專利名稱：從空氣中分離/回收富氧空氣的方法、其裝置和氣體分離膜組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用一種螺旋型氣體分離膜組件，其中平膜式氣體分離膜纏繞在芯管周圍，從空氣中有效地分離和回收富氧空氣的方法。它也涉及一種具有便利結(jié)構(gòu)的氣體分離膜組件，適于從空氣中分離和回收富氧空氣。
背景技術(shù)：
平膜式氣體分離膜纏繞在芯管周圍的螺旋型氣體分離膜組件，通常具有的構(gòu)造是，用于形成滲透氣通道的滲透?jìng)?cè)隔片(spacer)夾在平膜式氣體分離膜之間，所述膜附著于芯管以使?jié)B透氣通道與芯管中的中空部分相通，并且膜和進(jìn)料側(cè)隔片一起纏繞在芯管周圍以形成原料氣通道。
這樣一種螺旋型氣體分離膜組件具有簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)并易于制造，但由于相比中空纖維型氣體分離膜組件具有較低的分離效率，而提供低濃度的分離/回收氣體。這樣，它在實(shí)踐中還沒(méi)有必要優(yōu)先使用。
日本專利申請(qǐng)?jiān)缙诠_(kāi)公布No.6-262026已經(jīng)公開(kāi)，在用于分離空氣的螺旋型氣體分離膜組件中，為了防止壓力損失導(dǎo)致的性能下降，從纏繞的開(kāi)始端到末端，滲透氣通道逐漸做得更厚。然而，此分離膜組件是供進(jìn)料壓縮空氣而分離和回收高濃縮氮?dú)獾?。此公布沒(méi)有公開(kāi)從空氣中分離和回收富氧空氣的方法，其中進(jìn)料側(cè)基本是在大氣壓而滲透?jìng)?cè)是在減壓的情況下。
使用氣體分離膜組件從空氣中分離和回收富氧空氣不可避免地涉及排出富氮空氣。在一種方法中，其中加壓空氣進(jìn)料到氣體分離膜組件，在滲透?jìng)?cè)獲得基本在大氣壓下的富氧空氣，而在非滲透?jìng)?cè)獲得高壓下的富氮空氣。也就是說(shuō)，在進(jìn)料加壓空氣的方法中，作為結(jié)果共生產(chǎn)的富氮空氣必須被壓縮作為進(jìn)料空氣。空氣中所含氮?dú)馐茄鯕獾乃谋?。因此，鑒于壓縮含氮進(jìn)料空氣的能量，進(jìn)料加壓空氣的方法在能量上是相當(dāng)?shù)托Ш筒焕?。而且，因?yàn)閷?duì)螺旋型氣體分離膜組件的進(jìn)料側(cè)施加壓力，所以分離膜組件必須被放置在具有進(jìn)料側(cè)、非滲透?jìng)?cè)和滲透?jìng)?cè)噴嘴的耐壓容器中，或者作為另一個(gè)選擇，至少分離膜組件的最外部分必須是足夠耐壓的結(jié)構(gòu)或膜。另外，壓力調(diào)節(jié)設(shè)備如閥門必須配置在氣體通道中的指定位置，以保持進(jìn)料側(cè)的壓力。這樣，此方法就需要額外的組件和/或結(jié)構(gòu)。
參考文獻(xiàn)列表專利文件1日本專利申請(qǐng)?jiān)缙诠_(kāi)公布No.6-262026發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問(wèn)題本發(fā)明的目的是提供一種使用螺旋型氣體分離膜組件從空氣中有效分離和回收富氧空氣的方法，和能夠適合用于從空氣中有效分離和回收富氧空氣的方法的螺旋型氣體分離膜組件。
解決問(wèn)題的方法本發(fā)明提供了從空氣中分離和回收富氧空氣的方法，包含提供氣體分離膜組件，其中，包含用于形成與用于收集和放出滲透氣的芯管中的中空部分相通的滲透氣通道的滲透?jìng)?cè)隔片和兩個(gè)夾著所述隔片的平膜式氣體分離膜的層壓材料，和用于形成原料氣通道的進(jìn)料側(cè)隔片被螺旋式纏繞在芯管周圍，以使層壓材料和進(jìn)料側(cè)隔片被交替疊加，當(dāng)通過(guò)送風(fēng)設(shè)備將空氣進(jìn)到原料氣通道時(shí)，通過(guò)抽真空設(shè)備將芯管中空部分抽真空到95kPaA或更低，以使最大送風(fēng)量和最大靜壓力除以氣體分離膜的有效膜面積分別是100m3/min·m2或更少和4000Pa/m2或更少，從芯管的中空部分分離和回收富氧空氣。
