[發明專利]采用多循環膜分離的自含氧空氣組分混合氣中制取醫用氧的方法

有效

• 申請號: 201210425050.5
• 申請日: 2012-10-31
• 公開（公告）號: CN102921301A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 陳宗蓬;羅二平;申廣浩;謝東紅;俞曉峰
• 申請（專利權）人: 陜西莫格醫用設備有限公司
• 主分類號: B01D61/02
• 分類號: B01D61/02
• 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

本發明屬于醫用氧氣供給技術領域，具體涉及一種自含氧空氣組分混合氣中制取醫用氧的方法。

背景技術

目前，用于醫療用途的氧氣生產、供給方法主要有：

1以深冷空分技術制取氣態氧氣并灌充至鋼瓶內或制取液態氧氣灌充至液氧儲槽內，運輸至醫院現場，其中，鋼瓶裝醫用氧以匯流排對醫院實施集中供氧，液氧則經汽化后對醫院實施集中供氧，這兩種供氧方法是目前醫院的主流供氧方法，其氣源來源均為深冷空分技術自空氣中制取的氧氣，該氧氣的理化性能指標遵循國標《GB8982-2009?醫用及航空呼吸用氧》的技術要求，氧氣純度≥99.5%；

2醫用分子篩制氧則是一種新興的供氣方法，該供氣方法的氣源來自變壓吸附技術制取的氧氣，按《YY/0289-1998?醫用分子篩設備通用技術規范》標準的要求，醫用分子篩制氧的氧氣純度僅需≥90%。

上述兩種供氧方法中，因變壓吸附技術的靈活、方便、投資少、能耗低、自動化程度高等優點，一開始應用就得以迅速發展，目前已裝備于各大醫院數百套，成為醫用氧現場供氣的熱點方法，至今仍然呈現不斷增長的趨勢。

但是，因受制于常規制氧分子篩的性能，采用CaA，CaX，NaX，LiX型等普通沸石分子篩基于平衡吸附機理的分子篩變壓吸附制氧技術，僅能從空氣中獲得純度80～95.7%的氧氣，其氧氣純度指標明顯低于《中國藥典》和2009年5月1日發布執行的《GB8982-2009?醫用及航空呼吸用氧》對醫療用氧的技術指標（強制執行條款）要求，這也是我國行業標準低于國標的一個特例。

膜分離技術為制取醫用氧氣開辟了一條全新的技術途徑，膜分離制氧過程是物理過程，無相變，設備本質安全，可滿足任何醫院使用的安全要求，無瓶裝氧氣、液氧杜瓦瓶的運輸、儲存、使用等安全風險隱患，同時，膜分離方法也具有PSA方法的一切優點，靈活、方便、投資少、能耗低、自動化程度高，但是，現有單一的膜分離過程因受制于膜分離材料的分離性能，單級膜分離過程難以達到《GB8982-2009?醫用及航空呼吸用氧》標準規定的氧氣純度≥99.5%的技術要求。

發明內容

鑒于以上情況，本發明提供一種分離氧氣純度高，而且投資少、能耗低、自動化程度高、安全的自含氧空氣組分混合氣中制取醫用氧氣的方法。

本發明提供的自含氧空氣組分混合氣中制取醫用氧氣的方法，采用多循環的膜分離耦合工藝，可以將氧分壓≥100（KPa）的含氧空氣組分混合氣提純為氧氣純度≥99.5%以上的氧氣。

本發明中，所謂含氧空氣組分混合氣，系指由氮氣、氧氣、氬氣三組分為主的具有一定氧氣分壓的混合氣；為更好的解釋氧分壓，如空氣，空氣中氧氣純度為21%，0?m海拔條件大氣壓力為101.325（KPa），根據玻意耳定律，該空氣的氧分壓為21%×101.325（KPa）=21.28（KPa）；如將該空氣加壓到10atm（絕壓），則其氧分壓為21%×10×101.325（KPa）=212.8（KPa）；又如由變壓吸附制取的氧氣，如其氧氣純度為90%，0?m海拔條件，如將該含氧90%的混合氣加壓到3atm（絕壓），則其氧分壓為90%×3×101.325（KPa）=273.58（KPa）；以此類推。

本發明中，涉及膜分離過程的膜分離器，所指膜分離器，是一種裝填有膜分離材料的分離元件，它對待分離的氧、氮、氬組分具有一定的選擇性，所謂選擇性，也稱分離系數，α(阿爾法)值，如氧/氮分離系數，其一般定義為：α(阿爾法)值，氧/氮分離系數=（Q_N2/Q_O2），式中Q_N2和Q_O2分別為單位時間、壓力下純組分氮氣和氧氣通過特定膜材料的滲透量，以此類推。

所述膜分離器，至少具有一個1個原料氣入口，?1個滯留氣出口，前者稱為膜分離器首部，后者稱為膜分離器尾部；還有至少1個滲透氣出口，并且，膜分離器具有高壓側與低壓側，其中，高壓側的一端連接原料氣入口，即膜分離器的首部，接收原料氣，另一端連接滯留氣出口即膜分離器的尾部，用以排除較難通過膜分離材料的氣體，而低壓側則連接滲透氣出口，用以排出較容易通過膜分離材料的氣體；

本發明方法具體步驟如下：

????（1）采用至少1級膜分離器進行分離，主要用于祛除氮氣。它接收原料空氣和后級循環返回的工藝氣體，混合后達到≥100（KPa）的氧分壓后，作為第1級膜分離器的原料氣，并自該級膜分離器中的滯留側出口排除富氮氣體，而自膜分離器中的滲透側出口產生富氧氣體并以此作為后級膜分離器的原料氣；