[实用新型]高压空气的分离系统

说明书

技术领域

本发明涉及从空气中分离气体的技术，特别是涉及高压空气的分离系统。

背景技术

空气是多种气体的混合物，其中氮78％、氧21％、氩0.93％、二氧化碳0.03％、氖0.0018％(均为体积百分数)，还有其他惰性气体。这些气体都是良好的自然能源，具有各自的物理特性和用途。

氢气是世界上已知的最轻的气体，密度为0.0899克/升，它在石油化工、电子工业、冶金工业、航空航天等方面有着广泛的应用。氘气的密度为0.167克/升，是氢的同位素，可用于军工、核燃料等领域。氚气的密度为0.2505克/升，也是氢的同位素，可用于核燃料，是氢弹的主要原料之一，也是受控聚变反应的燃料之一。氖气的密度为0.9克/升，可作为彩色霓虹灯的充装气体，也可用作低温冷却剂。氮气的密度为1.25克/升，主要用于合成氨，也是合成纤维、合成树脂、合成橡胶等的重要原料。氧气的密度为1.429克/升，氧气的用途极其广泛，在冶金工业中，炼钢时吹以高纯度氧气，氧便和碳及磷、硫等起氧化反应，这不但降低了钢的含碳量，还有利于清除磷、硫等杂质；在国防工业中，液氧是火箭最好的助燃剂。氩气的密度为1.784克/升，在炼钢过程中，可用于置换气体或蒸气并防止工艺流程中的氧化；还可用于不锈钢精炼中使用的氩氧脱碳工艺。二氧化碳的密度为1.98克/升，可将其注入饮料中，使饮料中带有气泡，增加饮用时的口感；它的重量比空气重，不助燃，可用于灭火器灭火。其他废气可用于再发电。

如何将高压空气中各种有用的气体分离出来，在全世界都引起了高度重视。目前，常用的方法是在低温下利用精馏将空气分离为它的各种组分，按照该方法，将空气压缩，冷却至某一适于精馏的温度，然后将它引入空气分离单元，该空气分离单元包含一个或多个塔，在塔中空气被蒸馏为它的各种组分，但是分离过程复杂，分离出来的气体纯度达不到要求。还可以采用分子筛式空气分离系统，其原理是气体经过滤器进入空气分离装置，由空气分离装置的空气分配阀将具有一定正压力的空气输入分子筛管道从而实现空气中氧气、氮气的分离，但是采用正压气体供气，极易形成空气中的水分、杂质等被吸附在分子筛上，不易排出，缩短了分子筛的使用寿命。

此外，现有技术中的空气分离装置基本上都不使用环保能源，因此，其共同缺点是消耗大量能量，而且造成大量排放，不利于环境。

发明内容

本发明旨在提供一种全新的空气的分离方法和系统，并将其公之于众，依法获得该技术方案的专利权。该空气分离方法和系统不仅能克服现有技术中的各种缺陷，而且能够利用清洁能源，特别是风能，不仅有利于环保，而且扩展了风能的用途。

高压空气储气库中的气体是多种气体的混合物，其中有氢气、氘气、氚气、氖气、氮气、氧气、氩气、二氧化碳和其他废气。这些气体都是良好的自然能源，具有各自的物理特性和用途，应将其分离出来输送到各个工业领域中充分利用。本发明的分离系统能有效的将高压空气中的各种气体分离出来。

为实现上述目的，本发明首先提供一种分离空气的方法，其包括将空气压缩到一定程度，然后将其进行分离。

优选的是，所述空气压缩步骤通过以一种自然能为动力的空气压缩机实现，以有利于环境。

特别优选的是，采用风能为所述压缩机的动力。因为风能是一种几乎无处不有的能源。

尤其优选的是，所述压缩机由一风力发电机供电，所述风力发电机设置于风道井内部，其包括一具有缩径部的变径涵道装置；一发电机设置于该涵道装置内；一用以驱动发电机转动的叶轮设置于所述涵道装置内缩径部的最小直径处，并连接于发电机的转子轴上；所述转子轴穿过该发电机，其穿出端连接有一压气涡轮，其相对于所述叶轮位于所述涵道装置的进风方向。通过这一方案，扩大了风力发电机的应用。

优选的是，所述涵道装置入口与涵道装置出口口径相同，其外壁呈圆柱形。

优选的是，所述涵道装置侧壁纵截面两侧为凸部向内的对称的平滑渐变曲线，并由该平滑渐变曲线形成所述缩径部。

优选的是，所述对称的平滑渐变曲线为对称的双曲线。

风力发电机尽可能同轴设置于风道井的中心部位，且其横截面积小于等于风道井横截面积的50％，对周边气流的干扰相对较小，利于已做功气流流速和压力的恢复，以保障下一级发电装置的有效运转。

优选的是，所述涵道装置与风道井同轴设置。

优选的是，所述叶轮、发电机、压力涡轮的组合结构整体通过数条发电机支撑架固定在涵道壁上，并全部包容在所述涵道装置的外轮廓线之内，即涵道装置入口与涵道装置出口之间，可最大限度减小对周边气流的扰动。