專利名稱：膜系統(tǒng)的啟動和停車方法以及適用于此的膜系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括至少一個氣體分離膜組件和至少一個膜干燥器組件的膜氣體分離系統(tǒng)的啟動和停車的各種方法和設(shè)備。
滲透膜方法和系統(tǒng)正越來越多地用于各種氣體分離過程中。在這些過程中，氣體混合物在壓力下進(jìn)入至少一個氣體分離膜組件的非滲透側(cè)。在至少一個氣體分離膜組件的非滲透側(cè)，氣體混合物與膜的表面接觸后，混合物中的易滲透組分透過或通過該膜。所得的透過氣體組分從氣體分離膜組件的滲透側(cè)回收，而剩余的非透過氣體組分則從氣體分離膜組件的非滲透側(cè)回收。通常，這些氣體分離方法和系統(tǒng)的啟動過程為將壓縮的氣體物流通入至少一個氣體分離膜組件的非滲透側(cè)并再從中放出，直到達(dá)到所要求的穩(wěn)態(tài)操作壓力、溫度和產(chǎn)物純度。
然而，進(jìn)入到氣體分離膜組件的氣體混合物可能含有大量的濕氣，這可在儀器儀表、管道、氣動設(shè)備、通風(fēng)機(jī)以及與氣體分離膜組件有關(guān)的其它設(shè)備中產(chǎn)生腐蝕和冷凝。在某些的情況下可導(dǎo)致氣體分離膜組件和/或其它設(shè)備(如吸附阱)的操作性能惡化。為了避免出現(xiàn)這樣的問題，使用膜干燥器組件來為氣體分離膜組件提供干燥的氣體。許多這樣的裝置都是在穩(wěn)態(tài)操作期間使用來自氣體分離膜組件滲透側(cè)的廢滲透氣物流來吹掃膜干燥器組件的滲透側(cè)。例如，歐洲專利申請0430304、USP5，169，412和USP4，933，070中描述了具有膜干燥器組件的空氣分離系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)操作。
常規(guī)的膜干燥器組件的啟動方法包括將壓縮氣體通入膜干燥器組件的非滲透側(cè)，并用至少一部分從非滲透側(cè)得到的產(chǎn)物吹掃膜干燥器組件的滲透側(cè)。USP5，131，929描述了一個膜干燥器組件的啟動方法，在該方法中，使膜干燥器組件的入口達(dá)到一個指定的最小壓力，隨后使氣體進(jìn)入干燥器組件的非滲透側(cè)。干燥器組件然后緊密封閉操作，直到干燥器組件內(nèi)的壓力達(dá)到操作壓力(高于最小進(jìn)口壓力)。在這一段時間內(nèi)，所有的氣體都滲透到或進(jìn)入到干燥器組件的滲透側(cè)。從而使干燥器組件啟動并達(dá)到所希望的露點。
膜干燥器的最通常的停車方法是停止氣體供給，并使壓力降低到大氣壓力。為了在周期性或間歇的操作中有效地操作膜干燥器組件，USP5，030，251討論了在停車時用干燥的產(chǎn)物氣在壓力或低壓下回流到干燥器組件的非滲透側(cè)，以干燥膜前面的濕氣。這一方法是使用來自干燥器組件非滲透側(cè)的產(chǎn)物返回吹掃該組件的非滲透側(cè)，以使膜脫水。
然而，所有這些方法中沒有一種方法是旨在改進(jìn)具有膜干燥器組件的氣體分離系統(tǒng)的啟動和停車方法的。
本發(fā)明的一個目的是為包括至少一個膜干燥器組件和至少一個氣體分離膜組件的膜系統(tǒng)提供改進(jìn)的啟動和停車方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供可用于實施改進(jìn)的啟動和停車方法的各種膜系統(tǒng)。
本發(fā)明的一個方面在于一種膜氣體分離系統(tǒng)的啟動方法，該膜氣體分離系統(tǒng)包括至少一個具有滲透側(cè)和非滲透側(cè)的氣體分離膜組件和至少一個具有滲透側(cè)和非滲透側(cè)的膜干燥器組件，其中所述至少一個氣體分離膜組件能夠從氣體混合物中分離至少一種氣體組分，所述至少一個膜干燥器組件能夠從所述氣體混合物中分離出濕氣組分。
第一種啟動方法包括(a)使壓縮氣體混合物進(jìn)入所述至少一個氣體分離膜組件和所述至少一個膜干燥器組件的所述非滲透側(cè)，從而以10psi/秒的速度同時加壓所述至少一個膜干燥器組件和所述至少一個氣體分離膜組件；(b)使所述氣體混合物中至少一種氣體組分從所述氣體分離膜組件的非滲透側(cè)滲透到所述氣體分離膜組件的滲透側(cè)；和(c)將至少一部分來自步驟(b)的滲透氣體組分通入到所述膜干燥器組件的滲透側(cè)。