氣體分離膜組件優(yōu)選具有多個(gè)層壓材料；每一層壓材料包含滲透?jìng)?cè)隔片，以形成與用于收集和放出滲透氣的芯管的中空部分相通的滲透氣通道，和兩個(gè)夾著隔片的平膜式氣體分離膜；層壓材料和進(jìn)料側(cè)隔片一起螺旋式纏繞在芯管周圍以形成原料氣通道，以使層壓材料和進(jìn)料側(cè)隔片交替疊加(superimposed)。
氣體分離膜組件中，滲透?jìng)?cè)隔片和進(jìn)料側(cè)隔片的厚度比優(yōu)選1∶2到1∶10。
本發(fā)明也提供了一種具有多個(gè)層壓材料的氣體分離膜組件；每一層壓材料包含滲透?jìng)?cè)隔片，以形成與用于收集和放出滲透氣的芯管的中空部分相通的滲透氣通道，和兩個(gè)夾著隔片的平膜式氣體分離膜；其中層壓材料和進(jìn)料側(cè)隔片一起螺旋式纏繞在芯管周圍以形成原料氣通道，以使層壓材料和進(jìn)料側(cè)隔片交替疊加，其中滲透?jìng)?cè)隔片和進(jìn)料側(cè)隔片的厚度比是1∶2到1∶10，其中組件用于從中空部分分離和回收富氧空氣，通過(guò)在空氣進(jìn)料到原料氣通道時(shí)將中空部分抽真空而實(shí)現(xiàn)。
發(fā)明效果依據(jù)本發(fā)明，一種簡(jiǎn)單的螺旋式氣體分離膜組件能夠用于從空氣中有效地分離和回收富氧空氣。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是依據(jù)本發(fā)明的氣體分離膜組件一個(gè)實(shí)例的示意性橫截面展開(kāi)。
圖2是圖1中截面展開(kāi)的示意性的俯視圖。
圖3示意性地圖解了用本發(fā)明的分離膜組件從空氣中分離和回收富氧空氣方法的一個(gè)具體實(shí)例。
圖中，符號(hào)具有如下含義；1芯管，2滲透?jìng)?cè)隔片，3平膜式氣體分離膜，4，4’具有夾在兩個(gè)平膜式氣體分離膜間的滲透?jìng)?cè)隔片的層壓材料，5，5’粘合劑，6，6’進(jìn)料側(cè)隔片(圖中表示了兩個(gè)隔片)，7外膜，10分離膜組件，11風(fēng)扇，12套(殼)，13真空泵，14壓力計(jì)，和15緩沖罐。
本發(fā)明最佳實(shí)施方式在我們利用具有簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的螺旋式分離膜組件對(duì)從空氣中分離和回收富氧空氣進(jìn)行深度研究之后，獲得了本發(fā)明，基于我們的觀察，即當(dāng)將氣體分離膜的滲透?jìng)?cè)抽真空到特定壓力下時(shí)，基本在大氣壓和每一有效膜面積上指定的送風(fēng)量下將空氣進(jìn)料到螺旋式氣體分離膜組件，富氧空氣能夠相當(dāng)有效地被分離和回收。
本發(fā)明中所用氣體分離膜組件是螺旋型的。特定的，它具有的構(gòu)造是，由形成與收集和排出滲透氣的芯管中空部分相通的滲透?jìng)?cè)氣體通道的滲透?jìng)?cè)隔片以及夾著隔片的兩個(gè)平膜式氣體分離膜組成的層壓材料，和形成原料氣通道的進(jìn)料側(cè)隔片螺旋式纏繞在芯管周圍，以使所述層壓材料和進(jìn)料側(cè)隔片交替疊加。
圖1表示了當(dāng)本發(fā)明氣體分離膜組件的一個(gè)實(shí)例被展開(kāi)時(shí)的示意性橫截面。芯管1具有中空部分，用于收集滲透氣和將氣體排出組件。具有夾在兩個(gè)平膜式氣體分離膜3間的滲透?jìng)?cè)隔片2的層壓材料4，4’延伸在芯管兩側(cè)。在每一個(gè)層壓材料4，4’內(nèi)部，滲透?jìng)?cè)隔片2形成與芯管1中空部分相通的滲透氣通道。由層壓材料4，4’中的滲透?jìng)?cè)隔片2形成的滲透氣通道在層壓材料4，4’的外邊緣被粘合劑5，5’密封，通過(guò)平膜式氣體分離膜3與外部空間隔離，除了與芯管1的中空部分相通的一個(gè)開(kāi)口以外。形成原料氣通道的進(jìn)料側(cè)隔片6，6’配置在圖1所示的這些層壓材料4，4’上，這些被螺旋式纏繞在芯管1周圍以使它們被交替疊加。纏繞方向在圖1中由箭頭所示?；静煌笟獾耐饽?纏繞在繞組的最外層。進(jìn)料側(cè)隔片6，6’被層壓材料4，4’和外膜7固定，除了芯管1的縱向末端以外。因此，原料氣通道只在芯管1縱向末端周圍開(kāi)口并且滲透氣通道和芯管1的中空部分相通，這些通道形成互相獨(dú)立的空間，橫跨平膜式氣體分離膜3。圖2是圖1橫斷面的示意性俯視圖。
