一种正压膜法富氧制取系统的制作方法

1.本实用新型涉及富氧制取系统技术领域，具体涉及一种正压膜法富氧制取系统。


背景技术：

2.随着国家节能减排和降碳要求的严格推广，对于涉及燃烧环节的流程工业、污水处理领域和生物发酵领域的行业企业而言，利用膜法富氧和吸附法富氧技术，生产具有相应浓度的富氧空气，已成为企业高效生产、清洁生产和提高核心竞争力的重要途径。其中，对于空气需求量相对较小，优化供氧浓度要求不高的用户，采用膜法富氧技术提升氧浓度的流程，已在玻璃、陶瓷和水泥窑炉的富氧燃烧等方面已得到较大的推广，也取得了较为明显的经济、环境和社会效益。
3.目前，膜法富氧技术考虑膜组件的特征从基本层面上分为三种体系：中空纤维膜正压富氧技术、卷式膜负压富氧技术和板式膜富氧技术。其中，基于中空纤维膜分离组件的正压富氧技术，所生产的富氧空气的氧浓度在30％～50％的范围内波动；当用户需求氧浓度在这个范畴内时，该方法即开即用，开动后10min达到相应的空气指标，可随时停机，停机时间不影响系统的使用，是一种相对适用的选择。如图2所示，传统的正压膜法富氧制取系统主要包括：过滤器1、微油螺杆压缩机2、三级过滤器3、冷干机4、空气缓冲罐5、膜组件6和加热器7。在使用中，压缩空气经过过滤器1过滤，流入微油螺杆压缩机2，压缩后含油带水的压缩空气，并经过对应的三级过滤器3进行除油和初步除水，通过冷干机4除水(微除油)后，流入空气缓冲罐5(两重作用，稳定空气缓冲罐5出口压力，缓冲进口侧压力引起的波动；进一步除水/油)，然后再经膜组件6分离产生富氧空气，所产生的富氧空气由于经过冷干机4，温度相应较低，一般会应用加热器7二次升温后，进入后续的加压装置进口端，持续向系统提供具有相应浓度的富氧空气。然而，传统的基于中空纤维膜分离组件的正压富氧技术的系统在实际应用中存在以下诸多技术缺陷和不足：
4.1)压缩空气含油的问题，这个问题直接影响膜组件的寿命，大幅提高系统运行维护费用的同时，成品气存在含油的负面效应；
5.2)微油螺杆压缩机需要配套相应的多级过滤器，这一方面增加了系统运行的阻力，而且每级过滤器的阻力随着运行时间呈非线性不断增加；另一方面并不能真正意义上确保系统无油；
6.3)上述系统存在微油螺杆机压缩余热无法自洽利用的问题，由于成品气含油，其对应的压缩余热往往采用通过空气冷却向周围环境散热，形成热污染，同时整个流程中却同时存在着前端冷却、后端二次加热的能量重复浪费问题；
7.4)上述系统无法实时监测膜组件的运行情况，难以保证膜组件长期处于高效工作状态。


技术实现要素：

8.1、实用新型要解决的技术问题
9.针对传统的正压膜法富氧制取系统存在成品气含油、压缩余热利用率低、系统阻力大以及无法实时监测膜分离组件运行情况的技术问题，本实用新型提供了一种正压膜法富氧制取系统，它不仅可以实现无油的成品气，具有降低系统阻力、提高压缩余热利用率和节省热量能源的效果，且可以实时监测膜分离组件的运行情况，保证膜分离组件长期处于高效工作状态。
10.2、技术方案
11.为解决上述问题，本实用新型提供的技术方案为：
12.一种正压膜法富氧制取系统，包括依次连接的第一过滤器、无油空气压缩机、干燥装置、储气罐、膜分离组件和富氧收集装置；其中，膜分离组件具有第一进气口、第一出气口和第二出气口，所述储气罐与所述第一进气口相连通，所述第一出气口与所述富氧收集装置相连通，第一进气口处设有空气压力传感器和空气流量传感器，第一出气口处设有富氧压力传感器、富氧流量传感器、富氧浓度传感器和露点温度传感器。
