CN113301982B - 分离装置和分离方法 - Google Patents

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Abstract

分离装置(1)和分离方法，分离装置(1)包括：膜分离模块(10)、吸附模块(20)和进气模块(30)，膜分离模块(10)包括第一壳体(110)以及能够设在第一壳体(110)内的膜组件(130)，第一壳体(110)具有第一进气口(121)、第一出气口(122)和渗余气出口(123)，膜组件(130)具有渗透气出口，渗透气出口与第一出气口(122)连通；吸附模块(20)包括第二壳体(210)以及能够设在第二壳体(210)内的吸附剂层(230)，第二壳体(210)设在第一壳体(110)上，其中第二壳体(210)具有第二进气口(221)、第二出气口(222)和解吸气出口(223)，第二进气口(221)与第一出气口(122)连通；进气模块(30)具有第三出气口(321)，第三出气口(321)与第一进气口(121)连通。该分离装置(1)具有占地面积小、重量轻、制造成本低等优点。

Description

分离装置和分离方法
技术领域
本发明涉及分离装置和分离方法。
背景技术
可采用塔器分离、膜分离、吸附分离等技术制取高纯度气体(摩尔纯度大于99.9％的气体)。通过膜分离制取高纯度气体，一般需要两级提纯、甚至更多级数的提纯才能实现，从而导致高纯度气体的制取成本高。尤其当原料气体中的目标气体组分的浓度较低时，高纯度气体的制取成本更高，从而限制了膜分离的使用范围。
目前，当原料气体中的目标气体组分的浓度含量较低时，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以便制取高纯度气体。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供分离装置和分离方法。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种分离装置，所述分离装置包括：膜分离模块，所述膜分离模块包括第一壳体以及能够设在所述第一壳体内的膜组件，所述第一壳体具有第一进气口、第一出气口和渗余气出口，所述膜组件具有渗透气出口，所述渗透气出口与所述第一出气口连通；吸附模块，所述吸附模块包括第二壳体以及能够设在所述第二壳体内的吸附剂层，所述第二壳体设在所述第一壳体上，其中所述第二壳体具有第二进气口、第二出气口和解吸气出口，所述第二进气口与所述第一出气口连通；和进气模块，所述进气模块具有第三出气口，所述第三出气口与所述第一进气口连通。
根据本发明实施例的分离装置具有占地面积小、重量轻、制造成本低的优点。
可选地，所述第二壳体直接设在所述第一壳体上。
可选地，所述第一进气口为多个，每个所述第一进气口与所述第三出气口连通，可选地，所述膜组件为多个，所述第一出气口为多个，所述第二进气口为多个，其中多个所述膜组件的所述渗透气出口一一对应地与多个所述第一出气口连通，多个所述第一出气口一一对应地与多个所述第二进气口连通。
可选地，所述进气模块包括：进气管，所述进气管具有第四出气口；和气体分配盘，所述气体分配盘具有缓冲腔和多个所述第三出气口，每个所述第三出气口与所述缓冲腔连通，所述第四出气口与所述缓冲腔连通，其中所述第一进气口为多个，多个所述第三出气口一一对应地与多个所述第一进气口连通。
可选地，所述膜分离模块为多个，所述吸附模块为多个，每个所述膜分离模块的所述第一进气口与所述第三出气口连通，多个所述第二壳体一一对应地设在多个所述第一壳体上，多个所述膜分离模块的所述第一出气口一一对应地与多个所述吸附模块的所述第二进气口连通。
可选地，所述进气模块为多个，多个所述进气模块的所述第三出气口一一对应地与多个所述膜分离模块的所述第一进气口连通。
可选地，所述进气模块包括：进气总管；控制阀，所述控制阀具有第三进气口和多个所述第三出气口，所述第三进气口可切换地与多个所述第三出气口中的任意一个连通，其中所述进气总管与所述第三进气口相连；和多个进气支管，多个所述进气支管的第一端部一一对应地与多个所述第三出气口相连，多个所述进气支管的第二端部一一对应地与多个所述膜分离模块的所述第一进气口相连。
可选地，所述进气模块包括：进气管，所述进气管具有第四出气口；和气体分配盘，所述气体分配盘具有多个缓冲腔、多个第三进气口和多个所述第三出气口，多个所述第三进气口一一对应地与多个所述缓冲腔连通，多个所述第三出气口一一对应地与多个所述缓冲腔连通，其中所述第四出气口可切换地与多个所述第三进气口中的任意一个连通，多个所述第三出气口一一对应地与多个所述膜分离模块的所述第一进气口连通，可选地，所述气体分配盘为环形，多个所述第三进气口设在所述气体分配盘的内周面上，其中所述气体分配盘能够套设在所述进气管的设有所述第四出气口的部分上，所述进气管能够相对所述气体分配盘可旋转地设置，可选地，每个所述第三出气口包括多个子出气口，多个所述子出气口构成沿所述气体分配盘的周向间隔开设置的多个子出气口组，每个所述子出气口组包括沿所述气体分配盘的径向间隔开设置的多个所述子出气口，每个所述膜分离模块具有多个所述第一进气口，每个所述膜分离模块的多个所述第一进气口一一对应地与相应的所述第三出气口的所述多个子出气口连通。
可选地，所述气体分配盘包括：环形的第一盘体，所述第一盘体具有第一端面，所述第一端面上设有多个所述缓冲腔，所述缓冲腔的内端敞开以便形成所述第三进气口或者所述第三进气口设在所述缓冲腔的内侧壁面上，其中所述第一盘体能够套设在所述进气管的设有所述第四出气口的部分上，所述进气管能够相对所述第一盘体可旋转地设置；和第二盘体，所述第二盘体设在所述第一端面上，所述第二盘体覆盖多个所述缓冲腔，所述第三出气口设在所述第二盘体上，所述第三出气口沿所述第二盘体的厚度方向贯通所述第二盘体。
可选地，所述气体分配盘包括：环形的第一盘体，所述第一盘体具有在其厚度方向上相对的第一端面和第二端面，所述第一盘体上设有多个所述缓冲腔，每个所述缓冲腔沿所述第一盘体的厚度方向贯通所述第一盘体，所述缓冲腔的内端敞开以便形成所述第三进气口或者所述第三进气口设在所述缓冲腔的内侧壁面上；以及第二盘体和环形的第三盘体，所述第二盘体设在所述第一端面上，所述第三盘体设在所述第二端面上，所述第二盘体和所述第三盘体覆盖多个所述缓冲腔，其中所述第一盘体能够套设在所述进气管的设有所述第四出气口的部分上，所述进气管能够相对所述第一盘体可旋转地设置，所述第三出气口设在所述第二盘体上，所述第三出气口沿所述第二盘体的厚度方向贯通所述第二盘体。
可选地，多个所述膜分离模块沿第一周向布置，所述第一壳体包括：第一端板和第二端板；以及第一侧板、第二侧板、第一内侧板和第一外侧板，所述第一侧板、所述第一内侧板、所述第二侧板和第一外侧板依次相连以便形成第一围板，所述第一围板的第一端部与所述第一端板相连，所述第一围板的第二端部与所述第二端板相连，其中所述第一进气口设在所述第一端板上，所述第一出气口设在所述第二端板上，所述渗余气出口设在所述第一围板和所述第一端板中的至少一个上，可选地，多个所述膜分离模块的所述第一端板一体成型，多个所述膜分离模块的所述第二端板一体成型，可选地，在所述第一周向上相邻的两个所述第一壳体中的一者的所述第一侧板与另一者的所述第二侧板一体成型，可选地，多个所述膜分离模块的所述第一内侧板一体成型，多个所述膜分离模块的所述第一外侧板一体成型，可选地，每个所述膜组件的第一端部与相应的所述第一端板相连，每个所述膜组件的第二端部敞开以便形成所述渗透气出口，每个所述膜组件的第二端部与相应的所述第二端板上的所述第一出气口相连，可选地，多个所述膜分离模块的第一内侧板位于第一正圆柱面或第一正棱柱面上，多个所述膜分离模块的第一外侧板位于第二正圆柱面或第二正棱柱面上。
