用于气体分离的设备和方法技术

本发明专利技术公开一种设备，包括(1)多孔转子，所述多孔转子关于旋转轴线对称设置，并且包围内部空间；(2)外壳，其中所述外壳和转子由环形空间分开；(3)马达，所述马达被构造为用于使转子绕旋转轴线旋转；(4)进料入口，所述进料入口沿旋转轴线设置，并且与内部空间流体连接；以及(5)第一出口，其中所述第一出口与内部空间流体连接。在本实施例中，所述设备的进料入口延伸至内部空间中。本发明专利技术公开一种系统，包括至少一个所公开的设备。本发明专利技术还公开一种将进料气体分离为第一级分和第二级分的方法，其中所述第一级分的平均分子量比第二级分的平均分子量小。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及气体分离。更具体地，本专利技术涉及通过离心作用来分离进料气体的轻成分和重成分。更加具体地，在实施例中，本专利技术涉及利用多孔转子通过离心作用来分离气体。
技术介绍
气体分离，尤其是具有相似分子量的气体的分离是一项具有挑战性的任务。同位素分离是特别困难并且能源密集型的活动。例如，将天然铀-238从铀-235中分离。天然铀的约99. 284%是铀-238，而约0. 711%是铀-235，并且约0. 0058%是铀-2340使铀浓缩是困难的，这是因为两个同位素具有几乎相同的化学属性，并且在重量上非常相似铀-235 仅仅比铀-238轻1.沈％。包括扩散技术和离心分离的开采原子量稍稍不同的同位素的分离方法已经被采用以分离铀的同位素，并且产生主要包括同位素238的贫铀以及具有比同位素铀235的自然数量更高的浓缩铀。扩散技术被用于分离相似分子量的气体。气态扩散是一种用于通过强制气态六氟化铀穿过半透膜——典型地是银锌膜、并且靠扩散率的差异分离不同的同位素，来产生浓缩铀的技术。气态扩散产生包含铀-235和铀-238的分子之间的轻微分离，这是因为铀-238 较重因此比铀-235较慢地扩散。热扩散采用经过薄液体或气体的热传递来完成同位素分离。热扩散过程利用较轻的铀-235气体分子将向热表面扩散而较重的铀-238气体分子将向冷表面扩散的事实。已知用于相似分子量的气体分离的离心分离。气体离心机是为通过将材料放置在使材料以高速旋转的机构中、向气体混合物施加力来从铀-238中分离铀-235而专门开发的分离机器。气体离心分离过程使用大量串联和并联形式的旋转筒。每个筒的旋转基于质量产生使分子加速的强反作用离心力，并且使包含铀-238的较重气体分子向筒外侧移动， 铀-235富集的较轻气体分子接近中心收集。为达到类似的分离，气体离心分离比之前的扩散过程需要少得多的能量，因此气体离心分离已经作为浓缩方法大大地取代气态扩散法。 Zippe离心机是基于标准气体离心机的一个改进，主要的区别在于使用热量。加热旋转筒的底部产生对流，对流将铀-235向筒顶部移动，所述铀-235在顶部被收集。所有大规模浓缩方案的共同特征在于它们采用许多相同的阶段以连续地产生较高浓度的铀-235。每一个阶段浓缩前一阶段的产物然后将产物传送到下一个阶段。类似地，来自每个阶段的尾料被返送到之前的阶段用于进一步处理。这种连续的浓缩系统被称作级联(cascade)。例如，通过利用级联的离心机的多次离心运行来执行气体离心分离。另一种昂贵的气体分离例如是从井下获得的甲烷中分离不需要的成分。从甲烷中去除二氧化碳和其它成分以提供管道级甲烷通常包括使用非常低温和/或胺单元。胺单元将是昂贵的并且其操作耗费时间。因此，在本领域中，存在分离气体的有效并且经济的设备和方法的需要。期望的是，在没有分离阶段的大级联和/或在没有冷却的情况下执行分离。
技术实现思路
