CN1039883C - 多级串联吹扫的气体膜分离法和设备 - Google Patents

Abstract

一种通过组合使用两个或多个膜组件来制备高纯气体的串联吹扫法，该方法包括：a)收集第N级非渗透物流并作为第N+1级的进料；b)收集所述第N+1级的渗透物流，以逆流方式加入第N级渗透物流中；c)收集第一级的渗透物和最后一级的非渗透物。

Description

多级串联吹扫的气体膜分离法和设备

本发明涉及用于制备高纯气体的渗透膜系统和膜分离方法。

目前采用膜分离法进行各种各样的气体分离，一般来说，在这些分离方法中，引入一股进料，使其与膜表面接触，其中易渗透的组分(如空气分离情况下的氧气)在低压侧回收，而不易渗透的组分(如空气进料中的氮气)作为非渗透物流在接近进料的压力下予以收集。

目前制造的膜系统经济易得，这类膜系统能使进料组分之一在低纯度范围内富集，提供一种富集的非渗透物流。然而，在市场上却需要高纯度的气体。

除此之外，在许多情况下，由于制造困难，膜显示出小小的缺点，如微漏或流量偏离理想状态，从而膜组件不象没有这类缺点时的好。而且，当制备的气体纯度增加时，与理想性能的偏差变得更大，从而难以以较低的成本制备高纯度的气体。

满足市场需求的传统制备高纯气的系统为变压吸附装置(PSA)或制冷装置或既采用膜又采用PSA的混合装置，或与反应器相联的膜或PSA，例如，残留在氮气渗透(或非渗透)物中的氧气与氢气反应生成水，该水必须除去。然而，这类混合系统太复杂和昂贵，不如膜系统简单。

为了改进膜系统，建议采用两组膜组件。

例如，建议采用简单串联的方法，第一级非渗透物流作为第二级渗透器的进料物流，这类系统以图1表示，在美国专利4,894,068中公开了这类系统。

也建议采用循环串联法，其中第二级渗透物流在压缩步骤前与第一级进料物流混合，这类系统以图2表示，在美国专利4,180,388；4,180,552；和4,119,417中公开了这类系统。

另一方面，在文献中公开了用于回收渗透物流的其它多级法，如连续塔法、提馏法(stripper process)和并联法。

图1的简单串联法未利用第二级的渗透物流，与进料空气或与第一级渗透物流相比，这种气体富集了不易渗透的气体。简单串联法当用于制备高纯氮气时(如美国专利4,894,068)，因其高的能耗，从经济的角度仅限于实验室规模少量生产。

