一种高纯度气体制取装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高纯度气体制取装置。该装置整体外形结构呈圆柱状或正多边形体状；沿气体流动方向，所述装置依次包括原料气控制分配器、膜分离模块、吸附分离模块和产品气控制器。本发明专利技术通过模块化地设计原料气控制分配器、膜分离模块与吸附分离模块，将膜分离与吸附分离技术设备实现了一体化；通过原料气控制分配器分层设计与进气管的转动程序控制，实现了对原料气依次通过膜分离与吸附分离模块的控制。本发明专利技术装置保证了膜分离模块与吸附分离模块的周期性工作与再生，使膜与吸附剂床层各自的特点与净化功能得到了充分发挥。

【技术实现步骤摘要】
一种高纯度气体制取装置
本专利技术涉及气体分离领域，特别是涉及一种制取高纯度气体的设备。
技术介绍
高纯度气体（一般指摩尔纯度大于99.9%）制取可采用塔器分离、膜分离、吸附分离等技术。为了得到高纯度的气体，如氢气、甲烷、氧气等。塔器分离一般会采用大量的塔顶液相回流或低温吸收液去除杂质气体，此过程中，大量液相回流或冷却吸收液都会消耗大量能源，由于装置能耗高的原因，目前利用塔器分离制取高纯度气体已较少使用；通过膜分离得到高纯度气体，一般需要两级甚至更多级数提纯才能实现，由于多级膜分离串联使用导致装置成本高，现场较少采用；采用吸附分离技术能够制取高纯度的气体，但是，当原料气体中目标组分浓度较低时，装置成本会很高，从而限制了其使用范围。目前，当原料气体中目标气体组分含量较高或制取气量较少时，一般会选择采用吸附分离技术直接制取高纯度气体。当原料气体中目标组分含量低且要求制取的气量较大时，会选择将原料气体先通过膜分离装置进行粗提纯，粗提纯后的气体再进入吸附分离装置制取高纯度气体。CN201410220994.8所述就是将膜分离与吸附分离技术组合应用到炼厂干气回收氢气的过程中；CN201410221040.9所述则是将深冷分离（采用塔器分离）与膜分离技术组合用于炼厂干气中氢气与C2组分的回收。上述专利与目前现场采用的高纯度气体制取组合技术，都是将现有的两种或多种技术根据物料性质进行前后连接组合，并没有改变装置本身结构。
技术实现思路
本专利技术提供了一种将膜分离与吸附分离技术集合到一体的高纯度气体制取装置，同时对两种技术的装置结构与工艺过程进行了创新设计。本专利技术的技术方案如下：一种高纯度气体制取装置，整体外形结构呈圆柱状或正多边形体状；沿原料气到产品气方向，所述装置依次包括原料气控制分配器、膜分离模块、吸附分离模块和产品气控制器；所述的原料气控制分配器包括原料气进气管、原料气缓冲盘和原料气分配盘；所述原料气缓冲盘的进气侧端面为封闭结构，出气侧包括2n个缓冲区，n为整数；所述缓冲区在缓冲盘上呈凹槽状，各缓冲区围绕圆柱或正多边形体的中心设置，且在朝向中心处开口（2n个开口彼此隔离且不相通），用于接收来自原料气进气管的原料气；所述原料气进气管贯穿原料气缓冲盘设置；原料气进气管在贯穿原料气缓冲盘（部分）的管壁上设置开口，该开口与原料缓冲区的开口相对应；所述原料气分配盘覆盖于原料气缓冲盘的出气侧端面，二者固定连接，使原料气缓冲区成为2n个彼此隔离的区域，原料气只能通过分配盘上的贯通孔进入对应的膜块单元；所述的膜分离模块包括膜分离壳体、两端的膜管支撑板、固定于膜管支撑板之间的若干膜管组件、膜管组件分区隔板，所述膜管组件分区隔板将膜管组件分为2n个膜块单元，2n个膜块单元与2n个原料气缓冲区上下位置相对应；所述的吸附分离模块包括吸附分离模块壳体、支撑板、吸附剂床层和吸附分区隔板，吸附分区隔板将吸附剂床层分隔为2n个吸附单元，2n个吸附单元与2n个膜块单元上下对应；吸附剂床层的另一端与产品气控制器固定连接；所述产品气控制器为板状结构，其上分布有2n个产品气出口，2n个产品气出口分别与吸附单元的吸附剂床层相对应，并保持相通。进一步的，所述的原料气进气管与原料气缓冲盘之间为活动连接，原料气进气管可以转动。因此，本专利技术的装置还可以包括驱动装置，所述驱动装置与原料气进气管之间固定连接，以用于驱动原料气进气管按照设定的程序转动或停止。所述原料气进气管上开口的面积大小不大于相对应的缓冲盘上缓冲区用于接收原料气开口的面积。所述原料气进气管的末端为封闭结构，且其末端与原料气缓冲盘的出气端端面平齐。所述的原料气分配盘上分布有若干贯通孔，所述的若干通孔分为2n个分区，分别与2n个膜分离模块相对应。所述原料气分配盘上的贯通孔，一般呈扇形分布，用于将经过缓冲区的原料气均匀分配到膜分离模块中。