第二種啟動方法包括(a)將壓縮氣體混合物通入所述至少一個膜干燥器組件的所述非滲透側(cè)，以加壓所述至少一個膜干燥器組件；(b)將至少一部分來自所述至少一個膜干燥器組件的所述非滲透側(cè)的壓縮氣體混合物或來自外部氣源的干燥氣體物流通入到所述至少一個膜干燥器組件的所述滲透側(cè)，以吹掃在所述至少一個膜干燥器組件的所述滲透側(cè)中的濕氣；(c)將至少一部分來自所述至少一個膜干燥器組件的所述非滲透側(cè)的壓縮氣體混合物通入到所述至少一個氣體分離膜組件的非滲透側(cè)；(d)使所述氣體混合物中的至少一種氣體組分從所述至少一個氣體分離膜組件的所述非滲透側(cè)滲透到所述至少一個氣體分離膜組件的滲透側(cè)；(e)當(dāng)所述至少一個氣體分離膜組件達(dá)到其操作壓力和溫度時，將至少一部分來自所述至少一個氣體分離膜組件滲透側(cè)的滲透氣體通入到所述至少一個膜干燥器組件的滲透側(cè)。
第三種啟動方法包括(a)將壓縮氣體混合物通入所述至少一個膜干燥器組件的所述非滲透側(cè)，以加壓所述至少一個膜干燥器組件；(b)將至少一部分來自所述至少一個膜干燥器組件的所述非滲透側(cè)的壓縮氣體混合物或來自外部氣源的干燥氣體物流通入到所述至少一個膜干燥器組件的所述滲透側(cè)，以吹掃在所述至少一個膜干燥器組件的所述滲透側(cè)中的濕氣；(c)從所述至少一個膜干燥器組件的所述非滲透側(cè)排放剩余的壓縮氣體混合物，直到來自所述至少一個膜干燥器組件的所述非滲透側(cè)的所述壓縮氣體混合物達(dá)到預(yù)選定的露點；(d)將至少一部分來自所述至少一個膜干燥器組件的所述非滲透側(cè)的具有所述的預(yù)選定露點的壓縮氣體混合物通入到所述至少一個氣體分離膜組件的非滲透側(cè)；且(e)當(dāng)所述至少一個氣體分離膜組件達(dá)到其操作壓力和溫度時，將至少一部分從所述至少一個氣體分離膜組件非滲透側(cè)滲透到所述至少一個氣體分離膜組件滲透側(cè)的氣體通入到所述至少一個膜干燥器組件的滲透側(cè)，以吹掃其中的濕氣。
本發(fā)明的另一個方面在于一種膜氣體分離系統(tǒng)的停車或終止的方法，該膜氣體分離系統(tǒng)包括至少一個具有滲透側(cè)和非滲透側(cè)的氣體分離膜組件和至少一個具有滲透側(cè)和非滲透側(cè)的膜干燥器組件，其中所述至少一個氣體分離膜組件能夠從氣體混合物中分離至少一種氣體組分，且所述至少一個膜干燥器組件能夠從所述氣體混合物中分離出濕氣組分。停車方法包括(a)終止壓縮氣體混合物進(jìn)入所述至少一個膜干燥器組件和所述至少一個氣體分離膜組件的非滲透側(cè)的流動；且(b)通過從所述至少一個膜干燥器組件和所述至少一個氣體分離膜組件的滲透側(cè)移出在所述至少一個膜干燥器組件和所述至少一個氣體分離膜組件的非滲透側(cè)中的壓縮氣體混合物，使所述至少一個膜干燥器組件和所述至少一個氣體分離膜組件減壓。
上述啟動和停車方法可以在一種膜氣體分離系統(tǒng)中進(jìn)行，該膜氣體分離系統(tǒng)包括(a)至少一臺壓縮機(jī)或泵裝置，以壓縮氣體物流；(b)至少一個與所述至少一臺壓縮機(jī)或泵裝置有流體流通的第一管道裝置，所述至少一個第一管道裝置有至少一個第一閥或流量限制孔板，以控制或停止壓縮氣體物流的流動；(c)至少一個具有滲透側(cè)和非滲透側(cè)的膜干燥器組件，所述滲透側(cè)和非滲透側(cè)分別有至少一個進(jìn)口和至少一個出口，其中所述非滲透側(cè)的所述至少一個進(jìn)口與所述至少一個第一管道裝置之間存在流體流通；(d)至少一個與所述至少一個膜干燥器組件的所述至少一個出口有流體流通的第二管道裝置，所述至少一個第二管道裝置有至少一個第二閥以控制或終止來自所述至少一個膜干燥器組件非滲透側(cè)的氣體物流的流動；(e)至少一個與所述至少一個第二管道裝置有流體流通的第三管道裝置，所述至少一個第三管道裝置有至少一個第三閥以控制排放或不排放在所述至少一個第二管道裝置中的壓縮氣體物流；(f)至少一個具有滲透側(cè)和非滲透側(cè)的氣體分離膜組件，所述滲透側(cè)有至少一個出口且所述非滲透側(cè)有至少一個進(jìn)