【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及通过膜渗透从气体混合物中分离或回收气体。更具体地，本专利技术涉及经由膜从天然气中分离诸如氦气的气体或从井口气体或从烟道气中分离二氧化碳的特定工艺和装置。
技术介绍
1、近年来，基于膜的技术已经越来越多地用于从气体混合物中工业分离或回收气体。在气体的工业分离或回收中，产物纯度和产物回收率都是基于膜的气体分离工艺的重要要求。因此，已经开发了许多种类的膜分离器系统，其目的是实现更高的产物纯度或更高的产物回收率。
2、例如，两级膜分离器系统已经广泛用于气体的工业分离。cn112408342a公开了一种分离系统，其包含一级膜分离器、二级一段膜分离器，二级二段膜分离器和变压吸附单元。laguntsov,“membrane recycle system usage for helium extraction fromnatural gas”,physics procedia,72(2015),93-97公开了用作气体分离系统的两级膜回路，其中再循环回路被应用作为第二级。
3、us 9,314,735 b2、us 8,999,038 b2和us10,471,380b2公开了三级膜分离系统，其包含产生从工艺中去除的作为第一产物的渗余物流的渗余物分离级，和产生从工艺中去除的作为第二产物的渗透物流的渗透物分离级。所述工艺的特征在于将渗余物分离级的渗透物流和渗透物分离级的渗余物流再循环回进料流。
4、cn 212292809u公开了一种多级氦气提取设备和氦气分离系统。该系统的特征在于一系列膜分离级，每级
5、us11,285,434b2公开了用于高度回收非渗透气体的多级膜工艺和系统。该系统包含一系列膜分离级，其中从第一分离级获得的第一渗透物在第二分离级中被分离以获得第二渗透物流和第二渗余物流。将第二渗透物流进料至第三分离级，在此其被分离成第三渗透物流和第三渗余物流。第三渗余物流再循环至在第一压缩机的上游侧的粗气体流，第二渗余物流再循环至在第一压缩机的高压下游侧的第一分离级的进料流。us11,285,434b2的工艺在用于再压缩的能量消耗方面是低效的，尤其是如果粗气体具有高的自身压力。在这种情况下，需要额外的压缩机来再压缩第三渗余物流。
6、a.ramirez-santos等人,“optimization of multistage membrane gasseparation processes.example of application to co2 capture from blast furnacegas”,journal of membrane science volume 566,2018年11月15日，第359页，图11，公开了用于从高炉气体中捕获co2的若干三级和四级膜分离系统。
7、us 6,565,626 b1公开了一种四级膜分离系统，其中在渗余物分离级中产生的渗余物流作为第一产物取出，并且从第二渗透物分离级获得的渗透物流作为第二产物取出。将渗余物分离级的渗透物流和第一渗透物分离级的渗余物流再循环回进料流。将第二渗透物分离级的渗余物流再循环回第一渗透物流。
8、与两级膜分离系统相比，三级和四级膜分离系统可显著增加产物回收率或产物纯度。然而，仍然需要同时满足更高的产物回收率和更高的产物纯度的新型多级膜分离系统。
技术实现思路
1、本专利技术的方法和装置是多级膜分离方法/装置，其包含作为第一分离级的进料流分离级，产生第一渗余物流，第一渗余物流作为第二产物去除。它们进一步包含第二渗透物分离级，其产生第三渗透物流和第三渗余物流，第三渗透物流作为第一期望的产物去除，第三渗余物流再循环回到由进料流分离级获得的渗透物流中。与现有技术的方法相比，本专利技术的方法同时实现了更高的产物回收率和更高的产物纯度。
2、具体地，本专利技术公开了一种用于从包含待分离气体、主要剩余气体和任选存在的一种或多种另外的气体组分的原料气体流中分离待分离气体和主要剩余气体的方法，其中在包含进料流分离级、第一渗透物分离级和第二渗透物分离级的本专利技术的多级膜装置中，各级为具有气体分离膜的膜分离级，
3、a)将原料气体流进料至进料流，进料流进料至进料流分离级(1)，在此其被分离成第一渗透物流和第一渗余物流，所述第一渗余物流作为第二产物从多级膜装置去除或被进一步处理或被丢弃，
4、b)用压缩单元(6)压缩在步骤a)中获得的第一渗透物流，使得在压缩之后，将所述压缩的第一渗透物流进料至第一渗透物分离级(2)中，在此其被分离成第二渗透物流和第二渗余物流，
5、优选地，第二渗余物流
6、再循环至进料流
7、或者
8、再循环至原料气体流
9、或者
10、在多级膜装置中被进一步处理
11、或者
