专利名称：用于再循环至供给气的渗透量可调整的基于膜的气体回收系统和方法
用于再循环至供给气的渗透量可调整的基于膜的气体回收
系统和方法相关申请的交叉引用本专利申请要求于2009年6月10日提交的美国临时专利申请第61/185，965号的优先权。
背景技术：
有很多利用气体的过程，在所述过程中，由于气体相对较高的成本，所以希望回收气体。但是，许多这样的过程会产生变化的供回收的气体量。因此，理想的回收系统应有效而经济地回收气体，即使能够被回收的气体的量随时间变化。这些过程中的两种包括用于制造光纤的光纤冷却塔以及在真空炉中对部件的热处理。气体分离领域的技术人员应认识至IJ，有许多产生这种可变的流量的其它过程，且对所述过程来说希望回收相对昂贵的气体。在制造光纤时，熔融的玻璃通过模具而被挤压。熔融玻璃利用长的冷却塔(退火塔(draw tower))而快速冷却。为增强冷却塔内的传热，氦被用作传热介质。由于氦的供给短缺且价格在上涨，因此希望将氦捕集和再循环。从用于光纤纺丝的冷却退火塔再循环氦是很困难的。由于在从塔的回收过程中空气进入了氦，因此所提取的氦会含有低至60%体积的氦，而其余为空气。高纯度氦的高回收率是被希望的。从冷却效率来说，要求再循环至冷却塔的是高纯度氦产品(例如，> 99%体积/体积)，而从回收过程的经济合理性来说，要求有令人满意的高氮气回收率。典型的光纤纺丝设备包含多个塔。每个塔的氦流量将根据塔的冷却需求而变化。 可以想象，每个塔可具有不同的氦供给流量。出于经济原因，优选由单个氦回收系统处理多个塔。这种可能的系统在理想中应能够补偿流量的这些变化。因此，这种可能的系统必需能够在个别退火塔加入运行或不再运行而使进给流量发生大幅度变化时运行。气体分离技术的一种类型是用膜、特别是聚合物膜进行气体分离。基于膜的气体分离是通过输送供给气至气体分离膜的入口而执行的。根据聚合物膜的成分，某些气体 (称为“快速气”)会比其它气体(称为“慢速气”)更大程度地透过膜。快速气被收集成渗透流，而慢速气被收集成滞留流或残余流。某些人已提议利用膜从光纤冷却塔回收氦。在玻璃状聚合物膜的情况中，氦是快速气而空气气体氧和氮是慢速气。膜系统通常是基于固定的供给流率而设计的。换句话说，给定类型的膜的膜组件数量是基于待处理的供给气的期望的固定流率而设计的。给定的应用所需要的膜组件的数量直接与进给流量成比例。对于高进给流量的膜系统，需要大量的膜组件。可调范围(Turndown)是一个参数，该参数描述方法或系统应对进给流量相对于最大流量的变化的能力。它可以表达成下式可调范围=(1-实际进给流量/最大进给流量)X 100%对于相对较大的系统，可通过激活或停用多个膜组件中的一个或多个而容易地适应可调范围的变化。简而言之，承受供给气的总的膜表面积被调整以补偿供给流量的变化。对于相对较低进给流量的系统，例如光纤退火塔，这种多组件的方法是有困难的。 这是因为在最大流量时可仅由单个市售尺寸的膜组件实现希望的产品纯度和回收率。例如，单个1英寸或2英寸直径的膜(通常是最小的市售的膜设备)可能对最大流量已经足够了。尽管单个膜组件的使用就投资费用而言可能是有成本效益的，但在显著低于最大流量的流量下可能表现出不可接受的性能。用来解决与这种低流量相关的问题的一种可能的解决方案是利用上文所述的多组件方法。为了使多组件方法适应这种低流量，需要采用很多定制加工的小渗透件。因此，这变成了高度定制化而低效(就成本而言)的解决方案。在真空炉内对部件的热处理中，利用惰性冷却气体(例如氦)使部件的相对较高的温度快速冷却。根据需要热处理的部件数量，一个或多个真空炉可被加入运行或不再运行。一些人已提出各种策略以便再循环冷却气体，所述策略包括净化步骤，所述净化步骤可涉及到气体分离膜的使用。类似于氦从光纤冷却塔的再循环，出于经济性的原因，优选利用单个气体回收系统(例如利用气体分离膜的系统)从多个真空炉再循环惰性气体(例如氦)。这种可能的系统在理想中应能够补偿当个别真空炉加入使用或不再使用时进给流量的大幅度变化。