口和至少一個出口，其中所述非滲透側(cè)的所述至少一個進(jìn)口與所述至少一個第二管道裝置有流體流通；(g)至少一個與所述至少一個氣體分離膜組件非滲透側(cè)的所述至少一個出口有流體流通的第四管道裝置，所述至少一個第四管道裝置有至少一個第四閥以控制停止或傳遞產(chǎn)物氣體物流的流動；(h)至少一個連接所述至少一個氣體分離膜組件滲透側(cè)的所述至少一個出口和所述至少一個膜干燥器組件滲透側(cè)的所述至少一個進(jìn)口的第五管道裝置，所述至少一個第五管道裝置有至少一個第五閥，以停止、控制或傳遞進(jìn)入所述至少一個膜干燥器組件所述滲透側(cè)的氣體物流的流動；且(i)至少一個與所述至少一個第五管道裝置有流體流通且具有至少一個第六閥的第六管道裝置，以排放在所述至少一個第五管道裝置中的至少一部分氣體物流或?qū)⒃谒鲋辽僖粋€第五管道裝置中的至少一部分氣體物流傳輸入所述至少一個第一管道裝置中。
在此所用術(shù)語“至少一個膜干燥器組件”是指一個或多個具有至少一個用于滲透或分離氣體混合物中的濕氣組分的膜的裝置。
在此所用術(shù)語“至少一個氣體分離膜組件”是指一個或多個具有用于從氣體混合物中滲透或分離至少一種氣體組分的膜的裝置。
在此所用術(shù)語“露點”是指在給定的壓力下，水汽開始凝結(jié)時的溫度。露點可以以氣體物流或膜組件中的水蒸汽含量表示。要求的露點定義為在氣體物流或膜組件中水蒸汽含量小于1000ppm，優(yōu)選小于250ppm。


圖1-4是本發(fā)明的包括至少一個膜干燥器組件和至少一個氣體分離膜組件的膜系統(tǒng)的各種實施方案示意流程圖，它們都能夠有效地啟動和停車。
本發(fā)明的上述各種目的可以通過如下方法實現(xiàn)，即在啟動操作期間，為包括至少一個膜干燥器組件和至少一個氣體分離膜組件的膜系統(tǒng)提供特殊的加壓裝置，并為該膜系統(tǒng)的至少一個膜干燥器組件提供特殊的吹掃裝置。本發(fā)明的上述各種目的也通過如下方法實現(xiàn)，即在停車過程中對包括至少一個膜干燥器組件和至少一個氣體分離膜組件的膜系統(tǒng)采用特殊的減壓裝置。特殊的加壓、減壓和吹掃裝置主要用于縮短啟動時間、避免膜纖維(membranefiber)的損壞或?qū)p壞降低到最低限度，并避免污染物向回擴(kuò)散進(jìn)入氣體分離膜組件。
下面參考附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
參考圖1-4，氣體混合物用壓縮機(jī)或泵(1)壓縮后通過有閥(7)或流量限制孔板(7)的管道(3)進(jìn)入膜干燥器組件(9)的非滲透側(cè)(11)。可用閥(7)(如緩開式閥(slow-openingvalve)和過流控制閥(excessflowcheckvalve))或孔板(7)控制加壓的速度小于10psi/秒，優(yōu)選小于5psi/秒?；蛘撸梢杂瞄y(7)傳送加壓氣體混合物的流量以逐漸地或緩慢地提高膜干燥器組件非滲透側(cè)(11)中的壓力。通過控制加壓速度或通過逐漸或緩慢地提高壓力，對膜干燥器組件(9)中的膜纖維(15)的損壞可以降低到最低限度或完全避免。
盡管優(yōu)選上述的加壓方法，但其它的使膜干燥器組件(9)的非滲透側(cè)(11)加壓的方法也可以使用。
例如，加壓干燥器的一個方法是隨著壓力的升高，從干燥器的流出同時開始。在這個方法中，來自壓縮機(jī)(1)的低壓氣體進(jìn)入并離開干燥器組件(9)的非滲透側(cè)(11)，其間濕氣的滲透非常小，直到壓力達(dá)到足以使?jié)B透開始的水平。當(dāng)干燥器組件(9)先前曾經(jīng)運(yùn)行過，并且非滲透的產(chǎn)物物流是干燥的或已被吹掃干燥過時，在產(chǎn)物物流中的全部或部分濕氣可能被干燥器組件(9)中的膜纖維(15)吸附。在這種情況下，小脈沖量的高濕度產(chǎn)物可能流出干燥器組件(9)的非滲透側(cè)(11)。如果下游的氣體分離膜組件(29)能夠承受這一產(chǎn)物，則不需要放空。然而，如果干燥器組件(9)沒有預(yù)選運(yùn)行時，或曾暴露到高的環(huán)境濕氣下(即在操作開始時聚合物不再是脫水狀態(tài))，則從干燥器組件(9)的非滲透側(cè)(11)出來的產(chǎn)物的濕度水平高且持續(xù)時間長。在這些情況下，要求在初始過渡期間將干燥器的產(chǎn)物放空。
