CN100415347C - 从气体混合物中分离气体的方法及应用该方法的装置 - Google Patents
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Abstract
从气体混合物中分离气体的改进方法，其中利用压缩机装置(2)将待处理的气体混合物引导通过膜分离器(3)，待处理的压缩气体混合物在压缩机装置(2)中冷却，为了从气体混合物中分离出冷凝物，此后当离开压缩机装置(2)中时在离开膜分离器(3)之前被再加热，其特征在于，为了在离开压缩机装置(2)时对待处理的气体混合物进行再加热，利用压缩机装置(2)自身的回收热。
Description
技术领域
本发明涉及一种从气体混合物中分离气体的方法。
本发明还涉及一种应用该方法从气体混合物中分离气体的装置。
更确切地说，本发明涉及一种从气体混合物中分离气体的已知方法，例如从空气中分离氮气和/或氧气，或者从气流中分离水蒸汽等，其中使用了膜分离器，利用压缩机装置将待处理的气体混合物引导通过膜分离器，并且为了利用冷凝技术来干燥和过滤该气体混合物，将压缩的气体混合物通常在压缩机装置中冷却。
背景技术
已知的是，可通过在将气体混合物送过膜分离器之前在压缩机装置中将其冷却来提高通过采用膜分离器的方法分离出的气体的输出量。
更高的输出量意味着分离过程中更高的选择性、分离气体的更高纯度和更低损耗以及膜分离器对目标纯度相同的分离气体更高的渗透性能。
至今为止，在待处理的气体混合物离开压缩机装置之后对其进行再加热都是通过例如电阻、蒸汽循环回路等的来自外部热源的热量。
该外部热源的缺点在于对待处理气体混合物的再加热需要额外的能量，这对于生产成本和分离气体的成本价格当然都是不利的。
发明内容
本发明旨在通过提供一种从气体混合物中分离气体的方法来弥补上述和其它缺点，通过该方法，利用压缩机装置将待处理的气体混合物引导通过膜处理器，待处理的压缩气体混合物在压缩机装置中冷却，以便从气体混合物中分离出冷凝物，此后当离开压缩机装置中时，将气体混合物在离开膜分离器之前重新加热，由此为了在离开压缩机装置时对待处理的气体混合物进行再加热，利用压缩机装置自身的回收热。
本发明这样的改进方法的优点在于为使膜分离器的输出量达到最大化而对待处理气体混合物的再加热不会产生任何额外的能量消耗，因此能够更有选择性地并且以更有利的成本价格完成气体的目标分离。
优选地，为了对待处理的气体混合物进行再加热，利用了压缩的气体混合物在压缩机装置的压缩机元件出口处的热量，更确切地说，上述所利用的热量来自为分离上述提到的冷凝物而进行的冷却过程中在压缩机元件出口处的待处理的气体混合物。
更确切地说，当使用带有液体喷射的压缩机元件时，将喷射的液体在相关压缩机元件的出口以已知方式分离，随后输送回压缩机元件用于再次喷射，分离液体的热量也可用于对待处理的气体混合物在离开压缩机装置时的再加热。
如果该压缩机装置配备有使用冷却介质的冷却器，例如用于冷却一个或几个压缩机元件，则所述冷却介质的回收热以节省能源的方式用于对待处理的气体混合物在离开压缩机装置时的再加热。
当然，为了再加热待处理的气体混合物，可同时使用或组合使用压缩的气体混合物的热量和/或循环喷射液体的热量和/或冷却回路中冷却介质的热量等。
将压缩机装置中的压缩气体在引入膜之前优选经过干燥和过滤，以从该气体混合物中除去会堵塞或损坏膜分离器的液滴、灰尘和其它杂质。
本发明还涉及一种按照上述方法从气体混合物中分离气体的改进装置，该装置主要由带有待处理气体混合物进出口的压缩机装置和膜分离器所组成，该膜分离器的入口和上述压缩机装置的出口用输送管道相连，其特征在于在待处理的气体混合物流动的输送管道中引入散热器，该散热器其至少是压缩机装置自身的换热器的一部分。
为了更好地解释本发明的特征，参照附图，以下给出了用于从气体混合物中分离气体的本发明的装置的优选实施方式，这些优选实施方式只作为举例，不起任何限定作用。
附图说明
附图1到7表示本发明的改进装置的不同变型。
具体实施方式
图1中的改进装置1主要由压缩机装置2和与该压缩机装置2相连接的膜分离器3所组成。
在这种情况下的压缩机装置2由压缩机元件4组成，更确切地说是无油压缩机元件，其入口由吸滤器5通过吸入管道6连接到压缩机装置2的入口7，但是该压缩机元件4的出口通过压缩空气管道8连接到压缩机装置2的出口9。
在该压缩空气管道8中，提供了一个换热器10，其由两个分别为11和12的彼此相对设置的散热器以已知方式构成，其中将散热器11结合在上述压缩空气管道8中，朝向压缩装置2的出口9。
在相同的压缩空气管道8内，在散热器11之后引入一个水分离器13。
在与换热器10相对的位置，提供了一个指向换热器10的风扇14。
