CN1978033A - 模块分离设备 - Google Patents

Abstract

一种气流分离设备，包括可从开放条件移动到关闭条件的气流分离阀门。在一个实施方案中的模块分离阀门包括当模块分离阀门处于开放条件时与气流流体连通的安全隔膜。当预定压差出现时，安全隔膜破裂，引起分离阀门关闭。在一个实施方案中，阀门与安全隔膜机械地连接以维持当安全隔膜完好的时候阀门处于开放条件，其允许阀门在安全隔膜破裂时移动入关闭条件。在另一个实施方案中，可挤压部件维持阀门处于开放条件，一旦安全隔膜破裂，流经阀门的气流压缩该可挤压部件以关闭分离阀门。

Description

模块分离设备

发明背景

本发明涉及用于分离气流的模块分离设备，该气流从一个模块进入通过一个或多个共用集管(header)连接到一起的一个或多个其它的模块。更具体而言，本发明涉及用于离子传输膜(ITM)模块的分离设备，该模块专门设计用于从含氧气体(例如空气)中产生纯化氧或者用于产生合成气体(本文经常称之为“合成气”)。

使用(ITM)模块从含氧气体分离氧气或生产合成气在现有技术中已广为人知。公开ITM氧气模块的代表性专利是已转让给本申请受让人的Taylor等的美国专利5681373。本文将Taylor等的US5681373专利通过参考全文引入。

公开ITM合成气模块的代表性专利申请是已转让给本申请受让人的Carolan等的公开号为US20040186018的申请。本文将Carolan等的US20040186018申请通过参考全文引入。

ITM氧气和合成气模块通常是在高温下操作的陶瓷膜件。这些膜件在膜件一侧上的工艺气体的操作压力高于在膜件相对侧上的工艺气体。在共同的结构中，许多膜件模块在模块低压气体侧上的共用集管上串联且并联集合到一起。

在用于从含氧气体分离氧气的ITM氧气模块中，该含氧气体在压力下被引导通过模块通道以与组成该模块的多个膜件的致密混和传导氧化物层接触。通过在各种膜件的致密混和传导氧化物层的相对侧上产生氧气分压的差异，提供将氧气从含氧气体中分离的驱动力，并且从气体除去的氧气随后被引导出产品集管，该集管通常与多个ITM模块相连。

当ITM模块用于产生合成气时，该模块通常被加热到700-900℃范围内的温度，与ITM合成气模块相连的导管内空气的工艺温度通常处于相同的操作温度。在合成气的生产中，原料(其通常包括轻质烃例如甲烷、天然气、乙烷、或现有技术已知的其它可得的轻质烃混合物)被引入ITM模块膜件之间的通道。含氧气体被引入模块各种膜件的内部支撑层内，其中氧气扩散通过各膜件的致密、混和、外部的引导氧化物层，与轻质烃接触以形成合成气。

若个别膜件模块失效，该高压工艺气体将通过裂口或故障处流入低压工艺气体。对于ITM氧气模块的情况，这种失效导致扩散氧气的纯度损失。对于ITM合成气模块的情况，这种失效导致合成气与可能是对产生安全危害的空气源直接混和。此外，该失效可能导致在背压下空气进入其它模块，可能干扰空气流动或分布，并且可能导致产出的合成气的损失。

根据以上解释，不言而喻的是需要一种设备或系统，其能够将单个失效的模块从通过一个或多个共用集管与该失效模块互连的其余模块中分离出来。这种分离设备或系统必须能够在处于高温的工艺容器内操作，也必须可靠的，并且最优选设计便宜。用于与ITM模块连接的关闭或分离阀门在现有技术中是已知的。这些阀门需要关闭阀门的制动器，并且通常制动器是气动或电磁螺线管，通过过压信号引发。这些制动器并非设计用于ITM反应器容器内部的高温维护。此外，更低成本的设备是有利的。在此方面，从成本和可靠性观点来看，认为纯机械制动器优于气动或电磁螺线管的使用。

模块分离设备或系统的使用将保持产品纯度，也允许了ITM氧气或合成气反应器在个别模块失效的时候继续操作，而不会危害产品纯度、安全度或可操作性。

本发明针对的问题涉及当气体压力超出预定值时，停止由失效ITM模块产生的气流。该设备，包括其任何制动器，必须能够在高温下操作，且必须可靠地允许气体在正常操作期间以可接受的限制量流经该设备。

采用对应于来自压力传感器过压信号的制动阀的常规技术可以实现与本发明相同的功能，但是设备的复杂性大为增加。各模块需要单独的压力传感器来检测增压的存在。而且，各模块还需要制动阀。这会包括安排气动管线至各气动制动器或者安排电源至各电动制动器。还将需要执行各制动阀的逻辑控制的硬件。对于ITM反应器而言，例如在本发明优选实施方案中采用的那些，管线和设备的数量和复杂性是显著的。

美国专利6131599公开了由安全隔膜(rupture disk)控制的机械式制动卸压阀门组件。在‘599专利的附图5中阐述的实施方案中，通过压力响应活塞212的过压降使制动杆216穿过安全隔膜204，从而关闭了入口188和出190之间的流动。应当指出，在‘599专利的附图5实施方案中的安全隔膜并未与工艺流体连通。换言之，工艺流体从入口流到出口，没有以任何方式将气流或压力直接地施加到安全隔膜表面上。鉴于‘599专利中的设备通过活塞的压差进行工作的这一事实，则其仅对通过设备的多余流动敏感。换言之，其并不检测设备中升高的压力，除非压力伴随着增加的气流。设备的压差是设备操作条件例如工作流体组成、流体速率、流体粘度和流体密度的函数。因此改变设备操作条件就改变了设备压差，从而改变了为关闭气流安全隔膜破裂时的流速。这是应当避免的局限，并且该局限在本发明的设备中并不存在。下文将指出，本发明的分离设备实际上在给定的安全隔膜过压、甚至在没有显著流动例如当设备入口和出口被分离时关闭气流。

在‘599专利的附图5公开的设备中的另一缺陷是其仅被设计用来通过机架外侧上的制动器机件和阀座进行操作。这种设备不能对ITM合成气模块的空气入口工作。当ITM合成气模块失效时，出口管上的流动将增加，但是入口管上的流动将停止或反转，这是由于该模块中相对于进料空气压力更高。‘599专利的附图5公开的设备中流动的反转将强迫阀门212保持开放，并且还会给安全隔膜施加任何作用力。本发明能够采用位于正常流动方向的入口或出口侧上的阀座，从而使得本发明的设计更加多样化。

Taylor的US5067511公开了高压流体紧急关闭阀门。该’511专利的附图3公开了根据该专利教导的典型阀门的横截面。具体而言，在入口18的压力被传输通过阀轴44至轴弯曲销(buckling pin)14。若压力足够高，销14弯曲从而使得阀门活塞47座落于阀座38内，停止入口端18和出口端24之间的流体流动。对于沿阀轴44传输的压力，提供滑动式密封装置48来维持轴两端之间的压差。‘511专利中公开的弯曲销的用途与本发明设备中安全隔膜的用途有本质上的不同。而且，‘511专利公开的结构中滑动式密封装置48的所需用途使得这种布置不适用于高温应用，而这是本发明设备的优选应用。