可选地，多个所述吸附模块沿第一周向布置，所述第二壳体包括：第三端板和第四端板；以及第三侧板、第四侧板、第二内侧板和第二外侧板，所述第三侧板、所述第二内侧板、所述第四侧板和第二外侧板依次相连以便形成第二围板，所述第二围板的第一端部与所述第三端板相连，所述第二围板的第二端部与所述第四端板相连，其中所述第二进气口设在所述第三端板上，所述第二出气口设在所述第四端板上，所述解吸气出口设在所述第二围板和所述第三端板中的至少一个上，可选地，多个所述吸附模块的所述第三端板一体成型，多个所述吸附模块的所述第四端板一体成型，可选地，在所述第一周向上相邻的两个所述第二壳体中的一者的所述第三侧板与另一者的所述第四侧板一体成型，可选地，多个所述吸附模块的所述第二内侧板一体成型，多个所述吸附模块的所述第二外侧板一体成型，可选地，多个所述吸附模块的所述第二内侧板位于第三正圆柱面或第三正棱柱面上，多个所述吸附模块的所述第二外侧板位于第四正圆柱面或第四正棱柱面上，更加可选地，所述第一正圆柱面和所述第三正圆柱面为同一正圆柱面，所述第二正圆柱面和所述第四正圆柱面为同一正圆柱面，所述第一正棱柱面和所述第三正棱柱面为同一正棱柱面，所述第二正棱柱面和所述第四正棱柱面为同一正棱柱面。
可选地，所述分离装置进一步包括中心轴，多个所述膜分离模块能够沿所述中心轴的周向布置，多个所述吸附模块能够沿所述中心轴的周向布置，其中所述膜分离模块的所述第一内侧板邻近所述中心轴或者所述膜分离模块的所述第一内侧板与所述中心轴接触，每个所述吸附模块的所述第二内侧板邻近所述中心轴或者每个所述吸附模块的所述第二内侧板与所述中心轴接触。
本发明第二方面提供利用根据本发明第一方面所述的分离装置实施的分离方法，所述分离方法包括以下步骤：利用进气模块向膜分离模块提供原料气体；利用所述膜分离模块对所述原料气体进行分离以便得到粗提纯气体；和利用吸附模块吸附所述粗提纯气体中的杂质或目标气体以便得到高纯度气体。
可选地，使进气管的第四出气口与气体分配盘的一组缓冲腔的第三进气口连通，以便向一组所述膜分离模块提供所述原料气体，一组所述缓冲腔包括至少一个所述缓冲腔，一组所述膜分离模块包括至少一个所述膜分离模块；利用一组所述膜分离模块对所述原料气体进行分离以便得到粗提纯气体；利用一组所述吸附模块吸附所述粗提纯气体中的杂质或目标气体以便得到高纯度气体，一组所述吸附模块包括至少一个所述吸附模块；一组所述吸附模块运行预设时间后或者一组所述吸附模块处理预设量的所述粗提纯气体后，使所述进气管的所述第四出气口与所述气体分配盘的另一组所述缓冲腔的所述第三进气口连通，以便向另一组所述膜分离模块提供所述原料气体，另一组所述缓冲腔包括至少一个所述缓冲腔，另一组所述膜分离模块包括至少一个所述膜分离模块；利用另一组所述膜分离模块对所述原料气体进行分离以便得到所述粗提纯气体；利用另一组所述吸附模块吸附所述粗提纯气体中的杂质或目标气体以便得到高纯度气体，另一组所述吸附模块包括至少一个所述吸附模块；和对一组所述吸附模块中的吸附剂进行再生。
附图说明
图1是根据本发明实施例的分离装置的局部结构示意图；
图2a是根据本发明实施例的分离装置的进气模块的结构示意图；
图2b是根据本发明实施例的分离装置的进气模块的局部结构示意图；
图2c是根据本发明实施例的分离装置的气体分配盘的结构示意图；
图3是根据本发明实施例的分离装置的进气管的结构示意图；
图4a是根据本发明实施例的分离装置的膜分离模块的局部结构示意图；
图4b是根据本发明实施例的分离装置的膜分离模块的局部结构示意图；
图5a是根据本发明实施例的分离装置的吸附模块的局部结构示意图；
图5b是根据本发明实施例的分离装置的吸附模块的局部结构示意图；
图6是根据本发明实施例的吸附模块的第四端板的结构示意图。
分离装置1、
膜分离模块10、第一壳体110、第一端板111、第二端板112、第一侧板113、第二侧板114、第一内侧板115、第一外侧板116、第一围板117、第一容纳腔118、
第一进气口121、第一出气口122、渗余气出口123、膜组件130、
吸附模块20、第二壳体210、第三端板211、第四端板212、通孔2121、第三侧板213、第四侧板214、第二内侧板215、第二外侧板216、第二围板217、第二容纳腔218、
第二进气口221、第二出气口222、解吸气出口223、吸附剂层230、
进气模块30、进气管310、第四出气口311、
气体分配盘320、第三出气口321、子出气口3211、缓冲腔322、第三进气口323、第一盘体324、第一端面3241、第二盘体325、
中心轴40
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述根据本发明实施例的分离装置1。如图1-图6所示，根据本发明实施例的分离装置1包括膜分离模块10、吸附模块20和进气模块30。
膜分离模块10包括第一壳体110以及能够设在第一壳体110内的膜组件130，第一壳体110具有第一进气口121、第一出气口122和渗余气出口123。膜组件130具有渗透气出口，该渗透气出口与第一出气口122连通。吸附模块20包括第二壳体210以及能够设在第二壳体210内的吸附剂层230，第二壳体210设在第一壳体110上，即第一壳体110设在第二壳体210上。第二壳体210具有第二进气口221、第二出气口222和解吸气出口223，第二进气口221与第一出气口122连通。进气模块30具有第三出气口321，第三出气口321与第一进气口121连通。
膜组件130能够设在第一壳体110内是指：在利用分离装置1制取高纯度气体时，膜组件130设在第一壳体110内；吸附剂层230能够设在第二壳体210内是指：在利用分离装置1制取高纯度气体时，吸附剂层230设在第二壳体210内。在未利用分离装置1制取高纯度气体时，膜组件130可以设在第一壳体110内，也可以不设在第一壳体110内，吸附剂层230可以设在第二壳体210内，也可以不设在第二壳体210内。
在利用分离装置1制取高纯度气体时，原料气体(包含目标气体的气体混合物)依次通过进气模块30的第三出气口321和膜分离模块10的第一进气口121进入到膜分离模块10内，利用膜分离模块10对该原料气体进行分离(粗提纯)以便得到粗提纯气体。其中，透过膜组件130的气体为该粗提纯气体，未透过膜组件130的气体为渗余气体，该渗余气体可以通过渗余气出口123排出膜分离模块10。该粗提纯气体依次通过膜分离模块10的第一出气口122和吸附模块20的第二进气口221进入到吸附模块20内，利用吸附模块20吸附该粗提纯气体中的杂质以便得到高纯度气体。
现有的用于制取高纯度气体的装置简单地将现有的膜分离装置和吸附装置根据物料性质进行前后连接组合，并没有改变膜分离装置和吸附装置本身的结构。
