CN1038652C - 膜法气体分离器组用于气体置换时的操作方法 - Google Patents
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Abstract
一种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;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。本发明可以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。
Description
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:
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:
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 |
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。
按本发明公开的一段开放/两段循环方式操作,在开放置换时,四根分离器并联,可产生97%的富氮空气135NM3/hr,可使待置换设备内氮浓度尽快达到95%。在循环置换时,三根分离器作为第一段,一根分离器作为第二段,第二段的渗透气返回压缩机进口,这样可得到99.7%富氮气40NM3/hr,或99.8%富氮气35NM3/hr。
实施例2 有待置换设备容积260M3,要求置换到氮含量99.5%。所用富氮分离器组由8根Φ200×3000mm分离器组成,每根器面积400M2。膜性能和操作条件同例1。Jo2=3.5×10-5cm3/cm2·s·cmHg,O2/N2分离系数α=3.7;操作条件:原料气侧压力0.8MPa,渗透气侧压力0.1MPa。
以上8根器并联可获97%富氮气260M3(STP)/hr,或99.8%富氮气64M3(STP)/hr。若直接用99.8%富氮气置换,可计算出置换时间为:
t1=(260/64)ln[(99.8-79)/(99.8/99.5)]=17.3(hr)
若先用8根器并联(即一段开放置换)制取97%富氮气进行置换,则置换到95%浓度耗时
t2=(260/260)ln[(97-79)/(97-95)]=2.2(hr)
再将6根器并联为第一段,2根器并为第二段进行循环置换至99.5%浓度,须耗时
t3=(260/80)ln[(99.8-95)/(99.8/99.5)]=9.0(hr)
t2+t3=11.2(hr)即一段开放/二段循环置换所需时间。
实施例3有待置换设备容积100M3,要求置换到氮含量97.5%。所用膜分离器组由10根Φ100×3000mm分离器组成,每根器面积100M2。膜性能Jo2=2×10-5cm3/cm2·s·cmHg,O2/N2分离系数α=4.5;操作条件为:原料气侧压力0.8MPa,渗透气侧压力0.1MPa。
以上条件下,10根器并联产生95%富氮气90.6M3(STP)/hr,或98%富氮气47.7M3(STP)/hr。若直接用98%富氮气置换,须耗时:
t1=(100/47.7)ln[(98-79)/(98/97.5)]=7.6(hr)
若用本专利申请书公开的方法,可先用10根器并联(一段)产生95%富氮气进行置换,可置换到94%,耗时:
t2=(100/90.6)ln[(95-79)/(95-94)]=3.0(hr)
再将7根分离器并联组成一段,3根分器组成第二段,可获98.6%富氮气36.7M3(S TP)/hr,置换到97.5%须耗时
t3=(100/36.7)ln[(98.6-95)/(98.6-97.5)]=3.2(hr)
t2+t3=6.2(hr),即一段开放/二段循环置换法所需时间。
Claims (3)
1.一种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;
——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,同时压缩机进口外充空气,以获得较高浓度的富氮气。
2.按权利要求1所述操作方法,其特征在于:其中两段分离器串联操作时,第二段的渗透气被引到压缩机进口并循环使用。
3.按权利要求1,2所述操作方法,其特征在于:当进行循环置换时,第二段膜面积小于第一段膜面积。
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CN93115710A CN1038652C (zh) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | 膜法气体分离器组用于气体置换时的操作方法 |
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US5102432A (en) * | 1990-12-10 | 1992-04-07 | Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation | Three-stage membrane gas separation process and system |
US5129921A (en) * | 1991-05-30 | 1992-07-14 | Membrane Technology & Research, Inc. | Membrane gas separation process and apparatus |
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- 1993-07-30 CN CN93115710A patent/CN1038652C/zh not_active Expired - Fee Related
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