特别是针对氦，某些人已在专利文献中提出各种回收策略。美国专利第6，517，791号描述了用于冷喷涂成型的氦回收系统。膜在单个通道内运行。系统的净化目标是将氦的含量从约90%的氦增加至97%的氦，这是相对小范围的提升。相比之下，用于光纤纺丝的氦回收常常要求相对较高的气体富集度。美国专利第4，448，582号利用了低温方法回收氦以便在光纤退火塔中再循环。美国专利第5，377，491号和第5，452，583号也是关于氦从光纤退火塔的再循环。 膜被描述成净化氦以便在退火塔中再循环的几种方法之一。类似的美国专利第6，092，391 号和第6，253，575 Bl号描述了用于整个光纤纺丝过程的更完整的氦回收系统，所述光纤纺丝过程包括强化、退火炉和退火纤维冷却。膜系统被描述为一种用于回收氦的装置。美国专利第5，158，625号公开了一种用于对物品热处理的过程，所述过程在再循环气体介质中使物品淬火，所述再循环气体与被处理的物品接触，淬火气体借助热交换器而被冷却，在该种类型中氦被用作淬火气体。在淬火操作的最后，借助泵从处理外壳中抽取处于终态的氦直至实现基本真空。被抽取的氦借助与机械过滤器关联的压缩机而达到净化压力，在净化压力下的氦被送至净化器，在所述净化器内除去了杂质。美国专利第6，517，791号公开了用于回收和净化氮气的三级过程，以及用于利用该三级过程的系统。来自冷喷涂成型腔室的气体被引至颗粒去除装置以形成无颗粒的氦气。无颗粒氦气的第一部分再循环回到腔室。无颗粒氦气的第二部分在通过氦气净化膜以形成经净化的氦气和废气之前先通至第一压缩机。经净化的氦气随后被通至与无颗粒氦气的至腔室的第一部分混合。无颗粒氦气的第三部分被通至液体分离装置以除去水，并通至接收器以抑制任何脉动，从而形成无液体的氦气。无液体的氦气再循环至冷喷涂成型腔室。尽管上述的专利文献公开了各种解决方案，但没有一个公开了这样的方案该方案令人满意地解决了供给流率的变化幅度大的问题。因此，本发明的目的是提供一种改进的用于基于膜的气体回收的方法和系统，所述方法和系统适于在供给流率的大幅度范围下实现足够高的纯度。本发明的另一目的是提供一种改进的用于基于膜的气体回收的方法和系统，所述方法和系统适于在供给流率的大幅度范围下实现足够高的回收率。本发明的再一目的是提供一种改进的用于基于膜的气体回收的方法和系统，所述方法和系统适于在供给流率的大幅度范围下令人满意地工作而同时令人满意地带来低投资成本。
发明内容
本发明公开了一种从产生流率变化的废气的过程中回收快速气的方法，所述废气包括快速气和至少一种慢速气。方法包括以下步骤提供气体混合物的多个来源，其中气体混合物包括快速和慢速气。从来源中的一个或多个获得了供给气流，其中供给气流包括快速和慢速气，且供给气流基于有效产生气体混合物的多个来源的数量而具有可变的流率。 将供给气流压缩。经压缩的供给气被输送至初始气体分离膜。从初始气体分离膜提取富含快速气的初始渗透流和缺乏快速气的残余流。初始渗透流的第一部分被引导至压缩机，在压缩机中第一部分与供给气流混合并被压缩。提取初始渗透流的剩余部分以提供成品气。 基于方法的运行参数而调整初始渗透流在第一部分和其余部分之间分配的程度。本发明还公开了一种用于从产生流率变化的废气的过程中回收目标气体的系统。 该系统包括废气的多个来源；与多个来源选择性地流体连通的供给气导管；具有入口和出口的压缩机，所述入口与供给气导管流体连通；具有入口、渗透物出口和残余物出口的初始气体分离膜；与初始气体分离膜的渗透物出口流体连通的初始渗透导管；与初始渗透导管流体连通的成品气导管；在初始渗透导管和压缩机入口之间流体连通的再循环导管；与初始渗透导管、再循环导管以及成品气导管流体连通的再循环控制阀；以及适于控制再循环控制阀的比例调节的控制器。废气包括快速气和至少一种慢速气。再循环控制阀适于调节渗透气被允许从初始渗透导管流动至再循环导管与流动至成品气导管的比例。初始气体分离膜的入口与压缩机出口流体连通。