加壓干燥器組件(9)的另一個方法是先使其達(dá)到設(shè)定的操作壓力，并且使非滲透產(chǎn)物開始從干燥器組件(9)的非滲透側(cè)(11)中流出。在這一情況下，在開始流動期間就有濕氣的滲透且在非滲透產(chǎn)物中留存的濕氣比第一種方法中少。另外，在開始流動期間濕度的水平將取決于干燥器組件(9)的先前操作歷史、停車方式、以及停車期間的持續(xù)時間和各種條件。
加壓干燥器組件(9)的另一個方法是同時開始非滲透產(chǎn)物流動和加壓。然而當(dāng)流動達(dá)到預(yù)定的水平(低于穩(wěn)態(tài)操作水平)時，它在過渡期其余時間內(nèi)將保持在這一水平。這一作用提高了開始啟動期間干燥膜的面積系數(shù)(areafactor)，并與使用全流時相比，能夠為下游的氣體分離膜組件(29)產(chǎn)出更干燥的進(jìn)料。
在膜干燥器組件(9)的非滲透側(cè)(11)加壓期間，開始可以使用各種氣源吹掃膜干燥器組件(9)的滲透側(cè)(13)。例如，至少一部分通過管道(17)離開非滲透側(cè)(11)的壓縮氣體混合物可以通過包括閥(21)的管道(10)提供到膜干燥器組件(9)的滲透側(cè)(13)。或任選可以用一個外部氣源(22)(如低溫液體罐)將干燥的氣體送入膜干燥器組件(9)的滲透側(cè)(13)以吹掃其中的濕氣。膜干燥器組件(9)的滲透側(cè)(13)中的吹掃氣體和濕氣通過包括閥(18)的管道(16)放出。要求在開始啟動期間使用比穩(wěn)態(tài)操作期間更高的吹掃氣體流量和更高的清除比。在穩(wěn)態(tài)操作期間使用的清除比(吹掃比乘以壓力比)為0.2-10.0，優(yōu)選0.5-3.0。在開始啟動期間清除比可以提高以縮短下游氣體混合物達(dá)到預(yù)定的露點所需要的時間。在此所用術(shù)語“吹掃比”是指在膜干燥器組件滲透側(cè)滲透氣體和吹掃氣體流量/離開膜干燥器組件非滲透側(cè)的非滲透產(chǎn)物的流量。在此所用術(shù)語“壓力比”是指進(jìn)入膜干燥器組件非滲透側(cè)的進(jìn)料氣體壓力/膜干燥器組件滲透側(cè)的吹掃氣體壓力。
在圖1所示的本發(fā)明的一個實施方案中，至少一部分通過管道(17)離開膜干燥器組件(9)非滲透側(cè)(11)的壓縮氣體混合物通過包括閥(21)的管道(19)和管道(23)送入膜干燥器組件(9)的滲透側(cè)(13)并吹掃它。同時，在管道(17)中的剩余壓縮氣體混合物可以通過包括閥(27)的管道(25)放空。一旦來自膜干燥器組件(9)非滲透側(cè)(11)的壓縮氣體混合物達(dá)到要求的露點，則該壓縮氣體混合物即通過關(guān)閉閥(27)(放空)和打開閥(31)送入一個或多個氣體分離膜組件(29)。繼續(xù)保持用管道(17)中的壓縮氣體混合物吹掃膜干燥器組件(9)的滲透側(cè)(13)。離開一個或多個氣體分離膜組件(29)的非滲透側(cè)(33)的產(chǎn)物氣體通過包括閥(40)的管道(39)放空，直到達(dá)到要求的操作壓力、溫度和產(chǎn)物純度。當(dāng)一個或多個氣體分離膜組件(29)達(dá)到要求的操作壓力、溫度和產(chǎn)物純度時，至少一部分通過膜(35)滲透入一個或多個氣體分離膜組件(29)的滲透側(cè)(37)的氣體組分通過包括閥(41)的管道(23)送入膜干燥器組件(9)滲透側(cè)(13)。任何未送入的氣體組分可以通過包括可選擇的閥(45)的管道(43)放空或循環(huán)。此時，閥(21)關(guān)閉，以此避免在管道(17)中的壓縮氣體混合物送入膜干燥器組件(9)的滲透側(cè)。
這一啟動膜干燥器和膜氣體分離裝置的方法在氣體分離膜不能承受短時間高于通常濕度的操作時優(yōu)選使用。當(dāng)膜干燥器組件沒有預(yù)先運(yùn)行過，或長時間沒有運(yùn)行過(如一個月)并暴露于環(huán)境濕氣時本方法是適用的。在這些情況下，干燥器膜材料(15)沿著整個軸向含有高水平的濕氣，并且需要在干燥器組件(9)能夠產(chǎn)生具有特定露點的氣體之前脫除產(chǎn)物端中的濕氣。在使膜干燥器組件(9)達(dá)到所需的露點并放空的第一步驟期間，在放空時離開干燥器組件(9)的產(chǎn)物使用較低的流速是可能的，甚至是需要的。也優(yōu)選使用比穩(wěn)態(tài)值更高的清除比。