13.在本技术中，空气经第一过滤器除去大部分的灰尘后，进入无油空气压缩机进行压缩，然后压缩空气在无油空气压缩机的作用下，进入干燥装置进行除湿与净化，接着进入到储气罐进行压力的缓冲，保证后续工艺压力的稳定性，然后由第一进气口进入到膜分离组件中进行氧气和氮气的分离，氧气由第一出气口进入到富氧收集装置内；而氮气则通过第二出气口排出。相比于传统的正压膜法富氧制取系统，本技术采用无油空气压缩机替代传统的微油螺杆压缩机，不仅可以有效解决成品气中含油的问题，且避免了需配套多级过滤器来降低含油量的问题，进而减少了整个富氧制取系统的阻力。同时，本技术经过无油空气压缩机的压缩空气直接进入干燥装置进行除湿与净化并常温冷却，而不是冷干机，该设置不仅可以充分利用压缩余热并通过压缩余热对干燥装置内的干燥剂进行加热，提高干燥剂的除湿效果，且经膜分离组件分离出的氧气无需因经过冷干机，温度相应较低，再通过设置加热装置进行二次升温处理，进而再次节省了热量能源。此外，本技术通过设置空气压力传感器和空气流量传感器用于监测进入膜分离组件压缩空气的压力和流量以及通过设置富氧压力传感器、富氧流量传感器、富氧浓度传感器和露点温度传感器用来监测第一出气口氧气的压力、流量、浓度和露点，来实现在不同工况环境下膜分离组件运行情况的监测。由此可知，本技术的正压膜法富氧制取系统，不仅可以实现无油的成品气，具有降低系统阻力、提高压缩余热利用率和节省热量能源的效果，且可以实时监测膜分离组件的运行情况，保证膜分离组件长期处于高效工作状态。
14.可选的，所述储气罐通过第一管道与所述第一进气口相连通，所述空气压力传感器和空气流量传感器设于所述第一管道上，所述第一出气口通过第二管道与所述富氧收集装置相连通，所述富氧压力传感器、富氧流量传感器、富氧浓度传感器和露点温度传感器均设于所述第二管道上。
15.可选的，还包括富氮收集装置，所述富氮收集装置与所述第二出气口相连通，所述第二出气口处设有富氮压力传感器和富氮流量传感器。
16.可选的，还包括第二过滤器，所述第二过滤器的一端与所述干燥装置相连接，所述第二过滤器的另一端与所述储气罐相连接。
17.可选的，还包括无油压缩机监测装置，所述无油压缩机监测装置包括进气口压力传感器、进气口流量传感器、进气口温度传感器、进气口湿度传感器、出气口压力传感器、出
气口流量传感器、出气口温度传感器和出气口湿度传感器。
18.可选的，还包括控制系统，所述控制系统分别与所述第一过滤器、无油压缩机、干燥装置、空气压力传感器、空气流量传感器、富氧压力传感器、富氧流量传感器、富氧浓度传感器和露点温度传感器相连接。
19.可选的，所述干燥装置包括第一吸附筒、第二吸附筒、鼓风机、加热装置、一级冷却系统和二级冷却系统；所述鼓风机、所述加热装置、所述第一吸附筒、所述第二吸附筒、所述一级冷却系统和所述二级冷却系统之间均通过第三管道相连，所述第一吸附筒和第二吸附筒均设有干燥吸附剂。
20.可选的，还包括一级分离器和二级分离器，所述一级分离器分别与所述一级冷却系统、所述第一吸附筒和第二吸附筒相连，所述二级分离器分别与所述二级冷却系统、所述第一吸附筒和第二吸附筒相连。
21.可选的，所述第三管道上设有多个控制阀。
22.可选的，所述第一吸附筒和第二吸附筒由上向下依次设有若干组温湿度传感器，所述温湿度传感器包括温度传感器和湿度传感器。
23.3、有益效果
24.采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
25.(1)本技术实施例提出的一种正压膜法富氧制取系统，结构简单，工作时，空气经第一过滤器除去大部分的灰尘后，进入无油空气压缩机进行压缩，然后压缩空气在无油空气压缩机的作用下，进入干燥装置进行除湿与净化，接着进入到储气罐进行压力的缓冲，保证后续工艺压力的稳定性，然后由第一进气口进入到膜分离组件中进行氧气和氮气的分离，氧气由第一出气口进入到富氧收集装置内；而氮气则通过第二出气口排出。相比于传统的正压膜法富氧制取系统，本技术采用无油空气压缩机替代传统的微油螺杆压缩机，不仅可以有效解决成品气中含油的问题，且避免了需配套多级过滤器来降低含油量的问题，进而减少了整个富氧制取系统的阻力。同时，本技术经过无油空气压缩机的压缩空气直接进入干燥装置进行除湿与净化并常温冷却，而不是冷干机，该设置不仅可以充分利用压缩余热并通过压缩余热对干燥装置内的干燥剂进行加热，提高干燥剂的除湿效果，且经膜分离组件分离出的氧气无需因经过冷干机，温度相应较低，再通过设置加热装置进行二次升温处理，进而再次节省了热量能源。此外，本技术通过设置空气压力传感器和空气流量传感器用于监测进入膜分离组件压缩空气的压力和流量以及通过设置富氧压力传感器、富氧流量传感器、富氧浓度传感器和露点温度传感器用来监测第一出气口氧气的压力、流量、浓度和露点，来实现在不同工况环境下膜分离组件运行情况的监测。由此可知，本技术的正压膜法富氧制取系统，不仅可以实现无油的成品气，具有降低系统阻力、提高压缩余热利用率和节省热量能源的效果，且可以实时监测膜分离组件的运行情况，保证膜分离组件长期处于高效工作状态。