初始气体分离膜对快速气比对至少一种慢速气更具渗透性。方法和/或系统可包括以下方面的一个或多个运行参数从包括以下参数的集合中选取从中获得供给气流的多个来源的数量、 成品气的纯度、通过执行所述方法而实现的目标气体的回收率、供给气流的流率、以及供给气流和初始渗透流的第一部分的组合的压力。多个来源包括多个光纤冷却塔，快速气为氦，慢速气为空气。多个来源包括多个氦炉，且快速气是氦。方法还包括以下步骤将初始残余流输送至二级气体分离膜；从二级气体分离膜提取二级渗透流和二级残余流；以及将二级渗透流引导至压缩机，在压缩机中二级渗透流与第一部分和供给气流一起被压缩。所述获得供给气流的步骤还包括以下步骤将来自多个来源中的一个或多个的废气流组合；压缩经组合的废气流；将经压缩的组合废气流输送至二级气体分离膜；以及从二级气体分离膜提取富含快速气的二级渗透流和缺乏快速气的二级残余流，其中二级渗透流是供给气流。
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方法还包括以下步骤设置与初始渗透流流体连通的控制阀；以及发送信号至控制器，所述信号代表多个来源中从中获得供给气流的来源数量，其中运行参数是多个来源中从中获得供给气流的来源数量；以及控制器根据信号经由控制阀而控制初始渗透流的第一部分和剩余部分的分配额。方法还包括以下步骤设置与初始残余流流体连通的适于选择性地调节初始残余流的压力的控制阀；测量成品气中快速气的纯度；以及发送信号至控制器，所述信号代表所测量的纯度，其中控制器基于所测量的纯度经由与初始残余流流体连通的控制阀而控制对初始残余流的压力调节。所述获得供给气流的步骤还包括以下步骤将来自多个来源中的一个或多个的废气流组合；压缩经组合的废气流；将经压缩的组合废气流输送至二级气体分离膜；以及从二级气体分离膜提取富含快速气的二级渗透流和缺乏快速气的二级残余流，其中二级渗透流是供给气流。方法还包括以下步骤设置与二级残余流流体连通的适于选择性地调节二级残余流的压力的控制阀；测定成品气中快速气的纯度；以及发送信号至控制器，所述信号代表所测量的纯度，其中控制器基于所测量的纯度经由与二级残余流流体连通的控制阀而控制对二级残余流的压力调节。方法还包括以下步骤设置与初始渗透流流体连通的控制阀；测定通过执行所述方法而实现的快速气回收率；发送信号至控制器，所述信号代表所测定的回收率，其中运行参数是通过执行所述方法而实现的目标气体回收率；控制器基于信号经由控制阀而控制初始渗透流的第一部分和剩余部分的分配额。方法还包括以下步骤设置与初始残余流流体连通的适于选择性地调节初始残余流的压力的控制阀；测量成品气中快速气的纯度；发送信号至控制器，所述信号代表所测量的纯度，其中控制器基于成品气纯度信号经由与初始残余流流体连通的控制阀而控制对初始残余流的压力调节。所述获得供给气流的步骤包括以下步骤将来自多个来源中的一个或多个的废气流组合；压缩经组合的废气流；将经压缩的组合废气流输送至二级气体分离膜；以及从二级气体分离膜提取富含快速气的二级渗透流和缺乏快速气的二级残余流，其中二级渗透流是供给气流；以及
方法还包括以下步骤设置与二级残余流流体连通的适于选择性地调节二级残余流的压力的控制阀；测定成品气中快速气的纯度；发送信号至控制器，所述信号代表所测量的纯度，其中控制器基于成品气纯度信号经由与二级残余流流体连通的控制阀而控制对二级残余流的压力调节。方法还包括以下步骤设置控制器；在供给气流具有第一流率的同时执行所述方法的步骤；改变从中获得供给气流的冷却塔的数量，由此改变供给气流的流率；发送信号至控制器，所述信号代表从中获得供给气的冷却塔的新数量；由控制器基于信号调整初始渗透流在第一部分和剩余部分之间的分配程度。方法还包括以下步骤测量组合的供给气流和渗透流第一部分的压力；设置与初始渗透流流体连通的控制阀；以及发送信号至控制器，所述信号代表所测量的压力，其中运行参数是组合的供给气流和渗透流第一部分的压力；以及控制器基于信号经由控制阀而控制初始渗透流的第一部分和剩余部分的分配额。