專利名稱：一種為爐窯富氧助燃提供穩(wěn)定流量和純度的氧化劑的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于空氣分離技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用膜法富氧技術(shù)為爐窯富氧助燃提供氧化劑的裝置。
背景技術(shù)：
富氧，廣泛應(yīng)用于各種燃油、燃?xì)?、燃煤窯爐(玻璃、水泥、陶瓷)、各種鍋爐、加熱爐、焚燒爐、熱媒爐、熱風(fēng)爐、冶煉爐、航空發(fā)動機(jī)、船舶發(fā)動機(jī)等助燃節(jié)能與環(huán)保；催化裂化、脫硫、廢水處理、發(fā)動機(jī)增效、富氧造(煤)氣、各種氧化反應(yīng)、發(fā)酵等領(lǐng)域也應(yīng)用富氧技術(shù)取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益；另外，富氧也大量的應(yīng)用于醫(yī)療保健、大型富氧通風(fēng)、高原增氧、水產(chǎn)養(yǎng)殖等方面，涉及石化、化工、醫(yī)藥、輕工、電力、建材、冶金、煤炭、交通運(yùn)輸、水產(chǎn)養(yǎng)殖和國防軍事等領(lǐng)域。 空氣中含有大約21%的氧氣和78%的氮?dú)猓谝钥諝鉃樵咸崛「谎醯姆椒ㄖ校I(yè)上最廣泛采用的方法是深冷精餾法和變壓吸附法，但這兩種方法構(gòu)建的富氧系統(tǒng)均存在投資大，耗能高，技術(shù)復(fù)雜，需專人操作，且運(yùn)行費(fèi)用較高；此外，還有諸如電解法、化學(xué)法等氧氣分離方法，但因其以消耗水、消耗化學(xué)品原料來實現(xiàn)氧氣分離，存在原料獲取不易、能源消耗高、制造成本高、使用成本高等方面的弊端，為工業(yè)客戶所不能接受，僅在一些特殊場合米用。膜法富氧技術(shù)是自70年代末逐漸發(fā)展起來的一種新分離方法，它利用有機(jī)高分子致密薄膜對氮、氧的選擇透過性差異，當(dāng)在膜兩側(cè)存在壓力差或者壓力比時，混合氣體中滲透速率快的氣體如水蒸汽、氫氣、氦氣、氧氣、二氧化碳等透過膜后在膜的低壓側(cè)富集成為富氧空氣(視膜材料的氧氮分離系數(shù)不同，單級分離可獲得純度約為23-60%的富氧)，而滲透速率相對慢的氣體如氮?dú)?、氬氣、甲烷和一氧化碳等在膜的滯留?cè)被富集為貧氧(或富氮)空氣，膜分離方法為富氧提取開辟了一條新途徑，因它在分離濃縮的全過程中不存在相變，常溫分離，尤其以板式膜構(gòu)建的負(fù)壓流程分離系統(tǒng)，具有設(shè)備簡單、制造成本低、能源消耗小、產(chǎn)量可調(diào)節(jié)、啟動迅速、操作簡便、系統(tǒng)靜態(tài)運(yùn)行、可靠性高等突出優(yōu)點，是一種經(jīng)濟(jì)的分離方法，目前，采用膜分離方法制取富氧已廣泛應(yīng)用于富氧助燃、富氧通風(fēng)、水處理等領(lǐng)域，尤其針對玻璃、冶金、水泥回轉(zhuǎn)窯、工業(yè)鍋爐等等熱能工程領(lǐng)域的富氧助燃，因膜分離方法具有的一系列優(yōu)點，可為各用能單位提供一種相對廉價、靈活的現(xiàn)場供氣方法而被廣泛采用。