[发明专利]一种基于耦合分离技术的制氧方法及其装置

权利要求书

1.一种基于耦合分离技术的制氧装置，其特征在于，包括：

（1）至少一个压缩设备，提供必要的有压力的原料空气；包括空气预处理所需的装置；

（2）一套变压吸附装置，包括一个吸附塔，吸附塔内装有吸附剂，用于去除原料空气中水分；还包括进气阀门及其必要的连接管线，排气阀门及其必要的连接管线，产气阀门及其必要的连接管线；

（3）至少一个沸石膜分离器，内装沸石膜分离材料，并将沸石膜分离器耦合在吸附分离器之后；用于分离产出高纯度氧气；每个沸石膜分离器有三个接口：原料气接口、渗透气出口和滞留气出口，其中，原料气入口串接在吸附塔的产物端，渗透气出口串接在吸附分离器产物端的控制阀处，滞留气出口连通至另外一组吸附干燥塔的产物端处用作该塔的再生清洗气体；此外，还包括必要的清洗气连接管线与调节阀门；

（4）在前述沸石膜分离器的滞留气端配套有一组由阀门、管道组成的回路；一方面，将该滞留气送入前级吸附分离系统的气体暂存缓冲罐；并且，在该通路上设置有可调节流量的阀门；另外，还设有将该滞留气排除出系统的管道、阀门，该滞留气体还可送入原料气进气阀的入口（图中未示出）；

（5）一个产品气缓冲罐，它与沸石膜分离器的渗透气出口端相连通，用以接受自沸石膜分离器富集的透过组分；还设置一个可接受阀门排出废气的气体缓冲罐，并可将该气体送入原料空气入口或者送入前级吸附塔的吸附剂再生过程；

（6）一套完整的控制组件，用以对回路上的阀件进行必要的操作控制，以及对压缩设备进行必要的操作。

2.根据权利要求1所述的基于耦合分离技术制取高纯度氧的装置，其特征在于，所述的膜分离器有多级膜分离器串联，用于分离更高纯度的渗透气组分。

3.根据权利要求1所述的基于耦合分离技术制取高纯度氧的装置，其特征在于，在沸石膜分离器入口与出口端设置有气体检测设备，在沸石膜分离器、缓冲罐上安装有压力检测、露点检测、纯度检测，从而设计成一种完全按照所需压力与纯度来运行的系统。

4.根据权利要求1所述的基于耦合分离技术制取高纯度氧的装置，其特征在于，所述沸石膜分离器的气流形式为轴向流、径向流或侧向流。

5.根据权利要求1所述的基于耦合分离技术制取高纯度氧的装置，其特征在于，对于单个沸石膜分离器，包括有多个主要膜分离层，并设有预处理层，用以除去非氧气成分。

6.根据权利要求1-5之一所述的基于耦合分离技术制取高纯度氧的装置，其特征在于，具体结构包括：吸附塔A01，内装填有吸附剂，沸石膜分离器M01，压缩机AB01，缓冲罐PV101、PV102；其中：

原料气管路与压缩机AB01连接，然后再与吸附塔A01的进气口连接；压缩机AB01前后管路上分别设有自动控制阀门V01、V02，自动控制阀门V01用于控制进气流量，自动控制阀门V02用于控制废气排放；并且，压缩机AB01前后管路上分别设置旁路，与吸附塔A01的进气口连接，在该前后旁路上分别设置自动控制阀门V04、V03；

吸附塔A01的产物端与沸石膜分离器M01的原料气侧进气口管路连接，在该连接管路上设有自动控制阀门V05；吸附塔A01的产物端与缓冲罐PV101管路连接，并且在该连接管路上依次设置自动控制阀门V06、 手动阀门JV01;另外，缓冲罐PV101与沸石膜分离器M01的滞留气接口之间有管路连接，且在该连接管路上依次设置有自动控制阀门V07、 手动阀门JV02;由此形成一个回路；

沸石膜分离器M01的滞留气接口与手动阀门JV02的连接管路处设有自动控制阀门V08，用于排空控制。

7.基于权利要求6所述的装置的耦合分离技术制取高纯度氧的方法，其特征在于，具体步骤为：

（1）打开自动控制阀门V01、V03、V05，吸附塔A01吸附，产气；同时，后级分离系统打开自动控制阀门V07，调节阀门JV02，视纯度需要打开自动控制阀门V08；

（2）打开自动控制阀门V02、V04、V06，吸附塔A01并流、逆流减压，回收部分有价值气体进入缓冲罐PV101，同时将大部分废气对大气排空；

（3）打开自动控制阀门V02、V04，吸附塔A01逆流减压，将大部分废气对大气排空；

（4）打开自动控制阀门V02、V04、V07，吸附塔A01继续逆流减压，同时将产品气引入对吸附塔进行气相吹扫并对大气排空，强化吸附塔的再生；

（5）打开自动控制阀门V02、V04、V06，吸附塔A01继续维持逆流减压，同时将之前回收暂存在缓冲罐PV101的有价值气体引入对吸附塔进行气相吹扫并对大气排空，降低产品气消耗；

（6）打开自动控制阀门V01、V03、V06，吸附塔A01进气，同时将之前回收暂存在缓冲罐PV101中的有价值气体引入对吸附塔进行预充压；同时，后级分离系统打开自动控制阀门V07，调节阀门JV02，视纯度需要打开V08；

上述步骤中，除指定开启阀门之外，其余阀门全部为关闭状态；通过调整阀门JV01、JV02控制吹扫或回收的流量；按上述步骤，如此循环往复，即可产生纯度90%甚至99.5%以上的氧气，其余为氮气与氩气。