快速气和慢速气从包含以下组合的集合中选取=H2和Ne、H2和C02，H2和CH4、H2和 N2、H2 禾口 O2、H2 禾口 02/N2、CO2 禾口 N2、CO2 禾口 O2、CO2 禾口 N2/02、CO2 禾口 CH4、Ne 禾口 N2、Ne 禾口 O2、Ne 禾口 N2/02、He 和 N2、He 和 O2、He 和 N2/02。快速气是氦而慢速气是空气。二级气体分离膜具有与初始气体分离膜的残余物出口流体连通的入口、二级残余物出口、以及二级渗透物出口 ；以及二级渗透导管在二级气体分离膜的渗透物出口和再循环导管之间流体连通。二级气体分离膜具有与多个来源选择性流体连通的入口、二级残余物出口、以及与供给气导管流体连通的二级渗透物出口。
包括有感测一个或多个来源是否在有效产生废气的设备，其中使控制器进一步适于接收来自传感设备的信号并基于该信号控制再循环控制阀的比例调节，所述信号代表正在有效产生废气的来源的数量。控制器还适于接收来自传感设备的信号，所述信号代表通过所述系统的运行而实现的快速气回收率；以及基于回收率信号控制再循环控制阀的比例调节。包括有传感设备，所述传感设备适于测量成品气导管中的成品气中快速气的浓度并发送代表所测量的浓度的信号至控制器，其中控制器还适于接收来自传感设备的浓度信号；以及基于浓度信号控制再循环控制阀的比例调节。包括有二级气体分离膜，所述二级气体分离膜具有与初始气体分离膜的残余物出口流体连通的入口、二级残余物出口、以及二级渗透物出口。
二级渗透导管在二级气体分离膜的渗透出口和再循环导管之间流体连通，其中废气来源是光纤冷却塔，而快速气是氦。
为了进一步理解本发明的本质和目的，应结合附图参考下文详细的说明，在所述附图中类似的元件被赋予相同或相似的标号，其中图1是用于从产生大幅度变化流率的过程中回收目标气体的过程和系统的一个实施例的示意图。图2是用于从产生大幅度变化流率的过程中回收目标气体的过程和系统的另一实施例的示意图。图3是用于从产生大幅度变化流率的过程中回收目标氦气的过程和系统的另一实施例的示意图。图4是用于从光纤制造过程中回收氦的过程和系统的一个实施例的示意图。图5是用于从光纤制造过程中回收氦的过程和系统的另一实施例的示意图。图6是用于从光纤制造过程中回收氦的过程和系统的另一实施例的示意图。
具体实施例方式本发明的方法和系统旨在利用一个或两个气体分离膜串联级，所述气体分离膜串联级利用部分的渗透流再循环，且能够从产生流量大幅度变化的混合气的过程中以足够高的回收率实现目标快速气的足够高的纯度，所述混合气包括快速气和一种或多种慢速气。基于膜的气体分离领域的技术人员应认识到，有许多种气体混合物和气体分离膜的组合，所述气体分离膜将气体混合物分离成包含快速气的渗透流和包含一种或多种慢速气的残余流。他们应认识到，本文公开的方法和系统可应用于任一种这样的组合。快速气和慢速气组合的具体范例包括但不限于=H2和Nej2和CO2A2和CH4W2和队、吐和02、H2和 02/N2、H2 和空气、CO2 和 N2, CO2 和 02、CO2 和 N2/02、CO2 和空气、CO2 和 CH4, Ne 和 N2, Ne 和 02、 Ne 禾口 N2/02、Ne 禾口空气、He 禾口 N2、He 禾口 O2、He 禾口 N2/02、He 禾口空气。包含快速和慢速气的气体混合物来自以变化的流率产生气体混合物的过程。基于膜的气体分离领域的技术人员应认识到有许多类型的这种过程，这种过程的具体范例包括但不限于在多个冷却塔内利用氦冷却的光纤制造过程和利用来自多个真空炉的氦冷却的过程。不管气体混合物是来源于哪个具体的过程，包含快速和慢速气的气体混合物都是收集自一个或多个气体混合物来源(例如冷却塔或真空炉)从而提供供给气流以供一个或多个气体分离膜处理。本发明的方法和系统利用固定的膜面积。这意味着当供给气流率增加或减少时不增加或除去总膜表面积的任一部分。