[發明專利]船用膜分離式制氮系統及其制氮方法

有效

• 申請號: 202111389074.5
• 申請日: 2021-11-22
• 公開（公告）號: CN114307561B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 馮靜婭;李曉波;金圻燁;張西兆;朱向利;張松筠;吳夢曦;王芹;肖照宇;樊夏林
• 申請（專利權）人: 中國船舶集團有限公司第七一一研究所
• 主分類號: B01D53/22
• 分類號: B01D53/22;C01B21/04
• 代理公司: 深圳紫藤知識產權代理有限公司 44570
• 代理人: 黃威

本發明公開了一種船用膜分離式制氮系統及其制氮方法與應用方法，所述船用膜分離式制氮系統包括供氣及處理單元以及分離膜單元；所述分離膜單元包括沿其軸線方向依次間隔布置的聚氣室、分離室以及集氣室；其中，所述聚氣室開設有與所述供氣及處理單元相連通的第一入口；所述集氣室開設有與外界相連通的第一出口；所述分離室中間隔地布置有多根中空纖維膜，每根所述中空纖維膜在其兩端分別與所述聚氣室和集氣室相連通；所述分離室中布置有將所述分離室的內部空間限定成迂回型氣路的分隔結構；所述分離室中連通地開設有分別布置于所述迂回型氣路上游和下游的第二出口和第二入口。本發明提高了氧氣與氮氣的膜分離效率。

技術領域

本發明涉及船舶安全領域，具體涉及一種船用膜分離式制氮系統及其制氮方法。

背景技術

氮氣是一種理想的惰性氣體，普通氮氣與高純氮氣在船舶上有著廣泛的應用，船舶上貨艙的抑燃、防爆、儀器儀表的防腐蝕、機械和液壓系統的驅動用氣、蓄壓器增壓、燃油管路安裝維護的惰性吹掃都離不開氮氣。

船舶行業所用的氮氣往往都是通過安裝制氮裝置從空氣中直接提取，膜分離式制氮設備由于其體積小、產氮快、故障率低等優點，被廣泛應用于油船、化學品船的貨艙吹掃及液貨船的供氣系統。

氣體膜分離是利用不同氣體分子在膜兩側分壓的不同，以及由高壓側通過膜向低壓側運動時速率不同而實現的。氧氣、二氧化碳和水蒸汽等能迅速透過膜，通過富氧排氣口排出到開敞甲板，不易透過膜的氮氣在膜絲內部從一端流向另一端并被收集，從而在出口端得到氮氣。該過程是“溶解擴散”的復雜過程，入膜壓力、溫度變化、原料氣流量等也會對膜分離過程產生影響，而實際使用時流量受需求端影響較難調節，增大入膜壓力將造成供氣單元的成本大幅上升，因此通過調節不同組分氣體的分壓差來增加膜分離效率是制取高純度氮氣的一種簡便、可行的手段。

同時為了保證制氮過程連續、穩定的輸出高純度氮氣，需要根據工藝條件和產品氮氣性能指標的要求自動調節調節閥的開度。由于氣體膜過程的復雜性，氮氣純度不同時，調節閥開度減小相同的幅度產生的氮氣純度變化量不同，且反饋存在滯后，經常導致氮氣純度的不及時或過度調節，由此造成氮氣純度調節時間長，波動大。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種船用膜分離式制氮系統及其制氮方法，可以解決現有的制氮系統存在大量富氧氣體富集底部無法排出、存在流動死區進而降低氧氣與氮氣的分離率等技術問題。

為實現上述目的，本發明提供一種船用膜分離式制氮系統，包括供氣及處理單元以及分離膜單元；所述分離膜單元包括沿其軸線方向依次間隔布置的聚氣室、分離室以及集氣室；其中，所述聚氣室開設有與所述供氣及處理單元相連通的第一入口；所述集氣室開設有與外界相連通的第一出口；所述分離室中間隔地布置有多根中空纖維膜，每根所述中空纖維膜在其兩端分別與所述聚氣室和集氣室相連通；所述分離室中布置有將所述分離室的內部空間限定成迂回型氣路的分隔結構；所述分離室中連通地開設有分別布置于所述迂回型氣路上游和下游的第二出口和第二入口。

進一步地，所述分隔結構由至少一個分隔子集構成，每個分隔子集包括在所述分離室的內側壁上相對交錯布置的一對分隔板；每個分隔子集中的一對分隔板彼此間隔設置，每塊分隔板從所述分離室的其中一側出發沿著垂直于軸線的方向朝著相對側延伸，并在與相對側接觸前終止，以在所述第二出口、所述分隔結構以及所述第二入口之間形成由至少一個S彎構成的所述迂回型氣路。

進一步地，所述第二出口與最接近其的分隔板的固定端同側布置；所述第二入口與最接近其的分隔板的固定端同側布置。

進一步地，所述第一出口與所述第一入口相互背離設置，所述中空纖維膜的兩端分別相對于所述第一入口以及所述第一出口設置；所述第一入口與所述第二出口異面相鄰設置；所述第一出口與所述第二入口異面相鄰設置。