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一種離子膜制氧系統(tǒng)的制作方法

文檔序號:9516518閱讀:792來源:國知局
一種離子膜制氧系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及空氣化工設備技術領域,具體的是一種離子膜制氧系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 目前,深冷法、變壓吸附、膜分離技術為當今氣體分離的=大主流技術。深冷法空 氣分離技術是目前最為廣泛的應用技術,尤其是隨著冶金、石化、煤化工、化肥行業(yè)的發(fā)展, 特大型的深冷法空分裝置需求越來越大,但深冷法空氣分離技術能耗較高,已經成為冶金 和=大化工項目的耗能大戶,一定程度上制約著行業(yè)節(jié)能降耗的目標。變壓吸附則制氧能 力有限。膜分離技術作為一項新技術,具有能耗低、操作靈活等特點,尤其是離子膜制氧技 術具有很好的前景。
[0003] 國內相關的現(xiàn)有技術為聚合物膜富氧技術。該技術在壓力差驅動下,根據聚合 物膜對空氣中各種組分的滲透速率不同W達到氧氣富集的目的。由于聚合物膜的氧氮分 離系數偏低、熱穩(wěn)定性差、使用壽命短、且宜堵塞等自身特點,造成氧氣產品純度不高,一般 《45%,而且制氧能力偏小,無法滿足冶金和=大化工行業(yè)高耗氧W及氧氣品質的需求。

【發(fā)明內容】

[0004] 為了解決膜分離制氧效率低的問題。本發(fā)明提供了一種離子膜制氧系統(tǒng),該離子 膜制氧系統(tǒng)中采用了離子膜制氧技術,無論是在規(guī)模上還是純度上均有較大提升,可W滿 足冶金及化工行業(yè)制氧規(guī)模和氧氣產品純度要求。 陽〇化]本發(fā)明為解決其技術問題采用的技術方案是:一種離子膜制氧系統(tǒng),包括通過管 道依次連接的空氣過濾器、鼓風機、膜分離器、累和氧氣球罐,膜分離器為管式離子膜分離 器,膜分離器中用于分離氧氣的離子膜為陶瓷膜。
[0006] 鼓風機和膜分離器之間依次設置有用于空氣除濕的冷干器和用于使空氣升溫的 加熱器。
[0007] 空氣過濾器具有自潔凈功能,鼓風機為羅茨風機,加熱器為采用蒸汽加熱或電加 熱的加熱器。
[0008] 所述離子膜制氧系統(tǒng)還包括副產品回收裝置,膜分離器的副產品出口與該副產品 回收裝置連接。
[0009] 膜分離器和累之間設置有用于使分離出氧氣降溫的熱管式換熱器,累為真空累。
[0010] 累和氧氣球罐之間依次設置有汽水分離器和脫濕系統(tǒng)。
[0011] 脫濕系統(tǒng)和氧氣球罐之間還設置有穩(wěn)壓系統(tǒng),熱管式換熱器、累、汽水分離器和脫 濕系統(tǒng)均為無油裝置。
[0012] 氧氣球罐連接有用于對氧氣進行加壓的壓氧系統(tǒng),壓氧系統(tǒng)含有并聯(lián)設置的低壓 氧氣壓縮機和中壓氧氣壓縮機。
[0013] 低壓氧氣壓縮機為活塞式氧壓機或離屯、式氧壓機,中壓氧氣壓縮機為活塞式氧壓 機或離屯、式氧壓機。
[0014] 該離子膜制氧系統(tǒng)還含有控制該離子膜制氧系統(tǒng)運行的控制單元。
[0015] 本發(fā)明的有益效果是:
[0016] 1、該離子膜制氧系統(tǒng)中采用了離子膜制氧技術,無論是在規(guī)模上還是純度上均有 較大提升,可W滿足冶金及化工行業(yè)制氧規(guī)模和氧氣產品純度要求。
[0017] 2、該離子膜制氧系統(tǒng)具有工藝流程簡單、結構緊湊、設備投資省;裝置占地面積 ??;裝置運行獨立性和穩(wěn)定性好,安全性能高;而且通過改變膜分離器的數量,很容易控制 制氧規(guī)模和產品氧氣純度;符合當下節(jié)能降耗的目標。
【附圖說明】
[0018] 下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述。
[0019] 圖1是離子膜制氧系統(tǒng)的示意圖。
[0020] 其中1.空氣過濾器,2.鼓風機,3.冷干器,4.加熱器,5.膜分離器,6.熱管式換熱 器,7.累,8.汽水分離器,9.脫濕系統(tǒng),10.穩(wěn)壓系統(tǒng),11.氧氣球罐,12.壓氧系統(tǒng),13.低壓 氧氣壓縮,14.中壓氧氣壓縮機。