本发明的方法和系统能够在可调范围大至0-87. 5%时保持或超过令人满意的产品纯度(例如> 99+% )并保持或超过令人满意的产品回收率(例如> 90% )。这种出乎意料地好的灵活性是通过部分的渗透流再循环来实现的。本发明的方法和系统尤其适用于多个冷却塔或等离子炉，所述多个冷却塔或等离子炉的每一个都无需全时段运行。例如，在光纤生产或炉的运行的高峰期，所有的冷却塔(例如6个)或炉可处于运行中。另一方面，在最小量的生产期间，少于全部的冷却塔(例如1个)或炉可处于运行中。下文是参考图1至图3对第一组三个实施例的说明。参考图1，系统100包括进给流FS，进给流包括快速和慢速气并具有可变的流率， 且进给流收集自多个快速和慢速气混合物的来源(未示出)。在一段时间中，流率可以多达8 1的系数变化，其中8代表最大流率，而1代表最小流率。这对应于87.5%的可调范围。进给流FS可视上游过程而处于环境压力、超环境压力、或亚环境压力。进给流FS被引导至压缩机C的入口，在所述压缩机内进给流被压缩至约为气体分离膜GSMl的运行压力。在膜GSMl处，目标快速气(例如氦)优先透过膜。因而产生的渗透流PERMl富含快速气而缺乏慢速气(例如空气气体氧和氮)。气体混合物的未渗透部分作为残余流RESl离开膜GSMl。本领域技术人员应认识到，可基于膜GSMl的总表面积(或在图2至图3以及图5 至图6的实施例中为膜GSM1、GSM2的总表面积)而计算膜GSMl的相对大小(或在图2至图 3以及图5至图6的实施例中为膜GSM1、GSM2的相对大小)，所述总表面积是进给流FS的预期最大流率的一个因素。换句话说，当快速和慢速气混合物的所有来源(例如冷却塔或氦炉)满负荷运行时所获得的进给流FS的量将决定所采用的膜GSMl的大小(或膜GSM1、 GSM2的大小)。气体分离领域的技术人员应认识到，基于进给流FS (即快速和慢速气)的成分，可为膜GSMl (而在系统200、300的情况中是膜GSiC)选取合适类型的材料。渗透流PERMl被分为两股。一股与进给流FS组合并被送回至压缩机C。另一股被引导通过控制阀CVb以提供成品流PS。分析器A持续地或每隔一段时间地提取成品流 PS的一小部分并测量目标快速气的浓度(或对应于目标气体浓度的等价参数，例如热传导率)。在常规运行中，成品流PS具有令人满意的产品纯度(例如99%以上)。代表所测纯度的信号由分析器A发送至可编程逻辑控制器PLC。如图2所示，系统200与系统100不同，因为它提供了串联布置在气体分离膜GSMl 下游的第二气体分离膜GSM2，残余流RESl被引导至第二膜GSM2的入口。来自第二膜GSM2 的残余流RES2通过控制阀CVa被排出。和上一个实施例一样，渗透流PERMl的一部分被引导通过控制阀CVb并作为成品流PS被提取，而另一部分与进给流FS组合以便在压缩机 C处压缩。来自第二气体分离膜GSM2的所有渗透流PERM2还与进给流FS以及一级渗透流 PERMl的前文所述部分组合。应注意，两股渗透流PERMl、PERM2相对于控制阀CVb和压缩机C的位置应相隔足够的距离。这允许所有的渗透流PERM2被引导至压缩机C而不是流向控制阀CVb。系统200的串联布置的有利之处在于，相较于仅有一级气体分离膜，它提供了更大的快速气回收率。应注意，可执行多于两级的基于膜的气体分离。若采用三个串联的气体分离膜，则残余流GSM2将被引导至第三气体分离膜而不是被排走，而来自第三气体分离膜的渗透流将与第一和第二气体分离膜GSM1、GSM2的渗透流组合。这种概念可扩展到其它的级，由此第二至最后的残余流被引导至最后级的入口，而除第一渗透流PERMl以外的所有渗透流再循环回到压缩机C。级数的极限将很大程度上取决于压缩机C压缩组合的渗透流以获得至第一气体分离膜GSMl的入口且具有足够高的压力的供给气的能力。如图3中最好地示出，除了采用了两个气体分离膜GSM1、GSM2之外，系统300类似于系统100。