合物或粗氣流17是指待利用根據(jù)本專利技術(shù)的方法或本專利技術(shù)設(shè)備分離的并包含氦氣作為一種組分的由至少兩種氣體形成的氣體混合物或這種氣體混合物的料流。氦氣的含量可以在任何所需限度內(nèi)變化，但是優(yōu)選是0.01-80體積％，尤其優(yōu)選0.1-20體積％，非常尤其優(yōu)選1-10體積％。粗氣流可以是未經(jīng)處理的氣流，例如來自工藝等的副產(chǎn)物或廢氣流，或者是已經(jīng)被后處理而提高氦氣比例的氣流，例如來自低溫蒸餾的氣流。適合的氣流的實例是其中氦氣用作例如保護(hù)氣氛的工藝氣體。原料流5是指供給原料流分離級1的由氦氣和至少一種其它組分形成的氣流。這種料流可以對應(yīng)于粗氣流17或由壓縮機(jī)壓縮的粗氣流。然而，在將第二滲透物料流9和/或第三滲余物料流10再循環(huán)后，原料流5由粗氣流17的氣體、第二滲透物料流9的那些和/或第三滲余物料流10的那些組成。原料流5優(yōu)選如下產(chǎn)生：將料流9和10都與未壓縮的粗氣流17混合，或?qū)⑦@兩者與經(jīng)壓縮粗氣流混合，或?qū)⒅慌c未壓縮的粗氣流混合并將之一與經(jīng)壓縮的粗氣流混合，或?qū)⒘狭?和/或10與粗氣流17在壓縮機(jī)中混合。上述變型的組合也由本專利技術(shù)涵蓋。原料流分離級1是指將原料流5分離成與原料流5相比富含氦氣的第一滲透物料流6和與原料流5相比貧氦氣的第一滲余物料流7的膜分離級。滲余物分離級2是指膜分離級，其可以具有與原料流分離級1相同或不同的構(gòu)造，用于將第一滲余物料流7分離成與第一滲余物料流7相比富含氦氣的第二滲透物料流9和與第一滲余物料流7相比貧氦氣的第二滲余物料流8。滲透物分離級3是指膜分離級，其可以具有與原料流分離級1和/或滲余物分離級2相同或不同的構(gòu)造，用于將第一滲透物料流6分離成與第一滲透物料流6相比貧氦氣的第三滲余物料流10和與第一滲透物料流6相比富含氦氣的第三滲透物料流11。通過參照根據(jù)本專利技術(shù)方法的下述優(yōu)選和特定實施方案，以及優(yōu)選和尤其適合的實施方案以及附圖和附圖說明，僅僅是以舉例方式更詳細(xì)說明本專利技術(shù)，即本專利技術(shù)不局限于這些實施方案和應(yīng)用實施例或在各個實施例內(nèi)部的特征的相應(yīng)組合。連同具體實施例給出和/或描述的各個特征不局限于這些實施例或與這些實施例的其余特征的組合，而是它們可以在技術(shù)可能性范圍內(nèi)與任何其它變型組合，即使它們在在此提供的文件材料中沒有進(jìn)行分開地處理。各個圖和附圖部分的圖片中的相同的附圖標(biāo)記是指相同的或相似的組件或起相同或相似作用的組件。借助附圖中的描繪，還使沒有提供附圖標(biāo)記的那些特征也變得明顯，不管這些特征是否在下文中被描述與否。另一方面，包含在本說明書中的但是在附圖中不可見或沒有描繪的特征也是本領(lǐng)域技術(shù)人員可容易理解的。本專利技術(shù)設(shè)備(參見，例如，附圖1-3)包括至少三個膜分離級的連接。每個級由一個或多個物理氣體分離組件構(gòu)成，這些組件并聯(lián)和/或串聯(lián)連接在一個級內(nèi)。對于在所述組件中用于將氣體分離的推動力是相應(yīng)的膜分離級中滲余物那側(cè)和滲透物那側(cè)之間的分壓差。所述分壓差可以利用布置在原料流分離級1的進(jìn)料側(cè)上的壓縮機(jī)4和/或利用至少一個，優(yōu)選一個或兩個真空泵(附圖1-3中沒有示出)產(chǎn)生，所述真空泵優(yōu)選在滲余物分離級2的滲透物那側(cè)上在第二滲透物料流9中和/或在滲透物分離級3的滲本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