在圖2所示的另一個實施方案中，使用一個外部干燥氣體源(22)吹掃膜干燥器組件(9)的滲透側(cè)(13)。該外部干燥氣體源可以選自各種氣源，如低溫液體罐。例如低溫液體可以蒸發(fā)并通過與管道(23)和/或管道(19)有流體流通的管道(47)供入膜干燥器組件(9)的滲透側(cè)(13)。同時，送入到膜干燥器組件(9)的非滲透側(cè)(11)的壓縮氣體混合物通過管道(17)和管道(25)放空。一旦在膜干燥器組件(9)非滲透側(cè)(11)中的氣體混合物達(dá)到要求的露點，該氣體混合物即通過關(guān)閉閥(27)和打開閥(31)而送入到至少一個氣體分離膜組件(29)的非滲透側(cè)(33)。將來自至少一個氣體分離膜組件(29)的非滲透側(cè)(33)的產(chǎn)物氣體放空，直到達(dá)到穩(wěn)態(tài)操作壓力、溫度和產(chǎn)物純度等條件。達(dá)到這樣的條件后，至少一部分在至少一個氣體分離膜組件(29)的滲透側(cè)(37)中的滲透氣體物流供入到膜干燥器組件(9)的滲透側(cè)(13)。來自外部氣體源(22)的干燥氣體物流可以關(guān)閉也可以不關(guān)閉。根據(jù)所用的外部氣源的情況，可能要求甚至在氣體分離膜組件(29)已經(jīng)達(dá)到要求的溫度和壓力后還繼續(xù)使用外部的吹掃氣體。在這種情況下，氣體分離膜組件(29)上的附加回壓可以避免，使氣體分離膜組件(29)更好地運(yùn)行。該方法的一個變化是當(dāng)仍然使用外部吹掃氣時，在啟動期間用小的產(chǎn)物流速操作系統(tǒng)。這能夠有助于使氣體分離系統(tǒng)更快地達(dá)到要求的溫度，同時確立干燥組件(9)中的濕度前沿(humidityfront)。這也有助于使膜干燥器組件(9)比用產(chǎn)物全流時更快地達(dá)到預(yù)定的干燥程度。使用外部吹掃氣的另一種方法是當(dāng)確定干燥器組件(9)中的濕度前沿時沒有產(chǎn)物流量。同樣，在這兩種方法中，當(dāng)干燥器組件(9)達(dá)到設(shè)定的條件后，全流即送到氣體分離膜組件(29)。當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到設(shè)定的穩(wěn)態(tài)操作條件后，來自氣體分離膜組件(29)的滲透物流可用于吹掃干燥器組件(9)的滲透側(cè)(13)。外部干燥氣源(22)關(guān)閉。
啟動包括至少一個氣體分離膜組件(29)和至少一個膜干燥器組件(9)的膜系統(tǒng)的另一個方法包括將壓縮氣體混合物通入膜干燥器組件(9)的非滲透側(cè)(11)，用來自非滲透側(cè)(11)或外部氣源(22)的氣體混合物吹掃膜干燥器組件(9)的滲透側(cè)(13)，并將來自膜干燥器組件(9)非滲透側(cè)(11)的未使用的氣體混合物通入至少一個氣體分離膜組件(29)的非滲透側(cè)(33)。
來自氣體分離膜組件(29)的非滲透側(cè)(33)的產(chǎn)物被放空直到達(dá)到它的要求的穩(wěn)態(tài)操作壓力、溫度和純度。當(dāng)氣體分離膜組件(29)達(dá)到要求的操作溫度和壓力時，一部分來自氣體分離膜組件(29)的滲透物流可以用于吹掃干燥器組件(9)的滲透側(cè)(13)。來自非滲透側(cè)(11)或外部氣源(22)的吹掃氣可以關(guān)閉。這一方法適用于干燥器組件(9)預(yù)先運(yùn)行過并且將在較短的時間內(nèi)達(dá)到其要求的露點情況。然而，這一方法會使小脈沖量的高濕度進(jìn)料到達(dá)氣體分離膜組件(29)。在初始過渡期間，可以使用低產(chǎn)物流速和/或來自干燥器組件(9)的高吹掃氣流速度使進(jìn)到氣體分離膜組件(29)的脈沖量的高濕度進(jìn)料減到最小?？梢岳斫?，這一方法也可以在不吹掃膜干燥器組件(9)的滲透側(cè)(13)的情況下運(yùn)行。