所述膜分离模块进气侧的模板支撑板上分布有若干孔，所述的若干孔分为2n个区，分别与2n个原料气分配缓冲区相对应，并互通。所述的膜分离模块中，膜分离模块进气侧的膜管支撑板与所述原料气分配盘采用同一构件或结构。所述的膜分离模块壳体在对应2n个膜块单元的位置分别设置有渗余气排出口。所述的膜分离模块壳体与所述的吸附分离模块壳体均采用圆筒或正多边形体结构。所述的膜分离模块与吸附分离模块同轴设置。所述的膜分离模块，用于原料气体的粗提纯。所述膜分离模块设置的膜组件可以是无机膜或者是有机膜。无机膜适用于原料气中带液、含有酸性气体或温度压力变化时可能产生凝液的情况。无机膜可以采用中空分子筛膜，如碳分子筛、LTA分子筛、DDR分子筛膜等。有机膜适用于原料气中不带液、温度压力变化不会使原料或产品气产生凝液的情况。有机膜一般为中空纤维膜。所述的膜分离模块，中空分子筛膜管封装在圆柱状壳体内，封装分子筛膜管的圆柱壳体下端与进入膜分离模块气体控制分配器连接，分子筛膜管被均分为2n个区块，每个区块包含有等量中空分子筛膜管。所述的吸附分离模块壳体在对应2n个吸附单元的位置分别设置解吸气排出口，用于解吸程序中排出解吸气。所述的吸附分离模块中，吸附剂被封装在圆柱状壳体内。圆柱壳体下端与膜分离模块的上端相连接，连接处设有与原料气分配盘类似结构的气体分配盘，圆柱壳体上端与产品气控制器连接。吸附剂通常被均分为2n个区块，每个区块能处理的气体量相同。上述膜分离模块中均分的分子筛膜管区块数与吸附分离模块中均分的吸附剂区块数目相等。上述吸附分离模块，用于将膜分离制得的粗提纯气体进一步提纯获得高纯度的气体。根据粗提纯气体中杂质组成，吸附分离模块中可分层堆填吸附各种杂质的吸附剂，一般包括活性氧化铝、硅胶、沸石分子筛、活性炭等。进一步的，所述产品气控制器为板状结构，其上分布有2n个产品气出口，2n个产品气出口分别与吸附单元的吸附剂床层相对应，并保持相通。所述的产品气排放口，用于控制产品气的排出与吸附床层内部的压力。本专利技术的装置还可以包括中心轴，所述的膜分离模块、吸附分离模块和产品气控制器均通过中心轴安装孔套装于所述中心轴上。中心轴的设置，用于实现制取装置的快速安装与检修。本专利技术的高纯度气体制取装置，可以广泛用于高纯度气体的制取领域。如可以用于制取高纯度的氩气、氢气、氧气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等。与现有技术相比，本专利技术的高纯度气体制取装置具有如下优点：1、通过模块化的设计原料气控制分配器、膜分离模块与吸附分离模块，将膜分离与吸附分离技术设备实现了一体化。2、通过原料气控制分配器分层设计与进气管的转动程序控制，实现了对原料气依次通过膜分离与吸附分离模块的控制。同时，保证了膜分离模块与吸附分离模块的周期性工作与再生，使膜与吸附剂床层各自的特点与净化功能充分发挥。3、对膜分离与吸附分离的一体化创新设计，有效减少设备占地面积与重量，为高纯度气体的制取提供了一种经济高效的设备与技术。附图说明图1为本专利技术所述高纯度气体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高纯度气体制取装置，整体外形结构呈圆柱状或正多边形体状；沿气体流动方向，所述装置依次包括原料气控制分配器、膜分离模块、吸附分离模块和产品气控制器；/n所述的原料气控制分配器包括原料气进气管、原料气缓冲盘和原料气分配盘；所述原料气缓冲盘的进气侧端面为封闭结构，出气侧包括2n个缓冲区，n为整数；所述缓冲区在缓冲盘上呈凹槽状，各缓冲区围绕圆柱或正多边形体的中心设置，且在朝向中心处开口，用于接收来自原料气进气管的原料气；所述原料气进气管贯穿原料气缓冲盘设置；原料气进气管在贯穿原料气缓冲盘（部分）的管壁上设置开口，该开口与原料缓冲区的开口相对应；所述原料气分配盘覆盖于原料气缓冲盘的出气侧端面，二者固定连接，使原料气缓冲区成为2n个彼此隔离的区域，原料气只能通过分配盘上的贯通孔进入对应的膜块单元；/n所述的膜分离模块包括膜分离壳体、两端的膜管支撑板、固定于膜管支撑板之间的若干膜管组件、膜组件分区隔板，所述膜组件分区隔板将膜管组件分为2n个膜块单元，2n个膜块单元与2n个原料气缓冲区上下位置相对应；/n所述的吸附分离模块包括吸附分离模块壳体、吸附剂模块分配盘、吸附剂床层和吸附分区隔板，吸附分区隔板将吸附剂床层分隔为2n个吸附单元，2n个吸附单元与2n个膜块单元上下对应；吸附剂床层的另一端与产品气控制器固定连接；/n所述产品气控制器为板状结构，其上分布有2n个产品气出口，2n个产品气出口分别与吸附单元的催化剂床层相对应，并保持相通。/n...

