專利名稱：空氣分離系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于以選定的純度和壓力經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)氧氣的改進(jìn)的空氣分離系統(tǒng)和方法，更特別地涉及一種將至少具有兩個(gè)薄膜分離級(jí)的薄膜氣體滲透系統(tǒng)與一種真空壓力擺動(dòng)吸附(VPSA)系統(tǒng)相結(jié)合的空氣分離系統(tǒng)和方法。
在工業(yè)和醫(yī)藥行業(yè)廣泛應(yīng)用的氧氣的純度從97％到99.999％，并且是以各種壓力和純度生產(chǎn)出來的。由于空氣一般含有近百分之二十的氧氣，因此它作為經(jīng)濟(jì)的氧氣來源是很理想的。從而，大部分實(shí)用和經(jīng)濟(jì)的氧氣生產(chǎn)設(shè)備都采用空氣分離系統(tǒng)和方法。
一種相對大量地生產(chǎn)氧氣的普通系統(tǒng)之一包括從空氣混合物中液化和分離氧氣成份的深冷技術(shù)。雖然這一設(shè)計(jì)對于大批量生產(chǎn)是很好的，但當(dāng)用于小批量和中批量生產(chǎn)時(shí)，該系統(tǒng)特殊的深冷設(shè)備和與此相關(guān)的成本使得該系統(tǒng)的成本過高。
為了生產(chǎn)中等數(shù)量和相對低純度的氧氣，一個(gè)實(shí)用的空氣分離系統(tǒng)要采用對氧氣具有選擇性和高滲透性的聚合物薄膜。壓縮空氣輸入薄膜，該薄膜保留氮?dú)獬煞荻寡鯕庖韵鄬Φ闹械燃兌韧ㄟ^。由于傳統(tǒng)薄膜的中等選擇性，高純度的氧氣生產(chǎn)通常只能通過采用帶有附加的輸入氣體的壓縮機(jī)的多級(jí)薄膜裝置來實(shí)現(xiàn)。這通常顯著地增加了生產(chǎn)成本，使得從成本的立場來改進(jìn)多級(jí)薄膜系統(tǒng)的余地很大。
作為多級(jí)薄膜技術(shù)的另一種選擇，本領(lǐng)域的技術(shù)人員已經(jīng)發(fā)展了一種空氣分離系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用一種分子篩吸附劑來有效地生產(chǎn)純度約為88％到95％的氧氣。采用壓力擺動(dòng)吸附劑系統(tǒng)(PSA)〖和真空壓力擺動(dòng)吸附(VPSA)系統(tǒng)〗，該吸附劑在空氣中的各氣體系統(tǒng)之間有四個(gè)時(shí)刻起作用，以便實(shí)現(xiàn)成份分離。不幸的是吸附劑一般不能從氬氣中分離出氧氣。該限制常常使PSA不可能生產(chǎn)純度約為98％的氧氣。
一個(gè)解決高純度PSA氧氣生產(chǎn)的辦法是采用一種將一個(gè)連續(xù)薄膜塔(CMC)或一個(gè)連續(xù)薄膜塔與兩級(jí)氣提塔(CMC-TSS)相結(jié)合來生產(chǎn)99％純度的氧氣。PSA的輸出產(chǎn)品作為采用一個(gè)壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)的循環(huán)回路和4出口薄膜組件的薄膜系統(tǒng)的輸入氣體。雖然這種建議對其想要達(dá)到的目的是有利的，但它需要另外的壓縮設(shè)備來提供對CMC的適當(dāng)?shù)难h(huán)。另外，因?yàn)椴捎昧颂厥獾谋∧は到y(tǒng)，一般需要采用較貴的4出口薄膜組件而不是較便宜的3出口組件設(shè)計(jì)。
因此，雖然本領(lǐng)域的技術(shù)人員已經(jīng)意識(shí)到空氣的分離設(shè)備采用滲透薄膜和壓力擺動(dòng)吸附兩種技術(shù)來以最少的壓縮設(shè)備經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)高純度的氧氣，但直到本發(fā)明為止還沒有出現(xiàn)令人滿意的設(shè)計(jì)。另外，空氣分離系統(tǒng)還需要能夠產(chǎn)生一個(gè)高壓、低純度的主氧氣流和一個(gè)低壓、高純度的副氧氣流。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法滿足以上兩個(gè)需要。