在膜系統(tǒng)啟動后即可以正常操作，如USP4，931，070、USP5，102，432和USP5，169，417。然而在某一點，系統(tǒng)的操作需要停止。一般通過關(guān)閉壓縮機(jī)或泵(1)并將在氣體分離膜組件(29)的非滲透側(cè)(33)和膜干燥器組件(9)中的壓縮氣體混合物通過管道(39和25)釋放或流出來使氣體分離膜組件(29)和膜干燥器組件(9)停車。當(dāng)然，使用包括閥(51)的管道(49)增加了干燥器組件(9)的減壓速度。然而已發(fā)現(xiàn)如果在膜干燥器組件(9)的非滲透側(cè)(11)中的壓縮氣體從膜干燥器組件(9)的滲透側(cè)(13)中移出，則在膜干燥器組件(9)中更大量的濕氣可被移出。這一停車方法可以推廣到氣體分離膜組件。然而，至少一部分滲透到氣體分離膜組件(29)的滲透側(cè)(33)的氣體物流可以供到膜干燥器組件(9)的滲透側(cè)(13)，如圖3所示?；蛘?，在停車期間膜干燥器組件(9)的非滲透側(cè)和滲透側(cè)(11和13)可以用來自外部氣源(22)的干燥氣體物流吹掃，如圖4所示。這樣的方法使膜干燥器組件(9)在再啟動時能夠較快地達(dá)到要求的露點。在兩種情況下，要求管道(23)(滲透線)中使用吸附劑阱(55)(如沸石)，以防止在停車期間污染物(如濕氣)從周圍環(huán)境向回擴(kuò)散。吸附劑可以在穩(wěn)態(tài)(常規(guī)連續(xù)的)操作期間通過通入干凈的干燥氣體再生。如果膜系統(tǒng)要在短期停車或間歇操作，該膜系統(tǒng)可以通過關(guān)閉閥(49、18、21、27、40、41、45和45)來封閉。膜系統(tǒng)可以隔絕于來自環(huán)境的任何污染物(如濕氣)的向回擴(kuò)散之外。另外，由于干燥器組件(9)可以很快地達(dá)到要求的露點，因此可以在一個短的期間內(nèi)再啟動。
膜系統(tǒng)通常使用氣體混合物預(yù)處理裝置(5和/或53)，該裝置包括過濾裝置或吸附劑(如活性碳顆粒)以從氣體混合物(如空氣)中脫除濕氣或污染物(如烴類蒸汽)。預(yù)處理裝置(53)通常裝有活性碳顆粒以脫除烴類蒸汽，從而盡量降低對一個或多個氣體分離膜組件(29)的損壞。碳顆?？梢酝ㄟ^與相對濕度小于50%的氣體平衡進(jìn)行再生。然而，也可用如下方法原位活化這些碳顆粒，即將這些碳顆粒置于膜干燥器組件放空出口的上游并放空直到達(dá)到要求的露點。
本發(fā)明在一個或多個氣體分離膜組件中可以使用任何有用的氣體分離膜材料。在已有的膜材料中，通常要求使用聚合物膜材料。然而已發(fā)現(xiàn)某些聚合物膜材料，如鋰交換的磺化芳香聚合物材料，耐濕性較低。發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的啟動和停車方法解決了與氣體分離膜材料的吸濕性質(zhì)有關(guān)的問題。
借助于上述的各種啟動及停車的方法，能夠得到各種改進(jìn)。這些改進(jìn)包括許多方面，如縮短啟動時間，避免膜纖維的損壞或?qū)p壞降低到最低限度，并避免污染物由環(huán)境向回擴(kuò)散進(jìn)入氣體分離膜組件。而且還解決了與使用低耐濕性膜材料有關(guān)的問題。
盡管參考某些具體的實施方案對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)地描述，但本專業(yè)技術(shù)人員將認(rèn)識到在權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)還有各種其它的實施方案。
權(quán)利要求
1.膜氣體分離系統(tǒng)的啟動方法，該膜氣體分離系統(tǒng)包括至少一個具有滲透側(cè)和非滲透側(cè)的氣體分離膜組件和至少一個具有滲透側(cè)和非滲透側(cè)的膜干燥器組件，其中所述至少一個氣體分離膜組件能夠從氣體混合物中分離至少一種氣體組分，且所述至少一個膜干燥器組件能夠從所述氣體混合物中分離出濕氣組分，所述啟動方法包括(a)通過使壓縮的氣體混合物進(jìn)入所述至少一個氣體分離膜組件和所述至少一個膜干燥器組件的所述非滲透側(cè)，以低于10psi/秒的速度同時加壓所述至少一個膜干燥器組件和所述至少一個氣體分離膜組件；(b)使所述氣體混合物中至少一種氣體組分從所述氣體分離膜組件的非滲透側(cè)滲透到所述氣體分離膜組件的滲透側(cè)；且(c)將至少一部分來自步驟(b)的滲透氣體組分通入到所述膜干燥器組件的滲透側(cè)。
