[實用新型]一種無機膜多級氣體分離的裝置

有效

• 申請號: 202020952186.1
• 申請日: 2020-05-29
• 公開（公告）號: CN212594872U
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 顧學紅;謝繼賢;王學瑞;張萍
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: B01D53/22
• 分類號: B01D53/22;B01D53/26;B01D46/00;C01B3/50;C01B21/04;C01B23/00;C10L3/10
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 鄧唯

本實用新型公開的一種無機膜多級氣體分離的裝置，步驟：S1、在預處理單元對原料氣體進行預處理。S2、預處理過的原料氣進入多級膜分離組件進行分離處理，滲透氣進入下級組件，滲余氣回流繼續完成分離。S3、在第一級組件滲余側和最后一級組件滲透側采集氣體產品并回收利用。裝置中包括預處理模塊、單級膜組件、氣泵、質量流量控制器和背壓閥。原料預處理后經質量流量控制器進入多級膜組件，背壓閥控制第一級組件滲余側壓力，將多個組件通過管線串聯起來，每一級滲透氣作為原料氣進入下一級，第一級滲余氣接背壓閥控制頂部采出，其余每級組件滲余氣均通過氣泵返回上級組件與進料氣混合，在最后一級組件滲透側氣體產品在常壓下收集。

技術領域

本實用新型涉及一種無機膜多級氣體分離的裝置，特別涉及單級膜分離選擇性較低的二元或多元混合氣體的分離提純。

背景技術

氣體產品作為現代工業重要的基礎原料，應用范圍十分廣泛。除工業中常見的一般工業氣體外，特種氣體在電子信息、航空航天、石油化工和醫療環保等行業起著重要的作用。如超純氮可以作為超大規模集成電路的保護器，氖同位素可以用于導彈制導等軍工行業。但我國特種氣體企業規模較小，自主研發的成果較少，目前我國不能規模生產亞微米級集成電路生產所用的氣體，特種氣體同位素分離的研究和應用尚屬起步階段，生產依存均需國外進口。混合氣體的分離方法主要有低溫精餾法、變壓吸附法以及膜分離法。低溫精餾法涉及相變分離，能耗較高，且裝置規模較大，設備費用高；變壓吸附法回收率低，需要不斷對氣體進行抽真空與壓縮，也存在設備成本高、操作復雜等問題。特種氣體分離提純領域還涉及貴金屬催化法、熱擴散法和分子篩提純技術等方法。但上述方法均存在成本高，能耗高，設備成本高以及操作復雜等問題。

在膜法分離氣體的應用中，專利號為CN201310329942.X的專利中提到了一種兩級膜分離與CO₂液化耦合的沼氣脫碳工藝，但該過程需與低溫液化耦合，操作較為復雜；專利號為 CN201510045066.7的專利中設計了三段氣體分離膜單元分離氣體的裝置，該裝置回流過程增加額外混合容器且對于膜分離系數較低的體系難以達到分離要求，局限性較大。

另外，在一個具體的膜分離應用領域，

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種無機膜多級氣體分離的方法實現氣體的分離提純，解決傳統低溫精餾、變壓吸附等方法設備投資高，操作復雜，能耗高的問題。多級膜組件的串聯能夠有效的提高膜分離選擇性較低的混合體系的分離純度，實現目標氣體的回收，可顯著增加產能，提高經濟效益。

本實用新型中的多級無機膜氣體分離方法僅需膜分離過程即可達到分離要求，無需與其他過程耦合，每級滲余氣可直接回流至上級；通過多級膜分離可以實現單級膜分離選擇性較低的氣體體系的分離，很大程度上提高分離效率，減少操作成本。該技術在空氣中氧氣、氮氣和稀有氣體的富集，高純電子氣體的制備，同位素氣體的分離提純以及石化行業中天然氣除氮、烴類組分的回收分離等領域中有著巨大的應用潛力。

在一個應用領域中，本實用新型還實現了采用DD3R分子篩膜用于閉路醫療氙氣麻醉過程中氙氣的在線回用技術，能夠對CO₂/Xe選擇性分離。單組分二氧化碳滲透性為1.5×10^-7 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1，二氧化碳對氙氣的分離選擇性為570。滲透通量比傳統膜材料高出一個數量級，DD3R分子篩的全硅特性使其具有一定的疏水性，可以有效削弱水蒸氣對分子篩孔道的堵塞。

本實用新型的第一個方面，提供了：

一種無機膜多級氣體分離的方法，包括以下步驟：

第1步，將待分離的氣體混合物送入氣體分離設備中進行分離；