一种基于膜分离的制氧方法及系统

    技术2024-12-21  43


    本发明涉及氧制备装备和工艺,特别涉及一种基于膜分离的制氧方法及系统。


    背景技术:

    1、利用气体透过膜的速度不同而实现气体分离的过程,膜分离法制氧起动后,很快达到稳定状态;膜法的制造成本及动力消耗最低。

    2、而现有技术中存在的主要问题是:膜分离法对于富氧膜,即透气膜材质的依赖,而现有技术中依据膜的类型,在制氧浓度效果上存在差异,但实际研究中也存在制备过程和配置的因素导致的效果差异,例如:

    3、请参阅附图2所示,富氧空气的氧浓度是膜分离系数及膜两 侧气体压力比的函数,具体为多种不同类型的膜测试,可以理解为分离系数 越大,氧气浓度越高,膜两侧压力比减小, 膜两侧的压力比可以通过压缩进气获得,或通过抽产品气获得,因为后者是对少量的产品气做功,从而形成较高的进气/产品气流速比,由于目前富氧膜的分离系数较低,而产生回流是提高富氧空气氧浓度的一种有效的方法。

    4、例如,现有技术中,如中国发明专利,公开号cn103508423b,具体涉及一种膜分离供氧方法及系统,在现有膜分离供氧系统中增加设计了多个调节回路,从而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,该技术方案的应用主要在于对于富氧含量稳定性的配置,但这种回流回路属于单一单元的回路,对于制氧的浓度提升不高。

    5、再例如,现有技术中,中国发明专利申请,一种膜分离制氧方法,公开号cn112897468a,该技术方案仅仅提供了一个高浓度氧气的制取的方案,但也没有对于现有技术中存在的问题给于更优选的方案。

    6、显然,通过稳定压力比以及配置回流的方式能够显著的在同一稳定的膜材料的应用下获得制氧浓度的最大化收益。


    技术实现思路

    1、本发明要解决现有技术中的如何在膜分离制氧条件下获得制氧浓度最大收益的技术问题,提供一种基于膜分离的制氧方法及系统。

    2、为了解决上述技术问题,本发明的技术方案具体如下:

    3、一种基于膜分离的制氧方法,包括:

    4、步骤s1,通过空气压缩机1将空气送至空气过滤器2;

    5、其中,将过滤后的压缩空气经吸附层吸附水蒸气,得到一次分离后的气相;

    6、所述吸附层包括两层防水透气膜和夹在两层防水透气膜之间的多孔有机盐;

    7、步骤s2,通过送风机3将气相空气送入多组渗透器中,每组所述渗透器采用富氧膜

    8、5、且所述渗透器具有渗透入口和渗透出口;

    9、多个所述渗透器中包括一个终端渗透器,作为制氧输出的主要渗透器;

    10、多个所述渗透器中包括两组进入侧相互连通的渗透器;

    11、终端渗透器的上游可连接多个辅助渗透器使得压渗出侧与进入侧的压力比可平衡;

    12、步骤s3,获取每组所述渗透器4的渗出侧与进入侧的所述压力比px;

    13、将所述压力比px与一预设值p0进行比对;

    14、当所述压力比px小于预设值p0时,调整减小上游的渗透器的进入侧的压力,达

    15、到预设值p0范围内;

    16、当所述压力比px大于预设值p0时,调整增加上游的渗透器的进入侧的压力,直

    17、到达到预设值p0范围内;

    18、其中,所述富氧膜5将所述渗透器分隔为进入侧和渗出侧;

    19、所述富氧膜5的选择基于透气率的设定。

    20、具体地,所述透气率的计算公式为:qo2=po2/δ;

    21、其中,所述δ为膜厚度;

    22、其中,所述qo2为氧气透气系数;

    23、其中,所述po2为压力比。

    24、具体地,所述膜厚度的范围为0.75-0.15微米;

    25、所述富氧膜5为多孔膜,所述多孔膜上喷涂聚二甲基硅氧烷,形成复合膜,所述po2的值小于1。

    26、具体地,还包括有:

    27、步骤s4、将终端渗透器二次分离后的气相经过分子筛吸附氮气,压力为0.2-0.3mpa,得到氧气;

    28、所述分子筛的材料为5a(caa)型、cax型或lix型;

    29、所述防水透气膜的厚度为10-30微米,所述多孔有机盐的厚度为50-55微米。

    30、具体地,所述复合膜由基础层、支撑层和分离层组成,基础层的材料为无纺布,支撑层的材料为碳纤维,分离层的材料为聚砜或者硅橡胶;

    31、所述分离膜为平板式。

    32、具体地,所述富氧膜5具有气体分离膜面,使得其具有最高的面积/体积比。

    33、另一方面,本方案还提出一种基于膜分离的制氧系统,应用所述的基于膜分离的制氧方法,具体为:所述渗透器包括:

    34、第一渗透器v1、第二渗透器v2、第三渗透器v3、第四渗透器v4;

    35、所述第一渗透器v1的渗出侧连接所述第二渗透器v2的进入侧;

    36、所述第一渗透器v1的进入侧连接有送风机3;

    37、所述第二渗透器v2的渗出侧连接下游工序;