隨著膜分離材料的研究開發(fā)以及流程工藝的突破，應(yīng)用于空氣分離的有機(jī)膜分離材料其氧氮分離的a (阿爾法)值大都在2 7之間，可以直接自空氣中獲得大約60%以下純度的氧氣，采用多級膜分離過程的系統(tǒng)可以獲得純度甚至大于90%的氧氣，單就空氣組分膜分離制氧過程來說，一旦選型確定了膜分離材料、膜材料的分離面積以及動力設(shè)備之后，因分離材料的本征性能已確定，動力設(shè)備的能力已確定，膜分離過程自空氣中獲得的氧氣組分與流量的穩(wěn)定性主要與被分離的進(jìn)料空氣的溫度有關(guān)。針對一個有可能應(yīng)用于各種環(huán)境溫度條件下的富氧助燃系統(tǒng)，不同安裝應(yīng)用場合的環(huán)境溫度不同，甚至同一地點因春夏秋冬的環(huán)境溫度不同，為爐窯富氧助燃提供氧氣的膜分離系統(tǒng)因被不同地點、不同季節(jié)的被分離空氣溫度變化將導(dǎo)致分離出來的富氧空氣的流量、氧純度產(chǎn)生巨大的變化。而顯然，膜分離提供富氧空氣的氧氣系統(tǒng)的流量、純度的穩(wěn)定直接決定了富氧助燃過程的效果，從某種意義上說，如果不能解決穩(wěn)定的氧化劑提供方法，以這種分離方法的富氧助燃系統(tǒng)的應(yīng)用將受到嚴(yán)重的制約。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提出一種以膜法富氧技術(shù)為基礎(chǔ)，產(chǎn)生穩(wěn)定流量與純度的富氧氣體的裝置，以便應(yīng)對環(huán)境溫度變化，為爐窯富氧助燃提供流量與純度穩(wěn)定的氧化劑(富氧氣體)。通常的膜法富氧技術(shù)為爐窯富氧助燃提供流量與純度穩(wěn)定的氧化劑(富氧氣體)的裝置如圖3所示。當(dāng)冬季或環(huán)境溫度較低的時候，富氧膜通量隨溫度降低而減小。對于 通常使用額定功率的真空泵的膜分離工藝過程，富氧膜兩側(cè)的壓差將隨膜通量的減小而增大，這樣富氧產(chǎn)品氣中氧濃度會上升但是富氧產(chǎn)品氣流量會大幅下降以致影響后段富氧氣體的使用。本發(fā)明采用窯爐煙道氣或其它廉價熱源對原料空氣進(jìn)行預(yù)熱處理，經(jīng)過溫度調(diào)節(jié)使膜材料在較適宜的溫度下分離空氣，從而得到穩(wěn)定流量和純度的富氧產(chǎn)品氣。本實用新型采用的分離方法有別于現(xiàn)有技術(shù)的簡單膜分離過程，通過回收使用低品位熱源對原料空氣預(yù)熱處理的方法可以有效的避免膜分離過程因應(yīng)用環(huán)境溫度變化而導(dǎo)致采用膜分離制取的富氧組分與流量的波動，從而使得以膜分離系統(tǒng)在較低制造成本為爐窯富氧助燃提供穩(wěn)定氧化劑進(jìn)行富氧助燃，是一種簡單易行、非常適合爐窯富氧助燃過程所需的氧化劑供給方法；同時，通過回收使用低品位熱源對富氧產(chǎn)品氣進(jìn)行加熱處理減少了富氧氣體進(jìn)入窯爐后升溫所需的熱能，對富氧氣體的助燃效果起到了促進(jìn)作用。基于上述的可穩(wěn)定流量與純度的氧化劑的方法，本實用新型提供相應(yīng)的膜分離裝置。該膜分離裝置，是對原有的用于制備富氧產(chǎn)品氣的膜分離裝置加以改進(jìn)而獲得。