12、从多级膜装置中去除，优选作为第三产物从多级膜装置中去除或被丢弃，
13、或者
14、与第一渗余物流合并，
15、优选地，将第二渗余物流再循环至进料流或原料气体流或在本专利技术的多级膜装置中被进一步处理。
16、c)第二渗透物流未经压缩机压缩而进料至第二渗透物分离级(4)中，在此其被分离成第三渗透物流和第三渗余物流，第三渗透物流作为第一产物流从多级膜装置去除或被进一步处理或从多级膜装置去除且随后被进一步处理，并且
17、d)将第三渗余物流进料至第一渗透物流以获得给压缩单元(6)进料的合并的气体流，或将第三渗余物流直接进料至压缩单元(6)中。
18、与现有技术工艺相比，本专利技术的方法和装置实现以更高的回收率和更高的纯度获得在第三渗透物流中的待分离气体。对于包含至少四种或五种不同气体组分的多气体混合物尤其如此。
19、本专利技术的一个具体应用是从天然气中提取氦气。本专利技术还可应用于井口气体中二氧化碳的分离和烟道气中二氧化碳的分离。
20、本专利技术进一步提供可用于实施本专利技术方法的多级膜装置。
21、与现有技术的工艺和装置相比，本专利技术的另外优点包括更低的资本支出(capex)投资、更低的操作费用(opex)/能量消耗和更低的维护工作。如下表3所示，本专利技术的方法，即使在实施例3中作为四级工艺进行，也比比较例3的三级现有技术工艺需要更少的总膜容量，同时氦气回收率和纯度是相当的。此外，与根据比较例1的三级现有技术工艺(其包括第二渗透物流和第三渗余物流的再压缩)中待再压缩的气体的量相比，通过实施例3的压缩机待再压缩的气体的量更低。因此，在本专利技术的方法中可以使用更小的压缩机，这降低了cpaex和opex成本。
22、本专利技术的方法具有高操作灵活性，具有最小的压缩功率要求和优化本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于从包含待分离气体、主要剩余气体和任选存在的一种或多种另外的气体组分的原料气体流中分离所述待分离气体和所述主要剩余气体的方法，其中在根据权利要求8至16中任一项所述的多级膜装置中，
2.根据权利要求1所述的方法，
3.根据权利要求1所述的方法，
4.根据权利要求1所述的方法，
5.根据权利要求1或4所述的方法，
6.根据权利要求1所述的方法，
7.根据权利要求6所述的方法，
8.一种多级膜装置，其包含：
9.根据权利要求8所述的多级膜装置，
10.根据权利要求8所述的多级膜装置，
11.根据权利要求8所述的多级膜装置，
12.根据权利要求8所述的多级膜装置，
13.根据权利要求8所述的多级膜装置，
14.根据权利要求8所述的多级膜装置，其中所述气体分离膜是中空纤维膜或螺旋缠绕膜，并且其中所述气体分离膜包含选自由以下组成的组的材料的分离活性层：聚酰胺、聚醚酰亚胺、聚芳酰胺、聚苯并噁唑、聚苯并噻唑、聚苯并咪唑、聚砜、乙酸
15.根据权利要求8所述的多级膜装置，其中所述气体分离膜包含结构(I)的聚酰亚胺的分离活性层
16.根据权利要求8或权利要求10所述的多级膜装置，其另外包含一个或多个相同或不同的控制阀，优选地压力控制阀，以调节所述装置内的气体流的压力，优选包含设置在所述第一渗余物流导管(13)中的控制阀1(7)和/或连接至所述第一渗透物流导管(14)或连接至所述气体导管(15)和所述压缩的渗透物气体导管(23)的控制阀2(8)和/或设置在所述第二渗余物流导管(16)中的控制阀3(9)和/或设置在所述第四渗余物流导管(20)中的控制阀4(10)和/或所述第三渗余物流导管(18)中的控制阀5(11)。
...【技术特征摘要】
1.一种用于从包含待分离气体、主要剩余气体和任选存在的一种或多种另外的气体组分的原料气体流中分离所述待分离气体和所述主要剩余气体的方法，其中在根据权利要求8至16中任一项所述的多级膜装置中，
2.根据权利要求1所述的方法，
3.根据权利要求1所述的方法，
4.根据权利要求1所述的方法，
5.根据权利要求1或4所述的方法，
6.根据权利要求1所述的方法，
7.根据权利要求6所述的方法，
8.一种多级膜装置，其包含：
9.根据权利要求8所述的多级膜装置，
10.根据权利要求8所述的多级膜装置，
11.根据权利要求8所述的多级膜装置，
12.根据权利要求8所述的多级膜装置，
13.根据权利要求8所述的多级膜装置，
14.根据权利要求8所述的多级膜装置，其中所述气体分离膜是中空纤维膜或螺旋缠绕膜，并且其中所述气...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁天，姜金华，姚肖，张正宜，
申请(专利权)人：赢创运营有限公司，
类型：发明
国别省市：
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