本专利技术公开了一种设备，包括(1)多孔转子，所述多孔转子关于旋转轴线对称设置，并且包围内部空间；(2)外壳，其中所述外壳和转子由环形空间分开；(3)马达，所述马达被构造为用于使转子绕旋转轴线旋转；(4)进料入口，所述进料入口沿旋转轴线设置，并且与内部空间流体连接；以及(5)第一出口，其中所述第一出口与内部空间流体连接。在本实施例中，所述设备的进料入口延伸至内部空间中。在本实施例中，所述设备的转子是大致管状的。在本实施例中，所述设备的多孔转子由可选择性渗透材料制成或包括可选择性渗透材料。在特定实施例中，可选择性渗透材料包括烧结金属或陶瓷。在某些实施例中，所述设备的多孔转子具有在从约4英寸到约12 英寸范围内的直径。在某些实施例中，所述设备的多孔转子具有在从约8英寸到约20英寸范围内的长度。在特定实施例中，所述设备的马达能够提供至少约7，500转/分的多孔转子的旋转频率。在特定实施例中，所述设备还包括第二出口，其中所述第二出口管线与环形空间流体连接。本公开的另一个方面包括一种系统所述，所述系统包括至少一个所述设备。在特定实施例中，所公开的系统还包括至少一个泵。在某些实施例中，所述系统还包括与进料入口流体连通的进料入口管线以及与第一出口流体连接的第一出口管线，其中所述至少一个泵设置在进料入口管线或第一出口管线上。本专利技术还公开一种将进料气体分离为第一级分和第二级分的方法，其中所述第一级分的平均分子量比第二级分的平均分子量小。所公开的方法包括(1)将进料气体引入气体离心机的转子中的内部空间中，其中转子对气体是可渗透的，并且关于旋转轴线对称设置；( 使所述转子绕所述旋转轴线旋转，其中强制进料气体的重分子朝向转子；以及 (3)从内部空间中接近旋转轴线的位置提取第一级分，将第二级分留在其中。在一些实施例中，使所述转子绕所述旋转轴线旋转提供至少7，500转/分的旋转频率。在一些实施例中，所述方法还包括从内部空间提取第二级分。在一些情况下，从内部空间中提取第二级分包括第二级分通过多孔转子和从转子的外侧提取第二级分。在特定实施例中，从转子的外侧提取第二级分还包括通过施加真空来辅助第一级分的提取。在特定实施例中，多孔转子包括烧结金属或陶瓷。在一些实施例中，从内部空间中接近旋转轴线的位置提取第一级分包括通过烧结金属管提取第一级分。在特定实施例中， 所述烧结金属管具有阻止大于分割点尺寸的粒子的平均孔径。在特定的其它实施例中，通过烧结金属管提取所述第一级分还包括通过将真空施加到所述内部空间来辅助提取所述第一级分。这些和其它实施例以及潜在优势在下面详细的描述和附图中将清晰明显。 附图说明为了更详细地描述本专利技术的优选实施例，现在将对附图进行参考，其中图1是根据本专利技术的实施例的系统的示意图。标记和术语当在本文中使用时，当提到气体流的成分或级分时，修饰词“轻”和“重”的使用表示相对重量，即“轻”成分或级分比“重”成分或级分具有更低的分子量。当在本文中使用时，当提到气体流的成分或级分时，修饰词“大”和“小”的使用表示相对分子尺寸，即“大”成分或级分比“小”成分或级分具有更大的分子尺寸。具体实施例方式UiM。本文公开的是将进料气体分离成轻重量的级分或成分和重重量的级分或成分的系统和方法。重重量的级分或成分具有比轻重量的级分或成分更高的分子量。离心分离依赖于模拟重力的影响(使用反作用离心加速度)根据分子的质量来分离分子，并且能够被应用到液态和气态材料中。通过将材料放置在使材料以高度旋转的机构(即离心机)内部来施加力。常规气体离心机依赖于反作用离心力基于质量加速分子的原理。如在串联和/或并联的气体离心机的级联中以传统方式执行，离心分离产生具有不同分子量的成分的分离。根据本专利技术，离心分离利用烧结材料(即多孔转子和/或固定烧结金属管)允许通过一个或几个单元有效分离，而不需要包含大数量(上千)的气体离心机的级联。系统和工艺类似于反渗透理论，在反渗透理论中使用压力强制溶液穿过薄膜，将溶质保留在一侧并且允许纯溶剂通过到另一侧。II.用于气体分离的系统。本专利技术的气体分离系统包括至少一个气体离心机。至少一个气体离心机包括至少一个多孔烧结金属转子或管。在实施例中，系统包括至少一个多孔转子。系统还包括一个或多个泵。气体分离系统还可以包括一个或多个流量控制阀。 该系统可以处于与控制系统的电子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿巴斯·哈桑，雷福德·G·安东尼，阿齐兹·哈桑，
申请(专利权)人：HRD有限公司，
类型：发明
国别省市：