原有的用于制備富氧產(chǎn)品氣的膜分離裝置，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括一種薄膜分離器M01，空氣過濾器AFOI，升壓設(shè)備ABOI，真空設(shè)備AB02 ;每個薄膜分離器至少有一個原料氣入口 AO，一個滯留氣出口 Al，一個滲透氣出口 A2 ;膜分離器中的膜分離材料(即分離膜)至少分成了兩側(cè)，一側(cè)為正壓側(cè)，一側(cè)為負(fù)壓側(cè)，正壓側(cè)也即膜分離器的原料氣側(cè)，也稱為高壓側(cè)、滯留氣側(cè)，負(fù)壓側(cè)也即膜分離器的滲透氣側(cè)，也稱為低壓側(cè)、負(fù)壓側(cè)；空氣過濾器AF01、升壓設(shè)備ABOl通過管道依次連接后與薄膜分離器MOl的原料氣入口 AO連接；真空設(shè)備AB02通過管道與薄膜分離器MOl的滲透氣出口 A2連接；本裝置的改進(jìn)之處在于，在空氣過濾器AFOl與升壓設(shè)備ABOl之間增設(shè)第一換熱器TC01，并在空氣過濾器AFOl與第一換熱器TCOl之間設(shè)置控制閥V02，在空氣過濾器AFOl與升壓設(shè)備ABOl之間設(shè)置控制閥V01，在升壓設(shè)備ABOl與薄膜分離器MOl的原料氣入口 AO之間設(shè)置溫度監(jiān)測儀TEOl ;在真空設(shè)備AB02之后設(shè)置第二換熱器TC02。第一換熱器TCOl通過引入低品位熱能，預(yù)熱原料空氣；第二換熱器TC02通過引入低品位熱能，加熱滲透氣(即分離得的富氧氣體)，作為氧化劑送入爐窯助燃。具體見圖I所示。本裝置中，還可將第二換熱器TC02和第一換熱器TCOl連接，通過引入爐窯煙道熱氣(廢氣)分別對滲透氣(即分離得的富氧氣體)和原料空氣加熱。具體見圖2所示。[0011]本裝置中，原料空氣經(jīng)過空氣過濾器AFOl過濾掉灰塵等雜質(zhì)，AFOl可以是各種形式的過濾器，包括纖維形式、濾料形式、袋式過濾，優(yōu)選采用可自清潔形式或者各種組合形式的過濾器，用于過濾、清潔進(jìn)入膜分離器的原料空氣，保證膜分離器對原料空氣的清潔度要求。過濾后的原料空氣分為兩部分，一部分經(jīng)閥門VOl直接進(jìn)氣，一部分經(jīng)閥門V02進(jìn)入換熱器TCOl升高溫度后與前部分氣體混合；當(dāng)需要調(diào)節(jié)原料空氣溫度時，可通過調(diào)節(jié)V0UV02開度來實現(xiàn)；V01、V02可以是各種形式的閥門，如各種手動、自動控制、調(diào)節(jié)的截止閥、蝶閥、閘閥等，優(yōu)選采用各種形式的程控調(diào)節(jié)閥，可以是氣動的、電動的、液動的，用于切換、調(diào)節(jié)待分離空氣進(jìn)入膜分離器之前的流體分配，其中，如果是程控調(diào)節(jié)閥門，它們可根據(jù)預(yù)先設(shè)定的邏輯開啟或關(guān)閉以及按照監(jiān)測的溫度進(jìn)行流量、純度控制調(diào)節(jié)，這些閥門可以是氣動控制的，也可以是電動、液壓控制的自動閥。 過濾并調(diào)溫后的空氣經(jīng)升壓設(shè)備ABOl升壓，升壓設(shè)備ABOl可以是各種形式的壓縮設(shè)備，如活塞式、離心式、螺桿、渦旋、羅茨、液環(huán)等等壓縮形式，將氣體升壓到適當(dāng)?shù)膲毫?。過濾后的空氣經(jīng)后自膜分離器MOl的AO入口進(jìn)入膜分離器的正壓側(cè)，在膜分離器內(nèi)，氣體經(jīng)過膜分離后一部分滲透到低壓側(cè)、滲透側(cè)富集成富氧自A2輸出，另外一部分富集了難以滲透的貧氧富氮?dú)怏w則自滯留側(cè)出口 Al被排除出膜分離器，MOl可以是板式膜，卷式膜，中空纖維膜；低壓側(cè)由真空設(shè)備AB02提供動力，真空設(shè)備AB02可以是各種形式的如活塞式、離心式、螺桿、渦旋、羅茨、液環(huán)等，將膜分離器負(fù)壓側(cè)減壓至分離器所需的分離壓力并克服后續(xù)流體輸送的阻力。