本实用新型专利技术属于气体分离技术领域，具体为一种基于耦合分离技术的制氧装置。本实用新型专利技术将变压吸附干燥技术与沸石膜分离技术相耦合，即制氧过程包括前级变压吸附干燥过程和次级沸石膜分离过程；变压吸附干燥技术采用单个吸附塔去除空气中的水分，并加以压缩；沸石膜分离技术是采用沸石膜分离器进行氧和氮分离、氧和氩分离，祛除来自吸附干燥床层除去了水分的干燥的压缩空气中的氮气、氩气，获得纯度90%甚至99.5%以上的高纯度氧气。其中，沸石膜分离过程产生的废气一部分回流到前级变压吸附干燥过程，作为再生阶段的清洗气加以利用。本实用新型专利技术同时降低系统气量消耗，节约压缩空气消耗量，提高系统整体回收率。提高系统整体回收率。提高系统整体回收率。
【技术实现步骤摘要】
一种基于耦合分离技术的制氧装置
[0001]本技术属于气体分离
，具体涉及一种自空气中制取高纯度氧气的装置，可分离纯度达90％甚至99.5％以上的氧气。
技术介绍
[0002]变压吸附(PSA)是一种重要的、具有广泛应用的气体分离方法，如变压吸附干燥、变压吸附制氧、制氮等等，其中，吸附干燥通常用以除掉压缩空气中含有的水分，以获得露点较低的干燥压缩空气。
[0003]用于由空气流生产氧气的传统PSA法通常采用如CaA，CaX，NaX，LiX型等氮吸附剂基于平衡吸附理论制氧，但即使将空气中所有氮气吸附掉，也难以产生浓度大于95％的产品气，其产品气中含有约5％的氩气。因此，为了获得高纯度氧气，一般基于吸附方法来获得更高的氧气纯度，人们不得不采用更为复杂的多级变压吸附系统，国内专利CN1226142A就揭示了一种采用多级变压吸附获得了纯度98.4％的变压吸附方法，以沸石氮吸附剂祛除大量的氮气，以基于动力学分离特性的碳分子筛实现氧氩的分离，尽管以单一动力设备实现了分离过程，纯度仍然难以满足99.5％以上的要求，而且，其15％的氧气回收率大大限制了其应用。
[0004]膜分离技术是20世纪中期发展起来的一种高新技术，在应用于提纯氧气方面的工业化实践中，迄今为止，有代表性的能应用于空气分离的有机膜分离材料其氧氮分离的α(阿尔法)值大都在2～7之间，氧氩分离的选择性大都不超过3.5，同时具有氧氮、氧氩分离特性的分离材料更为少见，α即所谓氧氮或者氧氩的选择性，也即是膜分离材料对氧/氮、氧/氩的渗透量之比，模拟过程计算表明，氧氮分离选择性在7左右的膜分离材料可以直接自空气中获得大约60％以下纯度的氧气，采用多级膜分离过程的系统可以获得纯度甚至大于90％的氧气，如美国专利US626559就揭示了一种从气态混合物中分离出一种纯净组分气体的方法和系统，可以有效地从环境空气中获取纯净氧气(纯度为60
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90％)，所提供的系统和方法中至少用三级渗透器，但不是每级都需要一台压缩机,尽管就膜分离系统而言减少了能量需求，但显然，与变压吸附方法制取氧气比较，系统复杂，尤其分离效率非常低下，以至于无法工业化使用。
[0005]也有采用一种有机膜分离技术，如连续薄膜塔(CMC)来生产99％纯度的氧气的方法，还有以PSA方法产生的95％的氧气作为原料，再以一般有机膜分离方法或连续薄膜塔(CMC)的方法提纯氧气的各种方法，尤以4出口薄膜组件的薄膜循环分离系统为优，可以生产纯度99％以上的氧气，但是这种分离系统额外的压缩动力显得能源消耗非常高，CMC循环要求的特殊薄膜分离器也非常昂贵，制约了其工业应用，现已经商品化了的膜分离器其氧氩分离的选择性不超过3.5的分离系统其分离效率也让人难以应用到诸如提纯99％以上的高纯度氧气方面，此外，采用这种有机的中空纤维膜因能源消耗过大而基本上无工业化应用价值而言。
[0006]因此，为获得高纯度氧气，亟需一种工艺简单，系统造价低廉，故障率低的分离工
艺，而耦合工艺通常需要更多数量的控制阀门，以及围绕中间工艺气体回收等所需的储罐，这些，不仅大幅增加了设备的复杂程度，还大幅增大了设备体积，设备的故障率也因为工艺系统复杂而优显突出。
技术实现思路
[0007]鉴于以上情况，针对以非深冷空分技术手段获得90％甚至纯度高达99.5％以上的高纯度氧气需求，本技术提供一种吸附分离制氧技术与沸石膜分离技术的耦合来生产高纯度氧气的装置,所述高纯度氧气其纯度达到90％甚至高达99.5％以上。
[0008]本技术提出的自空气中制取高纯度氧气，是将变压吸附干燥技术与沸石膜分离技术相耦合，即制氧过程包括前级变压吸附干燥过程和次级沸石膜分离过程。其中：
[0009]变压吸附干燥技术如常规技术，采用吸附塔(单塔)干燥床层去除空气中的水分，并加以压缩，不仅为确保后续沸石膜分离材料的不被污染，也同时降低系统气量消耗，利用初级膜分离过程的废气作为清洗气从而节约压缩空气消耗量，提高系统整体回收率。