循环串联法通过在压缩前使渗透物流与进料物流混合，以高的能耗来利用渗透物流，并增加了复杂性。

因此，对制备高纯度的非渗透物流的膜法仍存在一种需求，该法能减少所需投资和能耗，具体地说，对大规模制备高纯度的非渗透物流的膜法仍存在着一种需求。

因此，本发明的一种目的为提供一种制备高纯度气体的膜法。

本发明的另一目的为提供一种制备高纯度气体的膜法，该法要求降低投资和操作能耗。

本发明再一具体目的为提供一种制备高纯氮气(如99％或更纯)的膜法，优选的是，它作为非渗透气体从串联膜系统的最后一级予以回收。

因此，通过采用两个或多个膜件的组合来制备气体、特别是高纯度的气体的方法可达到上述目的和其它目的，根据下述专利公开这些目的会变得显而易见，该方法包括：

a)收集第N级非渗透物流并作为第N+1级的进料物流；

b)收集第N+1级渗透物流并使其进入第N级渗透物流，并且

c)收集第一级渗透物流和最后一级的非渗透物流。

图1表示传统的简单串联法，其中第一级非渗透物流为第二级渗透器的进料；

图2表示传统的循环串联法，其中第二级的渗透物流与第一级的进料在压缩步骤之前混合；

图3表示本发明的膜系统，其中渗透物流以吹扫逆流方式进入第一级膜组件的一个渗透物中，以便利用富集气体而不浪费能量来再压缩富集气体。

图4表示在典型的中空纤维管束中的流型。

图5以图形方式表示传统系统作为氮气纯度的函数的膜性能和回收率。

图6以图形方式表示本发明的膜系统和传统系统在作为氮气纯度函数的膜性能或回收率方面的对比。

图7表示根据本发明，采用低性能的管束作为第一级，以及高性能的管束作为第二级。

图8表示根据本发明采用差别级温。

图9表示根据本发明在第二级与第一级之间渗透侧采用压缩机。

本发明提供了一种多级膜系统，其中渗透侧物流以吹扫逆流方式进入第一级膜组件的渗透侧，以便利用富集的气体，从而避免浪费能量来压缩富集气体，本发明在制备高纯度的非渗透物流时十分有利，因为可同时降低投资和能耗，本发明特别适于大规模地制备高纯氮气。

膜系统能选择性地从含易渗透和不易渗透的气体中分离更易渗透的组份。产生这一结果的膜可为技术人员熟知的任何类型的化学组成，如聚酰亚胺、聚酰胺、聚碳酸酯、聚硅氧烷、聚烯烃、聚砜和纤维素醋酸酯，或无机膜，如陶瓷、玻璃或碳，这些膜通常采用对称的或非对称的或混合的中空纤维或为螺旋状的管束(spiral woundbundles)的形式排列。

而且，已开发出了不同类型的管束和组件构造，这里渗透的和非渗透的物流可以是并流、逆流或错流或其组合。然而，无论采用怎样的固有膜性质，全逆流流型是理论上最优流型，而膜性能通常受与这种流型任何偏差的影响，当生产高纯气体产物时，这种偏差反而对膜性能有更大的影响。

然而，事实上极难在膜的渗透侧和非渗透侧产生这种理想的类型。在中空纤维管的情况下，纤维外的流型常常与理想状态有较大差距，特别是当低压渗透侧为纤维外时。

因此，在管束的产品末端(这里渗透物流最少)很可能发生轴向混合，这意味着在这一领域观察不到理想的逆流流型，这一现象在A.G.Narinsky的文章中进行了详尽的描述，该文章为“采用非对称膜进行气体分离时的理想流模型的应用条件”，《膜科学杂志》，1991年，第55卷，333-347页。

无论采用什么样的流型，膜组件的高纯性能常常受到当今制造技术能力的限制，将成千上万只中空纤维管组装在一起而不会有任何渗漏或破裂是很困难的。客观上讲，膜组件的性能(如回收率)可用图5来图示描述。

一般来说，本发明要求组合使用几个膜组件，包括串联系统本身的并联组合，以便利用在逆流流型中由每一组件产生的所有物流，来增强其它组件的性能，同时亦限制了任一管束的任何缺陷的影响，根据本发明，组件的大小和化学组成可以相同或不同。

一般来说，推荐的方法为采用两个或多个膜组件的多级法，其中第N级的非渗透物流收集起来作为第N+1级的进料，第N+1级渗透的物流收集起来，进入第N级的渗透物流中，优选的是以逆流吹扫的方式，并收集第一级渗透产物和最后一级的非渗透产物。

即，本发明是通过组合使用两个或多个膜组件来实施的：(1)收集第N级的非渗透物流，并将这一收集的物流作为第N+1级(即随后的一级)的进料；(2)收集第N+1级的渗透物流，并使其进入第N级(即前一级)渗透物流中，优选的是以逆流吹扫的方式；和(3)收集第一级的渗透产物和最后一级的非渗透产物。

根据本发明的各种实施方案，第N级的非渗透物流可用作第N+1级和/或N+2级等的进料，值得注意的是，在实际操作中，在第N级、第N+1级和第N+2级等之间通常有较小的压降，这意味着第N级非渗透侧或进料侧的压力比任何随后级进料侧的压力都高，如第N+1级或第N+2级。