进给流FS被输送至第二膜GSM2的入口，目标快速气(例如氦)相较于慢速气 (例如空气气体氧和氮)优先渗透通过第二膜GSM2。来自第二膜GSM2的残余流RES2受控制阀CVc控制而被排出，而渗透流PERM2与来自第一膜GSMl的渗透流PERMl的一部分组合并被引导至压缩机C。控制阀CVc可由控制器PLC调节以辅助实现希望的快速气纯度和回收率。系统300中采用两级基于膜的气体分离允许在成品流PS中实现更大的纯度，并允许减少压缩机C的大小。系统300还允许快速气的回收率提高，这是因为气体分离膜GSMl 的回收效率因更高的快速气浓度而提高，更高浓度是由于利用了来自气体分离膜GSM2的渗透流PERM2作为进给流FS。参考图1至图3的每个实施例，方法和系统可由多种方式控制。可通过操控控制阀CVa、CVb而控制许多不同类型的运行参数。基于膜的气体分离领域的技术人员应认识至IJ，对一个参数的控制会对另一参数具有影响。例如，向上调整成品流PS的纯度可能会对回收率有不利影响。因此，优选为每次同时或同期地控制多于一个运行参数。可控制成品流PS的纯度。成品流PS的纯度与PERMl的纯度相同，并优选可通过这种方法控制通过由控制器PLC对控制阀CVa的调整以增加或减少残余流RESl (或在系统200的情况中为残余流RES》处的背压。当控制器PLC确认纯度低于设定值时，它开启 CVa以减少残余流RESl (或在系统200的情况中为残余流RES》处的背压。这增加了快速气穿过膜GSMl的驱动力，并由此增加了渗透流PERMl和成品流PS的纯度。成品流PS可被排走或被补入纯快速气，直至待回收和重新利用的快速气的纯度达到希望的设定值。一旦纯度达到希望的设定值，控制阀CVa可保持在其当前设置。本领域技术人员应认识到，向上调整纯度会具有向下调整回收率的影响。若纯度太过高于纯度设定值，则可向下调整控制阀CVa以增加残余流RESl (或在系统200的情况中为RES2)处的背压，并由此减少流PERMl 和PS的纯度。可选地，可以较不优选的方式控制纯度调整控制阀CVb使一部分渗透流PERMl进行转向的程度，所述一部分渗透流PERMl再循环回来以与供给气流FS (或在系统200的情况中还与来自第二膜GSM2的渗透流PER1C)组合。当纯度过低时，控制器PLC调整控制阀 CVb以减少渗透流PERMl比成品流PS的分数，由此使更大部分再循环以便与供给气流FS组合。一旦成品流PS的纯度达到希望的设定值，控制阀CVb可保持在其当前设置，而渗透流 PERMl再循环的程度可固定。可控制快速气的回收率。本领域技术人员应认识到，可有非常多的方法计算快速气的回收率，并且可由这些计算作出多种数学推导，两种典型的计算回收率的方法包括以下公式
权利要求
1.一种从产生流率变化的废气的过程中回收快速气的方法，所述废气包括快速气和至少一种慢速气，所述方法包括以下步骤提供气体混合物的多个来源，所述气体混合物包括快速和慢速气； 从来源中的一个或多个获得供给气流，供给气流包括快速和慢速气，供给气流基于有效产生气体混合物的多个来源的数量而具有可变的流率； 压缩供给气流；将经压缩的供给气输送至初始气体分离膜；从初始气体分离膜提取富含快速气的初始渗透流和缺乏快速气的初始残余流； 将初始渗透流的第一部分引导至压缩机，在压缩机中所述第一部分与供给气流混合并被压缩；提取初始渗透流的剩余部分以提供成品气；基于所述方法的运行参数而调整初始渗透流在所述第一部分和剩余部分之间的分配程度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中运行参数从包括以下参数的集合中选取从中获得供给气流的多个来源的数量、成品气的纯度、通过执行所述方法而实现的目标气体的回收率、供给气流的流率、以及供给气流和初始渗透流的第一部分的组合的压力。
3.根据权利要求1所述的方法，其中多个来源包括多个光纤冷却塔，快速气为氦，慢速气为空气。