自真空設(shè)備AB02輸出富氧氣體進(jìn)入窯爐助燃前可經(jīng)過換熱器TC02升高溫度；其中溫度參數(shù)可由溫度監(jiān)測儀TEOl實施監(jiān)控；換熱器TC01、換熱器TC02可以是各種形式的換熱器，如列管式，板翅式等；換熱器TEOl用于監(jiān)測進(jìn)入膜分離器的氣體溫度，可安裝在一切可以實時反映進(jìn)入膜分離器的氣體溫度的任意位置，可以是電阻式、熱電偶溫度傳感或溫度監(jiān)測調(diào)節(jié)設(shè)備。為方便解釋膜分離過程的膜分離器與膜分離制氧過程，釋義如下如附圖3所示，的MOl是一種3 口薄膜分離器，每個薄膜分離器至少由I個原料氣入口 A0，I個滯留氣出口 Al，I個滲透氣出口 A2組成，膜分離器中的膜分離材料至少分成了兩側(cè)，一側(cè)為正壓側(cè)，一側(cè)為負(fù)壓側(cè)，正壓側(cè)也即膜分離器的原料氣側(cè)，也稱為高壓側(cè)、滯留氣側(cè)，負(fù)壓側(cè)也即膜分離器的滲透氣側(cè)，也稱為低壓側(cè)、負(fù)壓側(cè)。如附圖3所示是現(xiàn)有技術(shù)的膜分離制取富氧空氣的過程，其中，氣體經(jīng)過AFOl過濾掉灰塵等雜質(zhì)后經(jīng)升壓設(shè)備ABOl升壓后自膜分離器的原料氣入口 AO進(jìn)入膜分離器的正壓側(cè)，在膜分離器內(nèi)，氣體經(jīng)過膜分離后一部分滲透到低壓側(cè)、滲透側(cè)富集成富氧自滲透氣出口 A2輸出，另外一部分富集了難以滲透的貧氧富氮?dú)怏w則自滯留側(cè)出口 Al被排除出膜分離器。針對自空氣中分離富氧的膜分離過程，一般的，膜分離制取氧氣的純度與膜分離材料的氧氮分離系數(shù)(稱為阿爾法值)、氣體通過膜分離器正壓側(cè)與負(fù)壓側(cè)的絕對壓力比(稱為分離壓力比)以及原料氣和富氧產(chǎn)品氣之比(稱為空氧比)有關(guān)，氧氮分離系數(shù)越高，意味著可在更低的分離壓力比以及更小的空氧比下分離出更高純度的富氧氣體，針對相同的膜分離材料，分離壓力比越高，可以獲得更高純度的富氧，空氧比越大，可以獲得更高純度的富氧，而另一方面，膜分離制取富氧的流量即膜分離材料的滲透量，主要與原料氣體的溫度以及壓力有關(guān)，針對相同的膜分離材料，分離溫度越高，滲透量越大，分離壓力越高，滲透量越大。因此，在采用不同的分離制度時，會有不同的分離機(jī)制，設(shè)置的動力設(shè)備的目的也不同，如采用卷式或板式的分離器進(jìn)行的膜分離過程中，升壓設(shè)備ABOl主要以滿足提供新鮮空氣為主要目的，克服流體輸送的阻力，典型的，采用卷式膜分離器，升壓I lOKPa，優(yōu)選的，建立2 5KPa的風(fēng)壓以克服卷式膜本身具有的氣體流通阻力，而采用板式膜，甚至僅需建立數(shù)十到幾百帕的風(fēng)壓，更有將升壓設(shè)備ABOl放置在板式膜之后作為廢氣排放風(fēng)機(jī)的做法，目的也僅僅是為了克服原料空氣進(jìn)入膜分離器的阻力以不斷的提供新鮮空氣的目的。