本發(fā)明的空氣分離系統(tǒng)以節(jié)省成本的方法生產(chǎn)各種相對高和低純度和相對高和低壓力的氧氣流。本發(fā)明主要是實(shí)現(xiàn)了節(jié)省成本，這是因?yàn)楸景l(fā)明基本上消除了昂貴和不需要的循環(huán)壓縮設(shè)備。
為實(shí)現(xiàn)上述的優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明的空氣分離系統(tǒng)的第一實(shí)施例包括一個(gè)PSA或VPSA氧氣發(fā)生器，該氧氣發(fā)生器帶有一個(gè)壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)的出口與一個(gè)收集和引導(dǎo)輸入氣體混合物的輸入氣體支管相連。該氧氣發(fā)生器的下游是一個(gè)薄膜串聯(lián)系統(tǒng)，該系統(tǒng)分別包括一個(gè)第一和第二級(jí)，這些級(jí)可以分別在各自預(yù)定的壓力比和作業(yè)溫度的條件下操作。第一級(jí)有一個(gè)與輸入氣體的流體相連通的入口，還有與一個(gè)相對高壓低純度的產(chǎn)品管線相連的滯留物流和一個(gè)滲透物流。第二級(jí)包括一個(gè)與第一級(jí)滲透物流相連的入口、一個(gè)滯留物流(它能夠循環(huán))和一個(gè)與相對較低壓較高純度的產(chǎn)品管線相連，該產(chǎn)品管線可以以預(yù)定的壓力和純度輸出。
本發(fā)明的空氣分離系統(tǒng)的第二實(shí)施例包括一個(gè)級(jí)間壓縮機(jī)和一個(gè)PSA或VPSA氧氣發(fā)生器，該氧氣發(fā)生器有一個(gè)壓縮機(jī)，壓縮機(jī)的輸出端與收集和引導(dǎo)輸入氣體混合物的輸入氣體支管相連。該氧氣發(fā)生器的下游是一個(gè)薄膜串聯(lián)系統(tǒng)，該系統(tǒng)分別包括一個(gè)第一和第二級(jí)。第一級(jí)有一個(gè)與輸入氣體的流體相連通的入口，還有與一個(gè)相對高壓中純度的產(chǎn)品管線相連的滯留物流和一個(gè)輸入到一個(gè)級(jí)間壓縮機(jī)的滲透物流。第二級(jí)包括一個(gè)與級(jí)間壓縮機(jī)輸出口相連的入口和一個(gè)第二級(jí)滯留物流以及與相對較低壓力和高純度的產(chǎn)品管線相連的第二級(jí)滲透物流。
本發(fā)明的第一實(shí)施例的方法在一個(gè)空氣分離設(shè)備上生產(chǎn)各種壓力和純度的氧氣流。該設(shè)備包括一個(gè)PSA或VPSA氧氣發(fā)生器，該氧氣發(fā)生器有一個(gè)被壓縮的輸出產(chǎn)品和具有各自輸入口的第一和第二級(jí)的串聯(lián)薄膜裝置。薄膜裝置的第一級(jí)和第二級(jí)包括各自的滯留物流和滲透物流。該方法包括的步驟是將PSA或VPSA的輸出物作為第一輸入氣體輸送到第一級(jí)的輸入口；將第一級(jí)薄膜的滯留物流作為一個(gè)高壓力低純度的氧氣產(chǎn)品流；將第一級(jí)的滲透物流作為第二輸入氣體導(dǎo)向第二級(jí)的入口；將第二級(jí)薄膜的滲透物流作為一種高純度低壓力的氧氣產(chǎn)品流，而將第二級(jí)的滯留物進(jìn)行循環(huán)或用作為一種中純度和較高壓力的產(chǎn)品流。
本發(fā)明的第二實(shí)施例的方法利用一個(gè)級(jí)間壓縮機(jī)在一個(gè)空氣分離設(shè)備上生產(chǎn)各種壓力和純度的氧氣流。該設(shè)備包括一個(gè)PSA或VPSA氧氣發(fā)生器，該氧氣發(fā)生器有一個(gè)被壓縮的輸出產(chǎn)品和具有由一個(gè)級(jí)間壓縮機(jī)連接起來的第一和第二級(jí)的串聯(lián)薄膜裝置。各級(jí)分別具有輸入口，第一級(jí)和第二級(jí)包括各自的的滯留物流和滲透物流。該方法包括的步驟為將PSA或VPSA的輸出輸入到第一級(jí)的輸入口作為第一輸入氣體；將第一級(jí)的滯留物流作為一種高壓低純度的的氧氣產(chǎn)品流；將第一級(jí)的滲透物導(dǎo)向級(jí)間壓縮機(jī)；由該壓縮機(jī)給第一級(jí)的滲透物加壓以便將其作為第二輸入氣體送給第二級(jí)的入口；將用第二級(jí)的滲透物流作為一種高純度低壓的氧氣產(chǎn)品流，而將第二級(jí)的滯留物流進(jìn)行循環(huán)或作為一種中純度和較高壓力的產(chǎn)品流。
