運(yùn)用氣體分離膜進(jìn)行提純的裝置系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及氣體提純，特別涉及一種運(yùn)用氣體分離膜進(jìn)行提純的裝置系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]氦氣是國(guó)防軍工和高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展不可或缺的稀有戰(zhàn)略性物資之一。含氦的天然氣迄今仍是工業(yè)化生產(chǎn)氦氣的唯一來源。我國(guó)氦氣資源相當(dāng)貧乏，含量很低，提取難度大，成本高。因此研宄開發(fā)先進(jìn)的天然氣提氦技術(shù)，以及對(duì)工藝生產(chǎn)中使用的氦氣進(jìn)行提純回收，對(duì)于提高氦氣生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性、保障國(guó)家用氦安全和促進(jìn)我國(guó)天然氣提氦工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。
[0003]目前的氦氣提純工藝主要包括變壓吸附(PSA)工藝、低溫深冷工藝以及膜工藝等。
[0004]變壓吸附(PSA)工藝的原理是利用固體吸附劑對(duì)不同氣體的吸附能力不同而實(shí)現(xiàn)氣體提純。當(dāng)氣體通過吸附床層，讓混合氣體中的一種(或幾種)氣體的大部分被吸附在床層上，小部分流出；讓混合氣體中的另外一種(或幾種)氣體大部分流出，小部分被吸附在床層上；從而達(dá)到提高氣體純度的目的。變壓吸附屬于批次處理工藝，固體吸附劑需要進(jìn)行再生，因此工藝控制較復(fù)雜，同時(shí)變壓吸附工藝的回收率相對(duì)較低。
[0005]低溫深冷工藝較為成熟，但投資成本和能耗都較高。
[0006]膜分離工藝的原理是利用各氣體組分在膜材料中的溶解擴(kuò)散速率不同，在膜兩側(cè)分壓差的作用下導(dǎo)致不同氣體通過膜壁的滲透速率不同而分離。氣體膜分離技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單、操作維護(hù)方便、投資成本和運(yùn)行費(fèi)用較低、不使用化學(xué)品和無廢水排放等優(yōu)點(diǎn)，相比其他工藝，膜分離工藝有明顯的優(yōu)勢(shì)。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)如專利文獻(xiàn)CN203874647U公開了一種膜法氦氣提純裝置系統(tǒng)以及專利文獻(xiàn)CN104001409A公開了一種膜法氦氣提純裝置系統(tǒng)和工藝，兩篇專利都采用了膜分離技術(shù)，但它們的裝置系統(tǒng)只有第一級(jí)中空纖維膜和第二級(jí)中空纖維膜，這種兩級(jí)分離膜組的系統(tǒng)可能無法實(shí)現(xiàn)氦氣的充分提純，便無法獲得純度高的氦氣；另外，兩篇專利在第一級(jí)中空纖維膜和第二級(jí)中空纖維膜之間設(shè)有壓縮機(jī)，這使得整個(gè)提純裝置系統(tǒng)變得復(fù)雜，也可能增加系統(tǒng)的運(yùn)行成本。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]本實(shí)用新型的目的是要提供了一種簡(jiǎn)單且具有較高產(chǎn)品氣純度和回收率，運(yùn)用氣體分離膜進(jìn)行提純的裝置系統(tǒng)，可以解決上述現(xiàn)有技術(shù)問題中的一個(gè)或者多個(gè)。
[0009]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了運(yùn)用氣體分離膜進(jìn)行提純的裝置系統(tǒng)，包括混合裝置、前處理單元、第一段氣體分離膜單元、第二段氣體分離膜單元、第三段氣體分離膜單元及后處理單元。
[0010]第一段氣體分離膜單元、第二段氣體分離膜單元和第三段氣體分離膜單元分別設(shè)有進(jìn)氣口、非滲透氣出氣口和滲透氣出氣口。
[0011]其中，混合裝置的進(jìn)氣口與原料氣源連通，混合裝置的出氣口與前處理單元的進(jìn)氣口連通，前處理單元的出氣口與第一段氣體分離膜單元的進(jìn)氣口連通。
[0012]第一段氣體分離膜單元的非滲透氣出氣口與第二段氣體分離膜單元的進(jìn)氣口連通，第一段氣體分離膜單元的滲透氣與第二段氣體分離膜單元的滲透氣混合后，通過后處理單元與所述第三段氣體分離膜單元的進(jìn)氣口連通，第三段氣體分離膜單元的非滲透氣出氣口通過管道回流到所述混合裝置的進(jìn)氣口，第二段氣體分離膜單元的非滲透氣出氣口即是尾氣出口，第三段氣體分離膜單元的滲透氣出氣口即是產(chǎn)品氣口。