本發(fā)明的方法和裝置中，空氣從芯管縱向的原料氣通道末端的開(kāi)口之一被進(jìn)料到原料氣通道，從另一個(gè)開(kāi)口排出。流經(jīng)原料氣通道，空氣和分離膜接觸，其間空氣中的氧氣在進(jìn)料和滲透?jìng)?cè)的壓差作用下選擇性地透過(guò)氣體分離膜。這樣，選擇性滲透流過(guò)滲透氣通道的含有高濃度氧的富氧空氣，進(jìn)入到芯管的中空部分，然后排出組件。
本發(fā)明中，利用簡(jiǎn)單的鼓風(fēng)機(jī)如風(fēng)扇，空氣就可以進(jìn)料到原料氣通道，而不是像前述技術(shù)那樣用壓縮機(jī)制得的壓縮空氣。送風(fēng)設(shè)備具有這樣容量，以使氣體分離膜單位有效膜面積(以下，任意地簡(jiǎn)單指作“膜面積”)的最大送風(fēng)量是100m3/min·m2或更低，優(yōu)選10m3/min·m2或更低，特別優(yōu)選4m3/min·m2或更低，而氣體分離膜的單位有效膜面積的送風(fēng)設(shè)備的最大靜壓力是4000Pa/m2或更低，優(yōu)選600Pa/m2或更低，特別優(yōu)選150Pa/m2或更低。就是說(shuō)，由于通過(guò)這樣送風(fēng)設(shè)備以相對(duì)較低的空氣進(jìn)料容量將空氣進(jìn)料到原料氣通道(進(jìn)料側(cè)隔片)，原料氣通道中操作氣壓基本是大氣壓。因此，在構(gòu)成原料氣通道的進(jìn)料側(cè)隔片中，壓力損失必須小到以致這樣的送風(fēng)設(shè)備能夠送風(fēng)。特別是，原料氣通道的單位膜面積的壓力損失必須小于4000Pa/m2，優(yōu)選小于600Pa/m2，更優(yōu)選150Pa/m2或更低。
使用送風(fēng)設(shè)備(means)在能量上是不利的而且也是不需要的，其中氣體分離膜單位有效膜面積的最大進(jìn)料流速大于100m3/min·m2和單位有效膜面積的最大靜壓力大于4000Pa/m2，因?yàn)榫哂休^低送風(fēng)功率的機(jī)器例如風(fēng)扇和鼓風(fēng)機(jī)不能滿足需求，這樣就必須使用高功率的機(jī)器如壓縮機(jī)。
另一方面，空氣必須以預(yù)定送風(fēng)量進(jìn)料，以防止氧氣分壓在分離膜表面降低。優(yōu)選地，在這樣一個(gè)進(jìn)料空氣流速下進(jìn)料，從進(jìn)料側(cè)排出的空氣中氧濃度保持在1％以上。
送風(fēng)設(shè)備可以是最大靜壓力在上述范圍中的任何一種，沒(méi)有特別限制，適合包括風(fēng)扇和鼓風(fēng)機(jī)。這些能基本以大氣壓進(jìn)料空氣。本發(fā)明中，送風(fēng)設(shè)備可以是抽吸型或壓縮型。
另一方面，在滲透?jìng)?cè)，芯管的中空部分能通過(guò)抽真空設(shè)備抽真空到95kPaA或更低，特別是60kPaA或更低，從芯管的中空部分分離和回收富氧空氣。如果作為抽真空設(shè)備容量指示的極限壓力越低，將獲得更有效的氧富集。然而，為避免真空設(shè)備的放大，極限壓力可以是，例如20PaA或更高，例如即使35PaA或更高也是足夠的。對(duì)于抽真空設(shè)備的類型沒(méi)有限制，只要它能進(jìn)行抽真空到指定壓力；普通的真空泵可以適合使用。當(dāng)使用真空泵時(shí)，從真空泵的出口回收富氧空氣。
如上所述，為了通過(guò)能夠選擇性滲透氧氣的氣體分離膜組件的進(jìn)料側(cè)和滲透?jìng)?cè)之間的壓差從空氣中回收富氧空氣，進(jìn)料壓縮空氣的方法在能量上是相當(dāng)?shù)托Ш筒焕?，因?yàn)樽鳛榻Y(jié)果共生產(chǎn)的富氮空氣也作為進(jìn)料空氣被壓縮。而且，為了對(duì)螺旋式氣體分離膜組件的進(jìn)料側(cè)外加壓力，分離膜組件必須被放在具有進(jìn)料側(cè)、非滲透?jìng)?cè)和滲透?jìng)?cè)噴嘴的耐壓容器中，或者作為選擇，至少分離膜組件的最外部必須是足夠耐壓的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，另外，壓力調(diào)節(jié)工具如閥門必須配置在氣體通道的指定位置以保持進(jìn)料側(cè)的壓力。這樣，此方法需要額外的組件和/或結(jié)構(gòu)。