也可以包括附加的薄膜級(jí)。
本發(fā)明的上述和其它的特征將從以下參考附圖的描述而得到更全面的理解，圖中類似的參考符號(hào)表示類似的部件

圖1是本發(fā)明的空氣分離系統(tǒng)的第一實(shí)例的流程圖，圖示了第一實(shí)施例的方法；
圖2是本發(fā)明的空氣分離系統(tǒng)的第二實(shí)例的流程圖，圖示了第二實(shí)施例的方法。
本發(fā)明的空氣分離系統(tǒng)生產(chǎn)各種壓力和純度的氧氣流產(chǎn)品。通過采用簡明的設(shè)計(jì)(包括減少氣體壓縮機(jī)的數(shù)量)，并利用空氣分離技術(shù)的結(jié)合，本發(fā)明的系統(tǒng)節(jié)省了很多成本。
現(xiàn)參考圖1，一個(gè)總標(biāo)號(hào)為10的本發(fā)明的空氣分離系統(tǒng)的第一實(shí)施例包括一個(gè)帶吸附劑類型(PSA或VPSA)的氧氣發(fā)生器12，和一個(gè)分級(jí)的薄膜子系統(tǒng)30。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的PSA和VPSA設(shè)備以及薄膜系統(tǒng)本身通常不能經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)95％或更高純度的氧氣，所以本發(fā)明采用氧氣發(fā)生器的全部或部分產(chǎn)品作為薄膜子系統(tǒng)的輸入氣體，該子系統(tǒng)進(jìn)一步將該輸入氣體分離成各種壓力和純度的氧氣流。
氧氣發(fā)生器12通常包括一個(gè)真空壓力擺動(dòng)吸附設(shè)備14，該設(shè)備能夠生產(chǎn)約100,000ncfh的產(chǎn)品，其中包括92％的氧氣、5％的氬和3％的氮。VPSA通常利用一種分子篩吸附劑，例如分子篩5A(MS-5A)，以便有效地產(chǎn)生所需要的氧氣純度。為了將輸出的氧氣產(chǎn)品進(jìn)行壓縮，將一個(gè)壓縮機(jī)16連接在VPSA裝置的下游，以便通過輸入氣體排出管18使輸入氣體產(chǎn)生一般約100-200PSIA的壓力。通過一個(gè)產(chǎn)品支管20可以方便地得到一個(gè)高壓低純度(即從VPSA系統(tǒng)排出的純度)的氧氣流，該支管20連接在排出支管18上，并由一個(gè)低純度產(chǎn)品控制閥22來控制。
通過排出支管的全部或部分產(chǎn)品輸入到分級(jí)薄膜子系統(tǒng)30中。為了使設(shè)備和操作的成本最小，最好使薄膜子系統(tǒng)包括兩級(jí)的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，雖然另外的級(jí)(沒有顯示)可以在有要求的情況下用來進(jìn)一步增加產(chǎn)品的純度。
進(jìn)一步參考圖1，薄膜串聯(lián)子系統(tǒng)30包括一個(gè)第一級(jí)32，該級(jí)有一個(gè)與輸入氣體排出支管18相連的輸入口34。該級(jí)產(chǎn)生富氧的滲透物和貧氧的滯留物。該級(jí)包括第一和第二出口38和36，這些出口排出來自該薄膜級(jí)的富氧的和貧氧產(chǎn)品。高壓產(chǎn)品管線40與低純度滯留物產(chǎn)品輸出口36相連，并由一個(gè)流量控制閥42控制，以便將該流體導(dǎo)向高壓低純度產(chǎn)品支管20。第二滲透物出口38與入口46相連并向第二級(jí)44輸入。
薄膜串聯(lián)子系統(tǒng)30的第二級(jí)44接受第一級(jí)的滲透物，并包括一個(gè)循環(huán)(滯留物)出口48和一個(gè)高純度產(chǎn)品(滲透物)出口50。一條由循環(huán)控制閥54控制的循環(huán)管線52通過入口19將循環(huán)輸出口與VPSA的壓縮機(jī)16相連。高純度產(chǎn)品出口50通過高純度低壓力發(fā)送管線56被發(fā)送給用戶，一般是發(fā)送給用戶壓縮機(jī)58，以便發(fā)送低壓純度約為98％或更高的產(chǎn)品。