2.膜氣體分離系統(tǒng)的啟動方法，該膜氣體分離系統(tǒng)包括至少一個具有滲透側(cè)和非滲透側(cè)的氣體分離膜組件和至少一個具有滲透側(cè)和非滲透側(cè)的膜干燥器組件，其中所述至少一個氣體分離膜組件能夠從氣體混合物中分離至少一種氣體組分，且所述至少一個膜干燥器組件能夠從所述氣體混合物中分離出濕氣組分，所述啟動方法包括(a)將壓縮氣體混合物通入所述至少一個膜干燥器組件的所述非滲透側(cè)，以加壓所述至少一個膜干燥器組件；(b)將至少一部分來自所述至少一個膜干燥器組件的所述非滲透側(cè)的壓縮氣體混合物或來自外部氣源的干燥氣體物流通入到所述至少一個膜干燥器組件的所述滲透側(cè)，以吹掃在所述至少一個膜干燥器組件的所述滲透側(cè)中的濕氣；(c)將至少一部分來自所述至少一個膜干燥器組件的所述非滲透側(cè)的壓縮氣體混合物通入到所述至少一個氣體分離膜組件的非滲透側(cè)；(d)使所述氣體混合物中的至少一種氣體組分從所述至少一個氣體分離膜組件的所述非滲透側(cè)滲透到所述至少一個氣體分離膜組件的滲透側(cè)；(e)當(dāng)所述至少一個氣體分離膜組件達(dá)到其操作壓力和溫度時，將至少一部分來自所述至少一個氣體分離膜組件滲透側(cè)的滲透氣體通入到所述至少一個膜干燥器組件的滲透側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，進(jìn)一步包括停止所述壓縮氣體混合物從所述至少一個膜組件的非滲透側(cè)進(jìn)入到所述至少一個膜干燥器組件的滲透側(cè)的流動和/或停止來自所述外部氣源的所述干燥氣體的流動。
4.膜氣體分離系統(tǒng)的啟動方法，該膜氣體分離系統(tǒng)包括至少一個具有滲透側(cè)和非滲透側(cè)的氣體分離膜組件和至少一個具有滲透側(cè)和非滲透側(cè)的膜干燥器組件，其中所述至少一個氣體分離膜組件能夠從氣體混合物中分離至少一種氣體組分，且所述至少一個膜干燥器組件能夠從所述氣體混合物中分離出濕氣組分，所述啟動方法包括(a)將壓縮氣體混合物通入所述至少一個膜干燥器組件的所述非滲透側(cè)，以加壓所述至少一個膜干燥器組件；(b)將至少一部分來自所述至少一個膜干燥器組件的所述非滲透側(cè)的壓縮氣體混合物或來自外部氣源的干燥氣體物流通入到所述至少一個膜干燥器組件的所述滲透側(cè)，以吹掃在所述至少一個膜干燥器組件的所述滲透側(cè)中的濕氣；(c)從所述至少一個膜干燥器組件的所述非滲透側(cè)排放剩余的壓縮氣體混合物，直到來自所述至少一個膜干燥器組件的所述非滲透側(cè)的所述壓縮氣體混合物達(dá)到預(yù)選定的露點；(d)將至少一部分來自所述至少一個膜干燥器組件的所述非滲透側(cè)的具有所述預(yù)選定露點的壓縮氣體混合物通入到所述至少一個氣體分離膜組件的非滲透側(cè)；且(e)當(dāng)所述至少一個氣體分離膜組件達(dá)到其操作壓力和溫度時，將至少一部分從所述至少一個氣體分離膜組件非滲透側(cè)滲透到所述至少一個氣體分離膜組件滲透側(cè)的氣體通入到所述至少一個膜干燥器組件的滲透側(cè)，以吹掃其中的濕氣。
5.膜氣體分離系統(tǒng)的停車或終止的方法，該膜氣體分離系統(tǒng)包括至少一個具有滲透側(cè)和非滲透側(cè)的氣體分離膜組件和至少一個具有滲透側(cè)和非滲透側(cè)的膜干燥器組件，其中所述至少一個氣體分離膜組件能夠從氣體混合物中分離至少一種氣體組分，且所述至少一個膜干燥器組件能夠從所述氣體混合物中分離出濕氣組分，所述方法包括(a)終止壓縮氣體混合物進(jìn)入所述至少一個膜干燥器組件和所述至少一個氣體分離膜組件的非滲透側(cè)的流動；且(b)通過從所述至少一個膜干燥器組件和所述至少一個氣體分離膜組件的滲透側(cè)移出在所述至少一個膜干燥器組件和所述至少一個氣體分離膜組件的非滲透側(cè)中的壓縮氣體混合物，使所述至少一個膜干燥器組件和所述至少一個氣體分離膜組件減壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，進(jìn)一步包括將干燥的氣體物流通入所述至少一個膜干燥器組件的滲透側(cè)和非滲透側(cè)以吹掃其中的濕氣。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，進(jìn)一步包括在所述至少一個氣體分離膜組件的滲透側(cè)的出口提供吸附劑以防止污染物的向回擴(kuò)散。
