本发明专利技术公开了一种磁法膜分离设备、富氧供气系统及富氧燃烧方法。本发明专利技术的磁法膜分离设备，通过在膜分离设备外增设磁场，配合膜材料中间填充的聚磁介质，利用氧分子和氮分子的不同顺磁性和逆磁性，借助磁场及聚磁介质的相互配合，大大提高了单纯膜分离的富氧效果。本发明专利技术的富氧燃烧供气系统，针对膜分离组件，选择采用富含CO2的烟气作为膜分离组件的吹扫气，直接实现了富CO2烟气和富O2气体的混合燃烧，解决了现有磁法富氧效率较低，氧气难从富集磁场脱离等问题，整个富氧供气过程连续稳定。整个富氧供气过程连续稳定。整个富氧供气过程连续稳定。
【技术实现步骤摘要】
磁法膜分离设备、富氧供气系统及富氧燃烧方法
[0001]本专利技术属于加热炉
，涉及一种加热炉节能减排降碳技术和方法，特别是一种利用富氧燃烧方式实现加热炉节能减排降碳的系统及方法。
技术介绍
[0002]在我国提出“双碳”目标的背景下，“碳中和”与“碳达峰”相关技术将会更多地在我国碳排放行业中实施。目前中国的碳减排及捕集技术已经比较成熟，碳捕集主要在煤化工、火电行业、钢铁制造、天然气加工、水泥生产、甲醇、合成氨、制氢及炼油等行业。经济成本是制约我国CCUS发展的重要因素，在CCUS的捕集、输送、利用与封存环节中，捕集是能耗和成本最高的环节。相对中国的二氧化碳排放量和减排需求，当前CCUS的减排贡献仍然很低，难以满足我国“双碳”目标的迫切需求。
[0003]富氧燃烧是一项高效节能的燃烧技术，是用比空气含氧浓度高的富氧空气进行燃烧，与普通空气燃烧相比，可以有效提高火焰温度、提高热利用率、减少排烟损失，目前已逐步推广到煤粉炉、循环流化床和工业加热炉等。富氧燃烧还能够实现燃烧过程中碳捕集，在提供富氧气体的同时辅助以烟气循环燃烧技术，则可获得高浓度的富含CO2烟气，实现碳富集，从而减低燃烧后碳捕集装置的规模、投资及运行成本，以较小的成本实现CO2回收或资源化利用，具有相对成本低、易规模化、可改造存量机组等诸多优势，被认为是最可能大规模推广和商业化的CCUS技术之一。
[0004]富氧成本是制约富氧燃烧技术整体投资和运行费用的关键，目前的富氧技术主要有深冷分离、变压吸附、膜分离及磁法富氧等方法。深冷分离是利用液化后各组分沸点差异来精馏分离，工艺成熟，氧纯度高，但能耗较大，主要用于大型企业纯氧燃烧捕获CO2。变压吸附（PSA）是利用吸附剂对特定气体组分的吸附和脱吸附能力对气体进行分离，可用于中、小规模气体分离，通常需要两罐或多罐切换吸附再生操作，存在切换阀高频动作泄露和故障高等问题，并且再生能耗较高。膜分离技术是利用具有特殊选择分离性的膜材料，对空气进行分离，适用于中、小规模低纯度制氧，膜技术的关键是制造高通量、高选择性、使用寿命长又易于清洗的膜材料，但是在实际应用中存在粉尘、杂质等造成富氧膜的膜孔堵塞等问题，缩短了膜的使用寿命。磁法富氧是利用氧分子和氮分子的不同顺磁性和逆磁性，使得两种气体分子通过高磁磁场时发生不同方向的偏转，得到富氧空气和富氮空气，具有能耗低、富氧成本低的优点，但现有磁法富氧装置普遍存在效率较低，富氧浓度不高，富氧气量小，且存在氧气难从富集磁场脱离等问题。
[0005]富氧燃烧虽然具有诸多优点，但在富氧燃烧条件下，随着富氧体积分数的增加，火焰温度升高，会生成更多的热力型氮氧化物，导致烟气中氮氧化物浓度增加，这也在一定程度上制约了富氧燃烧的推广应用，因此在富氧燃烧过程中，采取合适的低氮减排技术十分关键。