另外，第二級(jí)循環(huán)流48也可以與中壓中純度的產(chǎn)品管線60相連而不循環(huán)回到VPSA。熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到這種結(jié)構(gòu)會(huì)減少整體的動(dòng)力消耗，這是因?yàn)槌藟嚎s以外，沒有其它任何與原材料(空氣)相關(guān)聯(lián)的費(fèi)用發(fā)生。
以下的表I和表II表示上述的實(shí)施例的具體實(shí)例中所采用的作業(yè)條件和所達(dá)到的各種結(jié)果。
以下的所有實(shí)例，薄膜均采用由相對較便宜的3出口的設(shè)計(jì)，它們在70°F時(shí)具有以下性能氧氣的滲透率/厚度(P/tO2)＝1.5ncfh/ft2-psi-day，選擇率(O2/N2)＝5.27，而選擇率(O2/Ar)＝2.55。另外，各級(jí)中的輸入/滲透壓力比為2.66。
實(shí)例1一個(gè)VPSA設(shè)備流量為100,000ncfh，其中在175psia下包括92％的氧氣，5％的氬和3％的氮。這種流被用來輸入到薄膜串聯(lián)系統(tǒng)(2級(jí))中，以便生產(chǎn)5000ncfh的產(chǎn)品，該產(chǎn)品包含98％的氧氣并以24.7psia的壓力送出。所使用的薄膜的面積約為5773ft2。
表I位置 流量(ncfh)壓力(psia)純度(％O2)VPSA壓縮機(jī)輸出115,291 175 921級(jí)的輸入 98,331 175 921級(jí)的滲透物 20,291 65.7 95.4循環(huán) 15,291 65.7 95.4低純度產(chǎn)品*95,000 175 91.72級(jí)的滲透產(chǎn)品 5,000 24.7 98*1級(jí)的滯留物加上在以后的VPSA壓縮機(jī)輸出上述例表的數(shù)據(jù)忽略了循環(huán)流對輸入到薄膜串聯(lián)子系統(tǒng)30的純度的影響，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到這種影響將會(huì)使輸入純度有所增加，從而使薄膜面積和所需的流量有所減少。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，使各級(jí)的壓力比最優(yōu)化從而采用全部相同的壓力比是可能的也是理想的。這樣做可以對薄膜面積和循環(huán)流量產(chǎn)生有利的影響。另外，作業(yè)溫度和分餾率(即同一級(jí)的薄膜滯留物流量與薄膜輸入流量之比)也可以最優(yōu)化以便適應(yīng)環(huán)境條件。最后，在各級(jí)中可能使用不同性能的薄膜。在某些場合(例如當(dāng)?shù)?級(jí)的高純度產(chǎn)品需要以高壓送出時(shí))，使用一個(gè)級(jí)間壓縮機(jī)來減少所需要的薄膜面積和系統(tǒng)所需要的壓縮動(dòng)力將會(huì)是有益的。這是通過使用一個(gè)比壓縮產(chǎn)品的壓縮機(jī)更大的壓縮機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。然而，級(jí)間壓縮機(jī)能夠?qū)傮w的成本有益。
現(xiàn)在參考圖2，一個(gè)總標(biāo)號(hào)為70的本發(fā)明的空氣分離系統(tǒng)的第二實(shí)施例包括一個(gè)薄膜串聯(lián)子系統(tǒng)80，該系統(tǒng)采用級(jí)間壓縮機(jī)來以相當(dāng)高的壓力生產(chǎn)高純度的產(chǎn)品流。
空氣分離系統(tǒng)70最好包括一個(gè)基本上與所揭示的第一實(shí)施例中類似的PSA或VPSA氧氣發(fā)生器72，該發(fā)生器72包括一個(gè)PSA或VPSA裝置74和VPSA產(chǎn)品氣體壓縮機(jī)76。一個(gè)排出支管78使VPSA的輸出氣體輸入到薄膜串聯(lián)子系統(tǒng)80的輸入口。象第一實(shí)施例一樣，該P(yáng)SA/VPSA產(chǎn)品輸出流可以通過一個(gè)由產(chǎn)品閥79控制的高壓低純度產(chǎn)品管線77而被輸出。