恰恰相反，吹扫第N-1级渗透侧的第N级渗透物可用来吹扫第N-1和/或N-2级等。这就意味着第N级渗透物的压力常常比至少第1至N-1级渗透物之一高，以便能吹扫膜的渗透侧。这也意味着第N级非渗透侧与渗透侧之间的压降比第N+1级高。

采用带吹扫物流的串联系统(用下一级渗透物对本级渗透物进行吹扫)，与以并联或不带吹扫的或循环的串联操作的N个类似分离器性能相比，或与相当于N个小分离器的总面积的一个大分离器的性能相比，可增加其操作性能。通过收集或均匀化第N+1级的渗透物流，并用它作为第N级的吹扫气，第N+1级管束上任何缺陷(如非理想流型或微漏)比非串联法或不带渗透吹扫气时串联法的影响小得多。

根据本发明，已经发现本串联吹扫多级系统在能耗和所需膜面积两方面均比单级和其它多级系统有很大的改进。例如，简单的串联系统与简单的并联相比，为满足给定的要求，虽降低了能耗，但要求耗费较大面积，而串联循环法可节省面积和能量，然而，本发明的串联吹扫系统比所有其它系统需要的面积更小，而且，在使用本发明的串联吹扫系统时，能耗也有所减少。

根据本发明，制备的高纯气体优选的是氮气，而进料可为空气或氧气与氮气的混合物，然而，进入第一级的气体优选的是空气。

膜可排列成任何形式，如对称的中空纤维、非对称的中空纤维或螺旋管束。

而且，不同级的膜最好由不同性能的管束组成，如第一级可用低性能的管束，而最后一级膜可采用高性能的管束，而且，第一级可在互不相同的温度下操作，如第一级膜可在比另一级膜高的温度下操作，如最后一级膜。

根据本发明，从至少一级膜渗透出的物流可在进入至少前一级膜件之前进行压缩。

本发明也提供一种从气体混合物制备气体的串联一吹扫法，该法组合使用两种膜。该法要求：

(a)给第一级膜件进料侧供给一种气体混合物；

b)收集第一级膜的非渗透物流，将该非渗透物流作为第二级膜的进料；

c)收集第二级膜的渗透物流，将该物流加到第一级膜的渗透物流中；

d)收集第一级膜的渗透物流和第二级膜的非渗透物流。

根据这一方法，制备的气体优选的是氮气，进料气体混合物优选的是空气或氧气和氮气的混合物。

而且，采用逆流吹扫的方式将第二级膜的渗透流加入第一级膜的渗透流中是有利的；而且如果第二级膜的渗透物的压力高于第一级膜渗透物的压力也是有利的；再且，如果第一级膜的压降高于第二级膜压降也是有利的。

一般来说，本发明也提供一种串联一吹扫法，其中m个膜组合起来使用，其中在第N级至少有一渗透物流，其中

1＜N≤m加入第p级的至少一种渗透物流中，其中：

1≤p＜N

本发明也提供一种氮气发生器，该发生器有两个或多个膜组件组合使用，它包括：

a)收集第N级非渗透物流并将它用作第N+1级进料的设备；

b)收集第N+1级渗透物流并采用逆流吹扫的方法将它加入第N级渗透物流中的设备，和

c)收集第一级的渗透物和最后一级的非渗透物的设备。

最好是这样使用氮气发生器：将氧气和氮气的混合物加入第一级膜中，在第一级膜的渗透侧回收或放空氧气富集的气体混合物，并在最后一级膜的进料侧回收氮气。

氮气发生器较好的是也含有加热设备，以便能加热至少一级膜组件；和/或冷却设备，以便能冷却至少一级膜组件。

根据本发明，通常采用两个或多个膜步骤，最常用的是采用两个或三个膜步骤，然而，如有必要的话，可采用三个以上的膜步骤。

再则，第一级渗透物和最后一级非渗透物作为产品气予以回收或收集。

本发明也涉及从空气制备氮气的串联吹扫方法，该方法采用多级膜组件，每级含有大量的中空纤维膜，至少该多级膜组件之一含有吹扫入口，以便往中空纤维膜的外表面轴向注入吹扫气，该方法包括：