8.一種膜氣體分離系統(tǒng)，包括(a)至少一臺壓縮機(jī)或泵裝置，以壓縮氣體物流；(b)至少一個與所述至少一臺壓縮機(jī)或泵裝置有流體流通的第一管道裝置，所述至少一個第一管道裝置有至少一個第一閥或流量限制孔板，以控制或停止壓縮氣體物流的流動；(c)至少一個具有滲透側(cè)和非滲透側(cè)的膜干燥器組件，所述滲透側(cè)和非滲透側(cè)分別有至少一個進(jìn)口和至少一個出口，其中所述非滲透側(cè)的所述至少一個進(jìn)口與所述至少一個第一管道裝置之間存在流體流通；(d)至少一個與所述至少一個膜干燥器組件的所述至少一個出口有流體流通的第二管道裝置，所述至少一個第二管道裝置有至少一個第二閥以控制或終止來自所述至少一個膜干燥器組件非滲透側(cè)的氣體物流的流動；(e)至少一個與所述至少一個第二管道裝置有流體流通的第三管道裝置，所述至少一個第三管道裝置有至少一個第三閥以控制排放或不排放在所述至少一個第二管道裝置中的壓縮氣體物流；(f)至少一個具有滲透側(cè)和非滲透側(cè)的氣體分離膜組件，所述滲透側(cè)有至少一個出口且所述非滲透側(cè)有至少一個進(jìn)口和至少一個出口，其中所述非滲透側(cè)的所述至少一個進(jìn)口與所述至少一個第二管道裝置有流體流通；(g)至少一個與所述至少一個氣體分離膜組件非滲透側(cè)的所述至少一個出口有流體流通的第四管道裝置，所述至少一個第四管道裝置有至少一個第四閥以控制停止或傳遞產(chǎn)物氣體物流的流動；(h)至少一個連接所述至少一個氣體分離膜組件滲透側(cè)的所述至少一個出口和所述至少一個膜干燥器組件滲透側(cè)的所述至少一個進(jìn)口的第五管道裝置，所述至少一個第五管道裝置有至少一個第五閥，以停止、控制或傳遞進(jìn)入所述至少一個膜干燥器組件所述滲透側(cè)的氣體物流的流動；且(i)至少一個與所述至少一個第五管道裝置有流體流通且具有至少一個第六閥的第六管道裝置，以排放在所述至少一個第五管道裝置中的至少一部分氣體物流或?qū)⒃谒鲋辽僖粋€第五管道裝置中的至少一部分氣體物流傳輸入所述至少一個第一管道裝置中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的氣體分離膜系統(tǒng)，其中所述至少一個氣體分離膜組件是至少三個氣體分離膜組件。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的氣體分離膜系統(tǒng)，進(jìn)一步包括至少一個連接所述至少一個第二管道裝置和所述至少一個第五管道裝置的第七管道裝置，其中所述至少一個第七管道裝置有至少一個第七閥，以停止、控制或傳遞氣體物流從所述至少一個第五管道裝置到所述至少一個第二管道裝置的流動。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的氣體分離膜系統(tǒng)，進(jìn)一步包括至少一個裝在所述至少一個氣體分離膜組件的滲透側(cè)出口處的吸附劑阱。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的氣體分離膜系統(tǒng)，進(jìn)一步包括至少一個預(yù)處理裝置，該裝置包括過濾裝置以脫除濕氣，吸附劑或活性碳顆粒，其中所述至少一個預(yù)處理裝置裝在所述至少一個第一管道裝置和/或所述至少一個第二管道裝置上。
全文摘要
本發(fā)明涉及包括至少一個氣體分離膜組件和至少一個膜干燥器組件的膜系統(tǒng)的啟動和停車的各種方法和設(shè)備。
文檔編號B01D53/26GK1108582SQ9411701
公開日1995年9月20日 申請日期1994年10月11日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月12日
發(fā)明者R·普拉薩德, P·J·庫克 申請人:普拉塞爾技術(shù)有限公司