[發(fā)明專利]一種膜分離節(jié)能裝置和方法及其應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110648173.4
• 申請(qǐng)日: 2021-06-10
• 公開（公告）號(hào): CN115463524A
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于品華;孔凡敏;趙運(yùn)生;蘇豪;吳小蓮;徐莉;張葉;朱燕;肖昂
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中石化南京化工研究院有限公司;中國石油化工股份有限公司
• 主分類號(hào): B01D53/22
• 分類號(hào): B01D53/22;F28D21/00
• 代理公司: 北京聿宏知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;唐路陽

本發(fā)明涉及一種膜分離節(jié)能裝置，包括：原料氣緩沖罐；壓縮機(jī)，壓縮機(jī)的入口與原料氣緩沖罐的出口連通；壓縮氣/膨脹氣換熱器，壓縮氣/膨脹氣換熱器的入口與壓縮機(jī)的出口連通；膜分離器，膜分離器的入口與壓縮氣/膨脹氣換熱器的出口連通；膨脹機(jī)，膨脹機(jī)與壓縮機(jī)和膜分離器連通。本發(fā)明的膜分離節(jié)能裝置，采用膜分離帶壓截留氣為動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)膨脹機(jī)，將所做的功輸采用聯(lián)軸器輸送到常低壓原料氣壓縮機(jī)上，節(jié)約了壓縮機(jī)的電能，同時(shí)將膨脹做功降溫后的截留氣與原料氣壓縮后的壓縮氣進(jìn)行換熱，截留氣的冷量得到了充分利用，節(jié)約了冷卻水。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于節(jié)能環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種膜分離節(jié)能裝置和方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

在膜分離工藝過程中，經(jīng)常涉及到需要將常溫常壓的氣體壓縮至一定壓力以滿足膜分離所需傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力的要求，而當(dāng)所需產(chǎn)品為透過組分時(shí)，截留氣體往往通過減壓至常壓或低壓而進(jìn)行排放。在增壓和減壓過程中，浪費(fèi)了大量電能和機(jī)械能。同時(shí)壓縮后的氣體溫度升高，需要冷卻水加以冷卻，而帶壓截留氣減壓膨脹后產(chǎn)生的冷量卻無法利用。

為了提高工業(yè)生產(chǎn)過程中的能量利用效率，業(yè)內(nèi)學(xué)者開展了大量研究。CN101643220A公布了一種天然氣型合成氨節(jié)能減排工藝技術(shù)，采用過程系統(tǒng)工程的方法，采用熱泵技術(shù)回收低位熱能，相比原工藝節(jié)能5％～15％。CN103274359公布了一種從合成氨放空氣中回收氫氣和制取LNG的方法，采用前處理-膜分離-深冷技術(shù)的組合，達(dá)到了節(jié)能減排效果。CN105823074A公布了一種氮氧化物排放富氧節(jié)能燃燒系統(tǒng)，將富氧氣體替代空氣減少了氮氧化物排放。CN109441581A公布了一種雙工質(zhì)合成做功的系統(tǒng)，采用膨脹機(jī)與發(fā)電機(jī)聯(lián)合法，將工業(yè)余熱和大自然能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和電能，達(dá)到節(jié)能的目的。然而，公布的節(jié)能操作方法在典型的升壓-降壓膜分離過程中卻無法應(yīng)用。

為了提高膜分離過程的能效，亟待提出一種針對(duì)含有升壓-降壓過程的膜分離工藝，以克服氣體反復(fù)升壓降壓帶來的能量損失。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種膜分離節(jié)能裝置，采用膜分離帶壓截留氣為動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)膨脹機(jī)，將所做的功輸采用聯(lián)軸器輸送到常低壓原料氣壓縮機(jī)上，節(jié)約了壓縮機(jī)的電能，同時(shí)將膨脹做功降溫后的截留氣與原料氣壓縮后的壓縮氣進(jìn)行換熱，截留氣的冷量得到了充分利用，節(jié)約了冷卻水。

第一方面，本發(fā)明提出了一種膜分離節(jié)能裝置，包括：

原料氣緩沖罐，

壓縮機(jī)，所述壓縮機(jī)的入口與所述原料氣緩沖罐的出口連通；

壓縮氣/膨脹氣換熱器，所述壓縮氣/膨脹氣換熱器的入口與所述壓縮機(jī)的出口連通；

膜分離器，所述膜分離器的入口與壓縮氣/膨脹氣換熱器的出口連通；

膨脹機(jī)，所述膨脹機(jī)分別與所述壓縮氣/膨脹氣換熱器和所述膜分離器連通。

具體地，所述膨脹機(jī)的入口與所述膜分離器的出口連通，所述膨脹機(jī)的出口與所述壓縮氣/膨脹氣換熱器的入口連通。

本發(fā)明的膜分離節(jié)能裝置，采用膜分離帶壓截留氣為動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)膨脹機(jī)，將所做的功輸采用聯(lián)軸器輸送到常低壓原料氣壓縮機(jī)上，節(jié)約了壓縮機(jī)的電能，同時(shí)將膨脹做功降溫后的截留氣與原料氣壓縮后的壓縮氣進(jìn)行換熱，截留氣的冷量得到了充分利用，節(jié)約了冷卻水。采用本發(fā)明可有效提高膜分離過程的能量利用率，節(jié)約電能60％以上，冷卻水70％以上，特別適合于含有升壓和降壓的膜分離過程。

作為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，所述的膜分離節(jié)能裝置，所述膨脹機(jī)為氣體軸承透平膨脹機(jī)；潤滑介質(zhì)與工作介質(zhì)相同，無潤滑油參與。

優(yōu)選地，所述膨脹機(jī)通過聯(lián)軸器與所述壓縮機(jī)連接，具體地，所述膨脹機(jī)的軸承通過聯(lián)軸器與壓縮機(jī)的軸承相連，將膨脹機(jī)所做功傳送至壓縮機(jī)。