a)使压缩空气进入第N级膜组件，所述组件适宜于选择性地渗透氧气，且不渗透氮气；

b)维持中空纤维膜孔表面和外表面之间的压差；

c)使所产生的非渗透气体轴向通过中空纤维膜孔并流出中空纤维膜的末端，并离开第N级膜级膜组件；

d)使所述非渗透气体进入第N+1级膜组件，所述的N+1级膜组件适于选择性地渗透氧气且不渗透氮气；

e)使非渗透的气体轴向流过中空纤维膜孔，并从中空纤维膜末端流出，离开所述的N+1级膜组件；

f)收集膜组件最后一级的氮气；

g)从第N+1、N+2等的至少之一收集至少一部分渗透物流，使所述渗透物流进入前面的第N级膜组件的吹扫入口，在中空纤维膜的外表面轴向注入吹扫气，优选的是与非渗透气逆流，该吹扫气与从中空纤维膜渗透出的气体混合，形成渗透气物流；并且

h)放空或往一个前面级的另一吹扫入口加入至少一部分所述渗透物流。

本发明也涉及一种用于从空气制备氮气的串联吹扫发生器，所述发生器包括至少第一级和第二级膜组件，分别记为N和N+1，每一组件均有大量的中空纤维膜，其中至少第二级膜组件(N+1)有一吹扫出口，以便将所述第二级(N+1)中来的渗透物流吹扫气沿中空纤维的外表面轴向注入第一级膜组件(N)的吹扫气入口。

优选地，该发生器能往第一级膜组件中加入氧气和氮气的混合物，回收或放空在第一级膜的渗透侧上富集氧气的气体混合物并在最后一级膜的进料侧回收氮气。

本发明的串联吹扫发生器也可有加热设备和/或冷却设备，以便加热至少一个膜级和/或冷却至少一个膜级。

优选地，所述发生器包括控制加热和/或冷却设备的温度的设备和/或至少一个膜组件，所述控制为连续的或非连续的。

通过控制至少一个膜级(加热和/或冷却)的温度，可根据用户的要求(无论是需要连续改变还是不定时变化)来控制氮气流和/或氮气流的纯度，接着将与温度有关的信息输送到控制装置(如PID型控制器)，该装置控制进入空气的流量，以便控制氮气的流量或氮气的纯度或两者均控制。

虽然本发明用于从空气或氮气和氧气的混合物中分离氮气是有利的，本发明利用合适的膜(如用一种组分比其它组分更易渗透的膜)可用于任何类型的气体混合物。

现在将对所提供的附图作更详细的描述，图1、2和3在前面已描述过。

在图1-3中，下面的缩写和其定义为：F＝进料，F1＝进料1，F2＝进料2，N＝非渗透，p＝渗透，R＝循环，以及S＝吹扫。

图4表示在中空纤维束中理想的逆流流型。

图5表示对传统的膜系统而言，作为氮气纯度函数的膜性能或回收率，特别是对氮气而言，图5表明，对高纯气体来说，纤维束的缺陷控制了膜性能，然而，对较低纯度的气体来说，纤维束的缺陷降低膜性能，但不是致命的。

图6表示本发明的膜系统和传统膜系统在作为氮气纯度的函数的膜性能或回收率方面的比较。具体地说，图6表明在采用传统的标准工艺设计时，纤维束缺陷即使在仅中等气体纯度时亦控制膜性能，然而，在采用本发明时，纤维束缺陷仅在较高气体纯度时控制膜性能，即通过采用本发明，膜性能的降低仅在较高气体纯度时才开始观察到，往下便无多大影响。