同時，真空設(shè)備AB02則主要以滿足分離所需的壓力比為主要目的，即建立起膜兩側(cè)的分離壓力比為3 10，更典型的，在采用分離材料的阿爾法值在2 3的膜分離材料做成的卷式膜、板式膜，在所需富氧純度為30%左右時，約需建立起膜兩側(cè)的分離壓力比為4左右，即，如膜的正壓側(cè)壓力為2 5KPa的風(fēng)壓，絕壓為大氣壓(101. 325 KPa)+ (2 5KPa)， 則負(fù)壓側(cè)應(yīng)建立大約25kpa (相當(dāng)于_75KPa表壓的真空度)的絕壓，這樣，分離壓力比為101. 325+(2 5KPa)/25 2 4倍，可獲得約30%的富氧純度，顯然，在這個過程中，升壓設(shè)備ABOl為保持分離壓力比為4左右提供新鮮空氣的風(fēng)壓對分離壓力比貢獻(xiàn)有限，僅以滿足輸送所需克服的阻力為主，真空設(shè)備AB02提供的約25kpa的真空動力才是滿足分離壓力比的主要動力源。而在另一類以中空纖維膜進(jìn)行氧氮分離的過程中，典型的，如采用升壓設(shè)備ABOl升壓，其作用則不僅為了克服膜分離器MOl的阻力，更重要的是為了獲得分離所需的絕壓，提高膜兩側(cè)的分離壓力比，通常的做法會僅以升壓設(shè)備ABOl升壓到合適的壓力，保持分離所需的壓力比后，省略真空設(shè)備AB02，典型的，在采用分離材料的阿爾法值在5 7的膜分離材料做成的中空纖維膜分離器進(jìn)行分離時，在所需富氧純度為30 60%左右時，約需建立起膜兩側(cè)的分離壓力比為4以上，即，如膜的正壓側(cè)壓力為300 1300KPa的壓力，絕壓為大氣壓(101. 325 KPa)+(400 1300KPa)，而負(fù)壓側(cè)或者滲透側(cè)則僅需保持大氣壓排放(相當(dāng)于0 KPa表壓的真空度)，這樣，分離壓力比為101. 325+(300 1300KPa)/101. 325 2 4 14倍，可獲得約30 60%的富氧純度，顯然，在這個過程中，升壓設(shè)備ABOl為保持分離壓力比為4 14倍左右提供新鮮空氣，并對保持分離過程的分離壓力比起決定性的作用，不僅以滿足輸送所需克服的阻力為主，在滿足分離所需的絕對壓力比之后，真空設(shè)備AB02則因僅需維持常壓而無需設(shè)置。同時，無論采用哪種膜分離器形式，一個膜分離制氧過程都需要滿足適當(dāng)?shù)目昭鮰匕，以避免濃差極化現(xiàn)象，通俗的說即是需要時刻滿足分離所需的新鮮空氣，風(fēng)量視分離材料的阿爾法值以及所需的富氧純度要求，典型的，如以阿爾法值2 3的膜分離材料做成的卷式膜、板式膜，為了獲得30%左右的富氧，典型的，經(jīng)升壓設(shè)備ABOl進(jìn)入膜分離器MOl所需的風(fēng)量大約為富氧空氣流量的8 20倍，更典型的，為所需富氧流量的10 15倍，又如中空纖維膜，典型的，如以阿爾法值5 7的膜分離材料做成的中空纖維膜，為了獲得30%左右的富氧，典型的，經(jīng)升壓設(shè)備ABOl進(jìn)入膜分離器MOl所需的風(fēng)量大約為富氧空氣流量的2 5倍，更典型的，為所需富氧流量的2. 5倍，需要的純度越高，在其他條件不變時空氧比要求越大。