相反，本發(fā)明方法將滲透?jìng)?cè)抽真空時(shí)空氣基本在大氣壓下被進(jìn)料到進(jìn)料側(cè)，在能量上是非常有效和有利的，因?yàn)橹挥行枰母谎蹩諝獗怀檎婵?。而且，能夠消除將分離膜組件放在具有進(jìn)料側(cè)、非滲透?jìng)?cè)和滲透?jìng)?cè)噴嘴的耐壓容器中，或者對(duì)分離膜組件外表面使用足夠耐壓結(jié)構(gòu)或構(gòu)件并因此在氣體通道的指定位置配置壓力調(diào)節(jié)工具如閥門以保持進(jìn)料側(cè)壓力的必要性。因此，它容許螺旋式分離膜組件具有非常便利和簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。
在便利的螺旋式分離膜組件用于將滲透?jìng)?cè)抽真空時(shí)在大氣壓下將空氣進(jìn)料到進(jìn)料側(cè)的方法中，為了提高分離效率，降低氣體分離膜組件中原料氣通道的阻力是非常重要的，其中進(jìn)料的空氣基本以大氣壓流動(dòng)。當(dāng)然，當(dāng)滲透?jìng)?cè)被更大地抽真空時(shí)，由于分離能被有效地改善，需要一種其中滲透氣通道阻力更小的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的方法和裝置中，優(yōu)選使用具有多個(gè)層壓材料(laminate)的氣體分離膜組件，優(yōu)選約2到8層，特別優(yōu)選2到4層，其中每一個(gè)層壓材料包括一個(gè)用于形成與用于收集和排出滲透氣的芯管中空部分相通的滲透氣通道的滲透?jìng)?cè)隔片，和兩個(gè)夾著隔片的平膜式氣體分離膜，其中層壓材料和進(jìn)料側(cè)隔片一起螺旋式纏繞在芯管周圍以形成原料氣通道，這樣層壓材料和進(jìn)料側(cè)隔片交替地疊加。在具有多個(gè)層壓材料的構(gòu)造中，分離效率高于相同有效膜面積的具有一層層壓材料的構(gòu)造。當(dāng)用一層層壓材料纏繞時(shí)，抽真空時(shí)層壓材料中的滲透氣通道可相對(duì)較長(zhǎng)并且通道的壓力損失較高，這導(dǎo)致了分離效率降低。
而且，氣體分離膜組件中使用的滲透?jìng)?cè)隔片與進(jìn)料側(cè)隔片的厚度比優(yōu)選1∶2到1∶10，特別優(yōu)選1∶3到1∶9，更優(yōu)選1∶4到1∶7，以提高分離效率。這些隔片的厚度限定了滲透氣通道和原料氣通道的尺寸。因此，本發(fā)明中，空氣基本在大氣壓下流動(dòng)的原料氣通道空間是抽真空的滲透氣通道空間的2到10倍，特別是3到9倍，進(jìn)一步是4到7倍。如果進(jìn)料側(cè)隔片厚度比滲透?jìng)?cè)隔片厚度小2倍，分離效率不容易提高。如果進(jìn)料側(cè)隔片厚度比滲透?jìng)?cè)大10倍，分離效率提高，而是飽和的并不相應(yīng)提高，并且分離膜組件變大而降低了緊密性。這里用到的隔片“厚度”指的是上面描述的通道的空間尺寸。這樣，當(dāng)使用如圖1所示的兩個(gè)進(jìn)料側(cè)隔片時(shí)，隔片厚度是兩個(gè)隔片的總厚度。鑒于壓力損失等，進(jìn)料側(cè)隔片本身的厚度是重要的，例如是0.6mm或更多，優(yōu)選0.9mm或更多，更優(yōu)選1.2mm或更多。鑒于通過(guò)螺旋式纏繞層壓材料而形成組件的緊密性和容易性，例如由分離膜、滲透?jìng)?cè)隔片和進(jìn)料側(cè)隔片組成的層壓材料，厚度優(yōu)選10mm或更小，更優(yōu)選5mm或更小，特別優(yōu)選3mm或更小。
本發(fā)明的分離膜組件是特別適合用作上述從空氣中分離和回收富氧空氣方法的分離膜組件。分離組件具有多層層壓材料，每一個(gè)包含形成與用于收集和排出滲透氣的芯管中空部分相通的滲透氣通道的滲透?jìng)?cè)隔片，和兩個(gè)夾著隔片的平膜式氣體分離膜，并且層壓材料和用于形成原料氣通道的進(jìn)料側(cè)隔片一起螺旋式纏繞在芯管周圍，以使層壓材料和進(jìn)料側(cè)隔片交替疊加，其中滲透?jìng)?cè)隔片與進(jìn)料側(cè)隔片的厚度比是1∶2到1∶10。