根据本发明实施例的分离装置1通过将膜分离模块10的第一壳体110和吸附模块20的第二壳体210设置在一起，从而可以实现膜分离模块10和吸附模块20的一体化。由此可以极大地减少分离装置1的占地面积和重量。由于根据本发明实施例的分离装置1具有非常小的占地面积，因此特别适合在气体加载站(例如加氢站)内使用，根据本发明实施例的分离装置1具有现有的分离装置无法比拟的占地小的优势。
因此，根据本发明实施例的分离装置1具有占地面积小、重量轻、制造成本低等优点。
如图1-图6所示，在本发明的一些实施例中，分离装置1包括膜分离模块10、吸附模块20和进气模块30。分离装置1可以广泛用于高纯度气体的制取，例如分离装置1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。
膜分离模块10包括第一壳体110以及能够设在第一壳体110内的膜组件130，第一壳体110具有第一进气口121、第一出气口122和渗余气出口123。吸附模块20包括第二壳体210以及能够设在第二壳体210内的吸附剂层230，第二壳体210具有第二进气口221、第二出气口222和解吸气出口223。
膜组件130可以是无机膜组件，也可以是有机膜组件。无机膜组件适用于原料气体中带液、含有酸性气体或温度压力变化时可能产生凝液的情况。无机膜组件的无机膜可以是中空分子筛膜，例如碳分子筛、LTA分子筛、DDR分子筛膜等。有机膜组件适用于原料气体中不带液、温度压力变化不会使原料或产品气产生凝液的情况，有机膜组件的有机膜可以是中空纤维膜。
根据粗提纯气体中的杂质组成，吸附剂层230可以包括能够吸附各种杂质的吸附剂。例如，吸附剂层230可以包括活性氧化铝、硅胶、沸石分子筛和活性炭中的至少一种。
可选地，如图1和图4b所示，第一壳体110可以具有多个第一进气口121，每个第一进气口121与第三出气口321连通以便每个第一进气口121都有原料气体通过(进入)。由此不仅可以使原料气体更加均匀地进入到第一壳体110内，而且可以提高膜分离模块10的单位时间内的气体处理量。
如图1、图4a和图4b所示，膜组件130可以是多个，第一壳体110可以具有多个第一出气口122，多个膜组件130的渗透气出口可以一一对应地与多个第一出气口122连通。也就是说，该渗透气出口(膜组件130)的数量可以等于第一出气口122的数量，每个该渗透气出口与一个第一出气口122连通，每个第一出气口122与一个该渗透气出口连通。由此可以进一步提高膜分离模块10的单位时间内的气体处理量。
相应地，如图1和图5b所示，第二壳体210具有多个第二进气口221，多个第一出气口122一一对应地与多个第二进气口221连通。也就是说，第二进气口221的数量可以等于第一出气口122的数量，每个第二进气口221与一个第一出气口122连通，每个第一出气口122与一个第二进气口221连通。由此可以进一步提高吸附模块20的单位时间内的气体处理量。
如图1所示，在本发明的一个实施例中，第二壳体210直接设在第一壳体110的上方。也就是说，第一壳体110与第二壳体210之间不设置任何部件(例如连接盘、支架等)，第一壳体110和第二壳体210直接接触。由此可以进一步简化分离装置1的结构，进一步提高膜分离模块10和吸附模块20的一体化程度，从而可以进一步减小分离装置1的占地面积、降低分离装置1的重量和制造成本。当然，在其他实施例中，也可以将第一壳体110设置在第二壳体210的上方。
进气模块30具有第三出气口321，第三出气口321与第一进气口121连通。如图2a-图2c所示，进气模块30包括进气管310和气体分配盘320，进气管310具有第四出气口311。气体分配盘320具有缓冲腔322和多个第三出气口321，每个第三出气口321与缓冲腔322连通，第四出气口311与缓冲腔322连通。可选地，进气管310的上端部是封闭的。
膜分离模块10具有多个第一进气口121，多个第三出气口321一一对应地与多个第一进气口121连通。换言之，第三出气口321的数量可以等于第一进气口121的数量，每个第三出气口321与一个第一进气口121连通，每个第一进气口121与一个第三出气口321连通。
原料气体通过进气管310的第四出气口311进入到缓冲腔322内，缓冲腔322内的原料气体依次通过多个第三出气口321和多个第一进气口121进入到第一壳体110内。通过在气体分配盘320上设置与第四出气口311连通的缓冲腔322以及与缓冲腔322连通的多个第三出气口321，从而不仅可以利用缓冲腔322减缓原料气体的流速，而且可以使原料气体更加均匀地进入到第一壳体110内，并可以提高膜分离模块10的单位时间内的气体处理量。
如图1-图6所示，在本发明的一些示例中，分离装置1可以包括多个膜分离模块10和多个吸附模块20。每个膜分离模块10的第一进气口121与第三出气口321连通，以便原料气体能够进入到每个膜分离模块10的第一壳体110内。
多个第二壳体210一一对应地设在多个第一壳体110上，即膜分离模块10(第一壳体110)的数量可以等于吸附模块20(第二壳体210)的数量，每个第二壳体210设在一个第一壳体110上。可选地，多个第二壳体210一一对应地直接设在多个第一壳体110上。
多个膜分离模块10的第一出气口122一一对应地与多个吸附模块20的第二进气口221连通。也就是说，每个膜分离模块10的第一出气口122与一个吸附模块20的第二进气口221连通，每个吸附模块20的第二进气口221与一个膜分离模块10的第一出气口122连通。由此相互关联的膜分离模块10和吸附模块20可以构成一个能够制取高纯度气体的分离组件，分离装置1可以包括多个该分离组件，从而可以极大地提高分离装置1的单位时间内的气体处理量。
如图4a和图4b所示，多个膜分离模块10可以沿第一周向布置，即多个膜分离模块10可以沿该第一周向排列。每个第一壳体110可以包括第一端板111、第二端板112、第一侧板113、第二侧板114、第一内侧板115和第一外侧板116。其中，向内是指朝向该第一周向的中部，向外是指远离(背离)该第一周向的中部。
第一侧板113、第一内侧板115、第二侧板114和第一外侧板116依次相连以便形成第一围板117，第一围板117的第一端部与第一端板111相连，第一围板117的第二端部与第二端板112相连。
具体地，第一端板111和第二端板112沿上下方向间隔开地设置，第一围板117的下端部与第一端板111相连，第一围板117的上端部与第二端板112相连，即第一侧板113、第一内侧板115、第二侧板114和第一外侧板116中的每一者的下端部与第一端板111相连，第一侧板113、第一内侧板115、第二侧板114和第一外侧板116中的每一者的上端部与第二端板112相连。上下方向如图1中的箭头A所示。
第一端板111、第二端板112、第一侧板113、第二侧板114、第一内侧板115和第一外侧板116可以限定出第一容纳腔118，即第一壳体110可以具有第一容纳腔118。膜组件130设在第一容纳腔118内，第一进气口121、第一出气口122和渗余气出口123中的每一者都可以与第一容纳腔118连通。
其中，第一进气口121可以设在第一端板111上，第一出气口122可以设在第二端板112上，渗余气出口123设在第一围板117和第一端板111中的至少一个上。可选地，渗余气出口123可以设在第一围板117的下部上。例如，渗余气出口123可以设在第一外侧板116的下部上。
