CN205115042U - 一种离子膜制氧系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种离子膜制氧系统，包括通过管道依次连接的空气过滤器(1)、鼓风机(2)、膜分离器(5)、泵(7)和氧气球罐(11)，膜分离器(5)为管式离子膜分离器，膜分离器(5)中用于分离氧气的离子膜为陶瓷膜。该离子膜制氧系统中采用了离子膜制氧技术，无论是在规模上还是纯度上均有较大提升，可以满足冶金及化工行业制氧规模和氧气产品纯度要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及空气化工设备技术领域，具体的是一种离子膜制氧系统。
背景技术
目前，深冷法、变压吸附、膜分离技术为当今气体分离的三大主流技术。深冷法空气分离技术是目前最为广泛的应用技术，尤其是随着冶金、石化、煤化工、化肥行业的发展，特大型的深冷法空分装置需求越来越大，但深冷法空气分离技术能耗较高，已经成为冶金和三大化工项目的耗能大户，一定程度上制约着行业节能降耗的目标。变压吸附则制氧能力有限。膜分离技术作为一项新技术，具有能耗低、操作灵活等特点，尤其是离子膜制氧技术具有很好的前景。
国内相关的现有技术为聚合物膜富氧技术。该技术在压力差驱动下，根据聚合物膜对空气中各种组分的渗透速率不同以达到氧气富集的目的。由于聚合物膜的氧氮分离系数偏低、热稳定性差、使用寿命短、且宜堵塞等自身特点，造成氧气产品纯度不高，一般≤45％，而且制氧能力偏小，无法满足冶金和三大化工行业高耗氧以及氧气品质的需求。
实用新型内容
为了解决膜分离制氧效率低的问题。本实用新型提供了一种离子膜制氧系统，该离子膜制氧系统中采用了离子膜制氧技术，无论是在规模上还是纯度上均有较大提升，可以满足冶金及化工行业制氧规模和氧气产品纯度要求。
本实用新型为解决其技术问题采用的技术方案是：一种离子膜制氧系统，包括通过管道依次连接的空气过滤器、鼓风机、膜分离器、泵和氧气球罐，膜分离器为管式离子膜分离器，膜分离器中用于分离氧气的离子膜为陶瓷膜。
鼓风机和膜分离器之间依次设置有用于空气除湿的冷干器和用于使空气升温的加热器。
空气过滤器具有自洁净功能，鼓风机为罗茨风机，加热器为采用蒸汽加热或电加热的加热器。
所述离子膜制氧系统还包括副产品回收装置，膜分离器的副产品出口与该副产品回收装置连接。
膜分离器和泵之间设置有用于使分离出氧气降温的热管式换热器，泵为真空泵。
泵和氧气球罐之间依次设置有汽水分离器和脱湿系统。
脱湿系统和氧气球罐之间还设置有稳压系统，热管式换热器、泵、汽水分离器和脱湿系统均为无油装置。
氧气球罐连接有用于对氧气进行加压的压氧系统，压氧系统含有并联设置的低压氧气压缩机和中压氧气压缩机。
低压氧气压缩机为活塞式氧压机或离心式氧压机，中压氧气压缩机为活塞式氧压机或离心式氧压机。
该离子膜制氧系统还含有控制该离子膜制氧系统运行的控制单元。
本实用新型的有益效果是：
1、该离子膜制氧系统中采用了离子膜制氧技术，无论是在规模上还是纯度上均有较大提升，可以满足冶金及化工行业制氧规模和氧气产品纯度要求。
2、该离子膜制氧系统具有工艺流程简单、结构紧凑、设备投资省；装置占地面积小；装置运行独立性和稳定性好，安全性能高；而且通过改变膜分离器的数量，很容易控制制氧规模和产品氧气纯度；符合当下节能降耗的目标。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。
图1是离子膜制氧系统的示意图。
其中1.空气过滤器，2.鼓风机，3.冷干器，4.加热器，5.膜分离器，6.热管式换热器，7.泵，8.汽水分离器，9.脱湿系统，10.稳压系统，11.氧气球罐，12.压氧系统，13.低压氧气压缩，14.中压氧气压缩机。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型所述的离子膜制氧系统作进一步详细的说明。
一种离子膜制氧系统，包括通过管道依次连接的空气过滤器1、鼓风机2、膜分离器5、泵7和用于储存氧气的氧气球罐11，膜分离器5为管式离子膜分离器，膜分离器5中用于分离氧气的离子膜为陶瓷膜，如图1所示。
在本实施例中，膜分离器5为现有管式离子膜分离器，膜分离器5中用于分离氧气的离子膜为具有高氧氮分离系数的陶瓷膜。膜分离器5和陶瓷膜均为现有市售产品，该离子膜制氧系统无论是在规模上还是纯度上均有较大提升，能够满足当下的需求。
在本实施例中，鼓风机2和膜分离器5之间还依次设置有用于空气除湿的冷干器3和用于使空气升温的加热器4。空气过滤器1为滤筒式过滤器，该空气过滤器1具有自洁净功能，空气首先进入空气过滤器1。鼓风机2是气量为7倍～10倍氧气量的罗茨风机，加热器4为采用蒸汽加热或电加热的加热器。另外，所述离子膜制氧系统还包括副产品回收装置，膜分离器5空气入口通过管道与加热器4连接，膜分离器5的氧气产品出口通过管道与热管式换热器6连接，膜分离器5的副产品出口与该副产品回收装置连接，如图1所示。
在本实施例中，膜分离器5和泵7之间还设置有用于使分离出氧气降温的热管式换热器6，泵7为真空泵。泵7和氧气球罐11之间还依次设置有汽水分离器8和脱湿系统9。脱湿系统9和氧气球罐11之间还设置有稳压系统10，热管式换热器6、泵7、汽水分离器8和脱湿系统9均为无油装置。氧气球罐11连接有用于对氧气进行加压的压氧系统12，压氧系统12含有并联设置的低压氧气压缩机13和中压氧气压缩机14，低压氧气压缩机13的排气压力小于等于0.8MPa，中压氧气压缩机14的排气压力小于等于3.0MPa。低压氧气压缩机13为活塞式氧压机或离心式氧压机，中压氧气压缩机14为活塞式氧压机或离心式氧压机。另外，该离子膜制氧系统还含有控制该离子膜制氧系统运行的控制单元。从而使该离子膜制氧系统全程在PCL或DCS系统控制下连续稳定地获得产品氧气。