盡管對(duì)于氣體分離膜沒(méi)有特別限制，只要它是氧氣與氮?dú)庀啾饶軌蜻x擇性地滲透的平膜式膜，優(yōu)選在25℃的氧氣滲透速率是1×10-4cm3(STP)/cm2·sec·cmHg或更大，氧氣/氮?dú)獾臐B透速率比(P’O2/P’N2)是1.5或更多。一個(gè)適當(dāng)?shù)膶?shí)例可以是一種不對(duì)稱復(fù)合材料分離膜，通過(guò)將聚合物如聚醚酰亞胺和聚偏1，1-二氟乙烯制成的多孔層和由硅橡膠在聚合物如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯和纖維素所制非織造織物襯底上制成的分離層進(jìn)行層壓而制造。
芯管具有中空部分，連通中空部分與滲透氣通道的開(kāi)口和從中空部分排出滲透氣的開(kāi)口。連通中空部分與滲透氣通道的開(kāi)口可以是槽或多個(gè)排成一行的孔。對(duì)于從中空部分排出滲透氣的開(kāi)口沒(méi)有特殊限制，但它通常是芯管的一個(gè)或兩個(gè)開(kāi)口端。芯管必須具有一定程度的強(qiáng)度，因?yàn)樗诼菪嚼p繞分離膜、滲透?jìng)?cè)隔片和進(jìn)料側(cè)隔片中用作芯棒。從而，它適合由聚合物或金屬制成。它適合但不限于是圓筒形的。
進(jìn)料側(cè)隔片和滲透?jìng)?cè)隔片用于形成作為空間的原料氣通道和滲透氣通道。它們可以是，不限于，任何具有一定厚度的能提供空間的隔片，當(dāng)它們的隔片被膜夾著時(shí)，氣體能夠穿過(guò)它們流動(dòng)。例如，它們可以是合適地選自聚合物如聚烯烴、聚酯和尼龍以及具有貫穿孔的多孔材料的網(wǎng)眼。為避免壓力損失，網(wǎng)眼開(kāi)口和貫穿孔的尺寸優(yōu)選在它們的形狀能夠保持的范圍內(nèi)盡可能地大；例如，適合地，用具有絲徑約為0.02到3mm的線形成的纖維織物或紡織網(wǎng)眼。
外膜配置在螺旋式繞組的最外表面，以分隔內(nèi)部部件和外部部件，可以是，例如，厚度為約0.1到3mm的聚乙烯、聚丙烯、聚酯或尼龍，通過(guò)其中氣體基本上是不滲透的。特別優(yōu)選在一面具有粘合劑的膜。作為另一個(gè)選擇，可用圓筒膜以使它覆蓋螺旋式繞組的最外表面。在本發(fā)明的氣體分離膜組件中，用粘合劑密封層壓材料的邊緣。例如，它適合選自聚氨酯和環(huán)氧樹(shù)脂粘合劑。
其次，從空氣中分離和回收富氧空氣的特殊實(shí)例將根據(jù)圖3中的示意圖進(jìn)行更明確地描述。
圖3中，風(fēng)扇11和套(殼)12沿軸向配置在分離膜組件10的一端，空氣沿實(shí)線方向吸入。吸入速率是預(yù)定的，空氣從原料氣通道的開(kāi)口進(jìn)料，所述開(kāi)口位于分離膜組件10與風(fēng)扇11相連端正相反的一端，分離膜組件10中單位有效膜面積的原料氣流速是100m3/min·m2或更低，單位有效膜面積的靜壓力是4000Pa/m2或更低。分離膜組件10中配置風(fēng)扇11一側(cè)的芯管1的末端是密封的。分離膜組件10中與配置風(fēng)扇11一端正相反的芯管1的末端與真空泵13相連，真空水平由壓力計(jì)14確定。從真空泵13的出口，富氧空氣沿虛線剪頭方向排出并分離和回收，如果需要，可以經(jīng)由緩沖罐15。
實(shí)施例本發(fā)明將根據(jù)實(shí)施例更明確地描述。然而，本發(fā)明不限于這些實(shí)例，這一點(diǎn)將被理解。
參考實(shí)施例1提供了如下部件和材料不對(duì)稱復(fù)合材料分離膜作為平膜式氣體分離膜，厚度為0.15mm，由涂有多孔聚醚酰亞胺膜然后是硅橡膠分離層的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯無(wú)紡織物(襯底)組成，作為分離性能指標(biāo)，在25℃具有8×10-4cm3(STP)/cm2·sec·cmHg的氧氣滲透率并且氧氣對(duì)氮?dú)獾臐B透速率比是1.8；厚度為0.5mm(一片)的預(yù)制聚乙烯網(wǎng)眼作為進(jìn)料側(cè)隔片；厚度為0.5mm的預(yù)制聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯網(wǎng)眼作為滲透?jìng)?cè)隔片；長(zhǎng)度為298mm的ABS樹(shù)脂圓筒作為芯管，外徑為17.2mm，內(nèi)部具有中空部分，內(nèi)徑為9.5mm，一端密封，另一端開(kāi)口，具有12個(gè)內(nèi)徑為2.85mm的孔連通中空部分和外部；厚度為1.5mm的聚乙烯膜作為外膜，在一邊包含粘合劑。