多个膜分离模块10的第一端板111可以一体成型，多个膜分离模块10的第二端板112可以一体成型。由此不仅可以进一步简化分离装置1的结构、进一步提高分离装置1的一体化程度和结构强度，而且可以进一步降低分离装置1的组装难度。
可选地，在该第一周向上相邻的两个第一壳体110中的一者的第一侧板113与另一者的第二侧板114一体成型。换言之，对于在该第一周向上相邻的两个第一壳体110来说，一个第一壳体110的第一侧板113与另一个第一壳体110的第二侧板114一体成型，即在该第一周向上相邻的两个第一壳体110可以共用一个侧板。由此不仅可以进一步简化分离装置1的结构、进一步提高分离装置1的一体化程度，而且可以进一步提高分离装置1的结构强度。
每个膜组件130的第一端部(例如下端部)与相应的第一端板111相连。每个膜组件130的第二端部(例如上端部)敞开以便形成该渗透气出口，每个膜组件130的第二端部与相应的第二端板112上的第一出气口122相连。其中，相应的第一端板111和相应的第二端板112是指与膜组件130属于同一个膜分离模块10的第一端板111和第二端板112。
多个膜分离模块10的第一内侧板115位于第一正圆柱面或第一正棱柱面上，即多个膜分离模块10的第一内侧板115位于同一正圆柱面或同一正棱柱面上。多个膜分离模块10的第一外侧板116位于第二正圆柱面或第二正棱柱面上，即多个膜分离模块10的第一外侧板116位于同一正圆柱面或同一正棱柱面上。由此可以使分离装置1的结构更加合理。其中，正圆柱面是指正圆柱的侧面，正棱柱面是指正棱柱的侧面。
可选地，多个膜分离模块10的第一内侧板115可以一体成型，多个膜分离模块10的第一外侧板116可以一体成型。由此不仅可以进一步简化分离装置1的结构、进一步提高分离装置1的一体化程度，而且可以进一步提高分离装置1的结构强度。
如图5a和图5b所示，多个吸附模块20可以沿该第一周向布置，即多个吸附模块20可以沿该第一周向排列。每个第二壳体210包括第三端板211、第四端板212、第三侧板213、第四侧板214、第二内侧板215和第二外侧板216。第三侧板213、第二内侧板215、第四侧板214和第二外侧板216依次相连以便形成第二围板217，第二围板217的第一端部与第三端板211相连，第二围板217的第二端部与第四端板212相连。
具体地，第三端板211和第四端板212沿上下方向间隔开地设置，第二围板217的下端部与第三端板211相连，第二围板217的上端部与第四端板212相连，即第三侧板213、第二内侧板215、第四侧板214和第二外侧板216中的每一者的下端部与第三端板211相连，第三侧板213、第二内侧板215、第四侧板214和第二外侧板216中的每一者的上端部与第四端板212相连。
第三端板211、第四端板212、第三侧板213、第四侧板214、第二内侧板215和第二外侧板216可以限定出第二容纳腔218，即第二壳体210可以具有第二容纳腔218。吸附剂层230设在第二容纳腔218内，第二进气口221、第二出气口222和解吸气出口223中的每一者都可以与第二容纳腔218连通。
其中，第二进气口221可以设在第三端板211上，第二出气口222可以设在第四端板212上，解吸气出口223可以设在第二围板217和第三端板211中的至少一个上。可选地，解吸气出口223可以设在第二围板217的下部上。例如，解吸气出口223可以设在第二外侧板216的下部上。
多个吸附模块20的第三端板211一体成型，多个吸附模块20的第四端板212一体成型。由此不仅可以进一步简化分离装置1的结构、进一步提高分离装置1的一体化程度和结构强度，而且可以进一步降低分离装置1的组装难度。
可选地，在该第一周向上相邻的两个第二壳体210中的一者的第三侧板213与另一者的第四侧板214一体成型。换言之，对于在该第一周向上相邻的两个第二壳体210来说，一个第二壳体210的第三侧板213与另一个第二壳体210的第四侧板214一体成型，即在该第一周向上相邻的两个第二壳体210可以共用一个侧板。由此不仅可以进一步简化分离装置1的结构、进一步提高分离装置1的一体化程度，而且可以进一步提高分离装置1的结构强度。
多个吸附模块20的第二内侧板215位于第三正圆柱面或第三正棱柱面上，即多个吸附模块20的第二内侧板215位于同一正圆柱面或同一正棱柱面上。多个吸附模块20的第二外侧板216位于第四正圆柱面或第四正棱柱面上，即多个吸附模块20的第二外侧板216位于同一正圆柱面或同一正棱柱面上。由此可以使分离装置1的结构更加合理。更加可选地，该第一正圆柱面和该第三正圆柱面可以是同一正圆柱面，该第二正圆柱面和该第四正圆柱面可以是同一正圆柱面，该第一正棱柱面和该第三正棱柱面可以是同一正棱柱面，该第二正棱柱面和该第四正棱柱面可以是同一正棱柱面。
可选地，多个吸附模块20的第二内侧板215可以一体成型，多个吸附模块20的第二外侧板216可以一体成型。由此不仅可以进一步简化分离装置1的结构、进一步提高分离装置1的一体化程度，而且可以进一步提高分离装置1的结构强度。
在本发明的第一个示例中，进气模块30可以是多个，多个进气模块30的第三出气口321一一对应地与多个膜分离模块10的第一进气口121连通。也就是说，进气模块30的数量可以等于膜分离模块10的数量，每个进气模块30的第三出气口321与一个膜分离模块10的第一进气口121连通，每个膜分离模块10的第一进气口121与一个进气模块30的第三出气口321连通。
在发明的第二个示例中，进气模块30包括进气总管、控制阀和多个进气支管。该控制阀具有第三进气口323和多个第三出气口321，该进气总管与第三进气口323相连。第三进气口323可切换地与多个第三出气口321中的任意一个连通，即第三进气口323能够与每个第三出气口321连通，同一时间内第三进气口323只与多个第三出气口321的一部分连通，第三进气口323无法同时与所有第三出气口321都连通。例如，第三出气口321可以是五个，可以将第三进气口323从与第一个第三出气口321连通的状态切换至与第三个第三出气口321和第四个第三出气口321中的至少一者连通的状态。
多个该进气支管的第一端部一一对应地与多个第三出气口321相连，多个进气支管的该第二端部一一对应地与多个膜分离模块10的第一进气口121相连。由此原料气体可以依次通过该进气总管、该控制阀和相应的该进气支管进入到相应的膜分离模块10的第一壳体110内。
如图2a-图2c所示，在本发明的第三个示例中，进气模块30包括进气管310和气体分配盘320，进气管310具有第四出气口311，气体分配盘320的周向可以与该第一周向一致。气体分配盘320具有多个缓冲腔322、多个第三进气口323和多个第三出气口321，多个第三进气口323一一对应地与多个缓冲腔322连通，多个第三出气口321一一对应地与多个缓冲腔322连通。可选地，进气管310的上端部是封闭的。
多个第三出气口321一一对应地与多个膜分离模块10的第一进气口121连通。第四出气口311可切换地与多个第三进气口323中的任意一个连通，即第四出气口311能够与每个第三进气口323连通，同一时间内第四出气口311只与多个第三进气口323的一部分连通，第四出气口311无法同时与所有第三进气口323都连通。例如，第三进气口323可以是五个，可以将第四出气口311从与第一个第三进气口323连通的状态切换至与第三个第三进气口323和第四个第三进气口323中的至少一者连通的状态。