图7表示根据本发明，当维持最优性能时，既采用低平均性能、亦采用高平均性能的纤维束。

根据本发明，可以认为比以前多的纤维束是合适的。这可通过采用低性能纤维束作为第一级和高性能纤维束作为第二级来完成，这既能提供最大的纤维束用途，亦能提供优良的总体性能。

这里所用术语“低性能纤维束”通常指与生产率和/或空气流量的标准值的偏差大于10％，术语“高性能纤维束”通常指与生产率和/或空气流量的标准值的偏差小于10％。

图8表示根据本发明采用有差别的级间温度。一般来说，大多数聚合物膜随温度升高选择性下降而生产率增加。

根据本发明，通过使第一级和第二级的操作温度各不相同(如在第一级上有一加热器或在第二级上有一冷却器)，可从这两级获益并获得总体优化的性能，可改变每一级的温度以获得最优性能，然而，对串联法来说，通常要求最后一级在尽可能高的选择性下操作，而第一级在尽可能高的生产率下操作是重要的，一般来说，大多数聚合物膜随温度升高选择性降低而生产率增加。

一般来说，本发明较有利的是在-20℃到90℃下操作，然而，优选的是+20℃至60℃，确切地说，更优选的是第一级在+40℃到+60℃下操作，最后一级膜在+20℃到+40℃下操作，一般来说，优选的是第N级操作温度在第N-1和N+1的优选范围之间。

再则，为了确保最后一级的最高的选择性，通常最后一级在+20℃到60℃下操作是有利的。

然而更为优选的是采用下列条件：选择性      第一级    第N级    最后一级O₂/N₂    4-6      4.5-7      5-8生产率(m³/h) 200-400 100-300    50-100

一般来说，对制备氮气而言，本发明的操作无流速限制，然而，优选的是采用约0.2m³/h到2,000m³/h的流速。

图9表示根据本发明在第一和第二级之间的渗透侧上采用一压缩机，这至少有两个优点：

第一，因该渗透物含有低于21％的氧气，可采用标准压缩机(空气压缩机)而不用氧气压缩机(当气体混合物的氧气含量大于21％时)，后者昂贵得多。

第二，通过在大气压力下操作渗透物，第二级膜的性能并不降低，这在同时需要高纯度非渗透物流时(如氮气)特别重要。

上述特点是很有用的，例如，对传统的空气分离来说，要么需要重新压缩渗透物流(如果该物流在常压下)，这就要求特别昂贵的压缩机，因为氧气含量大于21％；要么整个渗透物必须维持在高于常压下，这就大大降低了整个膜性能，特别是在制备非渗透物(如氮气)时更如此。

宏观上，本发明的好处可用图6表示，也可从图6的曲线看出。

现在参照某些实施例来对本发明作进一步描述，这些实施例仅用于描述的目的，不是旨在限制本发明。

实施例1

在下述实施例中，考虑采用聚酰亚胺膜来从空气中分离氮气，该膜系统设计用来制备100Nm³/h 98％纯度的氮气，纤维束的缺陷用当纯度增加时纤维束的表观选择性的降低来表示，该纤维束并排或采用前述的多级系统或采用本发明的串联一吹扫法。

所有系统都进行了研究，串联一吹扫多级系统在能耗方面或所需膜面积方面比单级系统和其它多级系统均有令人吃惊的改进(表1)。下面对这些优点进行描述。

并联    简单串联  循环串联 吹扫串联面积  100    103.5    94.4       91.4能耗  100    97.6     88.8       89.9

同简单并联系统相比，简单串联系统以需要大面积的代价换取低能耗的优点，来满足给定的要求(+3.5％的面积，-2.4％的节能)，串联循环法既省面积(-5.6％)亦节能(-11.2％)。