上述膜分离器3的入口15与上述压缩装置2的出口9通过输送管道16相连接，其中压缩机装置2的换热器10中的上述第二散热器12在该输送管道16中引入。
在这种情况下的膜分离器3带有两个出口，分别是17和18，但它也可以有几个出口。
该装置1用于从气体混合物中分离气体的运行和应用非常简单，如下所述：
如图1所示，通过入口7和过滤器5用压缩机装置吸入待处理的气体混合物，例如环境空气，由压缩机元件4压缩，推动其由压缩空气管道8通过散热器11和水分离器13，随后由输送管道16通过散热器12和膜分离器3，其中在膜分离器3中，将气体混合物用已知方式分离成为两种或多种成分，例如氮气和氧气，并在各自的出口17-18进行收集。
由风扇14产生的相对冷的气流连续流过换热器10中散热器11的网孔和散热器12的网孔，结果通过散热器11直接流出压缩机元件4的待处理的热气体混合物被冷却，随后在水分离器13中进一步冷却，然后在流到换热器3之前在散热器12中被再加热。
在水分离器13中，通过冷凝等方法将水蒸汽从待处理的气体混合物中分离出来，结果可防止膜分离器被水饱和，这样会对膜分离器的良好运行带来不利影响。
由于待处理的气体混和物离开压缩机装置之后在流过膜分离器之前进行了再加热，因此膜分离器中气体的分离更加有效。
尽管在图1所给出的实施例中压缩机元件4的全部输出量都流过膜分离器，但根据一种变型也不排除这些输出量中只有一部分经由压缩空气管道8的一个分管或类似物通过膜分离器。
图2表示图1的一种变型，在这种情况下使用了一个两段压缩机，该压缩机带有两个串联布置的压缩机元件4，两者之间通过中间管19相连，在中间管中引入一个中间冷却器20以及为了对待处理的气体混合物进行中间冷却和干燥的额外的水分离器13。
在这种情况下，换热器10不是如图1所示的用空气冷却的换热器，但它通过带有额外的冷却散热器22的单独的冷却回路21和冷却液体来提供冷却作用，该冷却液体从散热器11中吸收热量，并将此热量返回到散热器12的高度，以此在待处理的气体混合物离开压缩机装置2时对其进行再加热。
图3表示一种变型。与图2中的装置相比，这种情况下提供了一个附加的干燥器23，其中装满了干燥剂，将该干燥器23在上述压缩气体管道8中的水分离器13的后面引入，它对待处理的气体混合物进行额外的干燥。
如果需要的话，压缩机装置2可具备能够以已知方式再生该饱和或部分饱和的干燥剂的必要特征部分。
图4表示在换热器10和水分离器13之间应用了一个额外的冷却器24的一种变型，其为待处理的气体混合物提供额外的冷却，使其能够通过在水分离器13中的冷凝分离出更多的水。
显然该额外的冷却器24的回收热也可以用于待处理的气体混合物的再加热。
图5表示本发明的装置1的另一种变型。
在这种情况下，采用了带有液体喷射的压缩机元件4，在压缩空气管道8中的压缩机元件4的出口提供了液体分离器，该液体分离器25的出口通过回流管道26和压缩元件4的液体喷射系统27相连接，在回流管道26中提供了散热器28，它是换热器29的一部分，该换热器还包括第二散热器30，将该第二散热器30引入膜分离器3的输送管道16中。
该换热器29装有风扇31。
在压缩空气管道8中，在油分离器25之后提供了冷却器24，其后面是水分离器13，其后依次是过滤器32或一组过滤器和吸附元件。
风扇31将相对冷的环境空气吹过有关散热器27-29，结果在第一散热器27中的热喷射流体和流过第二散热器29的待处理的气体混合物之间产生了热交换，这样该气体混合物在离开压缩机装置2时在进入膜交换器之前得到了再加热，也实现了膜分离器3更佳的输出量。
由于过滤器32或过滤器组位于压缩空气管道中的最冷点，因此可以通过吸收、冷凝等方法将来自气体混合物的蒸汽、灰尘和其它杂质过滤出来。
图6的装置与图5的装置不同，原因在于：在压缩空气管道8中，水分离器13和过滤器32之间提供了一个附加的冷却干燥器33，其由换热器34、连接到冷却回路35上的换热器36和附加的水分离器13所组成，待处理的气体混合物在被换热器冷却之后，在冷却干燥器33的换热器34中得到再加热，该气体混合物通过过滤器32之后在离开膜分离器3之前在换热器29中进一步被加热。
图7表示图5中的装置的另一种变型，在这种情况下提供了一个位于回流管路26中桥接上述散热器28的旁通管路37，其中具有调节阀38，它是控制回路39的一部分，该控制回路带有一个位于输送管道16中在膜分离器3的入口15处的温度传感器40。
在这种情况下，作为阀38的位置的函数，喷射流体的输出量分成流过散热器28的一部分和直接通过旁路管道37流到喷射系统27中的另一部分，所以换热器29中的热传递是阀38的位置的函数。