Huff的美国专利4240458公开了一种过压关闭阀门。该‘458专利的附图2和3显示了根据该专利教导的典型阀门的横截面。空间20中的过压引起隔膜片24，其为双稳态突动隔膜，咬合到其它稳定位置。在附图中，其将阀轴64向上移动从而移动O形环76与密封表面18密封接合(engaging)从而关闭了设备的入口14和出口16之间的流动。该’458专利中公开的设计的原理性缺点在于该双稳态突动隔膜运动的范围小，受到隔膜双稳态位置的限制。这导致了阀门运动范围有限，且从而阀门在其充分开放位置内仅有限开放。此外，O形环的任何磨损均不能通过阀轴64的额外轴运动得到补偿。本发明的模块分离设备中采用的分离阀门不具有这些不需要的、运动范围限制。

Westman的美国专利5810057，已转让给本申请的同一受让人，公开了一种压力容器填充保护设备，由该专利的附图1所示的滑动活塞28组成。端口58与容器的顶部空间流体连通，也具有安全隔膜90。端口56与容器的顶部空间流体连通。在容器的顶部空间过压的情形下，安全隔膜90失效，给活塞以上的空间降压且从而产生对销40的施加力从而引起该销失效。这导致该活塞向上滑动从而关闭端口22和24之间的流体连通。该‘057专利中公开的系统需要使用活塞型阀门，其要求可能不适于在高温条件下使用的滑动式密封装置。正如早前指出的那样，本发明的模块分离设备最理想的用途就是连接在高温条件下操作的ITM模块。

Brazier等的美国专利6484742公开了一种压力传动关闭阀，如附图11所述。多余的高压将被传输通过轴308，引起销216弯曲。随着销216的弯曲，阀塞314倚靠阀座316以停止流体流动。为产生足以移动该阀轴308的压差，当其通过阀体302时该轴周围需要良好的压力密封。非常理想的情况是设计出在阀轴周围不需要使用任何密封的系统，尤其是意图用于高温应用的系统。对于高温操作，‘742专利中公开的阀和轴需要小心构造以预防其彼此形成粘合。备选地，密封区域必须与任何热工艺流体小心地隔离以预防该区域太热。同样，与本发明不同的是(根据以下讨论，将变得显而易见)需要弯曲的销并未直接处于通过该筒式组件的流动通路中。

发明概要

根据本发明的气流分离设备或系统分离从一个模块进入通过一个或多个共用集管(common header)连接到那一个模块的一个或多个其它模块的气流。这些气流分离设备或系统包括入口通道和出口通道，入口通道适于与来自模块之一的出口连接以接收来自该处的气流。出口通道连接用于接收来自该模块的气流的入口通道，并且将气体引导出该分离设备，优选进入适于与分离设备连接用于其它模块的出口集管。任选地，可提供限流孔，当气体进入出口集管时需要通过该限流孔以减少集管中的气压。当分离设备中的气压超过预定水平时，阀门系统可以从开放条件移动到关闭条件以阻止从入口通道至出口通道的气流。

根据本发明某些实施方案的阀门系统采用安全隔膜、阀座和阀杆。安全隔膜具有第一表面和第二表面，第一表面与模块出口流体连通，同时出口的位置与机架入口通道流体连通，且阀门系统处于开放条件以允许气体从分离设备的入口通道流到出口通道。在阀门系统的该开放条件下，气流也冲击安全隔膜的第一表面以对其上施加压力。安全隔膜的第二表面与维持在所需低压的腔室流体连通，设计该安全隔膜以当在安全隔膜上确立了预定压差时破裂。阀座位于机架的入口通道和出口通道之间，并且位于安全隔膜的上游，即作用于安全隔膜的气流方向的上游。阀系统的阀杆具有相对的第一和第二端，第一端与安全隔膜的第一表面机械地连接且第二端与阀部件偶联。阀部件与阀座间隔，同时阀杆第一端与安全隔膜机械连接以允许气体从入口通道流入机架出口通道，且也与安全隔膜的第一表面接合。在通过安全隔膜的预定压差被超过时，该隔膜破裂，从而引起阀部件倚靠阀座并且中断气体从入口通道流入出口通道以及通过安全隔膜。

根据本发明的某些实施方案，该阀杆垂直定向，并且阀杆的第一端与安全隔膜的第一表面通过接合该表面而机械地连接。由此，隔膜的破裂引起阀杆，包括其相连的阀部件，通过重力移动与阀座接合。此外，使隔膜破裂的气体流动在阀部件上产生了压降，该压降有助于阀部件倚靠阀座。

根据本发明的某些实施方案，维持在所需低压并且与安全隔膜的第二表面连通的腔室保持与出口集管中的低压产品气流的流体连通。

根据本发明的某些实施方案，维持在所需低压并且与安全隔膜的第二表面连通的腔室通过在该处采用单独的低压气体而得以保持在该压力。在此后一实施方案中，理想的是包括止回阀，其在安全隔膜破裂时关闭，从而防止此后一腔室中的低压气体进入并且污染出口集管内的产品气。

在本发明的某些优选实施方案中，该模块是离子传输膜件模块，用于从含氧气体(例如空气)分离出氧气，并且将纯化的氧气引导进入分离设备的入口通道，且随后穿过出口通道进入出口集管用于后续收集和使用。

在本发明的其它优选实施方案中，该模块是用于产生合成气的离子传输膜件模块，且该模块的入口通道与离开该模块的含氧废气(spent gas)连通。

根据本发明的实施方案，其中该模块是用于产生合成气的离子传输膜件模块，提供第二分离设备来将含氧气体(即新鲜气体(例如空气)进料)导入模块。用合适的原料如甲烷或其它低级烃气体与扩散通过模块膜件致密层的氧气接触，以形成或产生合成气。ITM合成气模块的出口将废气(即将氧气提供给原料之后残余的气体)传输到第一分离设备(即废气分离设备)入口，且该气体从第一废气分离设备的入口通道引导至该设备的出口通道，此时其中的阀门系统处于开放条件。第二或新鲜的气体分离设备采用的阀门系统与废气分离设备中采用的非常相似，并且被设计以在模块失效的情形下关闭从而防止合成气返流到新鲜气体供料中。以相似的方式，废气分离设备中的阀门系统被设计以在ITM模块失效的情形下关闭从而防止合成气与废气互混并且被导出该废气分离设备出口通道。

在本发明的某些实施方案中，新鲜气体分离设备中的阀门包括具有第一表面的安全隔膜，在该分离设备中的阀门系统处于开放条件时，第一表面与ITM模块的含氧气体入口和新鲜气体分离设备的新鲜气体出口通道流体连通。在该后一条件中，来自离子传输膜件模块的合成气的任何回流产生的背压(back-pressure)被直接施加到新鲜气体分离设备中的安全隔膜的第一表面。新鲜气体分离设备的安全隔膜的第二表面与维持在所需低压的腔室流体连通，设计该安全隔膜使当背压超过预定压力水平时，即在安全隔膜上压降超过预定水平时发生破裂。