[0022]如附圖3，參照上述，本專業(yè)的技術(shù)人員會了解，原料氣經(jīng)升壓設(shè)備ABOl進(jìn)入膜分離器MOl分離出的廢氣自Al排除，富氧經(jīng)AB02收集送入用氣點，為了獲得穩(wěn)定的氧氣純度、氧氣流量，這一過程中因選型確定了升壓設(shè)備ABOl的風(fēng)量、風(fēng)壓，AB02的風(fēng)量、風(fēng)壓，也選型確定了膜分離器M01，其分離材料的氧氮分離系數(shù)以及分離面積均已確定，當(dāng)應(yīng)用環(huán)境溫度變化時，將按照下述趨勢發(fā)生變化I、 環(huán)境溫度升高時，進(jìn)入膜分離器的溫度升高，針對確定面積與材料本證特性的膜分離器其滲透量將加大，同時，分離溫度的升高，還將導(dǎo)致分離系數(shù)的下降，更為重要的是，因為滲透量的加大，將直接導(dǎo)致設(shè)置的真空泵AB02的抽速不能滿足抽取到預(yù)定的分離壓力，這都將導(dǎo)致分離出來的富氧純度的降低，同時，分離出來的富氧流量將上升；2、 環(huán)境溫度下降時，進(jìn)入膜分離器的溫度下降，針對確定面積與材料本征特性的膜分離器其滲透量將減小，同時，分離溫度的下降，分離系數(shù)將增加，但更為重要的是，因為滲透量的減小，將直接導(dǎo)致設(shè)置的真空設(shè)備AB02的抽速過大，直至超過預(yù)定的分離壓 力，前述這些都將導(dǎo)致分離出來的富氧純度的上升，但同時，分離出來的總富氧流量將下降。以上，因為環(huán)境溫度的改變將直接導(dǎo)致為富氧助燃系統(tǒng)提供氧化劑的膜分離系統(tǒng)制取的富氧流量與純度均產(chǎn)生大幅的波動，不利于進(jìn)行富氧助燃。本實用新型正是為了解決上述問題，提出了一套加裝了進(jìn)氣溫度補(bǔ)償?shù)哪し蛛x系統(tǒng)，如附圖I所示，因原料氣進(jìn)入時可通過換熱器交換爐窯燃燒產(chǎn)生的廢氣等低品位熱能而獲得穩(wěn)定的原料氣分離溫度，在其它分離條件都不變的情況下，如典型的，升壓設(shè)備ABOl的風(fēng)量、風(fēng)壓，真空設(shè)備AB02的抽速、真空度，膜分離器的分離材料確定以及分離面積確定，在前面這些條件都確定的條件下，本發(fā)明可避免膜分離系統(tǒng)因環(huán)境溫度變化(不同安裝應(yīng)用場合的環(huán)境溫度不同，甚至同一地點因春夏秋冬的環(huán)境溫度不同)導(dǎo)致的富氧空氣的流量、氧純度產(chǎn)生巨大的變化，將這種變化消除或者減輕到符合富氧助燃要求的范圍內(nèi)I、原料空氣經(jīng)過濾器AF01，將氣體中含有的灰塵等微粒性雜質(zhì)截留后進(jìn)入后級分離系統(tǒng)，該過濾器如公知技術(shù)所描述的一樣，可以是任意形式的過濾器，包括可以采用復(fù)合方法、自清潔形式的過濾器；2、氣體經(jīng)過濾后，可分兩路送入升壓設(shè)備AB01，一路直接自VOl送入，另外一路自V02送入換熱器TCOl進(jìn)行熱交換后送入，兩個旁路分別以調(diào)節(jié)閥V01、V02調(diào)節(jié)流量，通過接收TEOl監(jiān)測的溫度反饋進(jìn)行調(diào)節(jié)，以穩(wěn)定進(jìn)入膜分離器的氣體溫度，維持進(jìn)入升壓設(shè)備ABOl的氣體溫度趨于穩(wěn)定，典型的，當(dāng)運(yùn)行環(huán)境溫度低，如在冬天運(yùn)行，溫度降至_20°C，可通過減少調(diào)節(jié)閥VOl的流通量，加大調(diào)節(jié)閥V02的流通量將空氣預(yù)熱來實現(xiàn)穩(wěn)定的原料氣溫度，最終保證分離系統(tǒng)出口的富氧空氣的流量與純度的穩(wěn)定；3、同時，優(yōu)選但非必要的進(jìn)行一次富氧空氣預(yù)熱，自真空設(shè)備AB02出口輸出的富氧空氣優(yōu)先以換熱器TC02交換爐窯廢氣等低品位熱能以預(yù)熱富氧；4、并且，在一個典型的采用低品位熱能的利用方式上，優(yōu)選交換窯爐煙囪排出的廢氣熱能，并且，如附圖2，首先以逆流方向預(yù)熱富氧再以逆流方向預(yù)熱原料空氣。