从该表可以看出，本发明的串联一吹扫系统所需面积比所有其它的都小(串联吹扫系统的-8.6％对循环串联的-5.6％)，而且能耗也比简单串联降低了而与循环串联相当。

这一实施例表明，本发明的串联一吹扫法在面积和能量两方面均比前述系统有较大程度的节省。

实施例2

渗透纤维束的再生性常常是一主要问题，对任何特定的聚合物来说，如果对最终产物有较高的技术要求，就存在高比例的不合要求的纤维束，本发明使更多的纤维束成为可接受的纤维束，这具有明显的制造成本上的效益，同时仍保持最佳性能。的确，通过采用低性能的纤维束作为本发明的第一级和高性能纤维束作为第二级，可获得高的总体性能并最大限度利用制造的纤维束，这可用图7表示。

实施例3

对大多数聚合物来说，随温度升高，选择性降低而生产率提高，在串联法中，最后一级在尽可能高的选择性下操作是很重要的，而第一级的生产率通常更起决定性作用。

因此，本发明通过使两级的操作温度各不相同(如第一级上有一加热器或在第二级上有一冷却器)，可从两级获益并且获得总的最优性能。

实施例4

在某些应用中，可能要求采用渗透和非渗透的产物，在空气分离的情况下，问题通常是要么需要再压缩渗透物流(如在常压下)，这就要求特别昂贵的压缩机，因氧气含量高于21％；要么整个渗透物流维持在高于常压下，这就大大降了整个膜的性能，特别是在制备非渗透物如氮气时。

而且，通过在两级之间的渗透侧上安装一压缩机，本发明至少提供两种优点：

当两级之间渗透侧的氧气含量小于21％时，可用一标准压缩机来进行再压缩，而且通过在常压下操作渗透物，第二级的性能不会受影响，当同时需要高纯度非渗透物流时，后一优点特别重要。

已对本发明进行了描述，很显然对任一本领域的普通技术人员来说，可在不脱离本发明的实质和范围的情况下，对上述实施例进行许多改动或修正。

Claims (29)

1.一种从空气制备氮气的串联吹扫法，该方法采用多级膜组件，每一组件含有大量的中空纤维膜，该多级膜组件中至少之一含有吹扫气入口，以便能往中穿纤维膜的外表面上轴向注入吹扫气，该方法包括：

a)将压缩空气加入第N级膜组件，所述组件适于选择性地渗透氧气，且不渗透氮气；

b)保持中空纤维膜的孔表面与中空纤维膜外表面间的压差；

c)使产生的非渗透气轴向流过中空纤维膜的腔，并流出中空纤维膜的末端，离开第N级组件；

d)使上述产生的非渗透气体流入第N+1级膜组件，所述N+1级膜组件适于选择性地渗透氧气而不渗透氮气；

e)使非渗透气体轴向流过中空纤维膜的腔，并从中空纤维膜的末端流出，离开所述的N+1级膜组件；

f)从最后一级膜组件收集氮气；

g)从级数大于N的至少一级中收集至少一部分渗透物流，使该收集的至少部分渗透物流进入前面膜组件之一的吹扫气入口，所述渗透物流的所说部分在中空纤维膜的外表面上与非渗透气逆流地轴向注入，所说渗透物流的所说部分与通过中空纤维膜渗透的气体混合，形成渗透物流；并且

(h)放空或将至少一部分所述的渗透物流加入一个前面级的吹扫气入口中。

2.根据权利要求1的串联吹扫法，其中，N级中非渗透气与渗透气之间的压降大于N+1级中的这种压降。

3.根据权利要求1或2的串联吹扫法，其中所述膜由选自下述类物质的一种材料制成，该类物质包括聚酰亚胺、聚酰胺、聚碳酸酯、聚硅氧烷、聚烯烃、聚砜、醋酸纤维素、陶瓷、玻璃和碳。

