[发明专利]船用膜分离式制氮系统及其制氮方法

说明书

本发明公开了一种船用膜分离式制氮系统及其制氮方法与应用方法，所述船用膜分离式制氮系统包括供气及处理单元以及分离膜单元；所述分离膜单元包括沿其轴线方向依次间隔布置的聚气室、分离室以及集气室；其中，所述聚气室开设有与所述供气及处理单元相连通的第一入口；所述集气室开设有与外界相连通的第一出口；所述分离室中间隔地布置有多根中空纤维膜，每根所述中空纤维膜在其两端分别与所述聚气室和集气室相连通；所述分离室中布置有将所述分离室的内部空间限定成迂回型气路的分隔结构；所述分离室中连通地开设有分别布置于所述迂回型气路上游和下游的第二出口和第二入口。本发明提高了氧气与氮气的膜分离效率。

技术领域

本发明涉及船舶安全领域，具体涉及一种船用膜分离式制氮系统及其制氮方法。

背景技术

氮气是一种理想的惰性气体，普通氮气与高纯氮气在船舶上有着广泛的应用，船舶上货舱的抑燃、防爆、仪器仪表的防腐蚀、机械和液压系统的驱动用气、蓄压器增压、燃油管路安装维护的惰性吹扫都离不开氮气。

船舶行业所用的氮气往往都是通过安装制氮装置从空气中直接提取，膜分离式制氮设备由于其体积小、产氮快、故障率低等优点，被广泛应用于油船、化学品船的货舱吹扫及液货船的供气系统。

气体膜分离是利用不同气体分子在膜两侧分压的不同，以及由高压侧通过膜向低压侧运动时速率不同而实现的。氧气、二氧化碳和水蒸汽等能迅速透过膜，通过富氧排气口排出到开敞甲板，不易透过膜的氮气在膜丝内部从一端流向另一端并被收集，从而在出口端得到氮气。该过程是“溶解扩散”的复杂过程，入膜压力、温度变化、原料气流量等也会对膜分离过程产生影响，而实际使用时流量受需求端影响较难调节，增大入膜压力将造成供气单元的成本大幅上升，因此通过调节不同组分气体的分压差来增加膜分离效率是制取高纯度氮气的一种简便、可行的手段。

同时为了保证制氮过程连续、稳定的输出高纯度氮气，需要根据工艺条件和产品氮气性能指标的要求自动调节调节阀的开度。由于气体膜过程的复杂性，氮气纯度不同时，调节阀开度减小相同的幅度产生的氮气纯度变化量不同，且反馈存在滞后，经常导致氮气纯度的不及时或过度调节，由此造成氮气纯度调节时间长，波动大。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种船用膜分离式制氮系统及其制氮方法，可以解决现有的制氮系统存在大量富氧气体富集底部无法排出、存在流动死区进而降低氧气与氮气的分离率等技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种船用膜分离式制氮系统，包括供气及处理单元以及分离膜单元；所述分离膜单元包括沿其轴线方向依次间隔布置的聚气室、分离室以及集气室；其中，所述聚气室开设有与所述供气及处理单元相连通的第一入口；所述集气室开设有与外界相连通的第一出口；所述分离室中间隔地布置有多根中空纤维膜，每根所述中空纤维膜在其两端分别与所述聚气室和集气室相连通；所述分离室中布置有将所述分离室的内部空间限定成迂回型气路的分隔结构；所述分离室中连通地开设有分别布置于所述迂回型气路上游和下游的第二出口和第二入口。

进一步地，所述分隔结构由至少一个分隔子集构成，每个分隔子集包括在所述分离室的内侧壁上相对交错布置的一对分隔板；每个分隔子集中的一对分隔板彼此间隔设置，每块分隔板从所述分离室的其中一侧出发沿着垂直于轴线的方向朝着相对侧延伸，并在与相对侧接触前终止，以在所述第二出口、所述分隔结构以及所述第二入口之间形成由至少一个S弯构成的所述迂回型气路。

进一步地，所述第二出口与最接近其的分隔板的固定端同侧布置；所述第二入口与最接近其的分隔板的固定端同侧布置。

进一步地，所述第一出口与所述第一入口相互背离设置，所述中空纤维膜的两端分别相对于所述第一入口以及所述第一出口设置；所述第一入口与所述第二出口异面相邻设置；所述第一出口与所述第二入口异面相邻设置。