與現(xiàn)有技術(shù)不同，通過對原料空氣的溫度穩(wěn)定系統(tǒng)，本發(fā)明可以連續(xù)穩(wěn)定的以膜分離方法獲取富氧氣體，其純度、流量相對現(xiàn)有技術(shù)在環(huán)境溫度變化時較為穩(wěn)定，而且，本發(fā)明的方法充分回收了廢氣熱能，以簡單的方法、相對廉價的建造成本與運(yùn)行成本解決了以膜分離方 法提供富氧燃燒所需氧化劑的關(guān)鍵技術(shù)問題，不僅增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也提高了系統(tǒng)總效率。本實用新型優(yōu)先應(yīng)用于空氣組分膜分離過程為富氧燃燒提供氧化劑，但是所公開的基本原則可用于很多其它的分離場合。通過本發(fā)明的方法可以實現(xiàn)分離的典型實例包括氧氣/氮?dú)獾姆蛛x、氣體干燥、二氧化碳/甲烷的分離、二氧化碳/氮?dú)獾姆蛛x、氫氣/氮?dú)獾姆蛛x和烯烴/烷烴的分離。如附圖I所示，一個完整的膜分離過程示意圖，它至少包括I、至少一個過濾器AFOl ;2、至少兩個串聯(lián)在AFOl之后的并聯(lián)流通回路，其中，一路僅由調(diào)節(jié)閥VOl與必要的連接管道組成，另一路，由調(diào)節(jié)閥V02串接熱交換器TCOl與必要的連接管道組成，兩個旁路匯集并串聯(lián)連接升壓設(shè)備ABOl ；3、至少一個升壓設(shè)備AB01，用以將原料氣升壓到一定的壓力；4、 至少一個溫度監(jiān)測設(shè)備TE01，用以監(jiān)測原料氣溫度，優(yōu)選但非必要包括以此溫度反饋進(jìn)行控制VOl，V02開度的控制與執(zhí)行機(jī)構(gòu)；5、至少一組膜分離器M01，它們可以并聯(lián)連接或者串聯(lián)連接；6、升壓設(shè)備 AB02 ;7、優(yōu)選但非必要的換熱器TC02，用于交換廢氣熱能預(yù)熱富氧空氣；8、如公知技術(shù)，系統(tǒng)還需包含必要的控制組件，以使的系統(tǒng)動力設(shè)備能夠運(yùn)行，控制閥門能夠按照要求進(jìn)行切換等。本文所說的分離系數(shù)，如氧氮分離系數(shù)，其一般定義為a (阿爾法)值，氧氮分離系數(shù)=(Q N2/Q 02)式中Q N2和Q 02分別為單位時間、壓力下純組分氮?dú)夂脱鯕馔ㄟ^特定膜材料的
滲透量。

圖I為利用爐窯低品位熱能并以膜法富氧技術(shù)為爐窯富氧助燃提供氧化劑的裝置圖示。圖2為利用爐窯煙道氣熱能并以膜法富氧技術(shù)為爐窯富氧助燃提供氧化劑的裝置圖示。圖3為采用膜法富氧技術(shù)為爐窯富氧助燃提供氧化劑的裝置圖示(現(xiàn)有技術(shù))。
具體實施方式