在本发明的某些实施方案中，新鲜气体分离设备中的阀门组件包括相似于第一或废气分离设备中采用的阀座和阀杆，即，阀杆具有相对的第一和第二端；第一端与安全隔膜的第一表面机械地连接，优选通过接合所述第一表面，且第二端偶联于阀部件。当安全隔膜上的压差超出预定值时，其由来自失效模块的合成气回流产生，则安全隔膜失效，从而通过重力和由来自该模块的合成气流产生的、由阀部件上的压降施加到阀部件上的力使得阀部件倚靠阀座。

根据本发明的某些实施方案，可在进入新鲜气体分离设备的新鲜气体入口通道中以及在废气分离设备的废气出口通道中提供限流器(例如限流孔)。当采用这些限流器时，与新鲜气体入口通道相连的新鲜气体集管或者与废气分离设备的废气出口通道相连的废气集管可用作低压腔室或分别在新鲜气体和废气分离设备中的安全隔膜的第二表面相连的集管。

若需要的话，在新鲜气体分离设备和废气分离设备中安全隔膜的第二侧连通的低压腔室可与低压气体连通，该低压气体分别与流入新鲜气体分离设备的新鲜气体和离开废气分离设备的废气完全隔离。若新鲜气体进料集管并未构成与新鲜气体分离设备中安全隔膜的第二表面连同的低压集管，则需要止回阀来防止进料到发生故障的ITM模块的新鲜气体通过破裂隔膜流入低压集管中。以相似的方式，若废气进料集管并未构成低压集管，则在废气分离设备中需要止回阀来防止来自废气集管的废气通过破裂隔膜流入低压集管中。

尽管对于某些应用而言，本发明中阀杆与破裂隔膜机械连接的实施方案可以有效工作，但是这种结构具有缺陷。具体而言，随着气流从入口通道移动到分离设备的出口通道，该流动会作用于阀门从而引起接合安全隔膜的阀杆末端倚着该隔膜振动。这会导致安全隔膜的早期破裂，此时实际上ITM模块仍然以正常方式工作。

为解决本发明上述实施方案相关的振动问题，本发明备选的，且更加优选的实施方案没有将安全隔膜作为阀门系统的一部分。更合适地，当阀门处于正常的开放条件时，阀杆保持不与安全隔膜接合。具体而言，阀门系统包括正常将阀门系统偏压到开放条件的可挤压部件。该可挤压部件独立于安全隔膜。当可挤压部件被挤压时，阀门系统移动到关闭条件。在这些备选的、优选的实施方案中，当阀杆处于开放条件时，阀杆并未与安全隔膜进行传力接合，并且，在优选的结构中，在任何时候均不接合安全隔膜。该可挤压部件被设计来在安全隔膜上的压差引起安全隔膜失效之后被挤压。具体而言，在安全隔膜失效(即通过破裂)之后，从高压侧到低压侧通过安全隔膜的气流在阀部件上产生压差，这向下驱动阀部件接合倚靠其相应的阀座。在最优选的实施方案中，甚至在阀门系统的关闭条件下，该阀杆在破裂之前不破坏安全隔膜占据的平面。

在本发明最优选的实施方案中，可挤压部件是可压缩弹簧，其在被压缩之后还能够膨胀，以在停止来自模块的气流进入分离设备之后将阀门组件移动进入正常开放的位置。

在本发明的某些结构中，可挤压部件被支撑以对抗在多孔或穿孔支撑表面上的轴运动，该表面被连接来对抗分离设备中轴运动并且包括与阀杆轴向对准的通道。制动部件连接到阀杆，并且可以与阀杆轴向运动，用于在安全隔膜破裂之后接合并且挤压该可挤压部件。

本发明采用可挤压部件以正常地将阀门组件维持在开放条件的实施方案可用于通常连接ITM氧气模块使用的单一模块分离设备，和/或用于通常连接ITM合成气模块使用的新鲜气体和/或废气模块分离设备之一或两者。

附图简述

将通过参考附图的实施例描述本发明，其中：

附图1是根据本发明模块分离设备的一个实施方案的示意图；

附图2是根据本发明模块分离设备的备选实施方案的示意图；

附图3是根据本发明模块分离设备的另一实施方案的示意图；

附图4是相似于附图1所述的模块分离设备的示意图，但是采用更加优选的阀门系统；

附图5是相似于附图2的模块分离设备的示意图，但是采用附图4所述更加优选的阀门系统；

附图6是相似于附图3的模块分离设备的示意图，但是采用附图4所述更加优选的阀门系统。

发明详述

参考附图1，阐述了根据本发明一个实施方案的模块分离设备10。采用该模块分离设备来接收从离子传输膜件(ITM)氧气模块12扩散的氧气。示例性ITM氧气模块公开于美国专利5681373中，由此将其主题通过参考全文引入。如之前讨论的那样，ITM氧气模块也记载于Taylor等的美国专利5681373中。该后一专利之前已被引入本文作为参考。

从ITM模块12扩散的氧气是从含氧气体(例如空气)除去的纯化氧气，含氧气体最初被引导进入模块的膜件单元16之间提供的通道14。膜件单元16包括致密、混和传导氧化物层，氧气扩散通过其中。扩散氧气，即纯化氧气，被引导出模块12，通过陶瓷堆积歧管(manifold)18和陶瓷-金属密封20进入模块分离设备10的入口22。

仍参考附图1，模块分离设备10包括接收扩散氧气用的入口通道22下游的出口通道26。任选地，出口通道26可包括限流孔28，氧气在进入氧气收集集管或压力通风设备(plenum)30之前流过限流孔。若需要的话，设计限流孔28以在来自模块12的气流增加，例如泄漏，的情形下提供充分的背压以增加作用于安全隔膜(以下详细描述)的压力至高于模块12正常操作期间的压力值。ITM氧气模块12的故障产生的较高压力将破裂安全隔膜从而分离模块，其随后将在本申请中详细讨论。应当认识到氧气收集压力通风设备30通常与一个或多个额外串连或并联的ITM氧气模块相连，从而扩散氧气从所有的模块流入并且通过共用的氧气收集压力通风设备30。

本发明独特的特征在于结构和形成模块分离设备10一部分的模块分离阀门40。设计阀门40以允许在开放条件下，氧气从入口通道22扩散流动通过出口通道26，并且防止在关闭条件下，氧气扩散流动到出口通道。

模块分离阀门40包括阀座42、在其一端包括阀部件46的阀杆44、以及安全隔膜48，隔膜具有接合阀杆44的相反端52的第一表面50。安全隔膜48包括通过导管58与低压集管56流体连通的第二表面54。若需要的话，在邻接安全隔膜48的阀杆44周围可任选提供热绝缘材料60。

