CN117823258A - 一种带能量回收的膜富氧气体站装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带能量回收的膜富氧气体站装置，包括第一压缩空气管路、富氧气体管路及第一富氮气体管路，第一压缩空气管路上依次连接有第一压缩机、第二压缩机及膜富氧撬装装置；富氧气体管路与膜富氧撬装装置的富氧输出端连接；第一富氮气体管路与膜富氧撬装装置的富氮输出端连接，第一富氮气体管路上设有透平膨胀机，透平膨胀机通过传动轴与第二压缩机连接。制得的富氮气体既可以用于制取纯氮气体或与压缩空气掺混使用，还可以通过透平膨胀机进行绝热膨胀对外做功消耗富氮气体本身的内能，同时通过对富氮气体内能的回收利用产出更多的富氧气体，从而进一步的提高富氧气体站的综合效率。
Description
技术领域
本发明涉及气体能量回收技术领域，尤其涉及一种带能量回收的膜富氧气体站装置。
背景技术
气体膜分离技术是一种利用半透膜实现气体混合物分离的先进技术。该技术基于不同气体在半透膜上的溶解和扩散系数差异，从而实现选择性分离。在气体膜分离过程中，气体在压力差的作用下通过半透膜时，优先透过半透膜的气体为快气，被滞留的气体为慢气。由于快气和慢气的透过率不同，透过膜的气体混合物中各组分的比例发生变化，从而实现混合物的分离。气体膜分离技术具有高效、节能、环保等优点，被广泛应用于氢气、氮气、氧气、二氧化碳等气体的分离，以及工业尾气的处理和有害气体的治理等领域。
现有富氧气体站中，经富氧膜分离得到的带压富氮气体通常被直接排入大气中，富氮气体的能量没有得到有效的回收使用，造成了富氮气体利用效率低、动能浪费的情况。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种既能充分利用带压富氮气体又能提高富氧气体制取量的带能量回收的膜富氧气体站装置。
技术方案：为了实现上述发明目的，本发明的一种带能量回收的膜富氧气体站装置，包括第一压缩空气管路(101)、富氧气体管路(102)及第一富氮气体管路(103)，
所述第一压缩空气管路(101)上依次连接有第一压缩机(4)、第二压缩机(6)及膜富氧撬装装置(7)；
所述富氧气体管路(102)与所述膜富氧撬装装置(7)的富氧输出端连接；
所述第一富氮气体管路(103)与所述膜富氧撬装装置(7)的富氮输出端连接，所述第一富氮气体管路(103)上设有透平膨胀机(10)，所述透平膨胀机(10)通过传动轴(11)与所述第二压缩机(6)连接。
进一步地，所述第一压缩空气管路(101)上还设有过滤器(2)、干燥机(5)，所述过滤器(2)与所述第一压缩机(4)连接，所述干燥机(5)分别与所述第一压缩机(4)和所述第二压缩机(6)连接。
更进一步地，所述过滤器(2)与所述第一压缩机(4)之间设有一个或多个第一调节阀(301)。
更进一步地，所述干燥机(5)与所述第一压缩机(4)之间设有一个或多个第二调节阀(302)。
更进一步地，所述第二压缩机(6)与所述膜富氧撬装装置(7)之间设有一个或多个第三调节阀(303)。
更进一步地，所述膜富氧撬装装置(7)与所述透平膨胀机(10)之间设有一个或多个第四调节阀(304)。
进一步地，第一富氮气体管路(103)在所述第四调节阀(304)和所述膜富氧撬装装置(7)之间连接有第二富氮气体管路(104)。
更进一步地，所述第二富氮气体管路(104)上设有一个或多个第五调节阀(305)。
进一步地，所述第一压缩空气管路(101)在所述干燥机(5)与所述第二压缩机(6)之间连接有第二压缩空气管路(105)。
更进一步地，所述第二压缩空气管路(105)上沿气体流出方向依次设有一个或多个第六调节阀(306)、旁通阀组(8)及压缩气体储罐(9)。
