氧气和氮气的并行分离方法和并行分离系统技术方案

本发明专利技术目的在于提供一种不仅可利用ＰＳＡ气体分离装置从空气等中分离取得高纯度氧气，而且可连续高效地从由该ＰＳＡ气体分离装置连续供给的脱吸气体中分离取得高纯度氮气的方法及系统。本发明专利技术包括利用ＰＳＡ气体分离装置（１）实施的ＰＳＡ气体分离工序和利用膜式气体分离器（２）实施的膜式气体分离工序。在ＰＳＡ气体分离工序中，利用使用填充有用于优先吸附氮的吸附剂的吸附塔进行的变压吸附式气体分离法，从空气等含有氧－氮的气体取得富氧气体和主要含氮但也含氧的解吸气体。在膜式气体分离工序中，将优先使氧透过的气体分离膜（２Ａ）的透过侧减压至低于大气压的压力，并利用气体分离膜（２Ａ），将解吸气体分离成透过气体分离膜（２Ａ）的透过气体和未透过气体分离膜（２Ａ）的非透过气体（富氮气体）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于从含有氧和氮的混合气体(例如空气)中并行分离氧气和氮气的方法及系统。
技术介绍
从空气分离得到的氧气和氮气可用于各种用途。例如，氧气可用于垃圾熔融炉、灰熔融炉、玻璃熔融炉等的高温处理，炼钢电炉燃烧效率的提高，在化工装置中进行的氧化反应，废水处理装置中的纯氧曝气(oxygen aeration)等。另一方面，氮气则可用于例如垃圾熔融炉、化工装置的气封、净化等，热处理炉的氛围气体调整，食品包装用气封等。 已知，从空气中分离氧气、氮气的实用方法之一是变压吸附法(PSA法)。利用PSA法进行气体分离时，采用具备填充有用于优先吸附规定成分的吸附剂的吸附塔的PSA气体分离装置，在吸附塔中，至少施行吸附工序和解吸工序。在吸附工序中，将混合气体导入吸附塔，在高压条件下，将该混合气体中的易吸附成分吸附在吸附剂上，从吸附塔导出含有难吸附成分的气体。在解吸工序中，降低塔内压力，使易吸附成分从吸附剂上解吸，从吸附塔导出主要含有该易吸附成分的气体。例如，在使用能使氮优先于氧被吸附的吸附剂，并将空气作为混合气体导入吸附塔的情况下，氧在吸附工序中作为难吸附成分，被排出塔外，而氮作为易吸附成分通过吸附工序被吸附到吸附剂上，并通过解吸工序中被排出塔外。 在PSA法中，与利用解吸工序被减压解吸导出塔外的易吸附成分气体相比，利用吸附工序通过吸附塔的难吸附成分气体在气体浓度、气量等方面更稳定。因此，在PSA法中，以难吸附成分气体为所得目的气体与以易吸附成分气体为所得目的气体相比，更易高效得到该目的气体。所以，当采用PSA法从空气中分离取得氧时，通常，所用PSA气体分离装置的吸附塔中填充的是氮吸附性的吸附剂，通过吸附工序将由该吸附塔导出的富氧气体作为制品气体回收。而当采用PSA法由空气中分离取得氮时，通常，吸附塔中填充的是氧吸附性的吸附剂，通过吸附工序将从该吸附塔导出的富氮气体作为制品气体回收。 然而，也存在着不仅要分离取得空气中的氧并加以利用，同时还要分离取得空气中的氮并加以利用的需求，在此情况下，就希望有可利用单一的系统并行分离取得空气中所含的氧和氮的技术。 图8为用于并行分离空气中的氧和氮的现有系统的一例——氧-氮并行分离系统X5的示意图。氧-氮并行分离系统X5具备PSA气体分离装置81，膜式气体分离器82，贮罐83，压缩机84、85和真空泵86，这些鹅利用配管相连接。在配管的规定部位，设有多个自动阀(省略图示)，在系统运转时，通过适宜选择各自动阀的开闭状态，就可以切换系统内的气流状态。PSA气体分离装置81具备填充有使氮优先于氧被吸附的吸附剂的吸附塔(省略图示)。而膜式气体分离器82具有用于使氧优先透过的气体分离膜82a。