[发明专利]一种高纯度气体制取装置

说明书

本发明公开了一种高纯度气体制取装置。该装置整体外形结构呈圆柱状或正多边形体状；沿气体流动方向，所述装置依次包括原料气控制分配器、膜分离模块、吸附分离模块和产品气控制器。本发明通过模块化地设计原料气控制分配器、膜分离模块与吸附分离模块，将膜分离与吸附分离技术设备实现了一体化；通过原料气控制分配器分层设计与进气管的转动程序控制，实现了对原料气依次通过膜分离与吸附分离模块的控制。本发明装置保证了膜分离模块与吸附分离模块的周期性工作与再生，使膜与吸附剂床层各自的特点与净化功能得到了充分发挥。

技术领域

本发明涉及气体分离领域，特别是涉及一种制取高纯度气体的设备。

背景技术

高纯度气体（一般指摩尔纯度大于99.9%）制取可采用塔器分离、膜分离、吸附分离等技术。为了得到高纯度的气体，如氢气、甲烷、氧气等。塔器分离一般会采用大量的塔顶液相回流或低温吸收液去除杂质气体，此过程中，大量液相回流或冷却吸收液都会消耗大量能源，由于装置能耗高的原因，目前利用塔器分离制取高纯度气体已较少使用；通过膜分离得到高纯度气体，一般需要两级甚至更多级数提纯才能实现，由于多级膜分离串联使用导致装置成本高，现场较少采用；采用吸附分离技术能够制取高纯度的气体，但是，当原料气体中目标组分浓度较低时，装置成本会很高，从而限制了其使用范围。

目前，当原料气体中目标气体组分含量较高或制取气量较少时，一般会选择采用吸附分离技术直接制取高纯度气体。当原料气体中目标组分含量低且要求制取的气量较大时，会选择将原料气体先通过膜分离装置进行粗提纯，粗提纯后的气体再进入吸附分离装置制取高纯度气体。CN201410220994.8所述就是将膜分离与吸附分离技术组合应用到炼厂干气回收氢气的过程中；CN201410221040.9所述则是将深冷分离（采用塔器分离）与膜分离技术组合用于炼厂干气中氢气与C2组分的回收。

上述专利与目前现场采用的高纯度气体制取组合技术，都是将现有的两种或多种技术根据物料性质进行前后连接组合，并没有改变装置本身结构。

发明内容

本发明提供了一种将膜分离与吸附分离技术集合到一体的高纯度气体制取装置，同时对两种技术的装置结构与工艺过程进行了创新设计。

本发明的技术方案如下：

一种高纯度气体制取装置，整体外形结构呈圆柱状或正多边形体状；沿原料气到产品气方向，所述装置依次包括原料气控制分配器、膜分离模块、吸附分离模块和产品气控制器；

所述的原料气控制分配器包括原料气进气管、原料气缓冲盘和原料气分配盘；所述原料气缓冲盘的进气侧端面为封闭结构，出气侧包括2n个缓冲区，n为整数；所述缓冲区在缓冲盘上呈凹槽状，各缓冲区围绕圆柱或正多边形体的中心设置，且在朝向中心处开口（2n个开口彼此隔离且不相通），用于接收来自原料气进气管的原料气；所述原料气进气管贯穿原料气缓冲盘设置；原料气进气管在贯穿原料气缓冲盘（部分）的管壁上设置开口，该开口与原料缓冲区的开口相对应；所述原料气分配盘覆盖于原料气缓冲盘的出气侧端面，二者固定连接，使原料气缓冲区成为2n个彼此隔离的区域，原料气只能通过分配盘上的贯通孔进入对应的膜块单元；

所述的膜分离模块包括膜分离壳体、两端的膜管支撑板、固定于膜管支撑板之间的若干膜管组件、膜管组件分区隔板，所述膜管组件分区隔板将膜管组件分为2n个膜块单元，2n个膜块单元与2n个原料气缓冲区上下位置相对应；

所述的吸附分离模块包括吸附分离模块壳体、支撑板、吸附剂床层和吸附分区隔板，吸附分区隔板将吸附剂床层分隔为2n个吸附单元，2n个吸附单元与2n个膜块单元上下对应；吸附剂床层的另一端与产品气控制器固定连接；

所述产品气控制器为板状结构，其上分布有2n个产品气出口，2n个产品气出口分别与吸附单元的吸附剂床层相对应，并保持相通。