有益效果：本发明的有益之处在于，在富氧气体站中，压缩空气经膜富氧撬装装置进行膜分离得到的富氮气体，既可以用于制取纯氮气体或与压缩空气掺混使用，还可以通过透平膨胀机进行绝热膨胀对外做功消耗富氮气体本身的内能，压缩空气在相同气量条件下，通过对富氮气体内能的回收利用可以产出更多的富氧气体，从而进一步的提高富氧气体站的综合效率。
本发明的有益之处在于，当第二压缩空气管路中阀门故障时或需要更换时，通过旁通阀组的设置，可以把主管道阀门关闭，打开旁通阀组中的另一个阀门让压缩空气继续流通，可以实现互为备份切换使用以方便设备维护或更换备件，也可以在第二压缩空气管路负荷要求高时同时使用，保证了气体站整体的安全、可靠度。
附图说明
图1是实施例的装置结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种带能量回收的膜富氧气体站装置，包括第一压缩空气管路101、富氧气体管路102及第一富氮气体管路103，
第一压缩空气管路101上依次连接有过滤器2、一个或多个第一调节阀301(作为本实施例的优选方式，本实施例装置设有一个第一调节阀301)、第一压缩机4、一个或多个第二调节阀302(作为本实施例的优选方式，本实施例装置设有一个第二调节阀302)、干燥机5、第二压缩机6、一个或多个第三调节阀303(作为本实施例的优选方式，本实施例装置设有一个第三调节阀303)及膜富氧撬装装置7；第一压缩空气管路101在干燥机5与第二压缩机6之间连接有第二压缩空气管路105，第二压缩空气管路105上沿气体流出方向依次设有一个或多个第六调节阀306(作为本实施例的优选方式，本实施例装置设有一个第六调节阀306)、旁通阀组8及压缩气体储罐9，本实施例旁通阀组8由两条并联管路组成，每条并联管路上各设有一个或多个调节阀。
富氧气体管路102与膜富氧撬装装置7的富氧输出端连接。
第一富氮气体管路103与膜富氧撬装装置7的富氮输出端连接，第一富氮气体管路103上沿气体流出方向依次设有一个或多个第四调节阀304(作为本实施例的优选方式，本实施例装置设有一个第四调节阀304)、透平膨胀机10，透平膨胀机10通过传动轴11与所述第二压缩机6连接；第一富氮气体管路103在第四调节阀304和膜富氧撬装装置7之间连接有第二富氮气体管路104，第二富氮气体管路104上设有一个或多个第五调节阀305(作为本实施例的优选方式，本实施例装置设有一个第五调节阀305)。
本实施例中，第一调节阀301、第二调节阀302、第三调节阀303、第四调节阀304、第五调节阀305及第六调节阀306均用于控制或关断气流。干燥机5主要用于除去压缩空气中的水分，可采用成熟技术(如市场上的压缩热零气耗干燥机)；膜富氧撬装装置7可采用型号为ZOE12-1K的撬装装置标准模块，在某运行工况下，当单个撬装装置标准模块产出富氧气体的压力300kPa时，富氧流量约550Nm3/h、富氧浓度达33％左右；产出的富氮气体压力位3-19bar、浓度为90％；
考虑实际需求的变化和不同工况压缩空气和富氮气体压力和流量的差异，以及膜组建的可组合特征，对于相应的气体流量、压力和温度，配套的透平膨胀机10和第二压缩机6选型也要进行合理调整。考虑到压缩空气的压力，第二压缩机6进口管道承压能力也需要进行调整。
工作原理：空气经过滤器2过滤后通过第一调节阀301调节后传输给第一压缩机4进行增压后，再通过第二调节阀302调节后，进入干燥机5中进行除水工序后流出，制得压力为5-13bar的压缩空气。该压缩空气一部分通过第二压缩机6、第三调节阀303调节后进入膜富氧撬装装置7中进行后续的富氧膜分离工序；另一部分压缩空气通过开启并调节第六调节阀306流入第二压缩空气管路105中，再经过旁通阀组8调节气流后进入压缩气体储罐9中进行缓存，缓存后的压缩空气可作为成品气体供用户使用。旁通阀组8作为备用管道，其作用是当第二压缩空气管路105中阀门故障或需要更换时，将它隔离出来，或是把主管道阀门关闭，打开旁通阀组中的另一个阀门可以让气体继续流通，可以实现互为备份切换使用以方便设备维护或更换备件，也可以在负荷要求高时同时使用。