该氧-氮并行分离系统记载于例如下述专利文献1中。 专利文献1日本特开平5-253438号公报在氧-氮并行分离系统X5运转时，在PSA气体分离装置81的吸附塔中，反复施行包括吸附工序和解吸工序的1个循环，从空气中分离取得富氧气体。在吸附工序中，压缩机84运转，向PSA气体分离装置81的吸附塔供给空气，在塔内上升到规定压力的状态下，将该空气中的易吸附成分(主要含氮)被吸附在吸附剂上，从该吸附塔和PSA气体分离装置81导出富氧气体。该富氧气体可连续用于例如规定的用途。在解吸工序中，在利用真空泵86的运转使塔内压力降低到规定值的状态下，使易吸附成分(主要含氮)从该吸附塔内的吸附剂上解吸，将该易吸附成分与残留于塔内的氧一起，作为解吸气体排至塔外或PSA气体分离装置81之外。解吸气体中的氧浓度在解吸工序初期较高，而随着时间的推移，有可能逐渐降低。 可利用氧监测器随时检测从PSA气体分离装置81解吸的气体的氧浓度，解吸工序初期氧浓度较高的解吸气体如箭头G′所示，排放到系统之外。然后，在解吸气体的氧浓度降低到规定值时，停止该排出动作，切换到将解吸气体回收到贮罐83的动作，开始回收解吸气体。每当从PSA气体分离装置81排出解吸气体时，即实行该解吸气体的排放以及此后的回收。 利用压缩机85的运转，将回收到贮罐83的解吸气体以规定压力供给至膜式气体分离器82，分离成透过和未透过膜式气体分离器82的气体分离膜82a的透过气体和非透过气体。解吸气体中的氧优先透过气体分离膜82a，这样，氧浓度降低、氮纯度增高的富氮气体作为非透过气体，从膜式气体分离器82排出。该非透过气体可连续用于例如规定的用途。利用氧-氮并行分离系统X5，如上所述，从空气分离取得富氧气体和富氮气体。 在氧-氮并行分离系统X5中，假设将所有从PSA气体分离装置81解吸的气体不经贮罐83回收，而是连续经压缩机85持续供给至膜式气体分离器82，则从膜式气体分离器82作为非透过气体排放的富氮气体量随时间的推移将会有较大变动。这是由于向膜式气体分离器82供给的解吸气体的氧分压或氧浓度会产生较大变动，这样，就会使气体分离膜82a中的氧透过推动力(driving force)产生较大变动。该推动力的变动将导致相对于气体分离膜82a，氧的透过量以及氧的非透过量的变动，由此导致从膜式气体分离器82排出的非透过气体(富氮气体)量的变动。为此，在氧-氮并行分离系统X5中，若不将所有从PSA气体分离装置81解吸的气体经贮罐83临时回收，而是连续地持续供给至膜式气体分离器82，则作为非透过气体取得的富氮气体的供给量将很不稳定，从而导致不可能适于用作不活泼气体的情况。 反之，在上述原有状态下运转的氧-氮并行分离系统X5中，按照规定时刻，在排放与回收来自PSA气体分离装置81的解吸气体的动作之间切换，将规定的氧浓度区域(即氮浓度区域)的解吸气体临时回收到贮罐83中，从贮罐83向膜式分离器82供给氧浓度基本一定(即氮纯度基本一定)的解吸气体。而且，因向膜式气体分离器82供给的解吸气体的氧分压(或氧浓度)变动小，因此，相对于气体分离膜82a的氧的透过量的变动小，可以从膜式气体分离器82按照大致一定的流量排出非透过气体(富氮气体)。 然而，用于对由PSA气体分离装置81流向膜式气体分离器82的解吸气体流实施截流的切换用配管结构以及贮罐83将导致富氮气体的分离取得操作不连续，使系统趋于复杂，因此不优选。且由于该切换用配管结构和贮罐83导致系统大型化，因此不优选。并且，从PSA气体分离装置81流向膜式气体分离器82的解吸气体流的截流时间越长，贮罐83就需要越大的容量，装置就越趋于大型化。