控制回路39可以确保控制阀38的开放，以便可以使得膜分离器3的入口15处的待处理的气体混合物的温度保持恒定，并与设定的目标值相等。
在这种情况下，附加的冷却散热器41可以确保当阀38全开时，喷射流体仍然能够充分冷却，以防止对压缩机元件4的任何损坏。
显然上述方法和设备对于所有类型的膜交换器3使用或不使用气体来清洗分离气体均可产生良好的效果。
本发明决不局限于以上作为实施例给出的和附图中所示的实施方式；相反地，本发明的方法和设备的不同变型仍在本发明的范围之内。
Claims (15)
1. 从气体混合物中分离气体的方法，其中利用压缩机装置(2)将待处理的气体混合物引导通过膜分离器(3)，待处理的压缩气体混合物在压缩机装置(2)中冷却，以便从气体混合物中分离出冷凝物，此后当离开压缩机装置(2)时，气体混合物在离开膜分离器(3)之前被再加热，其特征在于：为了在离开压缩机装置(2)时对待处理的气体混合物进行再加热，利用压缩机装置(2)自身的回收热。
2. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于：为了对待处理的气体混合物进行再加热，利用压缩的气体混合物在压缩机装置(2)的压缩机元件(4)出口处的热量。
3. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于：为了对待处理的气体混合物进行再加热，利用为分离冷凝物而对上述气体混合物进行冷却的过程中取自待处理的气体混合物的回收热。
4. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于：压缩机装置(2)包括带有液体喷射的压缩元件(4)，其喷射的液体在相关压缩机元件(4)的出口处被液体分离器(25)所分离，由此利用被分离液体的热量时待处理的气体混合物在离开压缩机装置(2)时进行再加热。
5. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于：压缩机装置(2)配备有使用冷却介质的冷却器，利用该冷却介质的回收热对待处理的气体混合物在离开压缩机装置(2)时进行再加热。
6. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于：待处理的气体混合物在上述压缩机装置(2)中进行冷却之后，气体混合物被引导通过干燥器(23，33)。
7. 按照权利要求6所述的方法，其特征在于：将气体混合物引导通过一个装有干燥剂的干燥器(23)。
8. 按照权利要求6所述的方法，其特征在于：将气体混合物引导通过一个冷却干燥器(33)。
9. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于：待处理的气体混合物在上述压缩机装置(2)中进行冷却之后，将气体混合物引导通过过滤器(32)。
10. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于：待处理的气体混合物在上述压缩机装置(2)中进行冷却之后，将气体混合物引导通过一组过滤器和吸附元件。
11. 按照前述权利要求中的任何一项所述的方法从气体混合物中分离气体的装置，该装置(1)主要有带有待处理的气体混合物进口(7)和出口(9)的压缩机装置(2)，和一个膜分离器(3)，该膜分离器的入口(15)和上述压缩机装置(2)的出口(9)通过输送管道(16)相连，其特征在于：在待处理的气体混合物流过的该输送管道(16)中引入一个散热器(12，30)，该散热器是压缩机装置(2)自身的换热器(10，34，29)的一部分。
12. 按照权利要求11所述的装置，其特征在于：上述换热器(10，34)设置在压缩机元件4)的出口和压缩机装置(2)的出口(9)之间的压缩空气管道(8)内。
13. 按照权利要求11所述的装置，其特征在于：上述换热器(34)是冷却器，它是压缩机装置(2)的冷却干燥器(33)的一部分。
14. 按照权利要求12所述的装置，其特征在于：压缩机装置(2)包括带有液体喷射的压缩机元件(4)，在上述压缩空气管道(8)中相关压缩机元件(4)的出口设置液体分离器(25)，由此液体分离器(25)的出口通过回流管道(6)和压缩机元件(4)的液体喷射系统(27)相连接，其中上述换热器(29)设置在所述回流管道(26)中。
15. 按照权利要求11所述的装置，其特征在于：压缩机装置(2)配备有一个冷却回路(21)，而且位于通向膜分离器(3)的输送管道(16)中的上述换热器(10)是该冷却回路(21)的一部分。
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