[0010]沸石膜分离技术是采用沸石膜分离器进行氧和氮分离、氧和氩分离，祛除来自吸附干燥床层除去了水分的干燥的压缩空气中的氮气、氩气，从而获得纯度90％甚至99.5％以上的高纯度氧气，而非采用多级变压吸附，也不是采用公知的有机膜分离器，更不是采用多级有机膜分离过程来获得高纯度氧气。
[0011]并且，本技术中，将沸石膜分离过程产生的废气的至少一部分回流到前级变压吸附干燥过程，作为再生阶段的清洗气加以利用。
[0012]并且，本技术中，如果需要更高纯度的氧气，则可将次级膜分离过程产生的至少一部分气体排出系统。
[0013]基于上述原理，本技术提供的基于耦合分离技术制取高纯度氧的装置，包括：
[0014](1)至少一个压缩设备，提供必要的压力的原料空气，包括空气预处理所需的装置(附图未示出)；
[0015](2)一套变压吸附装置，包括一个吸附塔，内装有如CaA，CaX，NaX，LiX型等氮吸附剂的一种或多种组合，用于去除原料空气中水分；还包括进气阀门及其必要的连接管线，排气阀门及其必要的连接管线，产气阀门及其必要的连接管线；
[0016](3)至少一个沸石膜分离器，内装沸石膜分离材料，并将沸石膜分离器耦合在吸附分离器之后；用于分离产出高纯度氧气；每个沸石膜分离器有三个接口：原料气接口、渗透气出口和滞留气出口，其中，原料气入口串接在吸附塔的产物端，渗透气出口串接在吸附分离器产物端的控制阀处，滞留气出口连通至另外一组吸附干燥塔的产物端处用作该塔的再生清洗气体，此外，还包括必要的清洗气连接管线与调节阀门；
[0017](4)在前述沸石膜分离器的滞留气端配套有一组由阀门、管道组成的回路；一方面，将该滞留气送入前级吸附分离系统的气体暂存缓冲罐，并且，在该通路上设置有可调节流量的阀门；另外，还设有将该滞留气排除出系统的管道、阀门，该滞留气体还可送入原料气进气阀的入口(图中未示出)；
[0018](5)优选但非必要的设置一个产品气缓冲罐，它与沸石膜分离器的渗透气出口端相连通，用以接受自沸石膜分离器富集的透过组分，甚至设置一个可接受阀门排出废气的气体缓冲罐，并可将该气体送入原料空气入口或者送入前级吸附塔的吸附剂再生过程；
[0019](6)一套完整的控制组件，用以对回路上的阀件进行必要的操作控制，以及对压缩设备进行必要的操作。
[0020]本技术中，所述的膜分离器可以有多级膜分离器串联，用于分离更高纯度的渗透气组分。
[0021]本技术中，在原料气的压力不足时，还可采用额外的原料气压缩设备(未示出)将原料气送入沸石膜分离器，可以简单的通过设置必要的附加管线与切换阀门，用压缩机将气体送入更多级的沸石膜分离器。
[0022]所述产品气缓冲罐，采用诸如公知技术所描述的一样，可以在容器内附加必要的填料，以取得更节约的缓冲体积。
[0023]本技术中，在沸石膜分离器入口与出口端设置有必要的气体本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于耦合分离技术的制氧装置，其特征在于，包括：至少一个压缩设备，提供有压力的原料空气；包括空气预处理所需的装置；一套变压吸附装置，包括一个吸附塔，吸附塔内装有用于去除原料空气中水分的吸附剂；还包括进气阀门及其连接管线，排气阀门及其连接管线，产气阀门及其连接管线；至少一个沸石膜分离器，内装沸石膜分离材料，并将沸石膜分离器耦合在吸附分离器之后；用于分离产出高纯度氧气；每个沸石膜分离器有三个接口：原料气接口、渗透气出口和滞留气出口，其中，原料气入口串接在吸附塔的产物端，渗透气出口串接在吸附分离器产物端的控制阀处，滞留气出口连通至另外一组吸附干燥塔的产物端处用作该塔的再生清洗气体；此外，还包括清洗气连接管线与调节阀门；在前述沸石膜分离器的滞留气端配套有一组由阀门、管道组成的回路；一方面，将该滞留气送入前级吸附分离系统的气体暂存缓冲罐；并且，在该通路上设置有可调节流量的阀门；另外，还设有将该滞留气排除出系统的管道、阀门，该滞留气体还可送入原料气进气阀的入口；一个产品气缓冲罐，它与沸石膜分离器的渗透气出口端相连通，用以接受自沸石膜分离器富集的透过组分；还设置一个可接受阀门排出废气的气体缓冲罐，并可将该气体送入原料空气入口或者送入前级吸附塔的吸附剂再生过程；一套完整的控制组件，用以对回路上的阀件进行操作控制，以及对压缩设备进行操作。2.根据权利要求1所述的基于耦合分离技术的制氧装置，其特征在于，所述的膜分离器有多级膜分离器串联，用于分离渗透气组分。3.根据权利要求1所述的基于耦合分离技术的制氧装置，其特征在于，在沸石膜分离器入口与出口端...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈奕璇，罗二平，罗鹏，李新，申广浩，王晨，顾修筑，谢东红，贾吉来，
申请(专利权)人：上海穗杉实业股份有限公司，
类型：新型
国别省市：
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