例如，在利用PSA气体分离装置81的吸附塔实施30秒解吸工序期间，从解吸工序开始之后20秒内的解吸初期、中期排出的解吸气体(氧浓度较高，氮纯度较低)如箭头G′所示，排放到系统之外；在将从解吸工序开始之后20～30秒之间的解吸末期排放的解吸气体(氧浓度较低，氮纯度较高)贮存到贮罐83中的情况下，由于解吸初期、中期的20秒内，解吸气体未贮存到贮罐83中，因此，为可以在此期间从贮罐83向膜式气体分离器82供给气体，就需要预先将多余部分贮存到贮罐83中，而不是将直到该阶段的解吸工序中排出的解吸气体送往膜式气体分离器82。此时，需要利用真空泵86的运转，在相应压力下，将解吸气体导入贮罐83中，但由于真空泵86的排放压力有一定的极限，因此，为将解吸气体适度导入贮罐83，就需要贮罐83有足够本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧气和氮气的并行分离方法，用于从含有氧和氮的混合气体中并行分离氧气和氮气，其特征在于，包括：变压吸附式气体分离工序，利用使用填充有用于优先吸附氮的吸附剂的吸附塔进行的变压吸附式气体分离法，在所述吸附塔内为相对高压的状态下，向所述 吸附塔内导入所述混合气体，将该混合气体中的氮吸附到所述吸附剂上，从该吸附塔中导出富氧气体，并在所述吸附塔内为相对低压的状态下，使所述氮从所述吸附剂解吸，将包括残留在所述吸附塔内的氧和该氮的含氧解吸气体从该吸附塔中导出；和膜式气体分离 工序，将用于优先使氧透过的气体分离膜的透过侧减压至低于大气压的压力，并利用该气体分离膜，将所述含氧解吸气体分离为透过所述气体分离膜的透过气体和未透过所述气体分离膜的非透过富氮气体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2004-8-5 228966/20041.一种氧气和氮气的并行分离方法，用于从含有氧和氮的混合气体中并行分离氧气和氮气，其特征在于，包括变压吸附式气体分离工序，利用使用填充有用于优先吸附氮的吸附剂的吸附塔进行的变压吸附式气体分离法，在所述吸附塔内为相对高压的状态下，向所述吸附塔内导入所述混合气体，将该混合气体中的氮吸附到所述吸附剂上，从该吸附塔中导出富氧气体，并在所述吸附塔内为相对低压的状态下，使所述氮从所述吸附剂解吸，将包括残留在所述吸附塔内的氧和该氮的含氧解吸气体从该吸附塔中导出；和膜式气体分离工序，将用于优先使氧透过的气体分离膜的透过侧减压至低于大气压的压力，并利用该气体分离膜，将所述含氧解吸气体分离为透过所述气体分离膜的透过气体和未透过所述气体分离膜的非透过富氮气体。2.如权利要求1所述的并行分离方法，其特征在于，还包括压缩工序，用于在将所述含氧解吸气体用于所述膜式气体分离工序之前，对该含氧解吸气体进行压缩。3.如权利要求2所述的并行分离方法，其特征在于，在所述压缩工序中，将所述含氧解吸气体压缩至0.6MPa以上的压力。4.如权利要求1所述的并行分离方法，其特征在于，在所述变压吸附式气体分离工序中从所述吸附塔导出所述含氧解吸气体时该吸附塔内的减压，与所述膜式气体分离工序中所述透过侧的所述减压，利用单一减压机构实现。5.如权利要求1所述的并行分离方法，其特征在于，在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：春名一生，笹野广昭，
申请(专利权)人：住友精化株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]