[实用新型]一种两级中空纤维膜生产高纯度氮气装置

说明书

技术领域

    本实用新型涉及氮气制备设备，具体是一种两级中空纤维膜生产高纯度氮气装置。

背景技术

现有的中空纤维膜生产氮气装置，包括空气压缩机、后冷却器、水分离器、空气缓冲罐、粗过滤器、精过滤器、加热器、中空纤维空气分离膜和氮气缓冲罐。这种装置存在的缺陷如下：

1.中空纤维膜生产氮气，一般只能产生低纯度氮气。对于要求氮气纯度高于99%的应用，中空纤维膜生产氮气装置就无法满足要求，或者导致氮气回收率太低而没有经济效益。尤其是要求氮气纯度高于99.5%的应用，一般无法采用中空纤维膜生产氮气装置。

2.对于要求生产高纯度的氮气，先用中空纤维膜分离生产低纯度氮气，再采用其他提纯的方式提纯氮气，会导致产品氮气中增加其他杂质，比如二氧化碳或者氢气，并且这些增加的杂质无法完全去除或者难以去除。

3.对于要求生产高纯度的氮气，先用中空纤维膜分离生产低纯度氮气，再采用其他提纯的方式提纯氮气，会增加较多用于提纯的设备。从而增加了整套装置的设备投资、占地及重量。

4.在高纯度氮气应用中，由于装置尺寸、重量的增加，装置的移动性能很差，不适宜用于移动氮气装置。

因此，需要设计一种新型的中空纤维膜生产高纯度氮气的装置，在高纯度的氮气应用中，提高氮气回收率，减小装置的尺寸和重量，即使在移动设备中也可满足生产高纯度氮气的要求，同时具有较好的经济效益。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种两级中空纤维膜生产高纯度氮气的装置，该装置能克服现有技术中存在的缺陷，直接用中空纤维膜分离空气生产高纯度氮气，而无须设置氮气提纯装置，同时可以满足氮气回收率高，产品氮气中不增加其他杂质气体的需求。尤其是在某些特定的应用中，需要高纯度氮气，还要求装置的尺寸小、重量轻，有较好的移动性能的情况下。

本实用新型的目的主要通过以下技术方案实现：一种两级中空纤维膜生产高纯度氮气装置，包括氧氮分离系统，氧氮分离系统主要有互相连接的初级空气分离膜和次级空气分离膜构成。

所述初级空气分离膜和次级空气分离膜均为中空纤维膜。

初级空气分离膜设置有富氧废气排气口。

次级空气分离膜设置有废气排气口。

初级空气分离膜还依次连接有加热器、超精细过滤装置、精细过滤器、空气缓冲罐、气水分离器、后冷却器、空气压缩机。

次级空气分离膜还连接有氮气缓冲罐。

所述氮气缓冲罐通过管路与用户使用端接通。

基于上述一种两级中空纤维膜生产高纯度氮气的装置的结构描述，本装置主要由空气压缩系统、压缩空气净化系统，两级中空纤维膜分离系统构成。

所述空气压缩系统主要由空气压缩机、后部冷却器、水分离器构成；所述水分离器与压缩空气净化系统连接。

所述空气净化系统主要由连接于水分离器的空气缓冲罐、精细过滤器、超精细过滤器、加热器构成；所述加热器与两级中空纤维膜分离系统连接。

所述两级中空纤维膜分离系统主要由连接于加热器的初级空气分离膜组，次级空气分离膜组、氮气缓冲罐构成；所述的氮气缓冲罐与次级空气分离膜组连接。

所述的空气压缩系统中的水分离器包括有疏水器，可将压缩空气产生的冷凝水排出。

所述的空气净化系统各级过滤器均包含有疏水器，可将净化空气过程中产生的冷凝水和油收集汇总并排出。

所述的初级空气分离膜组和次级空气分离膜组，分别由若干个中空纤维膜件组合构成，初级空气分离模组和次级空气分离模组首位连接。

所述中空纤维膜件主要由金属外壳、以及设置在金属外壳内部的高分子中空纤维束构成。

所述金属外壳上设置有渗透侧管路，渗透侧管路的气体汇总后放空或者回收利用。

具体地说：一种两级中空纤维膜生产高纯度氮气的装置，主要由空气压缩系统、压缩空气净化系统，两级中空纤维膜分离系统构成。即包括空气压缩机、后冷却器、气水分离器、空气缓冲罐、精细过滤器、超精细过滤装置、加热器、初级空气分离膜、次级空气分离膜及氮气缓冲罐组成。

所述空气压缩机用于从环境大气中抽取空气，压缩到所需的压力，用该压缩空气作为中空纤维膜生产高纯度氮气的原料。

所述后冷却器与空气压缩机出口连接，用于冷却经过压缩而温度升高后的压缩空气。

所述气水分离器与后冷却器连接，用于排出压缩空气经过压缩、冷却后析出的游离水。

所述空气缓冲罐用于降低压缩空气的压力波动范围，同时进一步冷却压缩空气和析出游离水。