26.(2)本技术实施例提出的一种正压膜法富氧制取系统，通过设置富氮收集装置用于氮气的收集，并设置富氮压力传感器和富氮流量传感器用于监测由第二出气口出来的氮气的流量和压力，在结合氧气的相关参数数据，可以实现对膜分离组件在不同工况环境下运行情况的全面监测和分析。
27.(3)本技术实施例提出的一种正压膜法富氧制取系统，通过设置第二过滤器可以
进一步实现压缩空气的净化。
28.(4)本技术实施例提出的一种正压膜法富氧制取系统，通过设置进气口压力传感器、进气口流量传感器、进气口温度传感器、进气口湿度传感器、出气口压力传感器、出气口流量传感器、出气口温度传感器和出气口湿度传感器可以监测并采集无油压缩机中进气口和出气口空气的压力、流量、温度和湿度各影响因素参数的数据，然后根据cn201910111932.6压缩空气系统绝对能效和相对能效的分析方法公开的内容，对上述采集各项影响因素参数的数据进行分析，并根据各影响因素的监测结果修正对无油压缩机绝对能效的影响，获得对应状态下的压缩机绝对能效数据，并通过对应状态条件下的绝对能效分析，基于相应的图表形式，可以直观分析不同生产及环境工况条件下，给定压缩机的实际单耗及其变化规律。本技术通过对应状态条件下的绝对能效分析，基于相应的图表形式，可以直观分析不同生产及环境工况条件下，给定压缩机的实际单耗及其变化规律以及通过相对能效分析的概念，将运行绝对能效与其对应的设计绝对能效相比较，直观反映设备的相对状态，实现了在不同环境工况和生产荷载条件下，本技术中无油压缩机绝对能效和相对能效的可视化分析，进而实现无油压缩机的数字化管控。
29.(5)本技术实施例提出的一种正压膜法富氧制取系统，通过设置干燥装置的具体结构，相比于传统的干燥装置，本实施例中的干燥装置具有低能耗，可以充分利用压缩余热和环境冷却能力，且可以实现多层次露点控制(从常压-20℃至压力-40℃)，并通过零气耗余热吸附干燥模式、零气耗鼓风模式和零气耗余热鼓风一体干燥模式，保证干燥剂长期工作；在多变的环境工况和生产荷载强度条件下，能够高效确保成品气品质的稳定性。
附图说明
30.图1为本实用新型实施例提出的一种正压膜法富氧制取系统的流程结构示意图。
31.图2为传统的正压膜法富氧制取系统的流程结构示意图。
32.图3为本实用新型实施例提出的膜分离组件的流程结构示意图。
33.图4为本实用新型实施例提出的干燥装置的流程结构示意图。
具体实施方式
34.为进一步了解本实用新型的内容，结合附图及实施例对本实用新型作详细描述。
35.下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部分。本实用新型中所述的第一、第二等词语，是为了描述本实用新型的技术方案方便而设置，并没有特定的限定作用，均为泛指，对本实用新型的技术方案不构成限定作用。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广
义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
36.实施例1
37.结合附图1-3，本实施例提供一种正压膜法富氧制取系统，包括依次连接的第一过滤器8、无油空气压缩机9、干燥装置10、储气罐12、膜分离组件13和富氧收集装置(图中未示出)；