应当指出，当采用热绝缘材料60时，该材料是多孔材料，例如氧化铝纤维，从而允许当模块分离阀门40处于开放条件时，通过入口22流入模块分离设备10的渗透氧气与安全隔膜48的第一表面50的流体连通。通过附图1中的箭头示意性地表示氧气扩散流动。

应当指出陶瓷-金属密封20的具体结构并未构成对本发明最宽方面的限制。本发明中可用的示例性陶瓷-金属密封记载于美国专利6302402中，由此将其主题通过参考引入。

在所阐述的实施方案中，阀部件46是球状阀门形式，然而，其它线性作用阀门类型，例如闸式阀、倾斜阀等在本发明中同样有效工作。本发明中可用的示例性阀门类型公开于标准文献中，例如Perry’sHandbook of Chemical Engineering，Chapter 10。应当认识到需要选择用来构造模块分离阀门40的材料以与热氧气产品流体用途相匹配。示例性的材料是镍超合金，例如Haynes 214或Haynes 230，由HaynesInternational of Kokomo，Indiana销售。备选地，阀门构件可由结构陶瓷例如氧化铝、碳化硅或氮化硅构成。

需要设计安全隔膜48用于在本系统应用温度下适当操作。隔膜48或者可以暴露于氧气工艺流体操作温度，或者可以与工艺流体隔离，例如通过采用隔离材料60，且由此在较低温度下操作。

已描述了模块分离设备10中元件的结构布置，现在将描述设备运作以将模块12与其它通过一个或多个共用集管(例如氧气收集压力通风设备30)连接到该模块分离设备10的其它模块分离的方式。

在扰动条件下，例如当在ITM模块12中形成大规模泄漏时，离开模块进入模块分离设备10的入口通道22的流动增加。由于模块分离设备10和氧气收集压力通风设备或集管30的抗流动性，模块12内的压力也将增加。若在模块12和氧气收集压力通风设备或集管30之间采用限流器(例如限流孔28)，则模块12内的压力将进一步增加。该压力增加被传输通过分离设备10，对抗安全隔膜48的第一表面50。导致安全隔膜48过压条件的该压力增加将引起隔膜破裂或爆裂。当安全隔膜破裂时，其不再支撑阀杆44的底端52，并且阀杆将在重力、阀部件上的压降、以及在某些阀门类型例如球心阀情况下阀部件46周围气体的粘滞曳力作用下下降。在此后一位置，阀部件46倚靠阀座42以关闭阀门40并且阻止气体从ITM氧气模块12进入氧气收集压力通风设备30。这引起阀部件46上游侧上的压力进一步增加到高压气体压力，其进一步帮助维持阀部件46和阀座42之间的良好密封。

一旦阀部件46倚靠阀座42，氧气收集压力通风设备或集管30则与泄漏隔离，从而防止了纯化氧气被失效模块12的污染。

在所阐述的实施方案中，其中低压集管56是与氧气收集压力通风设备或集管30分离的集管，期望导管58中的止回阀，示意性地由62所示，来防止安全隔膜48失效之后，气体从低压集管56回流进入扩散(permeate)氧气压力通风设备30。即，止回阀62避免来自集管56的低压气体流动通过破裂隔膜48中的开口并且通过分离设备10的出口通道26进入氧气收集压力通风设备30。

参考附图2，描述了模块分离设备100，其包括很多与模块分离设备10中采用的元件相同的元件。与模块分离设备10中的元件相同的模块分离设备100中的元件由相同数字表示，并且具有后缀“A”。仅需指出附图2中公开的模块分离设备100以上述有关附图1中公开的模块分离设备10相同的方式，接收来自离子传输膜件模块12A的扩散氧气。

模块分离设备100和模块分离设备10之间唯一的差别是提供模块分离设备100的低压集管56A以连通安全隔膜48A的第二表面54A的方式。具体而言，模块分离设备100中，布置氧气收集压力通风设备或集管30A以使得与破裂隔膜48A的第二表面54A通过任何所需构型的导管102直接连通，借此通过限流孔28A进入压力通风设备30A的低压氧气流也构成与破裂隔膜48A的第二表面54A连通的低压氧气。由此，氧气收集压力通风设备30A实际上用作模块分离设备100中的低压集管。通过采用该后一布置，保证了氧气收集压力通风设备30A中的氧气纯度，且不需要为了防止低压气体通过破裂隔膜48A回流进入氧气收集压力通风设备30A而提供类似于模块分离设备10中采用的止回阀62的止回阀。因为能够以反方向流过破裂隔膜48A的气体实际上与氧气收集压力通分设备30A中收集的纯化氧气相同，所以不需要这种止回阀。

现在参考附图3，一对模块分离设备200和300分别在进入模块的空气进料管线和流出模块的废气管线上与ITM合成气模块12B连接。模块分离设备200、300中与模块分离设备10中的组成部分操作方式相同的组成部分将引用相同数字，但是分别具有后缀“B”和“C”。ITM合成气模块的操作在现有技术中是众所周知的，且其具体结构并未构成对本发明最宽广方面的限制。在ITM合成气模块12B的操作期间，高压合成气体例如甲烷或其它轻质烃气被引导通过模块12的通道14B，且与从进入模块的空气中提取的渗透(permeate)氧气结合从而形成合成气。

在以下讨论中，模块分离设备200有时候被称为“新鲜气体分离设备”，“新鲜空气分离设备”或具有相似含义的词语，且模块分离设备300有时候被称为“废气分离设备”，“废空气分离设备”，“流出物分离设备”或具有相似含义的词语。尽管以下说明描述了优选的实施方案，其中新鲜含氧气体是空气，但是根据本发明最宽广的方面，也可采用其它含氧气体。

在所阐述的实施方案中，新鲜空气进料集管202接收新鲜空气以待引导进入ITM合成气模块12B。该新鲜空气进料被引导通过任选的限流孔204进入新鲜空气分离设备200，随后通过设备出口管道206。出口管道206与模块12B的空气进料入口208连通。空气进料入口208具有陶瓷管道或者管路，其与连接于陶瓷-金属密封212的外部陶瓷管道或管路210同心。通过该外部管道210，废气(例如在ITM合成气模块12B中已经除去氧离子的气体)被引导进入废气分离设备300。

应当认识到除了被分离设备300分离的气体是将其氧气提供给合成气的废气(与通过ITM氧气模块12从空气中除去的纯氧相反)以外，废气模块分离设备300的结构和操作与附图1中所示出的氧气扩散分离设备10的结构和操作完全相同，然而，该模块分离设备300的结构特征和操作在其它方面与以上有关模块分离设备所述的完全相同。

如上所指出，进入模块12B的空气进料和从模块流出的废空气分别通过同心的陶瓷管208、210连接于模块。这些管路均通过陶瓷-金属密封212连接于金属管。

仍参考附图3，模块分离设备200采用模块分离阀门40B，在陶瓷-金属密封212的上游用于空气进料部分(leg)。模块分离设备300采用模块分离阀门40C用于从模块12B流出的废空气，在陶瓷-金属密封212的下游用于废空气流出物部分。用箭头214表示新鲜空气进料进入模块12B的内同心管208的流动，用箭头216表示废弃流出物离开模块12B的流动。