在利用分离装置1制取高纯度气体时，使进气管310的第四出气口311与气体分配盘320的一组缓冲腔322的第三进气口323连通，以便向该一组膜分离模块10提供原料气体。其中，该一组缓冲腔322包括至少一个缓冲腔322，该一组膜分离模块10包括至少一个膜分离模块10。
利用该一组膜分离模块10对该原料气体进行分离以便得到粗提纯气体。换言之，可以利用一个膜分离模块10对该原料气体进行分离，也可以利用多个膜分离模块10同时对该原料气体进行分离。然后，利用一组吸附模块20吸附该粗提纯气体中的杂质以便得到高纯度气体，该一组吸附模块20包括至少一个吸附模块20。其中，该一组吸附模块20的至少一个吸附模块20与该一组膜分离模块10的至少一个膜分离模块10一一对应地气体连通。
该一组吸附模块20运行预设时间后或者该一组吸附模块20处理预设量的该粗提纯气体后，例如通过旋转进气管310，使进气管310的第四出气口311与气体分配盘320的另一组缓冲腔322的第三进气口323连通，以便向该另一组膜分离模块10提供该原料气体。该另一组缓冲腔322包括至少一个缓冲腔322，该另一组膜分离模块10包括至少一个膜分离模块10。
利用该另一组膜分离模块10对该原料气体进行分离以便得到该粗提纯气体。也就是说，可以利用一个膜分离模块10对该原料气体进行分离，也可以利用多个膜分离模块10同时对该原料气体进行分离。然后，利用另一组吸附模块20吸附该粗提纯气体中的杂质以便得到高纯度气体，该另一组吸附模块20包括至少一个吸附模块20。其中，该另一组吸附模块20的至少一个吸附模块20与该另一组膜分离模块10的至少一个膜分离模块10一一对应地气体连通。
对该一组吸附模块20中的吸附剂进行再生，以便该一组吸附模块20能够再次用于吸附该粗提纯气体中的杂质。其中，可以在利用该另一组吸附模块20吸附该粗提纯气体中的杂质时，对该一组吸附模块20中的吸附剂进行再生；也可以在利用其他的吸附模块20吸附该粗提纯气体中的杂质时或者其他时间，对该一组吸附模块20中的吸附剂进行再生。其中，可以利用已知的方式对吸附模块20进行再生。
由此可以使分离装置1的多个吸附模块20轮流地进行吸附(工作)和再生以及使多个膜分离模块10轮流地进行工作，即可以使吸附模块20进行周期性工作和再生以及使膜分离模块10进行周期性工作，从而可以使分离装置1能够连续地制取高纯度气体，以便延长分离装置1的工作时间、提高分离装置1的单位时间内的气体处理量。
如图2a和图2b所示，气体分配盘320为环形，即气体分配盘320具有内周面、外周面和中心孔，多个第三进气口323设在气体分配盘320的该内周面上。气体分配盘320能够套设在进气管310的设有第四出气口311的部分上，即进气管310的设有第四出气口311的部分能够位于气体分配盘320的该中心孔内。由此第四出气口311能够位于气体分配盘320的该中心孔内，即第四出气口311能够位于气体分配盘320的该内周面的内侧，以便第四出气口311能够可切换地与多个第三进气口323中的任意一个连通。
进气管310能够相对气体分配盘320可旋转地设置，通过旋转进气管310可以对第四出气口311进行切换，以便使第四出气口311能够与不同的第三进气口323连通。具体地，可以利用驱动装置驱动进气管310旋转，驱动进气管310旋转的驱动装置可以是电机、皮带等。
气体分配盘320能够套设在进气管310的设有第四出气口311的部分上是指：在利用分离装置1制取高纯度气体时，气体分配盘320套设在进气管310的设有第四出气口311的部分上。进气管310能够相对气体分配盘320可旋转地设置是指：在利用分离装置1制取高纯度气体时，进气管310相对气体分配盘320可旋转地设置。在未利用分离装置1制取高纯度气体时，气体分配盘320可以套设在进气管310的设有第四出气口311的部分上，也可以不套设在进气管310的设有第四出气口311的部分上。
如图2a和图2c所示，每个第三出气口321包括多个子出气口3211，多个子出气口3211构成多个子出气口组，多个该子出气口组可以沿气体分配盘320的周向间隔开地设置。每个该子出气口组包括多个子出气口3211，每个该子出气口组的多个子出气口3211沿气体分配盘320的径向间隔开地设置。
每个膜分离模块10具有多个第一进气口121，每个膜分离模块10的多个第一进气口121一一对应地与相应的第三出气口321的多个子出气口3211连通。可选地，每个膜分离模块10的多个第一进气口121可以构成多个进气口组，多个该进气口组可以沿气体分配盘320的周向间隔开地设置。每个该进气口组包括多个第一进气口121，每个该进气口组的多个第一进气口121沿气体分配盘320的径向间隔开地设置。更加可选地，每个膜分离模块10的多个第一进气口121与相应的第三出气口321的多个子出气口3211在气体分配盘320的轴向(例如上下方向)上一一相对，以便更好地实现连通。
如图2a-图2c所示，气体分配盘320包括第一盘体324和第二盘体325，第一盘体324为环形，即第一盘体324具有内周面、外周面和中心孔。第一盘体324具有第一端面3241(例如上端面)，第一端面3241上设有多个缓冲腔322。
缓冲腔322的内端敞开以便形成第三进气口323或者第三进气口323设在缓冲腔322的内侧壁面上，缓冲腔322的内端是指缓冲腔322的邻近(朝向)第一盘体324的中部(中心孔)的端部，缓冲腔322的内侧壁面是指缓冲腔322的邻近(朝向)第一盘体324的中部(中心孔)的侧壁面。也就是说，可以每个缓冲腔322的内端都敞开以便形成多个第三进气口323，还可以每个缓冲腔322的内侧壁面上都设置第三进气口323，也可以多个缓冲腔322中的一部分的内端敞开以便形成第三进气口323、多个缓冲腔322中的其余部分的内侧壁面上设置第三进气口323。
其中，第一盘体324能够套设在进气管310的设有第四出气口311的部分上，即进气管310的设有第四出气口311的部分能够位于第一盘体324的该中心孔内。由此第四出气口311能够位于第一盘体324的该中心孔内，即第四出气口311能够位于第一盘体324的该内周面的内侧，以便第四出气口311能够可切换地与多个第三进气口323中的任意一个连通。
进气管310能够相对第一盘体324可旋转地设置，通过旋转进气管310可以对第四出气口311进行切换，以便使第四出气口311能够与不同的第三进气口323连通。
第一盘体324能够套设在进气管310的设有第四出气口311的部分上是指：在利用分离装置1制取高纯度气体时，第一盘体324套设在进气管310的设有第四出气口311的部分上。在未利用分离装置1制取高纯度气体时，第一盘体324可以套设在进气管310的设有第四出气口311的部分上，也可以不套设在进气管310的设有第四出气口311的部分上。
第二盘体325设在第一端面3241上，第二盘体325覆盖多个缓冲腔322。第三出气口321设在第二盘体325上，第三出气口321沿第二盘体325的厚度方向(轴向)贯通第二盘体325。例如，第三出气口321沿上下方向贯通第二盘体325。由此可以降低缓冲腔322、第三进气口323和第三出气口321的加工难度，从而可以降低分离装置1的加工难度和加工成本。
