[發明專利]一種膜分離供氧方法及系統

有效

• 申請號: 201310468909.5
• 申請日: 2013-10-10
• 公開（公告）號: CN103508423A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 陳宗蓬;羅二平;申廣浩;王晨;賈吉來
• 申請（專利權）人: 上海穗杉實業有限公司
• 主分類號: C01B13/02
• 分類號: C01B13/02;B01D53/22
• 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，具體涉及一種膜分離供氧方法及系統。

背景技術

膜法富氧技術是自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，當在膜兩側存在壓力差或者壓力比時，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，因它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，尤其針對玻璃、冶金、水泥回轉窯、工業鍋爐等等熱能工程領域的富氧助燃。

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，因分離材料的本征性能、動力設備的能力已確定，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，甚至同一地點因不同季節、甚至早中晚間溫度的變化將導致系統分離出來的富氧空氣的流量、氧純度產生巨大的波動。尤其是在客戶存在多個用氧點，而且至少有一個用氧點存在間歇式用氧等用氧量需求有巨大變化時，將使得原設計選型的系統難以調節至滿足其使用要求，這將直接影響富氧助燃過程的總效果，從某種意義上說，將嚴重制約采用這種分離方法的富氧助燃系統的應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種成本較低、且能穩定地為爐窯富氧助燃系統提供富氧的膜分離供氧方法及系統，從而可應對環境溫度變化及用戶端間歇式用氣等極端情況下而至少保證膜分離制氧可提供用戶可接受流量和純度的富氧供氣，有效避免膜分離過程因應用環境溫度變化及用戶端間歇式用氣等極端情況下而導致制取的富氧組分或流量的劇烈波動或設備的不穩定。?

?本發明提供的膜分離供氧方法，有別于現有技術的膜分離過程，即在現有膜分離供氧系統中增加設計調節回路，以應對環境溫度變化及用戶端間歇式用氣等極端情況下的供氧控制與調節，具體內容如下：?

（1）當環境溫度降低時，可通過調節回路，有組織的引入外部空氣或/和循環返回真空泵出口的富氧，作為膜滲透側的吹掃氣，既可調整真空泵入口的真空度，進而調整膜分離器跨膜壓力比以取得穩定純度的富氧，也可強化膜分離過程以提高分離總效能；

（2）當環境溫度升高時，可通過調節回路，有組織的引出真空泵出口的富氧，循環返回膜分離器入口，與控制流量后的新鮮空氣混合，然后進入膜分離器的滯留側（高壓側）。這樣既可增加原料空氣的氧氣含量，穩定真空泵出口壓力，又可通過有組織的控制引入外部空氣或/和循環返回真空泵出口的富氧，并作為膜滲透側的吹掃氣以調整真空泵入口的真空度，進而調整膜分離器跨膜壓力比。據此，既可為用戶提供可接受流量和純度的富氧，也可強化膜分離過程，提高膜分離過程的總效能；?

（3）當遭遇用氣點間歇式用氣等極端情況下，可在系統不用氣需要放空時，通過調節回路，有組織的引出真空泵出口的富氧循環返回膜分離器入口，與控制流量后的新鮮空氣混合，然后進入膜分離器的滯留側（高壓側）。這樣可增加原料空氣的氧氣含量，穩定真空泵出口壓力；

（4）當遭遇用氣點間歇式用氣等極端情況下，又需要輸出第二路富氧時，可通過調節回路，有組織的引出真空泵出口的富氧循環返回膜分離器入口，與控制流量后的新鮮空氣混合，然后進入膜分離器的滯留側（高壓側）。這樣可增加原料空氣的氧氣含量，并通過第二富氧輸出口增加一個穩壓調節閥，即可穩定的輸出第二路富氧，該路富氧可做到純度、流量的穩定。這對于一路用氣點（如圖，富氧空氣第一出口）需要間歇式放空，而此時第二路用氣點（如圖，富氧空氣第二出口）則需要穩定純度、穩定流量的富氧時，顯得極為必要。

在系統正常運行時，通過本發明設置的調節回路，可實現真空泵的低負荷啟動，避免真空泵過流，以穩定系統運行。

對于采用四口分離器的系統，在系統停機時，通過本發明設置的調節回路，實現膜兩側的工藝吹掃，吹除膜系統停機時系統內存留的水分，這對于運行濕度較高，而又存在冰點以下的環境溫度時，確保膜分離器的正常使用壽命。