滲透?jìng)?cè)隔片夾在平膜式氣體分離膜之間以獲得一套層壓材料(一種層壓材料，寬度為264mm，距離芯管的長(zhǎng)度為650mm以及總的膜長(zhǎng)度(前后一起)為1300mm)。層壓材料的端口部分附著于芯管，以使?jié)B透氣通道與芯管中空部分相連，進(jìn)料側(cè)隔片螺旋式纏繞在芯管周圍以使它們交替疊加，以形成具有有效分離膜面積為0.2m2的螺旋式分離膜組件。
如圖3所示的分離膜組件用于分離和回收富氧空氣。所用風(fēng)扇具有最大送風(fēng)量為0.9m3/min和最大靜壓力為25Pa的容量。所用真空泵具有14L/min的抽空速率和24kPaA的極限壓力。所用緩沖罐是內(nèi)徑為42mm、長(zhǎng)度為440mm的圓筒罐。用這個(gè)系統(tǒng)，測(cè)定了通過(guò)緩沖罐排出的富氧空氣的流速和氧濃度。流速用浮動(dòng)式流量計(jì)測(cè)量，氧濃度用氧化鋯型氧氣分析器測(cè)量。
結(jié)果表示在表1中。本實(shí)施例中，滲透?jìng)?cè)隔片與進(jìn)料側(cè)隔片的厚度比是1∶1，回收氣中的氧濃度是21％。就是說(shuō)，未獲得富氧空氣。沒(méi)有實(shí)現(xiàn)氧富集，或許因?yàn)檫M(jìn)料側(cè)隔片的小厚度導(dǎo)致了大的壓力損失并且實(shí)際空氣進(jìn)料流速小。
實(shí)施例1如參考實(shí)施例1所描述，除了厚度是1.5mm的預(yù)制聚乙烯網(wǎng)眼用作進(jìn)料側(cè)隔片以外，富氧空氣被分離和回收。結(jié)果表示在表1中。滲透?jìng)?cè)隔片與進(jìn)料側(cè)隔片的厚度比是1∶3，回收氣中氧濃度是24％。就是說(shuō)，有效地獲得了富氧空氣。
實(shí)施例2如實(shí)施例1所描述，使用由平膜式氣體分離膜(兩個(gè)層壓材料的寬度為264mm，距離芯管的長(zhǎng)度是325mm，總的膜長(zhǎng)度(前后一起)是650mm)之間夾著滲透?jìng)?cè)隔片的兩個(gè)層壓材料，富氧空氣被分離和回收。結(jié)果表示在表1中。滲透?jìng)?cè)隔片和進(jìn)料側(cè)隔片的厚度比是1∶3并用到了兩個(gè)層壓材料，回收氣中氧濃度是25％。就是說(shuō)，比實(shí)施例1更有效地獲得了富氧空氣。
參考實(shí)施例2提供了如下部件和材料厚度為0.15mm的不對(duì)稱復(fù)合材料分離膜作為平膜式氣體分離膜，由涂有多孔聚醚酰亞胺膜然后是硅橡膠分離層的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯無(wú)紡織物(襯底)組成，作為分離性能的指示，在25℃具有8×10-4cm3(STP)/cm2·sec·cmHg的氧氣滲透速率并且氧氣對(duì)氮?dú)獾臐B透速率比是1.8；厚度為0.5mm預(yù)成型聚乙烯網(wǎng)眼作為進(jìn)料側(cè)隔片；厚度為0.5mm預(yù)成型聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯網(wǎng)眼作為滲透?jìng)?cè)隔片；長(zhǎng)度為298mm、外徑為17.2mm的ABS樹(shù)脂圓筒，內(nèi)部具有內(nèi)徑為9.5mm中空部分，一端密封另一端開(kāi)口，具有12個(gè)內(nèi)徑為2.85mm的孔連通中空部分和外界；和一側(cè)含有粘合劑的厚度為1.5mm的聚乙烯膜作為外膜。滲透?jìng)?cè)隔片被夾在平膜式氣體分離膜間以獲得兩套層壓材料(兩個(gè)寬度為264mm、距離芯管的長(zhǎng)度為425mm和總膜長(zhǎng)度(前后一起)為850mm的層壓材料)。層壓材料的末端部分附著于芯管以使?jié)B透氣通道與芯管中空部分相通，進(jìn)料側(cè)隔片螺旋式纏繞在芯管周圍以使它們交替疊加，以形成有效膜面積為0.3m2的螺旋式分離膜組件。