將含氦氣的氣體分離的方法，其特征在于它在具有原料流分離級(1)、滲余物分離級(2)和滲透物分離級(3)，以及至少一個壓縮機(jī)(4)和/或至少一個，優(yōu)選一個或兩個真空泵(15)的設(shè)備中進(jìn)行，所述原料流分離級(1)將由氦氣和至少一種其它組分組成的原料流(5)分離成與原料流(5)相比富含氦氣的第一滲透物料流(6)，和與原料流(5)相比貧氦氣的第一滲余物料流(7)，所述滲余物分離級(2)將第一滲余物料流(7)分離成與第一滲余物料流(7)相比富含氦氣的第二滲透物料流(9)，和與第一滲余物料流(7)相比貧氦氣的第二滲余物料流(8)，所述滲透物分離級(3)將第一滲透物料流(6)分離成與第一滲透物料流(6)相比貧氦氣的第三滲余物料流(10)，和與第一滲透物料流(6)相比富含氦氣的第三滲透物料流(11)，將第三滲透物料流(11)作為產(chǎn)物取出或進(jìn)一步加工和任選地將第二滲余物料流(8)作為第一另外的產(chǎn)物取出或進(jìn)一步加工或棄置，將第二滲透物料流(9)和第三滲余物料流(10)供給原料流(5)或棄置，不讓第一滲透物料流(6)經(jīng)歷再壓縮，在將第二滲透物料流(9)和第三滲余物料流(10)再循環(huán)時，隨第二滲透物料流(9)和第三滲余物料流(10)再循環(huán)到原料流(5)中的氣體體積的調(diào)控經(jīng)調(diào)節(jié)以致粗氣流(17)的體積的總計少于50體積％，優(yōu)選5?40體積％，非常尤其優(yōu)選5?30體積％，特別優(yōu)選10?25體積％被再循環(huán)，和在將第二滲透物料流(9)和第三滲余物料流(10)再循環(huán)時，在第二滲透物料流(9)和第三滲余物料流(10)的第一次再循環(huán)后的氦氣濃度在原料流(5)中提高，在每種情況下與粗氣流(17)中的濃度相比優(yōu)選提高至少2％，尤其優(yōu)選至少3％，尤其優(yōu)選4?10％，非常尤其優(yōu)選5?10％。...

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2011.12.27 EP 11195776.71.將含氦氣的氣體分離的方法，其特征在于它在具有原料流分離級(1)、滲余物分離級(2)和滲透物分離級(3)，以及至少一個壓縮機(jī)(4)和/或至少一個真空泵(15)的設(shè)備中進(jìn)行，所述原料流分離級(1)將由氦氣和至少一種其它組分組成的原料流(5)分離成與原料流(5)相比富含氦氣的第一滲透物料流(6)，和與原料流(5)相比貧氦氣的第一滲余物料流(7)，所述滲余物分離級(2)將第一滲余物料流(7)分離成與第一滲余物料流(7)相比富含氦氣的第二滲透物料流(9)，和與第一滲余物料流(7)相比貧氦氣的第二滲余物料流(8)，所述滲透物分離級(3)將第一滲透物料流(6)分離成與第一滲透物料流(6)相比貧氦氣的第三滲余物料流(10)，和與第一滲透物料流(6)相比富含氦氣的第三滲透物料流(11)，將第三滲透物料流(11)作為產(chǎn)物取出或進(jìn)一步加工，將第二滲透物料流(9)供給原料流(5)，和將第二滲余物料流(8)作為第一另外的產(chǎn)物取出或進(jìn)一步加工或棄置，將第三滲余物料流(10)供給原料流(5)或棄置，不讓第一滲透物料流(6)經(jīng)歷再壓縮，在將第二滲透物料流(9)和任選地將第三滲余物料流(10)再循環(huán)時，隨第二滲透物料流(9)和任選地隨第三滲余物料流(10)再循環(huán)到原料流(5)中的氣體體積的調(diào)控經(jīng)調(diào)節(jié)以致粗氣流(17)的體積的總計少于50體積％被再循環(huán)，和在將第二滲透物料流(9)和任選地將第三滲余物料流(10)再循環(huán)時，在第二滲透物料流(9)和任選地第三滲余物料流(10)的第一次再循環(huán)后的氦氣濃度在原料流(5)中提高。2.將含氦氣的氣體分離的方法，其特征在于它在具有原料流分離級(1)、滲余物分離級(2)和滲透物分離級(3)，以及至少一個壓縮機(jī)(4)和/或至少一個真空泵(15)的設(shè)備中進(jìn)行，所述原料流分離級(1)將由氦氣和至少一種其它組分組成的原料流(5)分離成與原料流(5)相比富含氦氣的第一滲透物料流(6)，和與原料流(5)相比貧氦氣的第一滲余物料流(7)，所述滲余物分離級(2)將第一滲余物料流(7)分離成與第一滲余物料流(7)相比富含氦氣的第二滲透物料流(9)，和與第一滲余物料流(7)相比貧氦氣的第二滲余物料流(8)，所述滲透物分離級(3)將第一滲透物料流(6)分離成與第一滲透物料流(6)相比貧氦氣的第三滲余物料流(10)，和與第一滲透物料流(6)相比富含氦氣的第三滲透物料流(11)，將第三滲透物料流(11)作為產(chǎn)物和將第二滲余物料流(8)作為另外的產(chǎn)物各自取出或進(jìn)一步加工，將第二滲透物料流(9)棄置，將第三滲余物料流(10)供給原料流(5)或棄置，不讓第一滲透物料流(6)經(jīng)歷再壓縮，在將第三滲余物料流(10)再循環(huán)時，隨第三滲余物料流(10)再循環(huán)到原料流(5)中的氣體體積的調(diào)控經(jīng)調(diào)節(jié)以致粗氣流(17)的體積的總計少于50體積％被再循環(huán)，和在將第三滲余物料流(10)再循環(huán)時，在第三滲余物料流(10)的第一次再循環(huán)后的氦氣濃度在原料流(5)中提高。