[实用新型]一种膜分离供氧系统

说明书

技术领域

本实用新型属于空气分离技术领域，具体涉及一种膜分离供氧系统。

背景技术

膜法富氧技术是自70年代末逐渐发展起来的一种新分离方法，它利用有机高分子致密薄膜对氮、氧的选择透过性差异，当在膜两侧存在压力差或者压力比时，混合气体中渗透速率快的气体如水蒸汽、氢气、氦气、氧气、二氧化碳等透过膜后在膜的低压侧富集成为富氧空气（视膜材料的氧氮分离系数不同，单级分离可获得纯度约为23-60%的富氧），而渗透速率相对慢的气体如氮气、氩气、甲烷和一氧化碳等在膜的滞留侧被富集为贫氧(或富氮)空气；膜分离方法为富氧提取开辟了一条新途径，因它在分离浓缩的全过程中不存在相变，常温分离，尤其以板式膜构建的负压流程分离系统，具有设备简单、制造成本低、能源消耗小、产量可调节、启动迅速、操作简便、系统静态运行、可靠性高等突出优点，是一种经济的分离方法，目前，采用膜分离方法制取富氧已广泛应用于富氧助燃、富氧通风、水处理等领域，尤其针对玻璃、冶金、水泥回转窑、工业锅炉等等热能工程领域的富氧助燃。

单就空气组分膜分离制氧过程来说，一旦选型确定了膜分离材料、膜材料的分离面积以及动力设备之后，因分离材料的本征性能、动力设备的能力已确定，膜分离过程自空气中获得的氧气组分与流量的稳定性主要与被分离的进料空气的温度有关。针对一个有可能应用于各种环境温度条件下的富氧助燃系统，不同安装应用场合的环境温度会有所不同，甚至同一地点因不同季节、甚至早中晚间温度的变化将导致系统分离出来的富氧空气的流量、氧纯度产生巨大的波动。尤其是在客户存在多个用氧点，而且至少有一个用氧点存在间歇式用氧等用氧量需求有巨大变化时，将使得原设计选型的系统难以调节至满足其使用要求，这将直接影响富氧助燃过程的总效果，从某种意义上说，将严重制约采用这种分离方法的富氧助燃系统的应用。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种成本较低、且能稳定地为炉窑富氧助燃系统提供富氧的膜分离供氧系统，从而可应对环境温度变化及用户端间歇式用气等极端情况下而至少保证膜分离制氧可提供用户可接受流量和纯度的富氧供气，有效避免膜分离过程因应用环境温度变化及用户端间歇式用气等极端情况下而导致制取的富氧组分或流量的剧烈波动或设备的不稳定。 

 本发明提供的膜分离供氧系统，有别于现有技术的膜分离过程，即在现有膜分离供氧系统中增加设计调节回路，以应对环境温度变化及用户端间歇式用气等极端情况下的供氧控制与调节，具体内容如下： 

（1）当环境温度降低时，可通过调节回路，有组织的引入外部空气或/和循环返回真空泵出口的富氧，作为膜渗透侧的吹扫气，既可调整真空泵入口的真空度，进而调整膜分离器跨膜压力比以取得稳定纯度的富氧，也可强化膜分离过程以提高分离总效能；

（2）当环境温度升高时，可通过调节回路，有组织的引出真空泵出口的富氧，循环返回膜分离器入口，与控制流量后的新鲜空气混合，然后进入膜分离器的滞留侧（高压侧）。这样既可增加原料空气的氧气含量，稳定真空泵出口压力，又可通过有组织的控制引入外部空气或/和循环返回真空泵出口的富氧，并作为膜渗透侧的吹扫气以调整真空泵入口的真空度，进而调整膜分离器跨膜压力比。据此，既可为用户提供可接受流量和纯度的富氧，也可强化膜分离过程，提高膜分离过程的总效能； 

（3）当遭遇用气点间歇式用气等极端情况下，可在系统不用气需要放空时，通过调节回路，有组织的引出真空泵出口的富氧循环返回膜分离器入口，与控制流量后的新鲜空气混合，然后进入膜分离器的滞留侧（高压侧）。这样可增加原料空气的氧气含量，稳定真空泵出口压力；

（4）当遭遇用气点间歇式用气等极端情况下，又需要输出第二路富氧时，可通过调节回路，有组织的引出真空泵出口的富氧循环返回膜分离器入口，与控制流量后的新鲜空气混合，然后进入膜分离器的滞留侧（高压侧）。这样可增加原料空气的氧气含量，并通过第二富氧输出口增加一个稳压调节阀，即可稳定的输出第二路富氧，该路富氧可做到纯度、流量的稳定。这对于一路用气点（如图，富氧空气第一出口）需要间歇式放空，而此时第二路用气点（如图，富氧空气第二出口）则需要稳定纯度、稳定流量的富氧时，显得极为必要。

在系统正常运行时，通过本发明设置的调节回路，可实现真空泵的低负荷启动，避免真空泵过流，以稳定系统运行。

对于采用四口分离器的系统，在系统停机时，通过本发明设置的调节回路，实现膜两侧的工艺吹扫，吹除膜系统停机时系统内存留的水分，这对于运行湿度较高，而又存在冰点以下的环境温度时，确保膜分离器的正常使用寿命。