在本实施例中，空气过滤器1、鼓风机2、冷干器3、加热器4、膜分离器5、热管式换热器6、泵7、汽水分离器8、脱湿系统9、稳压系统10、氧气球罐11、压氧系统12、低压氧气压缩13和中压氧气压缩机14可以均为现有技术，另外，两个膜分离器5并联的设置在加热器4和热管式换热器6之间。
该离子膜制氧系统的工作流程是，原料空气首先经过空气过滤器1除去其中大部分的尘土颗粒，然后以气量为7～10倍氧气量的罗茨鼓风机2将空气加压，依次通过冷干机3、加热器4除去水分并达到预定温度后，进入膜分离器5；通过泵7抽真空以调节膜分离器5中膜的高压侧和低压侧的压力以及气体流速，具体的使膜分离器5中膜的高压侧的压力为40kPa(G)，入口为原料空气，出口为副产富氮；低压侧为负压，真空度-80kPa，出口为产品氧，从而使得产品氧气达到理想要求；泵7的出口产品氧气经过汽水分离器8、脱湿系统9进行二次干燥，之后进入稳压系统10和气体球罐11进行缓冲，由压氧系统12加压后供用户。
在本实施例中，可以根据制氧规模及产品纯度灵活调整膜分离器5的配置以40000Nm3/h的制氧规模为例，膜分离器选型设计如下：
分离器内单膜管尺寸膜管共计269根；
膜分离器工作条件：温度600℃；高压侧压力40kPa(G)，真空度-80kPa；
气体流速控制在0.3m/s，氧氮分离系数a＝100；
空气的实际流量：
40000x8x101.325x(273+600)/273/(101.325+40)＝733667m3/h；
每个膜反应器的有效膜面积：
3.14x0.1x1.5x269＝126.70m2；
则需要的膜反应器的数量：
733667/3600/126.70/0.3＝5.4，取6个，
由此得到的产品氧气的纯度≥90％。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，不能以其限定实用新型实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本实用新型中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。
Claims (10)
1.一种离子膜制氧系统，其特征在于，所述离子膜制氧系统包括通过管道依次连接的空气过滤器(1)、鼓风机(2)、膜分离器(5)、泵(7)和氧气球罐(11)，膜分离器(5)为管式离子膜分离器，膜分离器(5)中用于分离氧气的离子膜为陶瓷膜。
2.根据权利要求1所述的离子膜制氧系统，其特征在于：鼓风机(2)和膜分离器(5)之间依次设置有用于空气除湿的冷干器(3)和用于使空气升温的加热器(4)。
3.根据权利要求2所述的离子膜制氧系统，其特征在于：空气过滤器(1)具有自洁净功能，鼓风机(2)为罗茨风机，加热器(4)为采用蒸汽加热或电加热的加热器。
4.根据权利要求1所述的离子膜制氧系统，其特征在于：所述离子膜制氧系统还包括副产品回收装置，膜分离器(5)的副产品出口与该副产品回收装置连接。
5.根据权利要求1所述的离子膜制氧系统，其特征在于：膜分离器(5)和泵(7)之间设置有用于使分离出氧气降温的热管式换热器(6)，泵(7)为真空泵。
6.根据权利要求5所述的离子膜制氧系统，其特征在于：泵(7)和氧气球罐(11)之间依次设置有汽水分离器(8)和脱湿系统(9)。
7.根据权利要求6所述的离子膜制氧系统，其特征在于：脱湿系统(9)和氧气球罐(11)之间还设置有稳压系统(10)，热管式换热器(6)、泵(7)、汽水分离器(8)和脱湿系统(9)均为无油装置。
8.根据权利要求1所述的离子膜制氧系统，其特征在于：氧气球罐(11)连接有用于对氧气进行加压的压氧系统(12)，压氧系统(12)含有并联设置的低压氧气压缩机(13)和中压氧气压缩机(14)。
9.根据权利要求1所述的离子膜制氧系统，其特征在于：低压氧气压缩机(13)为活塞式氧压机或离心式氧压机，中压氧气压缩机(14)为活塞式氧压机或离心式氧压机。
10.根据权利要求1所述的离子膜制氧系统，其特征在于：该离子膜制氧系统还含有控制该离子膜制氧系统运行的控制单元。
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Cited By (3)
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| CN105271128A (zh) * | 2015-11-23 | 2016-01-27 | 北京京诚泽宇能源环保工程技术有限公司 | 一种离子膜制氧系统 |
| CN110655037A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-01-07 | 南京航空航天大学 | 一种航空发动机高温余热离子膜制氧系统及方法 |
| CN112897468A (zh) * | 2021-02-26 | 2021-06-04 | 西藏大学 | 一种膜分离制氧方法 |
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