4.根据权利要求1所述的方法，其中多个来源包括多个氦炉，且快速气是氦。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤 将初始残余流输送至二级气体分离膜；从二级气体分离膜提取二级渗透流和二级残余流；以及将二级渗透流引导至压缩机，在压缩机中二级渗透流与第一部分和供给气流一起被压缩。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述获得供给气流的步骤还包括以下步骤 将来自多个来源中的一个或多个的废气流组合；压缩经组合的废气流；将经压缩的组合废气流输送至二级气体分离膜；以及从二级气体分离膜提取富含快速气的二级渗透流和缺乏快速气的二级残余流，其中二级渗透流是供给气流。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤 设置与初始渗透流流体连通的控制阀；以及发送信号至控制器，所述信号代表多个来源中从中获得供给气流的来源数量，其中运行参数是多个来源中从中获得供给气流的来源数量；以及控制器根据信号经由控制阀而控制初始渗透流的第一部分和剩余部分的分配额。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括以下步骤设置与初始残余流流体连通的适于选择性地调节初始残余流的压力的控制阀； 测量成品气中快速气的纯度；以及发送代表所测量的纯度的信号至控制器，其中控制器基于所测量的纯度经由与初始残余流流体连通的控制阀而控制对初始残余流的压力调节。
9.根据权利要求7所述的方法，其中a)所述获得供给气流的步骤还包括以下步骤 将来自多个来源中的一个或多个的废气流组合； 压缩经组合的废气流；将经压缩的组合废气流输送至二级气体分离膜；和从二级气体分离膜提取富含快速气的二级渗透流和缺乏快速气的二级残余流，其中二级渗透流是供给气流；以及b)所述方法还包括以下步骤设置与二级残余流流体连通的适于选择性地调节二级残余流的压力的控制阀； 测定成品气中快速气的纯度；和发送代表所测量的纯度的信号至控制器，其中控制器基于所测量的纯度经由与二级残余流流体连通的控制阀而控制对二级残余流的压力调节。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤 设置与初始渗透流流体连通的控制阀；测定通过执行所述方法而实现的快速气回收率；发送代表所测定的回收率的信号至控制器，其中运行参数是通过执行所述方法而实现的目标气体回收率；控制器基于信号经由控制阀而控制初始渗透流的第一部分和剩余部分的分配额。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤设置与初始残余流流体连通的适于选择性地调节初始残余流的压力的控制阀； 测量成品气中快速气的纯度；发送代表所测量的纯度的信号至控制器，其中控制器基于成品气纯度信号经由与初始残余流流体连通的控制阀而控制对初始残余流的压力调节。
12.根据权利要求10所述的方法，其中a)所述获得供给气流的步骤包括以下步骤 将来自多个来源中的一个或多个的废气流组合； 压缩经组合的废气流；将经压缩的组合废气流输送至二级气体分离膜；和从二级气体分离膜提取富含快速气的二级渗透流和缺乏快速气的二级残余流，其中二级渗透流是供给气流；以及b)所述方法还包括以下步骤设置与二级残余流流体连通的适于选择性地调节二级残余流的压力的控制阀； 测定成品气中快速气的纯度；发送代表所测量的纯度的信号至控制器，其中控制器基于成品气纯度信号经由与二级残余流流体连通的控制阀而控制对二级残余流的压力调节。
13.根据权利要求3所述的方法，还包括以下步骤 设置控制器；在供给气流具有第一流率的同时执行所述方法的步骤；改变从中获得供给气流的冷却塔的数量，由此改变供给气流的流率； 发送信号至控制器，所述信号代表从中获得供给气的冷却塔的新数量； 由控制器基于信号调整初始渗透流在第一部分和剩余部分之间的分配程度。
