[發(fā)明專利]膜深冷耦合分離提純多種氣體的裝置及方法

有效

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• 申請日: 2017-09-26
• 公開（公告）號: CN107641535B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發(fā)明（設計）人: 鄭曉紅;吳興;梁文清;錢華
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C10L3/10
• 分類號: C10L3/10
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種膜深冷耦合分離提純多種氣體的裝置，其特征在于，包括原料氣處理裝置、第一提純裝置、第二提純裝置和第三提純裝置，所述原料氣處理裝置通過管道與第一提純裝置連通，所述第一提純裝置包括第一膜分離器(6)和第二膜分離器(9)，兩個膜分離器均設置有入口、滲透氣出口和滲余氣出口，所述第一膜分離器(6)的滲透氣出口與第二膜分離器(9)入口連接，所述第二膜分離器(9)的滲透氣出口通過管道連接有第一氣體儲罐(12)，所述第二膜分離器(9)滲余氣出口通過管道與第一膜分離器(6)入口連通，第一膜分離器(6)滲余氣出口通過管道與第二提純裝置連通，第二提純裝置包括高壓精餾塔(21)和低壓精餾塔(24)，所述高壓精餾塔(21)塔底出口與低壓精餾塔(24)連接，所述低壓精餾塔(24)塔頂出口通過管道連接有第二氣體儲罐(30)，所述低壓精餾塔(24)塔底出口連接有第三氣體儲罐(28)，所述高壓精餾塔(21)塔頂出口通過管道與第三提純裝置連通，所述第三提純裝置包括低溫純化杜瓦(43)，低溫純化杜瓦(43)出口通過管道連接有第四氣體儲罐(47)。

2.根據(jù)權利要求1所述的膜深冷耦合分離提純多種氣體的裝置，其特征在于，所述原料氣處理裝置包括過濾器(1)和油水分離器(4)，所述過濾器(1)和油水分離器(4)通過管道連接，管道上沿氣體流動方向依次設置有第一壓縮機(2)和第一流量計(3)。

3.根據(jù)權利要求1所述的膜深冷耦合分離提純多種氣體的裝置，其特征在于，所述原料氣處理裝置與所述第一提純裝置之間的管道上還設置有熱泵冷凝器(5)。

4.根據(jù)權利要求1所述的膜深冷耦合分離提純多種氣體的裝置，其特征在于，所述第一膜分離器(6)和第二膜分離器(9)之間的管道上沿氣體流動方向依次設置有緩沖罐(7)和第二壓縮機(8)，所述第二膜分離器(9)還連接有第一真空泵(10)。

5.根據(jù)權利要求1所述的膜深冷耦合分離提純多種氣體的裝置，其特征在于，所述第二提純裝置與第一膜分離器(6)之間的管道上沿氣體流動方向依次設置有第一分子篩脫水裝置(13)，第一穩(wěn)壓罐(14)、第三壓縮機(15)、熱泵蒸發(fā)器(16)、第一換熱器(18)和第二換熱器(19)，所述第二換熱器(19)設置有制冷機組(20)。

6.根據(jù)權利要求1所述的膜深冷耦合分離提純多種氣體的裝置，其特征在于，所述高壓精餾塔(21)塔底出口與低壓精餾塔(24)連通的管道上沿氣體流動方向依次設置有第四換熱器(26)和重沸器(23)，所述低壓精餾塔(24)與第三氣體儲罐(28)連通的管道沿氣體流動方向依次經(jīng)過第三換熱器(22)、第四換熱器(26)和第一換熱器(18)。

7.根據(jù)權利要求1所述的膜深冷耦合分離提純多種氣體的裝置，其特征在于，所述高壓精餾塔(21)塔頂出口與所述第三提純裝置連通的管道上沿氣體流動方向依次設置有第二分子篩脫水裝置(31)、第二穩(wěn)壓罐(32)、第一氦氣純度檢測儀(33)、第二真空泵(37)、第五換熱器(34)、隔膜壓縮機(35)和除油器(36)。

8.根據(jù)權利要求5所述的膜深冷耦合分離提純多種氣體的裝置，其特征在于，所述低溫純化杜瓦(43)內(nèi)通過管道沿氣體流動方向依次設置有包括第六換熱器(38)、蛇形換熱器(39)、液空分離器(40)、第一活性炭吸附器(41)和第二活性炭吸附器(42)，所述第一換熱器(18)還通過管道經(jīng)過第六換熱器(38)后與所述第三氣體儲罐(28)連通。

9.根據(jù)權利要求8所述的膜深冷耦合分離提純多種氣體的裝置，其特征在于，所述第二活性炭吸附器(42)沿氣體流動方向通過管道依次經(jīng)過第六換熱器(38)、第五換熱器(34)、第二氦氣純度檢測儀(45)與所述第四氣體儲罐(47)連通。

10.一種如權利要求1所述的膜深冷耦合分離提純多種氣體的裝置分離提純多種氣體的方法，其特征在于，包括：

步驟一：原料氣經(jīng)過原料氣處理裝置過濾去除掉雜質(zhì)及油水分離，然后經(jīng)過第一提純裝置通過兩級膜分離進行二氧化碳提純并將二氧化碳回收到第一氣體儲罐，分離了二氧化碳的原料氣輸送至第二提純裝置；

步驟二：第二提純裝置通過高壓和低壓精餾分離天然氣、氮氣和粗氦，將分離提純的氮氣和天然氣輸送至第二氣體儲罐和第三氣體儲罐，粗氦輸送到第三提純裝置；

步驟三：第三提純裝置通過低溫純化杜瓦對粗氦進行分離提純，并將用來保持低溫環(huán)境的液氮換熱后輸送到第二氣體儲罐，分離的高純度氦氣輸送到第四氣體儲罐。