繼續(xù)參考圖2，薄膜子系統(tǒng)80最好包括由一個(gè)級(jí)間壓縮機(jī)96連接起來的兩級(jí)薄膜82和100。第一級(jí)82包括一個(gè)用來接受VPSA輸出的氣體輸入口84，還包括滲透物和滯留物的輸出口88和86，以便引導(dǎo)分離后的流體成份。通過由一個(gè)流量控制閥92控制的排出支管90，第一級(jí)滯留物輸出口86與高壓低純度產(chǎn)品支管77相連。第一級(jí)滲透物輸出口88與級(jí)間壓縮機(jī)96的輸入口連接，以便隨后加壓供給第二級(jí)100。
第二級(jí)100包括一個(gè)輸入口102，以便接受加壓的第一級(jí)滲透物流，還包括一個(gè)高純度和中壓力的第二級(jí)滲透產(chǎn)品流輸出口104和一個(gè)低純度的第二級(jí)滯留物流供應(yīng)口106。
本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)第二級(jí)滯留物流供應(yīng)口106可以很方便地與三種使空氣分離系統(tǒng)70的適應(yīng)性最大化的結(jié)構(gòu)之一進(jìn)行連接。圖2圖示了第二級(jí)滯留物流的可能的結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)通過一個(gè)產(chǎn)品供應(yīng)管線108對高壓低純度產(chǎn)品支管77的直接連接；當(dāng)?shù)诙?jí)的壓力低于第一級(jí)的輸入壓力時(shí)，一個(gè)通過一個(gè)循環(huán)管線110返回到VPSA產(chǎn)品壓縮機(jī)的輸入口79的連接；或一個(gè)能通過循環(huán)管線110對第一級(jí)輸入口84的連接。當(dāng)?shù)诙?jí)的滯留物的壓力大于或等于第一級(jí)輸入壓力時(shí)，后一種連接方法是可能的。
該實(shí)施例由以下的實(shí)例2進(jìn)行說明，其中包括沒有級(jí)間壓縮機(jī)的系統(tǒng)和有級(jí)間壓縮機(jī)的系統(tǒng)的比較。在第二級(jí)的輸入壓力由所需要的產(chǎn)品的壓力和純度所決定的地方使用級(jí)間壓縮機(jī)。級(jí)間壓縮機(jī)用于減少薄膜面積和壓縮動(dòng)力。
實(shí)例2表II顯示了一個(gè)沒有級(jí)間壓縮機(jī)的2級(jí)系統(tǒng)的結(jié)果。兩級(jí)薄膜裝置的輸入是VPSA設(shè)備的產(chǎn)品，該產(chǎn)品以100,000ncfh的流量在150psia下包含92％的O2，5％的Ar和3％的N2。理想純度的高純度O2產(chǎn)品是在114.7psia下98％的O2，其流量為5,000ncfh。所采用的薄膜與實(shí)例1中的相同。很明顯，在表II中所反映的沒有產(chǎn)品壓縮的操作不會(huì)產(chǎn)生具有所需壓力的產(chǎn)品。另外，在沒有級(jí)間壓縮機(jī)時(shí)需要薄膜5609ft2，而采用級(jí)間壓縮機(jī)時(shí)需要的薄膜為2345ft2。
表II位置流量(ncfh)壓力(psia)純度(％O2)VPSA壓縮機(jī)出口 111,051 150921級(jí)入口 79,269 150921級(jí)的滲透物 16,051 60 95.94循環(huán) 11,051 60 95低純度產(chǎn)品 95,000 15091.72級(jí)滲透物5,000 15 98.022級(jí)滲透物產(chǎn)品5,000 114.7 98.02
以下的表III表示本發(fā)明采用級(jí)間壓縮機(jī)的第二實(shí)施例的具體實(shí)例中所采用的作業(yè)參數(shù)和所達(dá)到的各種結(jié)果。
表III位置流量(ncfh)壓力(psia)純度(％O2)VPSA壓縮機(jī)出口 100,000 15092級(jí)1入口 43,300 15092級(jí)1的滲透物 10,753 15 96.542級(jí)喂入 10,753 229.4 96.542級(jí)滯留物5,753 229.4 95.25低純度產(chǎn)品*95,000 15091.72級(jí)滲透物產(chǎn)品5,000 114.7 98.02*2級(jí)的滯留物加上VPSA壓縮機(jī)輸出產(chǎn)品(圖2中管線90和77相連)采用級(jí)間壓縮機(jī)，并定義輸入到第二級(jí)的壓力為所需產(chǎn)品的壓力和純度的函數(shù)，這樣做使薄膜的面積和整個(gè)系統(tǒng)所需的壓縮動(dòng)力得以減少。在第二實(shí)施例中表示了該替換方案，當(dāng)作業(yè)參數(shù)如表III所示時(shí)，僅使用了2345平方英尺的薄膜面積。這與在由表II所示的條件下操作的實(shí)施例所需的5609平方英尺的薄膜面積形成了鮮明的對比。然而，該替換方案所付出的代價(jià)是采用了一個(gè)較大的壓縮機(jī)96作為級(jí)間壓縮機(jī)，而不是運(yùn)用一個(gè)用于第一實(shí)施例中的產(chǎn)品壓縮機(jī)58。