4.根据权利要求1或2的串联吹扫法，其中所述膜以对称中空纤维、非对称中空纤维或螺旋管束的形式排列。

5.根据权利要求1或2的串联吹扫法，其中第一级膜由低性能管束构成，而最后一级膜由高性能管束构成。

6.根据权利要求1或2的串联吹扫法，其中第一级膜和最后一级膜维持在这样的温度下，使得第一级膜的温度高于第二级膜温度。

7.根据权利要求1或2的串联吹扫法，其中至少有一级膜所用的聚合物不同于另一级膜的聚合物。

8.根据权利要求1或2的串联吹扫法，其中至少有一级膜的温度不同于另一级膜的温度。

9.根据权利要求1或2的串联吹扫法，该方法进一步包括，在将至少一级膜的渗透物加入至少前一级之前，压缩该渗透物。

10.根据权利要求1或2的串联吹扫法，其中所制备的氮气的纯度至少为99％。

11.根据权利要求1或2的串联吹扫法，该方法在-20℃到90℃下操作。

12.根据权利要求11的串联吹扫法，该方法在20℃至60℃的温度下操作。

13.根据权利要求12的串联吹扫法，其中第一级膜在+40℃到+60℃下操作，最后一级在+20℃到+40℃下操作。

14.根据权利要求1或2的串联吹扫法，其中采用的流速为0.2m³/h到2,000m³/h。

15.根据权利要求1或2的串联吹扫法，其中第二级膜的渗透物流通过逆流吹扫加入所述第一级膜的渗透物流中。

16.根据权利要求1或2的串联吹扫法，其中所述的第二级膜渗透物的压力高于第一级膜渗透物的压力。

17.根据权利要求1或2的串联吹扫法，其中所述第一级膜的压降高于通过第二级膜的压降。

18.根据权利要求1或2的串联吹扫法，其中m个膜组合使用，其中在第N级上至少一个物流，其中：

1＜N≤m

被送到第p级至少一个吹扫入口中，其中：

1≤p＜N。

19.根据权利要求1或2的串联吹扫法，其中将一种氧气和氮气的混合物加入第一级膜，在第一级膜的渗透侧回收或放空氧气富集的气体混合物，并在最后一级膜的进料侧回收氮气。

20.一种用于从空气制备氮气的串联吹扫发生器，所述发生器含有至少第一和第二级膜组件，分别记为N和N+1级，每一组件含有大量的中空纤维膜，其中至少第二级膜组件(N+1)包括一吹扫气出口，以便将所述第二级(N+1)的渗透物注入所述第一级膜组件(N)的吹扫气入口，轴向吹到中空纤维的外表面上，其吹扫气入口和出口是这样安排，它使得在一个级的膜单元中，吹扫气与进料气流对流流动。

21.权利要求20的串联吹扫发生器，该发生器包括一个能将氧气和氮气的混合物加入第一级膜进气装置、在第一级膜的渗透侧回收或放空氧气富集的气体混合物、并在最后一级膜的进料侧回收氧气的回收装置。

22.权利要求20或21的串联吹扫发生器，它还含有加热设备，以便加热至少一级膜组件。

23.根据权利要求20或21的串联吹扫发生器，还含有冷却设备，以便冷却至少一级膜组件。

24.根据权利要求20或21的串联吹扫发生器，还含有压缩机设备，该设备在第N+1级吹扫气出口和前一级的吹扫气入口之间。

25.根据权利要求20或21的串联吹扫发生器，该发生器含有加热和冷却设备，以便加热至少一级膜并冷却至少一级膜。

26.根据权利要求20或21的串联吹扫发生器，该发生器还含有控制加热和/或冷却设备温度和/或至少一级膜的设备。

27.根据权利要求26的串联吹扫发生器，其中所述控温设备连续控制所述温度。

28.根据权利要求27的串联吹扫发生器，其中根据用户变动的要求，通过控制温度，来改变发生器的氮气流。

29.根据权利要求28的串联吹扫发生器，其中根据用户不同的要求，通过控制温度，来改变氮气气流的纯度。

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