使用此分離膜組件，如參考實(shí)施例1，富氧空氣被分離和回收。結(jié)果表示在表1中。此實(shí)施例中，滲透?jìng)?cè)隔片與進(jìn)料側(cè)隔片的厚度之比是1∶1?；厥諝庵醒鯘舛仁?1％。就是說(shuō)，未獲得富氧空氣。沒(méi)有實(shí)現(xiàn)氧富集，或許因?yàn)檫M(jìn)料側(cè)隔片的小厚度導(dǎo)致了大的壓力損失并且實(shí)際空氣進(jìn)料流速小。
實(shí)施例3如參考實(shí)施例1所描述，除了預(yù)成型聚乙烯網(wǎng)眼堆(pile)內(nèi)的厚度為1.5mm的兩片被用作進(jìn)料側(cè)隔片以外，富氧空氣被分離和回收。結(jié)果表示在表1中。滲透?jìng)?cè)隔片和進(jìn)料側(cè)隔片的厚度比是1∶6?；厥諝庵醒鯘舛仁?6％。就是說(shuō)，有效地獲得了富氧空氣。
實(shí)施例4如參考實(shí)施例1所描述，除了預(yù)成型聚乙烯網(wǎng)眼堆內(nèi)的厚度為1.5mm的三片被用作進(jìn)料側(cè)隔片以外，富氧空氣被分離和回收。結(jié)果表示在表1中。滲透?jìng)?cè)隔片和進(jìn)料側(cè)隔片的厚度比是1∶9。回收氣中氧濃度是27％。就是說(shuō)，有效地獲得了富氧空氣。
實(shí)施例5提供了如下部件和材料厚度為0.15mm的不對(duì)稱復(fù)合材料分離膜作為平膜式氣體分離膜，由涂有多孔聚醚酰亞胺膜然后是硅橡膠分離層的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯無(wú)紡織物(襯底)組成，作為分離性能的指示，在25℃具有1.6×10-3cm3(STP)/cm2·sec·cmHg的氧氣滲透速率并且氧氣對(duì)氮?dú)獾臐B透速率比是1.8；厚度為2.2mm預(yù)成型的聚乙烯網(wǎng)眼作為進(jìn)料側(cè)隔片；厚度為1.0mm預(yù)成型聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯網(wǎng)眼作為滲透?jìng)?cè)隔片；長(zhǎng)度為298mm、外徑為17.2mm的ABS樹(shù)脂圓筒，內(nèi)部具有內(nèi)徑為9.5mm中空部分，一端密封另一端開(kāi)口，具有12個(gè)內(nèi)徑為2.85mm的孔連通中空部分和外界；和一側(cè)含有粘合劑的厚度為1.5mm的聚乙烯膜作為外膜。滲透?jìng)?cè)隔片被夾在平膜式氣體分離膜間以獲得一套層壓材料(一個(gè)寬度為264mm、距離芯管的長(zhǎng)度為425mm和總膜長(zhǎng)度(前后一起)為830mm的層壓材料)。層壓材料的末端部分附著于芯管以使?jié)B透氣通道與芯管中空部分相通，進(jìn)料側(cè)隔片螺旋式纏繞在芯管周圍以使它們交替疊加，以形成有效膜面積為0.17m2的螺旋式分離膜組件。
使用此分離膜組件，如參考實(shí)施例1所述，富氧空氣被分離和回收。結(jié)果表示在表1中。此實(shí)施例中，滲透?jìng)?cè)隔片與進(jìn)料側(cè)隔片的厚度之比是1∶2.2。回收氣中氧濃度是26％。就是說(shuō)，有效地獲得了富氧空氣。
實(shí)施例6如參考實(shí)施例1所描述分離和回收富氧空氣，除了分離膜組件如實(shí)施例5所述并且風(fēng)扇具有最大送風(fēng)量為0.4m3/min和最大靜壓力為93Pa的容量以外。結(jié)果表示于表1中?；厥諝庵醒鯘舛仁?7％。就是說(shuō)，有效地獲得了富氧空氣。
表1表示了上述結(jié)果，表2總結(jié)了每一個(gè)實(shí)施例中風(fēng)扇的功率。
表1

表2

工業(yè)適用性依據(jù)本發(fā)明，具有非常便利結(jié)構(gòu)并易于制造的螺旋式分離膜組件和便利的風(fēng)扇或真空泵可被聯(lián)合以有效地獲得富氧空氣。
權(quán)利要求