在正常操作期间，模块分离阀门40B、40C均打开。空气进料从空气进料集管202通过任选的限流孔204，通过空气进料模块分离阀门40B并且通过与空气进料入口208连通的出口管道206流入ITM合成气模块12B。

离开模块12B的废空气(如箭头216所示)通过废空气分离设备300的废空气模块分离阀门40C，通过任选的限流孔28C且流入废空气集管或压力通风设备30C。如果需要，设计限流孔28C、204以在来自模块12B的气流增加，例如泄漏，的情形下分别在分离设备300、200中提供充分的背压以在模块分离设备200、300二者中将作用于安全隔膜48B、48C的压力增加至充分高于稳定状态操作条件下的压力值。

如附图1和2中所示的实施方案，模块分离设备200、300中模块分离阀门40B、40C的阀杆44B、44C分别机械地连接安全隔膜48B和48C的第一表面50B、50C。在所阐述的实施方案中，通过分别实际上支撑阀杆44B、44C的末端52B、52C的安全隔膜48B、48C的第一表面50B、50C产生机械连接。

在模块12B发生故障，导致合成气分别通过内和外同心管208和210回流的情形下，高压回流引起安全隔膜48B、48C破裂，导致模块分离设备200、300中各自的模块分离阀门40B、40C关闭。这将防止废空气流出物和新鲜空气进料被合成气污染。

如同在之前描述的实施方案中，分别在新鲜空气分离设备200和废空气分离设备300中的安全隔膜48B、48C的第二表面54B、54C分别与低压集管56B、56C充分连通。在附图3阐述的实施方案中，低压集管56B、56C与进入模块分离设备200的新鲜空气进料集管202和模块分离设备300的废空气或流出物收集压力通风设备30C分离。在这种布置中，理想的是以上述有关附图1中阐述的模块分离设备10的相同方式，在连接低压集管56B、56C与安全隔膜48B、48C的第二表面54B、54C的管道58B、58C中采用止回阀62B、62C。具体而言，这些止回阀62B、62C将分别防止气体从低压集管56B、56C流入新鲜空气分离设备200的空气进料集管202和废弃空气分离设备300的废弃空气集管30C。

仍参考附图3，以备选的、且更加优选的布置，将空气进料集管202用作与新鲜空气模块分离设备200中安全隔膜48B的第二表面54B连通的低压集管，且流出物压力通风设备或集管30C用作与在废弃空气分离设备300中安全隔膜48C的第二表面54C连通的低压集管。这通过采用与附图2中所示的模块分离设备100中采用的管道102相同的方式，提供分别将空气进料集管202和流出物空气集管30C与各自的破裂隔膜48B、48C的第二表面54B、54C下面的区域连通而获得。通过采用该后一布置，不需要为了防止气体从安全隔膜48B、48C下面的低压区域流出分别进入模块分离设备200和300的空气进料集管202和废弃空气集管30C而提供任何止回阀，模块分离设备200中的低压区域56B将保持与空气进料集管202相同的空气供料，且模块分离设备300中的低压区域56C将含有与该模块分离设备的废弃空气集管30C中相同的流出物。

通过简述，并且仍参考附图3，由于模块12B失效产生的合成气的回流将引起模块分离设备200和300中显著的压力上升，从而引起该处的安全隔膜48B、48C破裂并且相应的模块分离阀门40B、40C关闭，其方式与有关附图1中所示模块分离设备10和附图2中所示的模块分离设备100所记载的相似。阀门40B、40C的关闭将来自受损模块12B的不合需要的合成气回流隔离，避免进入分离设备200的新鲜空气进料或离开分离设备300的流出物。

参考附图4-6，描述了分别相似于模块分离设备10、100、200和300的模块分离设备。在附图4-6中描述的实施方案代表了最优选的实施方案并且克服了附图1-3所阐述的实施方案中可能存在的问题。

具体而言，在附图1-3中描述的实施方案中，破裂隔膜构成所述模块分离阀门40、40A、40B和40C的一部分，并且在所公开的实施方案中，实际上接合了其各自的阀杆44、44A、44B和44C的低端从而正常地将分离阀门偏压到其开放条件。

已确定在模块分离设备10、100、和300的操作中，气体流动对抗阀部件；尤其是阀部件46、46A和46C，在模块12、12A或12C的正常操作期间引起阀杆44、44A和44C倚着安全隔膜48、48A和48C振动，从而产生那些安全隔膜早期破裂的可能性。换言之，阀杆44、44A和44C分别倚着安全隔膜48、48A和48C的振动会引起那些安全隔膜失效，且从而引起阀部件46、46A和46C倚靠其各自的阀座42、42A和42C，尽管模块12、12A或12C没有出现故障。这显然是不理想的。

附图4-6公开了模块分离设备，除了模块分离阀门的结构以外，该设备分别与模块分离设备10、100、200和300完全相同。具体而言，在附图1-3所示实施方案中采用的模块分离阀门40、40A、40B和40C包括各自的破裂隔膜48、48A、48B和48C作为其组成部分，在附图4-6所示实施方案中采用的模块分离阀门并未包括破裂隔膜作为其组成部分。事实上，如下文所解释的那样，附图4-6的实施方案中阐述的阀门组件的阀杆完全没有接合各自的安全隔膜，并且实际上在阀门开放和关闭条件之间的运动期间，其与安全隔膜间隔。

具体参考附图4，描述了模块分离设备400，以与模块分离设备10相同的方式连同离子传输膜件氧气模块12D使用。与附图1中阐述的实施方案中组成部件相同的附图4阐述的实施方案的组成元件由相同数字表示，但具有后缀“D”，且在很多情况下为了简明目的，本文将不再详细讨论。

附图1中阐述的模块分离设备10和附图4中阐述的模块分离设备400之间唯一区别在于模块分离设备400的优选实施方案包括3种额外元件；即固定、穿孔的板402，其连接于模块分离设备用于支撑其上的可挤压部件404，该可挤压部件404优选是支撑于穿孔板402上的弹簧，以及阻塞物或制动部件406，其附于阀杆44D并且可随所述阀杆移动。任选地，可视需要提供多孔隔离部件60D以隔离分离设备400的下游区域。

如上所述，最优选的可挤压部件404是弹簧，在安全隔膜由于模块12D的故障破裂之后，当用新的安全隔膜48D修复模块分离设备400时，其不需要被更换。具体而言，当模块分离设备400为修复而被关闭时，压缩弹簧404将回到其正常的、未压缩状态，且由此不需要被更换。优选的弹簧类型是波形弹簧。

应当指出，在该实施方案中，保持阀杆44D的底表面52D不与安全隔膜48D的上表面50D接合，同时可挤压部件404反作用于制动连接于阀杆的制动部件406从而保持模块分离阀门40D处于开放条件。