當(dāng)不需要附加的產(chǎn)品壓縮設(shè)備時(shí)，將薄膜子系統(tǒng)與VPSA發(fā)生器相結(jié)合通常會(huì)更好一些。不過，在需要產(chǎn)品壓縮設(shè)備時(shí)，通過在級(jí)間使用該設(shè)備，與循環(huán)串聯(lián)系統(tǒng)類似，也可以獲得相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)利益。
本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員會(huì)理解由本發(fā)明的空氣分離系統(tǒng)所帶來的許多優(yōu)點(diǎn)。首要一點(diǎn)也是最重要的一點(diǎn)就是這種簡明的系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括較少的便宜的薄膜組件并且消除了不需要的循環(huán)壓縮機(jī)。通過省去不必要的設(shè)備，設(shè)備的費(fèi)用以及操作的成本都大大地減少了。在有級(jí)間壓縮的條件下，在薄膜面積上節(jié)約了很多資金。
另外，本發(fā)明提供具有各種壓力的多種產(chǎn)品流，以滿足那些在某一壓力下不必采用超高純度氧氣的使用場合的需求。由于更多的產(chǎn)品可以從一個(gè)給定的供應(yīng)源得到，所以隨著生產(chǎn)和操作成本相應(yīng)的降低，設(shè)備的整體效率增加了。
應(yīng)該理解用于氧氣(更確切的是用于高氧氣含量的氣體)的術(shù)語“高純度”和“低純度”是相對于一般從PSA/VPSA工藝部分出來的氧氣流的純度比較而言的。因此，“高純度”意味著高于95％最好是高于97％或更高，而“低純度”意味著比PSA/VPSA所達(dá)到的純度低或者與其相同。然而，在所有的情況下，都是考慮的高或很高氧氣含量的氣體。
雖然已經(jīng)描述和圖示了最佳實(shí)施例，但仍可以在不脫離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范圍的前提下進(jìn)行各種替代和改動(dòng)。因此，應(yīng)理解為本發(fā)明是以說明而不是限制的方式進(jìn)行描述的。
權(quán)利要求
1.一種用于生產(chǎn)各種具有預(yù)定壓力和純度的氧氣流的空氣分離系統(tǒng)，所說系統(tǒng)包括一種氧氣發(fā)生器，該發(fā)生器包括一種吸附劑并具有壓縮機(jī)輸出口，該輸出口連接一個(gè)輸送氣體支管，以便收集和引導(dǎo)在輸送純度和輸送壓力范圍內(nèi)的輸送氣體混合物；一個(gè)薄膜串聯(lián)系統(tǒng)，該系統(tǒng)分別包括第一和第二級(jí)，這些級(jí)可以在各自的預(yù)定壓力比和各自的預(yù)定操作溫度的條件下作業(yè)，所說第一級(jí)有一個(gè)與所說輸送氣體相連的輸入口、一個(gè)與相對高壓力和低純度產(chǎn)品管線相連的第一級(jí)滯留物流和一個(gè)第一級(jí)滲透物流，所說第二級(jí)包括一個(gè)與所說第一級(jí)滲透物流相連的輸入口、一個(gè)第二級(jí)滯留物流和一個(gè)與相對低壓高純度的可用預(yù)定發(fā)送壓力和發(fā)送純度操作的產(chǎn)品管線相連的產(chǎn)品流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的空氣分離系統(tǒng)，其特征在于所說氧氣發(fā)生器是一個(gè)真空壓力擺動(dòng)吸附設(shè)備。