可选地，第二盘体325和多个第一壳体110的第一端板111可以一体成型。由此不仅可以进一步简化分离装置1的结构、进一步提高分离装置1的一体化程度和结构强度，而且可以进一步降低分离装置1的组装难度。
可选地，多个第一壳体110的第二端板112以及多个第二壳体210的第三端板211可以一体成型。由此不仅可以进一步简化分离装置1的结构、进一步提高分离装置1的一体化程度和结构强度，而且可以进一步降低分离装置1的组装难度。
气体分配盘320还可以包括一盘体、第二盘体和第三盘体，该第一盘体和该第三盘体都可以是环形。该第一盘体具有在其厚度方向上相对的第一端面(例如上端面)和第二端面(例如下端面)，该第一盘体上设有多个缓冲腔322，每个缓冲腔322沿该第一盘体的厚度方向(例如上下方向)贯通该第一盘体。缓冲腔322的内端敞开以便形成第三进气口323或者第三进气口323设在缓冲腔322的内侧壁面上。
该第二盘体设在该第一端面上，该第三盘体设在该第二端面上，该第二盘体和该第三盘体覆盖多个该缓冲腔322。第三出气口321设在该第二盘体上，第三出气口321沿该第二盘体的厚度方向(轴向)贯通该第二盘体。例如，第三出气口321沿上下方向贯通该第二盘体。由此可以降低缓冲腔322、第三进气口323和第三出气口321的加工难度，从而可以降低分离装置1的加工难度和加工成本。
该第一盘体能够套设在进气管310的设有第四出气口311的部分上，进气管310能够相对该第一盘体可旋转地设置。通过旋转进气管310可以对第四出气口311进行切换，以便使第四出气口311能够与不同的第三进气口323连通。可选地，该第三盘体能够套设在进气管310的设有第四出气口311的部分上，进气管310能够相对该第三盘体可旋转地设置。由此可以使进气模块30的结构更加合理。
如图1所示，在本发明的一个具体示例中，分离装置1进一步包括中心轴40，多个膜分离模块10能够沿中心轴40的周向布置，多个吸附模块20能够沿中心轴40的周向布置。换言之，多个膜分离模块10能够环绕中心轴40设置，多个吸附模块20能够环绕中心轴40的设置。其中，中心轴40的周向可以与该第一周向一致。例如，中心轴40的周向、该第一周向和气体分配盘320(第一盘体324)的周向可以彼此一致。
膜分离模块10的第一内侧板115邻近中心轴40或者膜分离模块10的第一内侧板115与中心轴40接触。也就是说，可以每个膜分离模块10的第一内侧板115都邻近中心轴40，还可以每个膜分离模块10的第一内侧板115都与中心轴40接触，也可以多个膜分离模块10的第一内侧板115中的一部分邻近中心轴40、多个膜分离模块10的第一内侧板115中的其余部分与中心轴40接触。
每个吸附模块20的第二内侧板215邻近中心轴40或者每个吸附模块20的第二内侧板215与中心轴40接触。也就是说，可以每个吸附模块20的第二内侧板215都邻近中心轴40，还可以每个吸附模块20的第二内侧板215都与中心轴40接触，也可以多个吸附模块20的第二内侧板215中的一部分邻近中心轴40、多个吸附模块20的第二内侧板215中的其余部分与中心轴40接触。
通过设置中心轴40，从而可以通过将多个膜分离模块10和多个吸附模块20环绕中心轴40设置，来实现多个膜分离模块10和多个吸附模块20的快速安装与检修。
多个膜分离模块10能够沿中心轴40的周向布置是指：在刚安装完多个膜分离模块10时，多个膜分离模块10沿中心轴40的周向布置。在安装多个膜分离模块10之前、多个膜分离模块10安装完毕之后、利用分离装置1制取高纯度气体等阶段时，多个膜分离模块10可以沿中心轴40的周向布置，还可以将中心轴40取走以便中心轴40脱离多个膜分离模块10。
多个吸附模块20能够沿中心轴40的周向布置是指：在刚安装完多个吸附模块20时，多个吸附模块20沿中心轴40的周向布置。在安装多个吸附模块20之前、多个吸附模块20安装完毕之后、利用分离装置1制取高纯度气体等阶段时，多个吸附模块20可以沿中心轴40的周向布置，还可以将中心轴40取走以便中心轴40脱离多个吸附模块20。
可选地，如图1所示，多个膜分离模块10的第一端板111一体成型以便形成底板，该底板上设有安装孔，中心轴40的端部(例如下端部)能够配合在该安装孔内。
中心轴40的端部能够配合在该安装孔内是指：在安装多个膜分离模块10和/或多个吸附模块20时以及在多个膜分离模块10和/或多个吸附模块20刚安装完毕时，中心轴40的端部配合在该安装孔内。在安装多个膜分离模块10和/或多个吸附模块20之前、多个膜分离模块10和/或多个吸附模块20安装完毕之后、利用分离装置1制取高纯度气体等阶段时，中心轴40的端部可以配合在该安装孔内，中心轴40的端部也可以脱离该安装孔。如图6所示，第四端板212上设有通孔2121，中心轴40能够穿过通孔2121。
可选地，多个膜分离模块10的中心轴线与多个吸附模块20的中心轴线可以重合，即多个膜分离模块10和多个吸附模块20可以同轴设置。
本发明公开了一种高纯度气体制取装置(分离装置1)。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。
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。
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。
所述原料气进气管上开口的宽度不大于相对应的缓冲区在圆心处开口的宽度。
所述装置还包括驱动装置，所述驱动装置用于驱动原料气进气管按照程序转动。
所述的膜分离模块与吸附分离模块同轴设置。
所述膜分离壳体在对应2n个膜块单元的位置分别设置有渗余气排出口。
所述的原料气分配盘上分布有若干贯通孔，所述的若干贯通孔分为2n个区，分别与2n个膜分离模块相对应。
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个吸附分离单元相对应，并互通。
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析气排出口。
所述的装置还包括中心轴，所述的膜分离模块、所述吸附分离模块和产品气控制器均套装于所述中心轴上。
所述膜分离模块壳体、吸附分离模块壳体为圆筒状结构。
所述原料气进气管的末端封闭。
所述缓冲区在朝向中心处的2n个开口彼此隔离且不相通。
膜分离模块的出气端膜管支撑板与吸附剂模块分配盘采用同一组件。
本发明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。
本发明的技术方案如下：
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，本发明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。
本发明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。
本发明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，本发明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。