    38、所述第三渗透器v3、所述第四渗透器v4的进入侧连接所述第一渗透器v1的副渗出侧4-3;

    39、所述第三渗透器v3的渗出侧、所述第四渗透器v4的渗出侧连接所述第二渗透器v2的进入侧;

    40、所述第三渗透器v3的进入侧和所述第四渗透器v4的进入侧通过副线3-4实现可通断式的连通。

    41、具体地,所述第一渗透器v1与所述送风机3之间设置有第一压力检测件p1,所述第二渗透器v2前设置有第二压力检测件p2;

    42、第一计算模块y1,其用以获取并计算第二压力检测件p2与第一压力检测件p1

    43、获取当前压力的比值;

    44、第一比对模块b1,其用以将所述比值与总设定值进行对比,并通过第一调节阀f1控制送风机3控制送风量。

    45、具体地,所述第三渗透器v3的渗出侧、所述第四渗透器v4的渗出侧设置有副力检测件p2.2;

    46、第二计算模块y2,其用于获取副力检测件p2.2与第一压力检测件p1获取当

    47、前压力的比值;

    48、第二比对模块b2,其用以将该比值与所述总设定值进行对比,并通过第二调节阀f2控制所述第三渗透器v3的进入侧和所述第四渗透器v4的进入侧的气相的量;

    49、所述第二调节阀f2设置在副渗出侧4-3的下游;以及

    50、第三压力检测件p3,其设置在所述第二渗透器v2的渗出侧;

    51、第三计算模块y3,其用于获取第三压力检测件p3与第二压力检测件p2获取当前压力的比值;

    52、第三比对模块b3,其用以将该比值与所述总设定值进行对比,并通过第三调节阀f3控制所述第一渗透器v1的终端连接侧的第三调节阀f3的渗出气量。

    53、具体地,所述第三渗透器v3的进入侧和所述第四渗透器v4的进入侧通过副线3-4实现可通断式的连通的判断方式为:

    54、当所述第二调节阀f2、所述第三调节阀f3的调控在一预设计时模块100的计量时间内无法使得所述压力比接近所述总设定值范围内时,所述预设计时模块100向一执行模块200发出信号,该信号使得副线3-4上的第四调节阀f4全部打开。

    55、本技术方案提供了一种在基于固定膜材料条件下如何获得制氧最大化收益的技术方案,因此该技术方案的应用可限定材料的成本下,最大化制氧量,可广泛应用于富氧空气用于工业燃烧,可节约燃料,也可应用于在发酵、氧化、养殖、污水处理等领域。


    技术特征:

    1.一种基于膜分离的制氧方法,其特征在于,包括:

    2.如权利要求1所述的基于膜分离的制氧方法,其特征在于,所述透气率的计算公式为:qo2=po2/δ;

    3.如权利要求2所述的基于膜分离的制氧方法,其特征在于,所述膜厚度的范围为0.75-0.15微米;

    4.如权利要求3所述的基于膜分离的制氧方法,其特征在于,还包括有:

    5.如权利要求3所述的基于膜分离的制氧方法及系统,其特征在于,所述复合膜由基础层、支撑层和分离层组成,基础层的材料为无纺布,支撑层的材料为碳纤维,分离层的材料为聚砜或者硅橡胶;

    6.如权利要求4所述的基于膜分离的制氧方法,其特征在于,所述富氧膜(5)具有气体分离膜面,使得其具有最高的面积/体积比。

    7.一种基于膜分离的制氧系统,应用如权利要求1-6中所述的基于膜分离的制氧方法,其特征在于,所述渗透器包括:

    8.如权利要求7所述的基于膜分离的系统,其特征在于,所述第一渗透器(v1)与所述送风机(3)之间设置有第一压力检测件(p1),所述第二渗透器(v2)前设置有第二压力检测件(p2);

    9.如权利要求8所述的基于膜分离的系统,其特征在于,所述第三渗透器(v3)的渗出侧、所述第四渗透器(v4)的渗出侧设置有副力检测件(p2.2);

    10.如权利要求9所述的基于膜分离的系统,其特征在于,所述第三渗透器(v3)的进入侧和所述第四渗透器(v4)的进入侧通过副线(3-4)实现可通断式的连通的判断方式为:


    技术总结
    本发明涉及氧制备装备和工艺技术领域,特别涉及一种基于膜分离的制氧方法及系统,解决现有技术中的如何在膜分离制氧条件下获得制氧浓度最大收益的技术问题,包括得到一次分离后的气相;通过送风机将气相空气送入多组渗透器中,每组渗透器采用富氧膜且渗透器具有渗透入口和渗透出口;多个渗透器中包括一个终端渗透器,作为制氧输出的主要渗透器;终端渗透器的上游可连接多个辅助渗透器使得压渗出侧与进入侧的压力比可平衡;获取每组渗透器4的渗出侧与进入侧的压力比;将压力比与一预设值进行比对,提供了如何获得制氧最大化收益的技术方案,因此该技术方案的应用可限定材料的成本下,最大化制氧量。

    技术研发人员:王世锋,李勇,赵懂叶,梁译方
    受保护的技术使用者:西藏大学
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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