實施例I一個采用Oxylead 板式膜分離器為水泥回轉(zhuǎn)窯富氧助燃提供氧化劑的系統(tǒng)，設(shè)計板式膜分離器為單組件富氧流量5000Nm3/hr.，Oxylead 板式膜分離器由上海穂杉實業(yè)有限公司生產(chǎn)，可由市售取得，其分離器采用的氧氮分離膜材料的在25°C條件下分離系數(shù)約為2. 05，氧氣滲透量為5. 068 Nm3/hr. bar. m2，氮?dú)鉂B透量為2. 479 Nm3/hr. bar. m2,5000Nm3/hr.單組件分離器采用了 1381 m2膜材料，本案設(shè)計選擇了 20°C下22186 Nm3/hr抽速的真空泵，在25°C條件下取得了 29. 61%純度的富氧5256. 2 Nm3/hr
權(quán)利要求1.一種為爐窯富氧助燃提供穩(wěn)定流量和純度的氧化劑的裝置，包括ー種膜分離器MOl，空氣過濾器AFOl，升壓設(shè)備ABOl，真空設(shè)備AB02 ;每個膜分離器至少有ー個原料氣入ロ A0，ー個滯留氣出口 Al，ー個滲透氣出口 A2 ;膜分離器中的分離膜至少分成兩側(cè)，ー側(cè)為正壓側(cè)，一側(cè)為負(fù)壓側(cè)；空氣過濾器AF01、升壓設(shè)備ABOl通過管道依次連接后與薄膜分離器MOl的原料氣入口 AO連接；真空設(shè)備AB02通過管道與薄膜分離器MOl的滲透氣出ロA2連接；其特征在于 在空氣過濾器AFOl與升壓設(shè)備ABOl之間增設(shè)第一換熱器TCOl，并在空氣過濾器AFOl與第一換熱器TCOl之間設(shè)置調(diào)節(jié)閥V02，在空氣過濾器AFOl與升壓設(shè)備ABOl之間設(shè)置調(diào)節(jié)閥V01，在升壓設(shè)備ABOl與薄膜分離器MOl的原料氣入ロ AO之間設(shè)置溫度監(jiān)測儀TEOl ；在真空設(shè)備AB02之后設(shè)置第二換熱器TC02 ;第一換熱器TCOl用于引入低品位熱能，預(yù)熱原料空氣；第二換熱器TC02用于引入低品位熱能，加熱滲透氣，作為氧化劑送入爐窯助燃。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的為爐窯富氧助燃提供穩(wěn)定流量和純度的氧化劑的裝置，其特征在于第二換熱器TC02和第一換熱器TCOl連接，用于引入爐窯煙道熱氣加熱滲透氣和原料空氣。
專利摘要本實用新型屬于空氣分離技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種為爐窯富氧助燃提供穩(wěn)定流量和純度的氧化劑的裝置。該裝置包括膜分離器、空氣過濾器、升壓設(shè)備、真空設(shè)備等；本實用新型在空氣過濾器與升壓設(shè)備之間增設(shè)第一換熱器，并設(shè)置相應(yīng)調(diào)節(jié)閥；在真空設(shè)備之后設(shè)置第二換熱器；換熱器通過引入低品位熱能，預(yù)熱原料空氣，加熱滲透氣，在環(huán)境溫度發(fā)生變化、波動時，穩(wěn)定分離出的富氧氣體的流量和純度，為爐窯富氧助燃提供穩(wěn)定的氧化劑。本裝置充分利用廢氣熱能，可降低建造與運(yùn)行成本，同時可增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)總效率。
文檔編號C01B13/02GK202390202SQ201120436109
公開日2012年8月22日 申請日期2011年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月7日
發(fā)明者丁艷賓, 張敏, 林峰, 賈吉來, 趙宏煒, 陳如真 申請人:上海奕材環(huán)?？萍加邢薰?br>