在附图4阐述的本发明实施方案中，模块分离阀门40D包括阀座42D、在其一端包括阀部件46D的阀杆44D、和可挤压部件404例如弹簧，该可挤压部件保持在固定穿孔板402上且可由结合到阀杆的制动部件406压缩。

仍参考附图4，在模块12D发生故障的情形下，分离设备400中的压力将增加到不需要的水平，且设计安全隔膜48D在该水平破裂。在隔膜48D破裂之后，作用于阀部件46D的增加的流动产生压差，驱使制动部件406挤压弹簧404(或其它可挤压部件)，从而引起阀部件46D倚靠阀座42D，同时压缩弹簧或其它可挤压部件。

在优选的实施方案中，阀杆44D的底端52D维持在其并未移动通过安全隔膜48D占据的平面的位置。

显而易见的是，在附图4阐述的模块分离设备400中，通过ITM氧气模块12D正常操作期间的氧气流动施加到阀部件46D的任何振动将不会引起阀杆44D倚着安全隔膜48D振动，从而不会引起该隔膜的早期失效或破裂。

现参考附图5，其显示的模块分离设备500基本上相似于附图2中所示的模块分离设备100。与附图2中显示的模块分离设备组成部件相同的附图5中显示的模块分离设备500的组成部件由相同数字表示，但具有后缀“E”。为了简明目的，本文将不再详细描述这些后出现的组成部件。

实际上，显而易见的是，附图5所示的模块分离设备500和附图2中所示模块分离设备100之间的区别在于附图5实施方案中的模块分离阀门组件40E被修改为附图4中所示模块分离设备400中采用的优选形式40D。因此，附图5所示的模块分离设备500中模块分离阀门40E的组成部件，其与附图4中所示模块分离设备400中模块分离阀门40D的组成部件完全相同，以相同数字鉴别，但是具有后缀“E”。

通过简单说明，在离子传输膜件氧气模块12E发生故障使得模块分离设备500内压力增加的情形下，增加的压力直接作用于安全隔膜48E的第一表面50E上以引起安全隔膜破裂。此后，增加的气流将作用于阀部件46E从而以向下的方向移动所述阀部件，以使得阀部件倚靠阀座42E，同时压缩波形弹簧404E。如有关附图4中公开的模块分离设备400所述，根据本发明该实施方案最宽广的方面，该波形弹簧404E可由其它类型的可挤压部件更换，但是最优选可挤压部件的形式为弹簧，使得在原始安全隔膜由于离子传输膜件模块12E发生故障而失效之后，在用新的安全隔膜修复模块时，不需要更换弹簧。

参考附图6，描述了模块分离设备600和700，其相似于附图3中所述的模块分离设备200和300，且准确地提供了与后者的模块分离设备相同的功能。而且，附图3和6中所示的模块分离设备之间唯一区别与分离设备中采用的模块分离阀门的结构相关。与模块分离设备200和300的组成部件相同的模块分离设备600和700的组成部件用相同数字表示，分别具有后缀“F”和“G”。与附图4所示模块分离设备400中的模块分离阀门的组成部件相同的模块分离设备600和700中的模块分离阀门的组成部件由相同的数字表示，也分别具有后缀“F”和“G”。

仅需指出附图6中所示连同ITM合成气模块使用的模块分离设备600、700以与附图3实施方案中采用的模块分离设备200和300相同的方式工作，不同之处在于分离阀门的结构和操作方式。具体而言，在模块分离设备600和700中，模块分离阀门40F和40G均以与模块分离设备400中采用的模块分离阀门40D相同的方式构造，并且以与模块分离设备400中相同的方式在开放和关闭位置之间移动。

由此，模块分离阀门40F和40G实际上防止了其各自的阀杆44F、44G在各自的模块分离设备600和700之间与安全隔膜48F、48G的接合，从而防止这些安全隔膜由于阀杆倚着各自的安全隔膜振动(由在各自的模块分离设备600和700中正常气体流动引起)而早期失效。

安全隔膜早期破裂的潜在问题，其通过分别在模块分离设备600、700中模块分离阀门40F、40G的结构得以解决，在用于以模块分离设备700的方式工作的模块分离设备中是普遍的，其中ITM模块的正常操作期间，气流处于逆安全隔膜48G的方向，其也往往是驱使或振动阀杆对抗安全隔膜的方向。

应当认识到，通过模块分离设备600和700的新鲜空气和废弃空气的流动与通过附图3实施方案中的模块分离备300和400的新鲜空气和废弃空气的流动相同，在安全隔膜48F和48G破裂之后，通过附图4中公开的模块分离设备400中模块分离阀门40D移向关闭位置的相同机制，模块分离阀门40G和40H移向关闭位置。而且，低压集管56F和56G可以具有相同构造，并且分别采用与模块分离设备300和400中低压集管56C和56D相同的方式。

备选地，可由新鲜空气进料压力通风设备202F通过连接管道与安全隔膜48F的底表面连通，且由废气空气进料压力通风设备30G通过连接管道与安全隔膜48G的底表面连通，连通方式本质上与有关附图2中所示模块分离设备100和附图5所示的模块设备500所述方式相同，从而提供与安全隔膜48F和48G的底表面54F、54G连通的低压区域。

当采用新鲜空气进料来提供安全隔膜48F之后的低压区域，且采用废气空气来提供安全隔膜48G之后的低压区域时，就没有必要在低压段中提供止回阀来防止在安全隔膜48F和48G分别破裂之时，空气进料集管202中新鲜空气进料的污染或者废气空气收集压力通风设备30G中废气空气的污染。为何不需要这种止回阀的原因在之前已结合分离设备200、300进行了解释；其被改变以提供空气进料压力通风设备202作为安全隔膜48B之后的低压区域，且提供废气压力通风设备30C作为安全隔膜48C之后的低压区域。为简明的目的，此处不再重复该解释。

尽管本文参考某些具体的实施方案进行了阐述和描述，但是本发明无意于局限到所示细节。相反，在权利要求范围和等同范围内可以详细地做出各种改变，且不背离本发明的精神。

Claims (42)

1.一种用于分离气流的气流分离设备，该气流从一个模块进入通过一个或多个共用集管连接到所述一个模块的一个或多个其它模块中，所述气流分离设备包括：

入口通道和出口通道，所述入口通道适于与来自所述一个模块的出口连通以接收来自所述一个模块的气流，所述出口通道连通用于接收所述气流的所述入口通道，并且将所述气体引导出所述分离设备；

模块分离阀门，其可以从开放条件移动到关闭条件以防止分离设备中气压超出预定值时，气体从入口通道流到出口通道，所述模块分离阀门包括：

安全隔膜，具有第一表面和第二表面，所述第一表面与所述一个模块的出口流体连通，同时所述一个模块的出口设置成与分离设备的入口通道流体连通，且模块分离阀门系统处于允许气体从所述分离设备的入口通道流到出口通道的开放条件，所述气体接合并且对安全隔膜的所述第一表面施加压力，安全隔膜的所述第二表面与维持在所需低压的腔室流体连通，当在所述安全隔膜上出现预定压差时，所述安全隔膜破裂；