【具體實施方式】
[0021] 下面結合附圖對本發(fā)明所述的離子膜制氧系統(tǒng)作進一步詳細的說明。
[0022] 一種離子膜制氧系統(tǒng),包括通過管道依次連接的空氣過濾器1、鼓風機2、膜分離 器5、累7和用于儲存氧氣的氧氣球罐11,膜分離器5為管式離子膜分離器,膜分離器5中 用于分離氧氣的離子膜為陶瓷膜,如圖1所示。
[0023] 在本實施例中,膜分離器5為現(xiàn)有管式離子膜分離器,膜分離器5中用于分離氧氣 的離子膜為具有高氧氮分離系數的陶瓷膜。膜分離器5和陶瓷膜均為現(xiàn)有市售產品,該離 子膜制氧系統(tǒng)無論是在規(guī)模上還是純度上均有較大提升,能夠滿足當下的需求。
[0024] 在本實施例中,鼓風機2和膜分離器5之間還依次設置有用于空氣除濕的冷干器 3和用于使空氣升溫的加熱器4。空氣過濾器1為濾筒式過濾器,該空氣過濾器1具有自潔 凈功能,空氣首先進入空氣過濾器1。鼓風機2是氣量為7倍~10倍氧氣量的羅茨風機,加 熱器4為采用蒸汽加熱或電加熱的加熱器。另外,所述離子膜制氧系統(tǒng)還包括副產品回收 裝置,膜分離器5空氣入口通過管道與加熱器4連接,膜分離器5的氧氣產品出口通過管道 與熱管式換熱器6連接,膜分離器5的副產品出口與該副產品回收裝置連接,如圖1所示。
[0025] 在本實施例中,膜分離器5和累7之間還設置有用于使分離出氧氣降溫的熱管式 換熱器6,累7為真空累。累7和氧氣球罐11之間還依次設置有汽水分離器8和脫濕系統(tǒng) 9。脫濕系統(tǒng)9和氧氣球罐11之間還設置有穩(wěn)壓系統(tǒng)10,熱管式換熱器6、累7、汽水分離器 8和脫濕系統(tǒng)9均為無油裝置。氧氣球罐11連接有用于對氧氣進行加壓的壓氧系統(tǒng)12,壓 氧系統(tǒng)12含有并聯(lián)設置的低壓氧氣壓縮機13和中壓氧氣壓縮機14,低壓氧氣壓縮機13的 排氣壓力小于等于0. 8MPa,中壓氧氣壓縮機14的排氣壓力小于等于3.OMPa。低壓氧氣壓 縮機13為活塞式氧壓機或離屯、式氧壓機,中壓氧氣壓縮機14為活塞式氧壓機或離屯、式氧 壓機。另外,該離子膜制氧系統(tǒng)還含有控制該離子膜制氧系統(tǒng)運行的控制單元。從而使該 離子膜制氧系統(tǒng)全程在rcL或DCS系統(tǒng)控制下連續(xù)穩(wěn)定地獲得產品氧氣。
[0026] 在本實施例中,空氣過濾器1、鼓風機2、冷干器3、加熱器4、膜分離器5、熱管式換 熱器6、累7、汽水分離器8、脫濕系統(tǒng)9、穩(wěn)壓系統(tǒng)10、氧氣球罐11、壓氧系統(tǒng)12、低壓氧氣壓 縮13和中壓氧氣壓縮機14可W均為現(xiàn)有技術,另外,兩個膜分離器5并聯(lián)的設置在加熱器 4和熱管式換熱器6之間。
[0027] 該離子膜制氧系統(tǒng)的工作流程是,原料空氣首先經過空氣過濾器1除去其中大部 分的塵±顆粒,然后W氣量為7~10倍氧氣量的羅茨鼓風機2將空氣加壓,依次通過冷干 機3、加熱器4除去水分并達到預定溫度后,進入膜分離器5 ;通過累7抽真空W調節(jié)膜分離 器5中膜的高壓側和低壓側的壓力W及氣體流速,具體的使膜分離器5中膜的高壓側的壓 力為40kPa(G),入口為原料空氣,出口為副產富氮;低壓側為負壓,真空度-80kPa,出口為 產品氧,從而使得產品氧氣達到理想要求;累7的出口產品氧氣經過汽水分離器8、脫濕系 統(tǒng)9進行二次干燥,之后進入穩(wěn)壓系統(tǒng)10和氣體球罐11進行緩沖,由壓氧系統(tǒng)12加壓后 供用戶。
[0028] 在本實施例中,可W根據制氧規(guī)模及產品純度靈活調整膜分離器5的配置W 40000Nm3A的制氧規(guī)模為例,膜分離器選型設計如下:
[0029] 分離器內單膜管尺寸01〇化巧〇〇,膜管共計269根;
[0030] 膜分離器工作條件:溫度600°C;高壓側壓力40kPa(G),真空度-SOkPa; 陽03U 氣體流速控制在0. 3m/s,氧氮分離系數a= 100 ;
[0032] 空氣的實際流量:
[0033] 40000x8x101. 325x(273+600)/273/(101. 325+40) = 733667m3/h
[0034] 每個膜反應器的有效膜面積:
[0035] 3. 14x0. 1x1. 5x269 = 126. 70m2
[0036] 則需要的膜反應器的數量:
[0037] 733667/3600/126. 70/0. 3 = 5. 4,取6個
[0038] 由此得到的產品氧氣的純度>90%。
[0039] W上所述,僅為本發(fā)明的具體實施例,不能W其限定發(fā)明實施的范圍,所W其等同 組件的置換,或依本發(fā)明專利保護范圍所作的等同變化與修飾,都應仍屬于本專利涵蓋的 范疇。另外,本發(fā)明中的技術特征與技術特征之間、技術特征與技術方案之間、技術方案與 技術方案之間均可W自由組合使用。
【主權項】
1. 一種離子膜制氧系統(tǒng),其特征在于,所述離子膜制氧系統(tǒng)包括通過管道依次連接的 空氣過濾器(1)、鼓風機(2)、膜分離器(5)、栗(7)和氧氣球罐(11),膜分離器(5)為管式 離子膜分離器,膜分離器(5)中用于分離氧氣的離子膜為陶瓷膜。2. 根據權利要求1所述的離子膜制氧系統(tǒng),其特征在于:鼓風機(2)和膜分離器(5)之 間依次設置有用于空氣除濕的冷干器(3)和用于使空氣升溫的加熱器(4)。3. 根據權利要求2所述的離子膜制氧系統(tǒng),其特征在于:空氣過濾器(1)具有自潔凈 功能,鼓風機(2)為羅茨風機,加熱器(4)為采用蒸汽加熱或電加熱的加熱器。4. 根據權利要求1所述的離子膜制氧系統(tǒng),其特征在于:所述離子膜制氧系統(tǒng)還包括 副產品回收裝置,膜分離器(5)的副產品出口與該副產品回收裝置連接。5. 根據權利要求1所述的離子膜制氧系統(tǒng),其特征在于:膜分離器(5)和栗(7)之間 設置有用于使分離出氧氣降溫的熱管式換熱器(6),栗(7)為真空栗。6. 根據權利要求5所述的離子膜制氧系統(tǒng),其特征在于:栗(7)和氧氣球罐(11)之間 依次設置有汽水分離器(8)和脫濕系統(tǒng)(9)。7. 根據權利要求6所述的離子膜制氧系統(tǒng),其特征在于:脫濕系統(tǒng)(9)和氧氣球罐 (11)之間還設置有穩(wěn)壓系統(tǒng)(10),熱管式換熱器(6)、栗(7)、汽水分離器⑶和脫濕系統(tǒng) (9)均為無油裝置。8. 根據權利要求1所述的離子膜制氧系統(tǒng),其特征在于:氧氣球罐(11)連接有用于對 氧氣進行加壓的壓氧系統(tǒng)(12),壓氧系統(tǒng)(12)含有并聯(lián)設置的低壓氧氣壓縮機(13)和中 壓氧氣壓縮機(14)。9. 根據權利要求1所述的離子膜制氧系統(tǒng),其特征在于:低壓氧氣壓縮機(13)為活塞 式氧壓機或離心式氧壓機,中壓氧氣壓縮機(14)為活塞式氧壓機或離心式氧壓機。10. 根據權利要求1所述的離子膜制氧系統(tǒng),其特征在于:該離子膜制氧系統(tǒng)還含有控 制該離子膜制氧系統(tǒng)運行的控制單元。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種離子膜制氧系統(tǒng),包括通過管道依次連接的空氣過濾器(1)、鼓風機(2)、膜分離器(5)、泵(7)和氧氣球罐(11),膜分離器(5)為管式離子膜分離器,膜分離器(5)中用于分離氧氣的離子膜為陶瓷膜。該離子膜制氧系統(tǒng)中采用了離子膜制氧技術,無論是在規(guī)模上還是純度上均有較大提升,可以滿足冶金及化工行業(yè)制氧規(guī)模和氧氣產品純度要求。
【IPC分類】C01B13/02
【公開號】CN105271128
【申請?zhí)枴緾N201510816553
【發(fā)明人】張嬌, 韓國禎, 孫新星, 楊偉明, 杜雄偉
【申請人】北京京誠澤宇能源環(huán)保工程技術有限公司, 中冶京誠工程技術有限公司
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年11月23日
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