[0006]CN104271217A公开了一种氧气分离器和产生氧气的方法，利用氧气分离吸附剂通过多周期间续运行实现氧气分离过程，该技术要实现氧气连续供应需要多组氧气分离器切
换运行，且仅能提供小气量的氧气供应。专利CN101857200A利用磁分离技术，公开了一种新型组合式磁力富氧装置，富氧装置采用三级串联富氧，逐级提高氧气纯度，但在实际运行过程中存在氧气难从磁场脱离的问题。
[0007]专利CN106545846A公开了一种加热炉低NOx烟气循环富氧燃烧装置及方法，装置包括主烟道和烟气循环支烟道，通过将加热炉排出的一部分烟气进行循环，同时掺入氧气进行混合形成氧含量为21％～30％的混合气体送入燃烧器作为助燃气体，大幅度降低了烟气中的NOx生成，但该技术需要配套有稳定的氧气源供给，并未考虑富氧气体的来源及成本问题。专利CN103343965A公开了一种利用富氧燃烧的加热炉系统，该专利技术涉及一种空气与氧气预先混合后供入烧嘴燃烧加热炉系统，采用富氧燃烧技术，可实现低热值煤气的有效利用，更加高效、节能、环保，但需要将原有加热系统燃烧器全部改为富氧燃烧器后才能应用，投资成本较高。
技术实现思路
[0008]本专利技术所要解决的技术问题是提出一种磁法膜分离设备、富氧供气系统及富氧燃烧方法。本专利技术能够为富氧燃烧高效低成本的提供大气量富氧气体，并能够从源头减少和控制氮氧化物排放，提高加热炉热效率，降低烟气排放量并将烟气余热回收，同时富集烟气中CO2，为后续CO2的捕集和回收提供便利条件。
[0009]根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提供了磁法膜分离设备，所述磁法膜分离设备可用于为富氧燃烧供气系统提供低氮气含量的富氧气体。
[0010]一种磁法膜分离设备，包括外壳体、中间腔体、吹扫气腔体、渗透气腔体、若干膜分离组件和磁场组件；其中，所述外壳体内部空间从一端到另一端分别为吹扫气腔体、中间腔体和渗透气腔体；所述膜分离组件设置于中间腔体内，且为中空管式双开口膜形式；膜分离组件的两端开口分别与吹扫气腔体和渗透气腔体连通，将中间腔体分为截余通道和渗透通道；所述吹扫气腔体设置吹扫气入口，所述渗透气腔体设置渗透气出口，所述外壳体两侧分别设置原料气进口和截余气出口；所述磁场组件设置在外壳体周围或两侧，用于在外壳体区域内形成磁场；所述膜分离组件的渗透气通道填充聚磁介质，所述聚磁介质用于将均匀磁场变成高梯度的非均匀磁场。
[0011]进一步，所述磁场组件由多组磁体构成，所述磁体可以是永磁体、电磁体或超导磁体。
[0012]进一步，膜分离组件内部的中空腔体即为渗透通道，若干膜分离组件之间的空间构成截余通道。
[0013]进一步，所述聚磁介质为能够将均匀磁场变成高梯度的非均匀磁场的物质。聚磁介质可以为球介质、齿板介质、网介质、棒介质、钢毛介质的一种或几种组合；聚磁介质的材质可以为纯铁、低碳钢、铁素体导磁不锈钢及铁钴钕硼合金等中的一种或几种。
[0014]进一步，所述膜分离材料对氧气具有良好的选择透过性能，对氮气具有相对氧气较慢的透过性能，膜材料对O2/N2的选择性大于2（即O2和N2的渗透速率比值），所述膜分离材
料可以为天然膜材料、无机膜材料、高分子聚合物膜材料或复合膜材料。
[0015]进一步，所述膜分离组件为多组设置，相应与吹扫气腔体、渗透气腔体形成多组渗透气通道。所述原料气进口、截余气出口优选设置在壳体两侧的靠近两端部位置，并与膜分离组件的截余通道连通。
[0016]进一步，所述吹扫气腔体、渗透气腔体分别位于外壳体两端。