进入膜富氧撬装装置7中的压缩空气按照压缩空气中气体成分各自不同的渗透速率分离成为富氧气体(压力为10-300kPa)和富氮气体(压力为4-14bar)，富氧气体通过富氧气体管路102流出后供用户使用，富氮气体一部分通过第一富氮气体管路103流入透平膨胀机10，用于后续的能量回收利用。作为优选示例，另一部分富氮气体可通过打开或调节第五调节阀305流入第二富氮气体管路104，通过第二富氮气体管路104流出，在富氧气体站中，可用于制取纯氮(如果在生产工艺中需要氮气)或通入压缩空气中掺混使用，提高富氮气体的利用效率。通过第一富氮气体管路103直接流入透平膨胀机10中的部分富氮气体，透平膨胀机10对其进行绝热膨胀对外做功消耗富氮气体本身的内能，接着，透平膨胀机10的输出端带动传动轴11转动后驱动第二压缩机6，第二压缩机6可以对第一压缩空气管路101的压缩空气再增压，再增压后的压缩空气直接导入膜富氧撬装装置7中进行膜富氧分离，随着压缩空气压力与温度的提高，相同气量下压缩气体经富氧膜分离后产出的富氧量就越大，因此，在富氧气体站中，通过对富氮气体内能的回收利用可以产出更多的富氧气体，从而进一步的提高富氧气体站的综合效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种带能量回收的膜富氧气体站装置，其特征在于，包括第一压缩空气管路(101)、富氧气体管路(102)及第一富氮气体管路(103)，
所述第一压缩空气管路(101)上依次连接有第一压缩机(4)、第二压缩机(6)及膜富氧撬装装置(7)；
所述富氧气体管路(102)与所述膜富氧撬装装置(7)的富氧输出端连接；
所述第一富氮气体管路(103)与所述膜富氧撬装装置(7)的富氮输出端连接，所述第一富氮气体管路(103)上设有透平膨胀机(10)，所述透平膨胀机(10)通过传动轴(11)与所述第二压缩机(6)连接。
2.根据权利要求1所述的带能量回收的膜富氧气体站装置，其特征在于，所述第一压缩空气管路(101)上还设有过滤器(2)、干燥机(5)，所述过滤器(2)与所述第一压缩机(4)连接，所述干燥机(5)分别与所述第一压缩机(4)和所述第二压缩机(6)连接。
3.根据权利要求2所述的带能量回收的膜富氧气体站装置，其特征在于，所述过滤器(2)与所述第一压缩机(4)之间设有一个或多个第一调节阀(301)。
4.根据权利要求2所述的带能量回收的膜富氧气体站装置，其特征在于，所述干燥机(5)与所述第一压缩机(4)之间设有一个或多个第二调节阀(302)。
5.根据权利要求2所述的带能量回收的膜富氧气体站装置，其特征在于，所述第二压缩机(6)与所述膜富氧撬装装置(7)之间设有一个或多个第三调节阀(303)。
6.根据权利要求1所述的带能量回收的膜富氧气体站装置，其特征在于，所述膜富氧撬装装置(7)与所述透平膨胀机(10)之间设有一个或多个第四调节阀(304)。
7.根据权利要求6所述的带能量回收的膜富氧气体站装置，其特征在于，第一富氮气体管路(103)在所述第四调节阀(304)和所述膜富氧撬装装置(7)之间连接有第二富氮气体管路(104)。
8.根据权利要求7所述的带能量回收的膜富氧气体站装置，其特征在于，所述第二富氮气体管路(104)上设有一个或多个第五调节阀(305)。
9.根据权利要求2所述的带能量回收的膜富氧气体站装置，其特征在于，所述第一压缩空气管路(101)在所述干燥机(5)与所述第二压缩机(6)之间连接有第二压缩空气管路(105)。
10.根据权利要求9所述的带能量回收的膜富氧气体站装置，其特征在于，所述第二压缩空气管路(105)上沿气体流出方向依次设有一个或多个第六调节阀(306)、旁通阀组(8)及压缩气体储罐(9)。
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