3.用于將含氦氣的氣體分離的設(shè)備，其特征在于它具有原料流分離級(1)，滲余物分離級(2)和滲透物分離級(3)，以及至少一個壓縮機(jī)(4)和/或至少一個真空泵(15)，所述原料流分離級(1)經(jīng)設(shè)計以致它將由氦氣和至少一種其它組分構(gòu)成的原料流(5)分離成與原料流(5)相比富含氦氣的第一滲透物料流(6)和與原料流(5)相比貧氦氣的第一滲余物料流(7)，所述滲余物分離級(2)經(jīng)設(shè)計以致它將所述第一滲余物料流(7)分離成與第一滲余物料流(7)相比富含氦氣的第二滲透物料流(9)和與第一滲余物料流(7)相比貧氦氣的第二滲余物料流(8)，所述滲透物分離級(3)經(jīng)設(shè)計以致它將所述第一滲透物料流(6)分離成與第一滲透物料流(6)相比貧氦氣的第三滲余物料流(10)和與第一滲透物料流(6)相比富含氦氣的第三滲透物料流(11)，所述設(shè)備經(jīng)設(shè)計以致所述第三滲透物料流(11)可以作為產(chǎn)物取出或進(jìn)一步加工，所述設(shè)備經(jīng)設(shè)計以致所述第二滲透物料流(9)可以供給原料流(5),所述設(shè)備經(jīng)設(shè)計以致第二滲余物料流(8)可以作為另外的產(chǎn)物取出或進(jìn)一步加工或棄置，所述設(shè)備經(jīng)設(shè)計以致第三滲余物料流(10)可以供給原料流(5)或棄置，所述設(shè)備經(jīng)設(shè)計滿足第一滲透物料流(6)不經(jīng)歷再壓縮，所述設(shè)備經(jīng)設(shè)計以致在將第二滲透物料流(9)和任選地將第三滲余物料流(10)再循環(huán)時，隨第二滲透物料流(9)和任選地隨第三滲余物料流(10)再循環(huán)到原料流(5)中的氣體體積的再循環(huán)經(jīng)調(diào)節(jié)，以致粗氣流(17)的體積的總計少于50體積％被再循環(huán)，和所述設(shè)備經(jīng)設(shè)計以致在將第二滲透物料流(9)和任選地將第三滲余物料流(10)再循環(huán)時，第二滲透物料流(9)和任選地第三滲余物料流(10)的再循環(huán)經(jīng)調(diào)節(jié)，以致在第二滲透物料流(9)和第三滲余物料流(10)的第一次再循環(huán)后的氦氣濃度在原料流(5)中提高。4.用于將含氦氣的氣體分離的設(shè)備，其特征在于它具有原料流分離級(1)，滲余物分離級(2)和滲透物分離級(3)，以及至少一個壓縮機(jī)(4)和/或至少一個真空泵(15)，所述原料流分離級(1)經(jīng)設(shè)計以致它將由氦氣和至少一種其它組分構(gòu)成的原料流(5)分離成與原料流(5)相比富含氦氣的第一滲透物料流(6)和與原料流(5)相比貧氦氣的第一滲余物料流(7)，所述滲余物分離級(2)經(jīng)設(shè)計以致它將所述第一滲余物料流(7)分離成與第一滲余物料流(7)相比富含氦氣的第二滲透物料流(9)和與第一滲余物料流(7)相比貧氦氣的第二滲余物料流(8)，所述滲透物分離級(3)經(jīng)設(shè)計以致它將所述第一滲透物料流(6)分離成與第一滲透物料流(6)相比貧氦氣的第三滲余物料流(10)和與第一滲透物料流(6)相比富含氦氣的第三滲透物料流(11)，所述設(shè)備經(jīng)設(shè)計以致所述第三滲透物料流(11)作為產(chǎn)物和第二滲余物料流(8)作為另外的產(chǎn)物可以各自取出或進(jìn)一步加工，所述設(shè)備經(jīng)設(shè)計以致所述第二滲透物料流(9)可以棄置，第三滲余物料流(10)可以供給原料流(5)或棄置，所述設(shè)備經(jīng)設(shè)計滿足第一滲透物料流(6)不經(jīng)歷再壓縮，所述設(shè)備經(jīng)設(shè)計以...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：J·巴斯特，M·溫格蘭克，I·W·維爾瑟恩，
申請(專利權(quán))人：贏創(chuàng)纖維有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：奧地利;AT