[發明專利]一種為爐窯富氧助燃提供穩定流量和純度的富氧氣體的方法

有效

• 申請號: 201110347625.1
• 申請日: 2011-11-07
• 公開（公告）號: CN102502512A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 賈吉來;丁艷賓;趙宏煒;張敏;林峰;陳如真
• 申請（專利權）人: 上海奕材環?？萍加邢薰?/a>
• 主分類號: C01B13/02
• 分類號: C01B13/02;F23L7/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于空氣分離技術領域，具體涉及一種采用膜法富氧技術為爐窯富氧助燃提供富氧氣體（氧化劑）的方法。

背景技術

富氧，已廣泛應用于各種燃油、燃氣、燃煤窯爐（玻璃、水泥、陶瓷）、各種鍋爐、加熱爐、焚燒爐、熱媒爐、熱風爐、冶煉爐、航空發動機、船舶發動機等助燃節能與環保領域；催化裂化、脫硫、廢水處理、發動機增效、富氧造（煤）氣、各種氧化反應、發酵等領域也應用富氧技術，并取得了較好的經濟效益；另外，富氧也大量的應用于醫療保健、大型富氧通風、高原增氧、水產養殖等方面?？梢?，富氧技術涉及石化、化工、醫藥、輕工、電力、建材、冶金、煤炭、交通運輸、水產養殖和國防軍事等廣泛領域。

空氣中含有大約21%的氧氣和78%的氮氣。在以空氣為原料提取富氧的方法中，工業上最廣泛采用的方法是深冷精餾法和變壓吸附法，但這兩種方法構建的富氧系統均存在投資大，耗能高，技術復雜，需專人操作，且運行費用較高等不足；此外，還有諸如電解法、化學法等氧氣分離方法，但因其以消耗水、消耗化學品原料來實現氧氣分離，存在原料獲取不易、能源消耗高、制造成本高、使用成本高等方面的弊端，因而難以為工業客戶所接受，僅在一些特殊場合采用。

膜法富氧技術是自上世紀70年代末逐漸發展起來的一種新分離方法，它利用有機高分子致密薄膜對氮、氧的選擇透過性差異，在膜兩側形成壓力差或者壓力比，使混合氣體中滲透速率快的氣體如水蒸汽、氫氣、氦氣、氧氣、二氧化碳等透過膜后在膜的低壓側富集成為富氧空氣（視膜材料的氧氮分離系數不同，單級分離可獲得純度約為23-60%的富氧），而滲透速率相對慢的氣體如氮氣、氬氣、甲烷和一氧化碳等在膜的滯留側被富集為貧氧(或富氮)空氣。膜分離方法為富氧提取開辟了一條新途徑，該方法在分離濃縮的全過程中不存在相變，常溫分離，尤其以板式膜構建的負壓流程分離系統，具有設備簡單、制造成本低、能源消耗小、產量可調節、啟動迅速、操作簡便、系統靜態運行、可靠性高等突出優點，是一種經濟的分離方法。目前，采用膜分離方法制取富氧已廣泛應用于富氧助燃、富氧通風、水處理等領域，尤其對玻璃、冶金、水泥回轉窯、工業鍋爐等等熱能工程領域的富氧助燃，因膜分離方法具有的一系列優點，可為各用能單位提供一種相對廉價、靈活的現場供氣方法而被廣泛采用。

隨著膜分離材料的研究開發以及流程工藝的突破，應用于空氣分離的有機膜分離材料其氧氮分離的α(阿爾法)值大都在2～7之間，可以直接自空氣中獲得大約60%以下純度的氧氣，采用多級膜分離過程的系統可以獲得純度甚至大于90%的氧氣。單就空氣組分膜分離制氧過程來說，一旦選型確定了膜分離材料、膜材料的分離面積以及動力設備之后，分離材料的本征性能、動力設備的能力即已確定，膜分離過程自空氣中獲得的氧氣組分與流量的穩定性主要與被分離的進料空氣的溫度有關。針對一個有可能應用于各種環境溫度條件下的富氧助燃系統，不同安裝應用場合的環境溫度會有所不同，甚至同一地點因季節的變化引起環境溫度的差異。因此，為爐窯富氧助燃提供氧氣的膜分離系統會因不同地點、不同季節的被分離空氣溫度的變化而導致分離出來的富氧空氣的流量、氧純度產生巨大的波動。由于膜分離提供富氧空氣系統的流量、氧氣純度的穩定直接決定了富氧助燃過程的效果，所以，從某種意義上說，如果不能解決穩定的氧化劑提供方法，以這種分離方法的富氧助燃系統的應用將受到嚴重的制約。

發明內容

本發明的目的在于提出一種以膜法富氧技術為基礎，可穩定流量與純度的富氧氣體的產生方法，以便應對環境溫度變化，為爐窯富氧助燃提供流量與純度穩定的氧化劑（富氧氣體）。

通常的膜法富氧技術為爐窯富氧助燃提供流量與純度穩定的氧化劑（富氧氣體）的裝置如圖1所示。當夏季或環境溫度較高的時候，富氧膜（亦稱分離膜）通量隨溫度升高而增大。對于通常使用額定功率的真空泵的膜分離工藝過程，富氧膜兩側的壓差將隨膜通量的增大而減小，從而造成富氧產品氣中氧濃度下降以致影響后段富氧氣體的使用。本發明采用的分離方法有別于現有技術的簡單膜分離過程，采用了可隔離膜分離器內膜分離面積以穩定膜分離過程，即當環境溫度升高可根據需要減少用于空氣分離的富氧膜組件數量，如此即可穩定富氧產品（氧化劑）氣流量和純度。