下面结合附图对本发明所述高纯度气体制取装置做进一步说明，如图1至图6所示，本发明提供一种高纯度气体制取装置，所述装置包括进气管310、气体分配盘320、膜分离模块10、吸附模块20、产品气控制器和中心轴40。
所述的气体分配盘320包括第一盘体324和第二盘体325。所述第一盘体324上设有凹槽型缓冲腔322，同时凹槽设有朝向中轴、用于接收来自进气管310的原料气的第三进气口323(第三进气口323的数量与缓冲腔322的数量相等，且相互隔离)，第二盘体325上设有贯通的第三出气口321。
第二盘体325覆盖于第一盘体324之上，使得原料气只能通过第三进气口323进入缓冲腔322，再由缓冲腔322经过第二盘体325上的第三出气口321均匀分配进入膜分离模块10。
第三出气口321一般设置为扇形排布，可以使原料气均匀地分配到膜分离模块10的膜管外侧。
进气管310处于中轴位置，在进气管310上设有第四出气口311，用于将原料气通过第三进气口323分配至缓冲腔322，仅有第四出气口311与一个第三进气口323对应时，原料气进入相应的缓冲腔322，再依次进入对应的膜分离模块10和吸附模块20，在第四出气口311所不对应的缓冲腔322中没有原料气进入。
膜分离模块10包括膜组件130、膜组件分区隔板113、114、膜组件安装壳体115、116、进气端膜管支撑板111、出气端膜管支撑板112和位于安装壳体(上)底部的渗余气出口123(渗余气出口123的数目与膜分离模块10的数量可以相等)。进气端膜管支撑板111可以采用与第二盘体325完全相同的结构，且其设置的贯通孔亦与第二盘体325的贯通孔(第三出气口321)一一对应。或者，进气端膜管支撑板111与第二盘体325采用同一构件。出气端膜管支撑板112与膜组件安装壳体115、116边缘密封连接，其上设置若干贯通孔，若干贯通孔与膜组件130的出气口一一对应。
所述的吸附模块20包括吸附剂床层230、吸附剂床层分区隔板213、214、吸附剂床层壳体215、216、吸附剂模块分配盘211、位于吸附剂床层壳体215、216(上)底部的解吸气出口223(解吸气出口223的数目与吸附模块20的数目相等)。吸附剂模块分配盘211可以采用与出气端膜管支撑板112完全相同的结构，且其设置的贯通孔亦与出气端膜管支撑板112上的贯通孔一一对应。或者，吸附剂模块分配盘211与出气端膜管支撑板112采用同一构件。
产品气控制器包括产品气出口和装置中心轴安装孔。
本发明所述高纯度气体制取装置从下而上顺序为进气管310、气体分配盘320、膜分离模块10、吸附模块20和产品气控制器5，上述部件或模块都为圆柱状或正多边形体，且均安装在中心轴40上。中心轴40可以实现装置的快速安装与检修。
膜分离模块10与吸附模块20分隔为相等的区块数2n(n为整数)，区块数最少为2。
该产品气控制器位于装置最顶部，该产品气控制器的产品气出口数目与吸附模块20的数目相等，用于控制产品气的排出与吸附模块20的吸附剂层230内部的压力。
下面简单描述高纯度气体制取装置的工作过程，以膜分离模块10和吸附模块20均为4个为例进行说明，高纯度气体制取装置工作时包括如下步骤：
(1)启动装置，原料气体经进气管310，由联通的第四出气口311与第三进气口323进入缓冲腔322，最后经过第二盘体325上的第三出气口321进入膜分离模块10。膜分离模块10下端密封，原料气进入膜分离模块10的壳程，透过膜组件130进入膜管内部，透过膜管的气体为粗提纯气体，未透过的为渗余气体。
(2)粗提纯气体经由与第二盘体325类似的气体分配器后，进入吸附模块20的吸附剂层230，此时工作的吸附模块20与工作的膜分离模块10相对应。经吸附模块20得到的高纯度气体通过产品气出口离开装置。
(3)当一吸附模块20的吸附剂层230达到吸附峰值后，通过转动进气管310，使其上的第四出气口311与下一个缓冲腔322的第三进气口323连通，重复进行1、2步骤可得到连续高纯度气体。
(4)在每一个膜分离模块10有原料气体通过的同时，其渗余气都通过渗余气出口123排出装置。
(5)在每一个吸附模块20完成吸附后，经过另一膜分离模块10得到的粗提纯气体开始进入另一个吸附模块20时，完成吸附的吸附模块20开始降压并通过产品气出口排出床层中吸附的高纯度产品气体，用于给解吸后的吸附剂层230吹扫再生。
(6)当吸附剂层230释放出所吸附的高纯度产品气体后，关闭产品气排出口，打开解吸气出口223，完成解吸后的吸附剂层230接通另一吸附完成的吸附剂层230中吸附的高纯产品气体进行吹扫再生，进一步利用产品气升压，准备好下次吸附流程。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (28)

1.一种分离装置，其特征在于，包括：
膜分离模块，所述膜分离模块包括第一壳体以及能够设在所述第一壳体内的膜组件，所述第一壳体具有第一进气口、第一出气口和渗余气出口，所述膜组件具有渗透气出口，所述渗透气出口与所述第一出气口连通；
吸附模块，所述吸附模块包括第二壳体以及能够设在所述第二壳体内的吸附剂层，所述第二壳体设在所述第一壳体上，其中所述第二壳体具有第二进气口、第二出气口和解吸气出口，所述第二进气口与所述第一出气口连通；和
进气模块，所述进气模块包括进气管和气体分配盘，所述进气管具有第四出气口，所述气体分配盘具有缓冲腔和第三出气口，所述第三出气口与所述缓冲腔连通，所述第四出气口与所述缓冲腔连通，所述第三出气口与所述第一进气口连通。
2.根据权利要求1所述的分离装置，其特征在于，所述第二壳体直接设在所述第一壳体上。
3.根据权利要求1或2所述的分离装置，其特征在于，所述第一进气口为多个，每个所述第一进气口与所述第三出气口连通。
4.根据权利要求3所述的分离装置，其特征在于，所述膜组件为多个，所述第一出气口为多个，所述第二进气口为多个，其中多个所述膜组件的所述渗透气出口一一对应地与多个所述第一出气口连通，多个所述第一出气口一一对应地与多个所述第二进气口连通。
5.根据权利要求1或2所述的分离装置，其特征在于，所述气体分配盘具有多个所述第三出气口，每个所述第三出气口与所述缓冲腔连通，其中所述第一进气口为多个，多个所述第三出气口一一对应地与多个所述第一进气口连通。
6.根据权利要求1所述的分离装置，其特征在于，所述膜分离模块为多个，所述吸附模块为多个，每个所述膜分离模块的所述第一进气口与所述第三出气口连通，多个所述第二壳体一一对应地设在多个所述第一壳体上，多个所述膜分离模块的所述第一出气口一一对应地与多个所述吸附模块的所述第二进气口连通。
7.根据权利要求6所述的分离装置，其特征在于，所述进气模块为多个，多个所述进气模块的所述第三出气口一一对应地与多个所述膜分离模块的所述第一进气口连通。
8.根据权利要求6所述的分离装置，其特征在于，所述进气模块包括：
进气总管；
控制阀，所述控制阀具有第三进气口和多个所述第三出气口，所述第三进气口可切换地与多个所述第三出气口中的任意一个连通，其中所述进气总管与所述第三进气口相连；和
多个进气支管，多个所述进气支管的第一端部一一对应地与多个所述第三出气口相连，多个所述进气支管的第二端部一一对应地与多个所述膜分离模块的所述第一进气口相连。