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的空氣分離系統(tǒng)，其特征在于所說第二級(jí)滯留物流與所說真空壓力擺動(dòng)吸附設(shè)備相連以形成循環(huán)回路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的空氣分離系統(tǒng)，其特征在于所說第二級(jí)滯留物流與相對的中壓和中純度的產(chǎn)品管線相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的空氣分離系統(tǒng)，其特征在于還包括一個(gè)壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)有一個(gè)與所說第二級(jí)低壓高純度產(chǎn)品管線相連的輸入口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的空氣分離系統(tǒng)，其特征在于還包括一個(gè)相對高壓和低純度的產(chǎn)品管線與所說輸送氣體支管相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的空氣分離系統(tǒng)，其特征在于所說輸送純度范圍約在88％-95％；所說輸送壓力范圍約在100-500PSIG；所說各自的預(yù)定壓力比超過1.5；所說各自的預(yù)定溫度在30-150華氏度的范圍；所說產(chǎn)品發(fā)送壓力在1-300PSIG的范圍；所說產(chǎn)品發(fā)送純度在97％-99.5％的氧氣的范圍。
8.一種用于生產(chǎn)各種具有預(yù)定壓力和純度的氧氣流的空氣分離系統(tǒng)，所說系統(tǒng)包括一種氧氣發(fā)生器，該發(fā)生器包括一種吸附劑并具有壓縮機(jī)輸出口，該輸出口連接一個(gè)輸送氣體支管，以便收集和導(dǎo)向在輸送純度范圍和輸送壓力范圍內(nèi)的輸送氣體混合物；一個(gè)薄膜串聯(lián)系統(tǒng)，該系統(tǒng)分別包括第一和第二級(jí)，這些級(jí)可以在各自的預(yù)定壓力比和各自的預(yù)定操作溫度的條件下作業(yè)，所說第一級(jí)有一個(gè)與所說輸送氣體相連的輸入口、一個(gè)與相對高壓力和中純度產(chǎn)品管線相連的第一級(jí)滯留物流和一個(gè)輸送到級(jí)間壓縮機(jī)中的第一級(jí)滲透物流，所說第二級(jí)包括一個(gè)與所說級(jí)間壓縮機(jī)的輸出口相連的輸入口、一個(gè)第二級(jí)滯留物流和一個(gè)與相對低壓高純度的產(chǎn)品管線相連的產(chǎn)品流。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的空氣分離系統(tǒng)，其特征在于所說氧氣發(fā)生器是VPSA設(shè)備。
10.一種從空氣分離設(shè)備中生產(chǎn)各種具有各自壓力和純度的氧氣流的方法，該設(shè)備包括一個(gè)具有壓縮輸出的PSA或VPSA氧氣發(fā)生器和一個(gè)串聯(lián)薄膜裝置，該裝置分別有帶各自輸入口的第一和第二級(jí)，所說第一和第二級(jí)的各級(jí)分別包括滯留物流和滲透物流，所說方法包括的步驟為將所說的VPSA輸出產(chǎn)品作為第一輸送氣體輸送到所說第一級(jí)的輸入口；將所說第一級(jí)的滯留物流作為一種高壓低純度的氧氣產(chǎn)品流；將所說第一級(jí)的滲透物流作為第二輸送氣體導(dǎo)向所說第二級(jí)的輸入口；將所說第二級(jí)滲透物流作為一種高純度低壓力的氧氣產(chǎn)品流。
全文摘要
一種用于生產(chǎn)各種壓力和純度的多種氧氣產(chǎn)品的空氣分離系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)將一個(gè)VPSA氧氣發(fā)生器與一個(gè)多級(jí)串聯(lián)薄膜裝置結(jié)合,提供一個(gè)高壓低純度的產(chǎn)品流和一個(gè)低壓高純度的產(chǎn)品流。
文檔編號(hào)B01D53/22GK1198360SQ98105659
公開日1998年11月11日 申請日期1998年2月13日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月14日
發(fā)明者R·普拉沙德, P·J·庫克, C·F·高茨曼 申請人:普拉塞爾技術(shù)有限公司