[0017]本专利技术的磁法膜分离设备可以用于为富氧燃烧系统提供富氧助燃风，还可以用于金属冶炼、废水废气环保处理、化工合成氧化反应、发动机增氧、医疗保健供氧、水产养殖等领域的富氧气体供应。
[0018]根据本专利技术的第二个方面，本专利技术提供了一种富氧燃烧供气系统，其中包括前面所述的磁法膜分离设备。
[0019]一种富氧燃烧供气系统，所述系统包括空气过滤器、助燃风机、磁法膜分离设备、换热器、燃烧炉、烟气循环风机、脱水罐；所述助燃风机进口通过过滤器与大气相通，助燃风机出口与磁法膜分离设备的原料气进口连接；所述磁法膜分离本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种磁法膜分离设备，包括外壳体、中间腔体、吹扫气腔体、渗透气腔体、若干膜分离组件和磁场组件；其中，所述外壳体内部空间从一端到另一端分别为吹扫气腔体、中间腔体和渗透气腔体；所述膜分离组件设置于中间腔体内，且为中空管式双开口膜形式；膜分离组件的两端开口分别与吹扫气腔体和渗透气腔体连通，将中间腔体分为截余通道和渗透通道；所述吹扫气腔体设置吹扫气入口，所述渗透气腔体和渗透气出口，所述外壳体两侧分别设置原料气进口和截余气出口；所述磁场组件设置在外壳体周围或两侧，用于在外壳体区域内形成磁场；所述膜分离组件的渗透通道填充聚磁介质，所述聚磁介质用于将均匀磁场变成高梯度的非均匀磁场。2.根据权利要求1所述的膜分离设备，其特征在于，所述磁场组件由多组磁体构成，所述磁体为永磁体、电磁体或超导磁体。3.根据权利要求1所述的膜分离设备，其特征在于，所述膜分离组件为管式膜组件、中空纤维膜组件或螺旋卷绕式膜组件。4.根据权利要求1所述的膜分离设备，其特征在于，膜分离组件内部的中空腔体即为渗透通道，若干膜分离组件之间的空间构成截余通道。5.根据权利要求1所述的膜分离设备，其特征在于，所述聚磁介质用于将均匀磁场变成高梯度的非均匀磁场。6.根据权利要求1或5所述的膜分离设备，其特征在于，聚磁介质为球介质、齿板介质、网介质、棒介质、钢毛介质的一种或几种组合；聚磁介质材质为纯铁、低碳钢、铁素体导磁不锈钢及铁钴钕硼合金中的一种或几种。7.根据权利要求1所述的膜分离设备，其特征在于，所述膜分离材料对O2/N2的选择性大于2。8.根据权利要求1所述的膜分离设备，其特征在于，所述膜分离组件为多组设置，相应地形成多组渗透通道。9.根据权利要求1所述的膜分离设备，其特征在于，所述原料气进口和截余气出口分别设置在壳体两侧靠近两端部位置，并与截余通道连通。10.根据权利要求1所述的膜分离设备，其特征在于，所述吹扫气腔体、渗透气腔体分别位于外壳体两端。11.一种富氧燃烧供气系统，其包括权利要求1
‑
10任一所述的磁法膜分离设备。12.根据权利要求11所述的富氧燃烧供气系统，其特征在于，所述系统包括空气过滤器、助燃风机、磁法膜分离设备、换热器、燃烧炉、烟气循环风机、脱水罐；所述助燃风机进口通过过滤器与大气相通，助燃风机出口与膜分离设备的原料气进口连接；所述磁法膜分离设备的渗透气出口经换热器与燃烧炉助燃风入口连接，所述氧气/氮气膜分...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟凡飞，廖昌建，刘志禹，王海波，曾翔宇，
申请(专利权)人：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：
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