9.根据权利要求6所述的分离装置，其特征在于，所述气体分配盘具有多个缓冲腔、多个第三进气口和多个所述第三出气口，多个所述第三进气口一一对应地与多个所述缓冲腔连通，多个所述第三出气口一一对应地与多个所述缓冲腔连通，其中所述第四出气口可切换地与多个所述第三进气口中的任意一个连通，多个所述第三出气口一一对应地与多个所述膜分离模块的所述第一进气口连通。
10.根据权利要求9所述的分离装置，其特征在于，所述气体分配盘为环形，多个所述第三进气口设在所述气体分配盘的内周面上，其中所述气体分配盘能够套设在所述进气管的设有所述第四出气口的部分上，所述进气管能够相对所述气体分配盘可旋转地设置。
11.根据权利要求9所述的分离装置，其特征在于，每个所述第三出气口包括多个子出气口，多个所述子出气口构成沿所述气体分配盘的周向间隔开设置的多个子出气口组，每个所述子出气口组包括沿所述气体分配盘的径向间隔开设置的多个所述子出气口，每个所述膜分离模块具有多个所述第一进气口，每个所述膜分离模块的多个所述第一进气口一一对应地与相应的所述第三出气口的所述多个子出气口连通。
12.根据权利要求9所述的分离装置，其特征在于，所述气体分配盘包括：
环形的第一盘体，所述第一盘体具有第一端面，所述第一端面上设有多个所述缓冲腔，所述缓冲腔的内端敞开以便形成所述第三进气口或者所述第三进气口设在所述缓冲腔的内侧壁面上，其中所述第一盘体能够套设在所述进气管的设有所述第四出气口的部分上，所述进气管能够相对所述第一盘体可旋转地设置；和
第二盘体，所述第二盘体设在所述第一端面上，所述第二盘体覆盖多个所述缓冲腔，所述第三出气口设在所述第二盘体上，所述第三出气口沿所述第二盘体的厚度方向贯通所述第二盘体。
13.根据权利要求9所述的分离装置，其特征在于，所述气体分配盘包括：
环形的第一盘体，所述第一盘体具有在其厚度方向上相对的第一端面和第二端面，所述第一盘体上设有多个所述缓冲腔，每个所述缓冲腔沿所述第一盘体的厚度方向贯通所述第一盘体，所述缓冲腔的内端敞开以便形成所述第三进气口或者所述第三进气口设在所述缓冲腔的内侧壁面上；以及
第二盘体和环形的第三盘体，所述第二盘体设在所述第一端面上，所述第三盘体设在所述第二端面上，所述第二盘体和所述第三盘体覆盖多个所述缓冲腔，其中所述第一盘体能够套设在所述进气管的设有所述第四出气口的部分上，所述进气管能够相对所述第一盘体可旋转地设置，所述第三出气口设在所述第二盘体上，所述第三出气口沿所述第二盘体的厚度方向贯通所述第二盘体。
14.根据权利要求6所述的分离装置，其特征在于，多个所述膜分离模块沿第一周向布置，所述第一壳体包括：
第一端板和第二端板；以及
第一侧板、第二侧板、第一内侧板和第一外侧板，所述第一侧板、所述第一内侧板、所述第二侧板和第一外侧板依次相连以便形成第一围板，所述第一围板的第一端部与所述第一端板相连，所述第一围板的第二端部与所述第二端板相连，其中所述第一进气口设在所述第一端板上，所述第一出气口设在所述第二端板上，所述渗余气出口设在所述第一围板和所述第一端板中的至少一个上。
15.根据权利要求14所述的分离装置，其特征在于，多个所述膜分离模块的所述第一端板一体成型，多个所述膜分离模块的所述第二端板一体成型。
16.根据权利要求15所述的分离装置，其特征在于，在所述第一周向上相邻的两个所述第一壳体中的一者的所述第一侧板与另一者的所述第二侧板一体成型。
17.根据权利要求15所述的分离装置，其特征在于，多个所述膜分离模块的所述第一内侧板一体成型，多个所述膜分离模块的所述第一外侧板一体成型。
18.根据权利要求14所述的分离装置，其特征在于，每个所述膜组件的第一端部与相应的所述第一端板相连，每个所述膜组件的第二端部敞开以便形成所述渗透气出口，每个所述膜组件的第二端部与相应的所述第二端板上的所述第一出气口相连。
19.根据权利要求14所述的分离装置，其特征在于，多个所述膜分离模块的第一内侧板位于第一正圆柱面或第一正棱柱面上，多个所述膜分离模块的第一外侧板位于第二正圆柱面或第二正棱柱面上。
20.根据权利要求6或14所述的分离装置，其特征在于，多个所述吸附模块沿第一周向布置，所述第二壳体包括：
第三端板和第四端板；以及
第三侧板、第四侧板、第二内侧板和第二外侧板，所述第三侧板、所述第二内侧板、所述第四侧板和第二外侧板依次相连以便形成第二围板，所述第二围板的第一端部与所述第三端板相连，所述第二围板的第二端部与所述第四端板相连，其中所述第二进气口设在所述第三端板上，所述第二出气口设在所述第四端板上，所述解吸气出口设在所述第二围板和所述第三端板中的至少一个上。
21.根据权利要求20所述的分离装置，其特征在于，多个所述吸附模块的所述第三端板一体成型，多个所述吸附模块的所述第四端板一体成型。
22.根据权利要求21所述的分离装置，其特征在于，在所述第一周向上相邻的两个所述第二壳体中的一者的所述第三侧板与另一者的所述第四侧板一体成型。
23.根据权利要求21所述的分离装置，其特征在于，多个所述吸附模块的所述第二内侧板一体成型，多个所述吸附模块的所述第二外侧板一体成型。
24.根据权利要求20所述的分离装置，其特征在于，多个所述吸附模块的所述第二内侧板位于第三正圆柱面或第三正棱柱面上，多个所述吸附模块的所述第二外侧板位于第四正圆柱面或第四正棱柱面上。
25.根据权利要求24所述的分离装置，其特征在于，所述第一正圆柱面和所述第三正圆柱面为同一正圆柱面，所述第二正圆柱面和所述第四正圆柱面为同一正圆柱面，所述第一正棱柱面和所述第三正棱柱面为同一正棱柱面，所述第二正棱柱面和所述第四正棱柱面为同一正棱柱面。
26.根据权利要求20所述的分离装置，其特征在于，进一步包括中心轴，多个所述膜分离模块能够沿所述中心轴的周向布置，多个所述吸附模块能够沿所述中心轴的周向布置，其中所述膜分离模块的所述第一内侧板邻近所述中心轴或者所述膜分离模块的所述第一内侧板与所述中心轴接触，每个所述吸附模块的所述第二内侧板邻近所述中心轴或者每个所述吸附模块的所述第二内侧板与所述中心轴接触。
27.一种利用根据权利要求1-26中任一项所述的分离装置实施的分离方法，包括以下步骤：
利用进气模块向膜分离模块提供原料气体；
利用所述膜分离模块对所述原料气体进行分离以便得到粗提纯气体；和
利用吸附模块吸附所述粗提纯气体中的杂质以便得到高纯度气体。
28.根据权利要求27所述的分离方法，其特征在于，
使进气管的第四出气口与气体分配盘的一组缓冲腔的第三进气口连通，以便向一组所述膜分离模块提供所述原料气体，一组所述缓冲腔包括至少一个所述缓冲腔，一组所述膜分离模块包括至少一个所述膜分离模块；
利用一组所述膜分离模块对所述原料气体进行分离以便得到粗提纯气体；
利用一组所述吸附模块吸附所述粗提纯气体中的杂质以便得到高纯度气体，一组所述吸附模块包括至少一个所述吸附模块；
一组所述吸附模块运行预设时间后或者一组所述吸附模块处理预设量的所述粗提纯气体后，使所述进气管的所述第四出气口与所述气体分配盘的另一组所述缓冲腔的所述第三进气口连通，以便向另一组所述膜分离模块提供所述原料气体，另一组所述缓冲腔包括至少一个所述缓冲腔，另一组所述膜分离模块包括至少一个所述膜分离模块；
利用另一组所述膜分离模块对所述原料气体进行分离以便得到所述粗提纯气体；
利用另一组所述吸附模块吸附所述粗提纯气体中的杂质以便得到高纯度气体，另一组所述吸附模块包括至少一个所述吸附模块；和
对一组所述吸附模块中的吸附剂进行再生。
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