阀座，位于所述入口通道和所述出口通道之间；

阀杆，具有相对的第一和第二端，所述第一端与所述安全隔膜的第一表面机械地连接，且第二端与阀部件偶联，所述阀部件与阀座隔开，同时阀杆第一端与安全隔膜机械连接以允许气体从入口通道流入出口通道，且也允许当入口通道位于于来自所述一个模块的出口流体连通时，气流与安全隔膜的第一表面接合；

由此在通过安全隔膜的预定压差出现时，所述隔膜破裂，从而引起阀部件倚靠阀座并且中断气体从入口通道流到出口通道以及通过安全隔膜。

2.权利要求1的气流分离设备，其中阀杆的第一端与所述安全隔膜的第一表面通过接合所述第一表面而机械地连接。

3.权利要求1的气流分离设备，其中当两个或多个模块连接到一起时，所述出口通道用共用集管连通。

4.权利要求1的气流分离设备，包括出口通道中的限流孔，气体通过该出口通道以减少所述孔下游的气压。

5.权利要求4的气流分离设备，其中通过与所述限流孔的下游气流的流体连通，所述维持在所需低压的腔室维持在所需低压。

6.权利要求1的气流分离设备，其中当两个或多个模块连接到一起时，维持在所需低压的所述腔室是共用低压集管的一部分，当处于安全隔膜破裂之后的关闭条件时，所述阀门系统防止气流通过破裂隔膜进入所述腔室。

7.权利要求1的气流分离设备，其中维持在所需低压的所述腔室包括该处的低压气体。

8.权利要求7的气流分离设备，其中所述低压气体与流过所述出口通道的气体隔离。

9.权利要求7的气流分离设备，其中所述低压气体是通过所述出口通道中限流孔的气体。

10.权利要求1的气流分离设备，包括密封件，其适于连接到离子传输膜件模块以允许气体从所述离子传输膜件模块流入所述流动分离设备的入口通道。

11.权利要求1的气流分离设备，包括密封件，其适于连接到离子传输膜件模块，采用的该离子传输膜件模块类型用于将氧气从含氧气体分离并且引导氧气进入气流分离设备的入口通道。

12.权利要求1的气流分离设备，包括密封件，其适于连接到离子传输膜件模块，采用的该离子传输膜件模块类型用于产生合成气，所述气流分离设备是废气分离设备，且所述废气分离设备的入口通道与离开所述模块的废气连通。

13.权利要求12的气流分离设备，组合了第二新鲜气体分离设备，该设备具有接收含氧气体的入口通道，所述入口通道下游的用于所述含氧气体的出口通道，所述新鲜气体分离设备的所述出口通道适于连通离子传输膜件模块的含氧气体入口，以允许含氧气体被引导进入且通过该模块从而提供产生合成气的氧离子；所述新鲜气体分离设备中的模块分离阀门可以从开放条件移动到关闭条件，以防止当由所述回流引起的背压超出预定水平时，合成气体从离子传输膜件模块回流进入所述新鲜气体分离设备的入口通道，在所述新鲜气体分离设备中的所述模块分离阀门包括：

具有第一和第二表面的安全隔膜，当所述第二分离设备中的所述模块分离阀门处于开放条件时，所述第一表面与离子传输膜件的含氧气体入口和新鲜气体分离设备的出口通道流体连通，由此来自离子传输膜件模块的合成气的任何回流产生的背压被直接施加到安全隔膜的所述第一表面，安全隔膜的所述第二表面与维持在所需低压的腔室流体连通，当背压超过预定压力水平时，所述安全隔膜破裂；

阀座，位于所述第二分离设备的入口通道和出口通道之间，正常操作期间处于含氧气流的方向，所述阀座位于所述安全隔膜的下游和所述离子传输膜件模块的所述含氧气体入口的上游；

阀杆，具有相对的第一和第二端，所述第一端与所述第二分离设备的所述安全隔膜的第一表面机械地连接，且第二端与阀部件偶联，所述阀部件与阀座间隔，同时阀杆第一端与安全隔膜机械连接以允许含氧气体从所述第二分离设备入口通道流入所述离子传输膜件模块的含氧气体入口，并且将离子传输膜件模块的合成气体的任何回流产生的任何背压施加到所述第二分离的安全隔膜的第一表面上；

由此当背压超过预定压力水平时，所述第二分离设备的所述安全隔膜将破裂以引起阀部件倚靠第二分离设备中的阀座，并且关闭所述第二分离设备中模块分离阀门，从而防止来自离子传输膜件模块的合成气的回流进入第二模块分离设备的入口通道，并且进入维持在所需低压并且通过破裂隔膜连通所述第二分离设备的所述腔室。

14.权利要求13的组合，其中所述第二分离设备中的阀杆的所述第一端与所述第二机架的所述安全隔膜的第一表面通过接合所述第一表面而机械地连接。

15.权利要求13的组合，包括限流孔，含氧气体从其入口通道进入第二分离设备之前，流过该限流孔，所述第二分离设备的入口通道连通所述限流孔上游的含氧气体压力通风设备。

16.权利要求15的组合，其中通过与来自所述含氧气体压力通风设备的气体流体连通，连通所述第二分离设备的安全隔膜且维持在所需低压的腔室得以维持在所需低压。

17.权利要求16的组合，其中通过与流过所述废气分离设备的出口通道的废气体流体连通，连通废气分离设备的安全隔膜且维持在所需低压的所述腔室得以维持在所需低压。

18.权利要求15的组合，其中通过独立于所述含氧气流的低压气体流体连通，连通所述新鲜气体分离设备安全隔膜且维持在所需低压的所述腔室得以维持在所需低压。

19.权利要求13的组合，其中当两个或多个模块连接到一起时，连通所述新鲜气体分离设备的安全隔膜且维持在所需低压的所述腔室是共用集管的一部分，当处于安全隔膜破裂之后的关闭条件时，所述新鲜气体分离设备的所述模块分离阀门防止气流通过破裂隔膜进入连通所述新鲜气体分离设备的破裂隔膜的所述腔室。

20.一种气流分离设备，用于分离气流，该气流从一个模块进入通过一个或多个共用集管连接到所述一个模块的一个或多个其它模块中，所述气流分离设备包括：

入口通道和出口通道，所述入口通道适于与来自所述一个模块的出口连接以接收来自所述模块的气流，所述出口通道连接用于接收所述气流的所述入口通道，并且将所述气体引导出所述分离设备；