【技术特征摘要】
1.一种高纯度气体制取装置，整体外形结构呈圆柱状或正多边形体状；沿气体流动方向，所述装置依次包括原料气控制分配器、膜分离模块、吸附分离模块和产品气控制器；
所述的原料气控制分配器包括原料气进气管、原料气缓冲盘和原料气分配盘；所述原料气缓冲盘的进气侧端面为封闭结构，出气侧包括2n个缓冲区，n为整数；所述缓冲区在缓冲盘上呈凹槽状，各缓冲区围绕圆柱或正多边形体的中心设置，且在朝向中心处开口，用于接收来自原料气进气管的原料气；所述原料气进气管贯穿原料气缓冲盘设置；原料气进气管在贯穿原料气缓冲盘（部分）的管壁上设置开口，该开口与原料缓冲区的开口相对应；所述原料气分配盘覆盖于原料气缓冲盘的出气侧端面，二者固定连接，使原料气缓冲区成为2n个彼此隔离的区域，原料气只能通过分配盘上的贯通孔进入对应的膜块单元；
所述的膜分离模块包括膜分离壳体、两端的膜管支撑板、固定于膜管支撑板之间的若干膜管组件、膜组件分区隔板，所述膜组件分区隔板将膜管组件分为2n个膜块单元，2n个膜块单元与2n个原料气缓冲区上下位置相对应；
所述的吸附分离模块包括吸附分离模块壳体、吸附剂模块分配盘、吸附剂床层和吸附分区隔板，吸附分区隔板将吸附剂床层分隔为2n个吸附单元，2n个吸附单元与2n个膜块单元上下对应；吸附剂床层的另一端与产品气控制器固定连接；
所述产品气控制器为板状结构，其上分布有2n个产品气出口，2n个产品气出口分别与吸附单元的催化剂床层相对应，并保持相通。


2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，膜分离模块进气侧的膜管支撑板与所述原料气分配盘采用同一构件或结构。


3.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的原料气进气管与原料气缓冲盘之间为活动连接，原料气进气管可以转动。


4.按照权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张胜中，范得权，高明，刘震，张英，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11