14.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤 测量供给气流和渗透流的第一部分的组合的压力； 设置与初始渗透流流体连通的控制阀；以及发送代表所测量的压力的信号至控制器，其中运行参数是供给气流和渗透流的第一部分的组合的压力；以及控制器基于信号经由控制阀而控制初始渗透流的第一部分和剩余部分的分配额。
15.根据权利要求1所述的方法，其中快速气和慢速气从包含以下组合的集合中选取 H2 禾口 Ne、H2 禾口 C02，H2 禾口 CH4、H2 禾口 N2、H2 禾口 O2、H2 禾口 02/N2、CO2 禾口 N2、CO2 禾口 O2、CO2 禾口 N2/02、 CO2 禾口 CH4、Ne 禾口 N2、Ne 禾口 O2、Ne 禾口 N2/02、He 禾口 N2、He 禾口 O2、He 禾口 N2/02。
16.根据权利要求1所述的方法，其中快速气是氦而慢速气是空气。
17.—种从产生流率变化的废气的过程中回收目标气体的系统，所述系统包括 废气的多个来源，所述废气包括快速气和慢速气；与多个来源选择性地流体连通的供给气导管；具有入口和出口的压缩机，所述入口与供给气导管流体连通；具有入口、渗透物出口和残余物出口的初始气体分离膜，初始气体分离膜的入口与压缩机出口流体连通，初始气体分离膜对目标气体具有优先透过性； 与初始气体分离膜的渗透物出口流体连通的初始渗透导管； 与初始渗透导管流体连通的成品气导管； 在初始渗透导管和压缩机入口之间流体连通的再循环导管；与初始渗透导管、再循环导管以及成品气导管流体连通的再循环控制阀，再循环控制阀适于调节渗透气被允许从初始渗透导管流动至再循环导管与流动至成品气导管的比例； 以及适于控制再循环控制阀的比例调节的控制器。
18.根据权利要求17所述的系统，还包括具有与初始气体分离膜的残余物出口流体连通的入口、二级残余物出口、以及二级渗透物出口的二级气体分离膜；以及在二级气体分离膜的渗透物出口和再循环导管之间流体连通的二级渗透导管。
19.根据权利要求17所述的系统，还包括二级气体分离膜，所述二级气体分离膜具有与多个来源选择性流体连通的入口、二级残余物出口、以及与供给气导管流体连通的二级渗透物出口。
20.根据权利要求17所述的系统，还包括感测一个或多个来源是否在有效产生废气的设备，其中使控制器进一步适于接收来自传感设备的信号并基于该信号控制再循环控制阀的比例调节，所述信号代表正在有效产生废气的来源的数量。
21.根据权利要求17所述的系统，其中控制器还适于接收来自传感设备的代表通过所述系统的运行而实现的快速气回收率的信号；以及基于回收率信号控制再循环控制阀的比例调节。
22.根据权利要求17所述的系统，还包括传感设备，所述传感设备适于测量成品气导管中的成品气中快速气的浓度并发送代表所测量的浓度的信号至控制器，其中控制器还适于接收来自传感设备的浓度信号；以及基于浓度信号控制再循环控制阀的比例调节。
23.根据权利要求17所述的系统，还包括二级气体分离膜，所述二级气体分离膜具有与初始气体分离膜的残余物出口流体连通的入口、二级残余物出口、以及二级渗透物出口 ；以及在二级气体分离膜的渗透出口和再循环导管之间流体连通的二级渗透导管，其中废气来源是光纤冷却塔，而快速气是氦。
全文摘要
利用气体分离膜从含有快速气和至少一种慢速气的供给气中回收快速气。控制器可控制与来自膜的渗透气的部分再循环相关联的控制阀以便与供给气组合。控制器可控制与来自膜的残余气的背压相关联的控制阀。
文档编号C01B3/50GK102458612SQ201080035245
公开日2012年5月16日 申请日期2010年6月9日 优先权日2009年6月10日
发明者D·J·哈赛, E·S·小桑德斯, I·C·罗马, I·蒙达尔, M·D·贝内特, S·加德雷 申请人:乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司