[0013]其有益效果是，由于采用了三段氣體分離膜的提純工藝，因此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的充分提純，提尚氣體回收率。
[0014]在一些實(shí)施方式中，前處理單元依次包括壓縮裝置、過濾裝置、干燥裝置和加熱裝置，壓縮裝置的進(jìn)氣口即是前處理單元的進(jìn)氣口，壓縮裝置的出氣口與過濾裝置進(jìn)氣口連通，過濾裝置出氣口與所述干燥裝置進(jìn)氣口連通，干燥裝置出氣口與加熱裝置的進(jìn)氣口連通，加熱裝置的出氣口即是前處理單元的出氣口。其有益效果是，由于壓縮裝置通過壓縮氣體，產(chǎn)生一個(gè)壓力差作為驅(qū)動(dòng)力使氣體通過分離膜更好的實(shí)現(xiàn)分離，由于過濾裝置是為了去除原料氣中的雜質(zhì)物質(zhì)，干燥裝置是為了去除原料氣多余的水分，加熱裝置是為了使原料氣達(dá)到一定的溫度，由于膜分離技術(shù)是非低溫工藝，進(jìn)入分離膜單元之前合適的氣體溫度能夠使膜分離效率更高。
[0015]在一些實(shí)施方式中，后處理單元包括混流罐，不含有壓縮裝置。其有益效果是，由于膜分離工藝的原理是利用各氣體組分在膜材料中的溶解擴(kuò)散速率不同，借助膜兩側(cè)分壓差的作用下導(dǎo)致不同氣體通過膜壁的滲透速率不同而分離。第三段氣體分離膜單元沒有使用壓縮機(jī)進(jìn)行氣體再壓縮產(chǎn)生壓力差，而是依靠第一段分離膜單元和第二段分離膜單元的滲透?jìng)?cè)背壓作為驅(qū)動(dòng)力實(shí)現(xiàn)氣體分離提純。這樣便可以簡(jiǎn)化裝置，使系統(tǒng)更加緊湊。
[0016]在一些實(shí)施方式中，第三段氣體分離膜單元的非滲透氣出氣口連通前處理單元進(jìn)氣口的管道上設(shè)有背壓控制閥。其有益效果是，背壓控制閥是為了將閥前壓力保持在設(shè)定值，也提供第三段氣體分離膜單元滲透驅(qū)動(dòng)力，提高氣體在第三段氣體分離膜單元中的分離提純效率。
[0017]在一些實(shí)施方式中，第一段氣體分離膜單元、第二段氣體分離膜單元和第三段氣體分離膜單元分別包括一個(gè)或者多個(gè)并聯(lián)或者串聯(lián)連通的氣體分離膜組件。其有益效果是，由于在每一段氣體分離膜單元之間，分離膜組件的個(gè)數(shù)存在一個(gè)較佳的組合方案，通過計(jì)算得出每一段氣體分離膜單元的分離膜組件的較佳數(shù)量，不僅可以提高氣體提純效率和回收率，同時(shí)也可以避免分離膜組件的浪費(fèi)，降低工藝成本。
[0018]在一些實(shí)施方式中，裝置系統(tǒng)能夠應(yīng)用于氦氣或氫氣或二氧化碳?xì)怏w的提純。
[0019]本實(shí)用新型提供的提純裝置系統(tǒng)使用三段氣體分離膜的提純工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)氦氣的充分提純，氦氣回收率較高；裝置系統(tǒng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，適用范圍廣，操作方便，安全可靠，自動(dòng)化程度高，適應(yīng)于工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施方式的運(yùn)用氣體分離膜進(jìn)行提純的裝置系統(tǒng)的工藝流程不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0022]如圖1所示，本實(shí)用新型運(yùn)用氣體分離膜進(jìn)行提純氦氣的裝置系統(tǒng)的一實(shí)施方式，包括混合裝置1、前處理單元11、第一段氣體分離膜單元6、第二段氣體分離膜單元7、后處理單元12和第三段氣體分離膜單元9。
[0023]所述前處理單元11包括壓縮裝置2、過濾裝置3、干燥裝置4及加熱裝置5，其中，混合裝置I可為混氣罐，壓縮裝置2可為壓縮機(jī)，過濾裝置3可為氣體過濾器，干燥裝置4可為氣體干燥管，加熱裝置5可為氣體加熱器。
[0024]所述第一段氣體分離膜單元6、第二段氣體分離膜單元7和第三段氣體分離膜單元9分別設(shè)有進(jìn)氣口、非滲透氣出氣口和滲透氣出氣口。
[0025]所述第一段氣體分離膜單元6、第二段氣體分離膜單元7和第三段氣體分離膜單元9分別包括一個(gè)或者多個(gè)并聯(lián)或者串聯(lián)連接的氣體分離膜組件。每一個(gè)氣體分離膜組件都含有進(jìn)口、滲透氣出口及非滲透氣出口，第一個(gè)分離膜組件的滲透氣連通第二個(gè)分離膜組件的進(jìn)口，依次類推，最后一個(gè)分離膜組件的滲透氣出口即為該分離膜單元的滲透氣出氣口，而每一個(gè)分離膜組件的非滲透氣都從分離膜單元的非滲透氣出氣口流出。
[0026]所述的氣體分離膜組件