1.一種從空氣中分離和回收富氧空氣的方法，包含，提供一種氣體分離膜組件，其中，包含滲透?jìng)?cè)隔片和兩個(gè)夾著所述隔片的平膜式氣體分離膜的層壓材料，其中所述滲透?jìng)?cè)隔片用于形成與用于收集和放出滲透氣的芯管中的中空部分相通的滲透氣通道，和用于形成原料氣通道的進(jìn)料側(cè)隔片，被螺旋式纏繞在芯管周圍，以使所述層壓材料和所述進(jìn)料側(cè)隔片被交替疊加，當(dāng)通過(guò)送風(fēng)設(shè)備將空氣進(jìn)料到所述原料氣通道時(shí)，通過(guò)抽真空設(shè)備將所述芯管中空部分抽真空到95kPaA或更低，以使最大送風(fēng)量和最大靜壓力除以氣體分離膜的有效膜面積分別是100m3/min·m2或更少和4000Pa/m2或更少，從芯管的中空部分分離和回收富氧空氣。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氣體分離膜組件具有多個(gè)層壓材料；每個(gè)層壓材料包含用于形成與收集和排出滲透氣的芯管中空部分相通的滲透氣通道的滲透?jìng)?cè)隔片和兩個(gè)夾著所述隔片的平膜式氣體分離膜；其中所述多個(gè)層壓材料與形成原料氣通道的進(jìn)料側(cè)隔片一起螺旋式纏繞在芯管周圍以使層壓材料和進(jìn)料側(cè)隔片交替疊加。
3.權(quán)利要求1或2所述的方法，其中在所述氣體分離膜組件中，滲透?jìng)?cè)隔片與進(jìn)料側(cè)隔片的厚度比是1∶2到1∶10。
4.用于分離和回收富氧空氣的裝置，包含氣體分離膜組件，其中，一種層壓材料，包含形成與用于收集和排出滲透氣的芯管中空部分相通的滲透氣通道的滲透?jìng)?cè)隔片和兩個(gè)夾著所述隔片的平膜式分離膜，和用于形成原料氣通道的進(jìn)料側(cè)隔片，螺旋式纏繞在芯管周圍，以使層壓材料和進(jìn)料側(cè)隔片交替疊加，用于將空氣進(jìn)料到原料氣通道的送風(fēng)設(shè)備，以使最大送風(fēng)量和最大靜壓力除以氣體分離膜的有效膜面積分別是100m3/min·m2或更少和4000Pa/2或更少；和抽真空設(shè)備，由此，芯管的中空部分被抽真空到95kPaA或更低，以從芯管的中空部分分離和回收富氧空氣。
5.權(quán)利要求4所述的裝置，其中，所述氣體分離膜組件具有多個(gè)層壓材料；每個(gè)層壓材料包含用于形成與收集和排出滲透氣的芯管中空部分相通的滲透氣通道的滲透?jìng)?cè)隔片和兩個(gè)夾著所述隔片的平膜式氣體分離膜；其中所述多個(gè)層壓材料與形成原料氣通道的進(jìn)料側(cè)隔片一起螺旋式纏繞在芯管周圍以使層壓材料和進(jìn)料側(cè)隔片交替疊加。
6.權(quán)利要求4或5所述的方法，其中在氣體分離膜組件中，滲透?jìng)?cè)隔片與進(jìn)料側(cè)隔片的厚度比是1∶2到1∶10。
7.氣體分離膜組件，包含多個(gè)層壓材料；每個(gè)層壓材料包含用于形成與收集和排出滲透氣的芯管中空部分相通的滲透氣通道的滲透?jìng)?cè)隔片和兩個(gè)夾著所述隔片的平膜式氣體分離膜；其中所述多個(gè)層壓材料與形成原料氣通道的進(jìn)料側(cè)隔片一起螺旋式纏繞在芯管周圍以使層壓材料和進(jìn)料側(cè)隔片交替疊加，其中滲透?jìng)?cè)隔片與進(jìn)料側(cè)隔片的厚度比是1∶2到1∶10，和由此，在向所述原料氣通道進(jìn)料空氣時(shí)，通過(guò)將中空部分抽真空，所述組件從中空部分分離和回收富氧空氣。
全文摘要
一種從空氣中分離和回收富氧空氣的方法，包含，使用一種氣體分離膜組件，其中由形成與用于收集和排出滲透氣的芯管中空部分相通的滲透氣通道的滲透?jìng)?cè)隔片和夾著所述隔片的兩個(gè)平膜式氣體分離膜組成的層壓材料和形成原料氣通道的進(jìn)料側(cè)隔片以螺旋式纏繞在芯管周圍，以使層壓材料和進(jìn)料側(cè)隔片交替疊加，當(dāng)通過(guò)送風(fēng)設(shè)備將空氣進(jìn)料到原料氣通道時(shí)，通過(guò)抽真空設(shè)備將芯管中空部分抽真空到95kPaA(絕對(duì)壓力)或更低，以使最大送風(fēng)量和最大靜壓力除以氣體分離膜的有效膜面積分別是100m
文檔編號(hào)B01D63/10GK1921926SQ200580005348
公開(kāi)日2007年2月28日 申請(qǐng)日期2005年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月19日
發(fā)明者谷原望 申請(qǐng)人:宇部興產(chǎn)株式會(huì)社