[发明专利]多循环常温空气分离系统和方法

权利要求书

1.一种多循环常温空气分离系统，主要包括：

至少一个由第一和第二薄膜分离器串联的薄膜分离器循环组、至少两个并列设置的以提纯薄膜分离系统渗透气富含组分为目的第一、第二变压吸附系统、至少一个循环压缩机、至少一个缓冲罐；其特征在于：

第一薄膜分离器的滞留侧出口与第二薄膜分离器的原料气进气口相连通；

第一薄膜分离器的渗透气出口后串联所述循环压缩机；循环压缩机后串联所述第一变压吸附系统；压缩机还与所述第一薄膜分离器的原料气入口连通；

所述第二变压吸附系统串联在所述第二薄膜分离器的滞留侧出口后；

所述缓冲罐分别与第一薄膜分离器的渗透气出口和第二薄膜分离器的渗透气出口连通；所述缓冲罐还与第一变压吸附系统的废气排放口和第二变压吸附系统的废气排放口分别连通；

所述的第一变压吸附系统和第二变压吸附系统根据各自所要分离提取的组分气体的需要装填吸附剂。

2.根据权利要求1所述的多循环常温空气分离系统，其特征在于所述的第一变压吸附系统和第二变压吸附系统均采用并列设置的双吸附塔结构。

3.根据权利要求2所述的多循环常温空气分离系统，其特征在于所述缓冲罐通过第七管线与所述第一变压吸附系统的废气排放口连通，并同时通过第八管线与所述第二变压吸附系统的废气排放口连通；所述缓冲罐通过第四管线和缓冲罐第一管线分别连通第二薄膜分离器渗透气出口，并通过缓冲罐第二管线、缓冲罐第三管线分别连通第一薄膜分离器渗透气出口和循环压缩机。

4.根据权利要求3所述的多循环常温空气分离系统，其特征在于所述第一薄膜分离器的渗透气出口与所述循环压缩机通过第三管线相通；所述压缩机与所述第一薄膜分离器的原料气入口通过压缩机第二管线相通；所述循环压缩机与所述变压吸附系统通过压缩机第一管线相通。

5.根据权利要求4所述的多循环常温空气分离系统，其特征在于上述各管线上均设置有气动控制阀；其中，缓冲罐通过第十二控制阀和第十五控制阀与所述压缩机和所述薄膜分离器循环组的各渗透气出口相连通以进行分级回流循环：第十五控制阀设置在第四管线的延长线上并通过第十四控制阀与第二薄膜分离器渗透气出口相通；第十二控制阀设置在缓冲罐第二管线的延长线上，并通过缓冲罐第一、第二和第三管线上分别设置的第十三控制阀、第十一控制阀、第十控制阀分别与第二薄膜分离器渗透气出口、第一薄膜分离器渗透气出口和循环压缩机相连通。

6.根据权利要求5所述的多循环常温空气分离系统，其特征在于所述的第一变压吸附系统采用沸石等氮吸附剂中的一种，所述的第二变压吸附系统采用氧选择性吸附剂或者碳分子筛吸附剂。

7.根据权利要求6所述的多循环常温空气分离系统，其特征在于所述的第一和第二薄膜分离器的渗透气出口均为富氧气体排出端、所述的第一和第二薄膜分离器的滞留侧出口为富氮气体排出端。

8.一种利用权利要求1-7之一所述的系统从含有多种气体组分的混合物中回收其中至少一种以上产品气体的气体分离方法，其特征在于至少进行一次循环分离过程，也即将异相运行的第一、第二变压吸附系统排出的废气循环返回到前端的薄膜分离器循环组的薄膜渗透侧或者循环压缩机械入口侧进行再次薄膜分离。

9.根据权利要求8所述的气体分离方法，其特征在于所述的循环分离过程为分阶段、选择性的分级捕集其中排出的某一富含气体循环回到前端的薄膜分离器循环组的渗透侧入口或者循环压缩机的入口；其中，薄膜分离器循环组的渗透气侧串联连接的变压吸附系统以继续提纯渗透气为目的、滞留侧串联连接的变压吸附系统以继续提纯滞留气为目的；

所谓分级，是指其中一个变压吸附系统随着压力降低逐步释放某一富含气体，按照浓差分级捕集；所谓分阶段，是指另一个变压吸附系统异相运行，通过适当的控制两个异相运行的变压吸附系统的废气回收过程，以增强最需要的组分回收，循环返回到前级继续分离。

10.根据权利要求9所述的气体分离方法，其特征在于薄膜分离器循环组的渗透气侧形成富氧贫氮气体，并通过第一变压吸附系统将21～90％的氧气组分提纯至纯度超过97％的高纯度氧气；其滞留侧形成富氮贫氧气体，并通过第二变压吸附系统将85～99.9％的氮气组分提纯至纯度超过99.999％的高纯度氮气。