安全隔膜，其关闭分离设备的底端，所述安全隔膜具有相对的第一和第二表面；

所述安全隔膜下游的低压腔室，且连通所述隔膜的第二表面；

模块分离阀门，其可以从开放条件移动到关闭条件以防止当分离设备中的气压超过预定水平时气体从入口通道流到出口通道，所述安全隔膜的所述第一表面与所述模块的出口流体连通，同时所述模块的出口设置成与分离设备的入口通道流体连通，且模块分离阀门处于开放条件，当处于开放条件时，所述模块分离阀门允许气体从所述分离设备的入口通道流到出口通道，且接合所述安全模块的第一表面，当所述安全模块的预定压差被超出时，所述安全隔膜破裂；所述阀门系统包括：

阀座，位于所述入口通道和所述出口通道之间；

阀杆，在其一端具有阀门部件，当阀门部件与阀座间隔时，所述模块分离阀门处于开放条件，当阀门部件依靠阀座时处于关闭条件，所述模块分离阀门被可挤压部件正常地偏压到开放条件，且当可挤压部件被压缩时处于关闭条件，当所述模块分离阀门处于开放条件时，所述阀杆并未与安全隔膜进行传力接触，在所述安全隔膜破裂之后，通过气流对抗所述阀部件而施加给阀部件的力量压缩所述可挤压部件。

21.权利要求20的气流分离设备，其中所述可挤压部件是弹簧部件。

22.权利要求20的气流分离设备，包括可挤压部件的固定支撑表面，且包括在其中与阀杆轴向对准的通道，所述可挤压部件被支撑在所述支撑表面上，且具有与阀杆轴向对准的通道，制动部件连接于阀杆，并且可以与阀杆轴向运动，用于在安全隔膜破裂之后接合并且挤压该可挤压部件。

23.权利要求22的气流分离设备，其中所述可挤压部件是弹簧部件。

24.权利要求20的气流分离设备，其中当两个或多个模块连接到一起时，所述机架的出口通道是共用集管的一部分。

25.权利要求20的气流分离设备，包括出口通道中的限流孔，随着气体离开所述分离设备，气体流过该出口通道。

26.权利要求25的气流分离设备，其中通过与流过所述出口通道的气体流体连通，维持在所需低压的所述腔室得以维持在所需低压。

27.权利要求20的气流分离设备，其中当两个或多个模块连接到一起时，维持在所需低压的所述腔室是共用集管的一部分，当处于安全隔膜破裂之后的关闭条件时，所述模块分离阀门防止气流通过破裂隔膜进入所述腔室。

28.权利要求20的气流分离设备，其中维持在所需低压的所述腔室包括其中的低压气体。

29.权利要求28的气流分离设备，其中所述低压气体与流过所述出口通道的气体分离。

30.权利要求28的气流分离设备，其中所述低压气体是流过所述出口通道的气体。

31.权利要求20的气流分离设备，包括密封件，其适于连接到离子传输膜件模块以允许气体从所述离子传输膜件模块流入所述气流分离设备的入口通道。

32.权利要20的气流分离设备，包括密封件，其适于连接到离子传输膜件模块，采用的该离子传输膜件模块类型用于将氧气从含氧气体分离并且引导氧气进入气流分离设备的入口通道。

33.权利要求20的气流分离设备，包括密封件，其适于连接到离子传输膜件模块，采用的该离子传输膜件模块类型用于产生合成气，所述气流分离设备是废气分离设备，且所述废气分离设备的入口通道与离开所述模块的废气连通。

34.权利要求33的气流分离设备，组合了第二新鲜气体分离设备，该设备具有接收含氧气体的入口通道，所述入口通道下游的用于所述含氧气体的出口通道，所述第二分离设备的所述出口通道适于连通离子传输膜件模块的含氧气体入口，以允许含氧气体从第二分离设备被引导进入且通过离子传输膜件模块从而提供产生合成气的氧离子；

第二安全隔膜，其关闭第二分离设备的底端，所述第二安全隔膜具有相对的第一和第二表面；

所述第二安全隔膜下游的低压腔室，且连通所述第二安全隔膜的第二表面；

所述第二分离设备中的第二模块分离阀门，其可以从开放条件移动到关闭条件以防止当所述回流产生的背压超过预定值时合成气体从离子传输膜件模块回流进入所述第二分离设备的入口通道，当所述第二模块分离阀门处于开放条件时，所述第二安全隔膜的所述第一表面与所述合成气体的回流连通，且当第二分离阀门处于开放条件时，所述第二分离设备的入口通道与所述第二分离设备的入口通道和离子传输膜件模块的含氧气体入口流体连通，以允许含氧气体从第二分离设备被引导进入且通过离子传输膜件模块以提供产生合成气的氧气；所述第二模块分离阀门包括：

阀座，位于所述第二分离设备的所述入口通道和所述出口通道之间；

阀杆，在其一端具有阀门部件，当阀门部件与阀座间隔时，所述第二模块分离阀门处于开放条件，当阀门部件依靠阀座时处于关闭条件；和

可挤压部件，正常地偏压到所述第二模块分离阀门进入开放条件，一旦可挤压部件被压缩，所述第二阀门移动进入关闭条件，当所述第二模块分离阀门处于开放条件时，所述阀杆并未与第二安全隔膜进行传力接触，在所述合成气的回流使所述第二安全隔膜破裂之后，通过合成气回流施加给阀部件的力量压缩所述可挤压部件从而关闭分离阀。

35.权利要求34的组合，其中所述第二分离阀门的所述可挤压部件是弹簧部件。

36.权利要求34的组合，包括所述第二分离阀门的可挤压部件的固定支撑表面，且包括在其中与所述第二分离阀门的阀杆轴向对准的通道，所述第二分离阀门的可挤压部件被支撑在所述支撑表面上，且具有与所述第二阀门系统的阀杆轴向对准的通道，制动部件连接于第二分离阀门的阀杆，并且可以与阀杆轴向运动，用于在第二安全隔膜破裂之后接合并且压缩该可挤压部件。

37.权利要求36的组合，其中所述第二分离阀门的所述可挤压部件是弹簧部件。

38.权利要求34的组合，包括限流孔，随着含氧气体从其入口通道进入新鲜气体分离设备，其流过该限流孔，所述新鲜气体分离设备的入口通道连通所述限流孔上游的含氧气体压力通风设备。

39.权利要求38的组合，其中通过与来自所述含氧气体压力通风设备的气体流体连通，连通第二安全隔膜的第二表面的低压腔室得以维持在所需低压。

40.权利要求39的组合，其中通过与流过所述废气分离设备的出口通道废气流体连通，连通废气分离设备的安全隔膜且维持在所需低压的所述腔室得以维持在所需低压。

41.权利要求34的组合，其中通过与独立于进入所述第二分离设备的入口通道的所述含氧气流的低压气体流体连通，连通所述第二分离设备的第二安全隔膜的第二表面且维持在所需低压的所述低压腔室得以维持在所需低压。

42.权利要求34的组合，其中当两个或多个模块连接到一起时，连通所述第二安全隔膜的第二表面且维持在所需低压的所述低压腔室是共用集管的一部分，当处于第二安全隔膜破裂之后的关闭条件时，所述第二分离设备的第二分离阀门防止气流通过第二破裂隔膜进入连通第二破裂隔膜的第二表面的低压腔室。

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