38.其中，膜分离组件13具有第一进气口22、第一出气口23和第二出气口24，所述储气罐12与所述第一进气口22相连通，所述第一出气口23与所述富氧收集装置相连通，第一进气口22处设有第一压力传感器14和第一流量传感器15，第一出气口23处设有富氧压力传感器18、富氧流量传感器19、富氧浓度传感器20和露点温度传感器21。
39.如图1所示，工作时，空气经第一过滤器8除去大部分的灰尘后，进入无油空气压缩机9进行压缩，然后压缩空气在无油空气压缩机9的作用下，进入干燥装置10进行除湿与净化，接着进入到储气罐12进行压力的缓冲，保证后续工艺压力的稳定性，然后由第一进气口22进入到膜分离组件13中进行氧气和氮气的分离，氧气由第一出气口23进入到富氧收集装置(图中未示出)内；而氮气则通过第二出气口24排出。相比于传统的正压膜法富氧制取系统，本技术采用无油空气压缩机9替代传统的微油螺杆压缩机，不仅可以有效解决成品气中含油的问题，且避免了需配套多级过滤器来降低含油量的问题，进而减少了整个富氧制取系统的阻力。同时，本技术经过无油空气压缩机9的压缩空气直接进入干燥装置10进行除湿与净化并常温冷却，而不是冷干机，该设置不仅可以充分利用压缩余热并通过压缩余热对干燥装置10内的干燥剂进行加热，提高干燥剂的除湿效果，且经膜分离组件13分离出的氧气无需因经过冷干机导致温度相应较低，再通过设置加热装置31进行二次升温的处理，进而再次节省了热量能源。此外，本技术通过设置第一压力传感器14和第一流量传感器15用于监测进入膜分离组件13压缩空气的压力和流量以及通过设置富氧压力传感器18、富氧流量传感器19、富氧浓度传感器20和露点温度传感器21用来监测第一出气口23氧气的压力、流量、浓度和露点，来实现在不同工况环境下膜分离组件13运行情况的监测。由此可知，本技术的正压膜法富氧制取系统，不仅可以实现无油的成品气，具有降低系统阻力、提高压缩余热利用率和节省热量能源的效果，且可以实时监测膜分离组件的运行情况，保证膜分离组件长期处于高效工作状态。
40.实际运用中，所述无油压缩机为离心机或者无油螺杆压缩机。
41.实施例2
42.结合附图1和附图3，本实施例的一种正压膜法富氧制取系统，与实施例1的技术方案相比，所述储气罐12通过第一管道25与所述第一进气口22相连通，所述第一压力传感器14和第一流量传感器15设于所述第一管道25上，所述第一出气口23通过第二管道26与所述富氧收集装置相连通，所述富氧压力传感器18、富氧流量传感器19、富氧浓度传感器20和露点温度传感器21均设于所述第二管道26上。由储气罐12排出的气体，通过第一管道25由第一进气口22进入到膜分离组件13中进行氧气和氮气的分离，氧气由第一出气口23通过第二管道26进入到富氧收集装置。
43.实际运用中，还包括真空泵(图中未示出)，所述真空泵设于所述第二管道26上。真空泵用于将膜分离组件13中分离出的富氧抽出。
44.实施例3
45.本实施例的一种正压膜法富氧制取系统，与实施例1或2的技术方案相比，还包括富氮收集装置(图中未示出)，所述富氮收集装置与所述第二出气口24相连通，所述第二出气口24处设有富氮压力传感器和富氮流量传感器。所述富氮收集装置通过第四管道27与所述第二出气口24相连通，所述富氮压力传感器和富氮流量传感器设于第四管道27上，通过设置富氮收集装置(图中未示出)用于氮气的收集，在第四管道27上设置富氮压力传感器和富氮流量传感器用于监测由第二出气口24出来的氮气的流量和压力，在结合氧气的相关参数数据，可以实现对膜分离组件13在不同工况环境下运行情况的全面监测和分析。
46.实施例4
47.结合附图1，本实施例的一种正压膜法富氧制取系统，与实施例1的技术方案相比，还包括第二过滤器11，所述第二过滤器11的一端与所述干燥装置10相连接，所述第二过滤器11的另一端与所述储气罐12相连接。通过设置第二过滤器11可以进一步实现压缩空气的净化。
48.实际运用中，还包括气液分离器(图中未示出)，所述气液分离器设于所述第二过滤器11与所述干燥装置10之间，该设置便于进一步提高压缩空气的净化。
49.实施例5
50.本实施例的一种正压膜法富氧制取系统，与实施例1的技术方案相比，还包括无油压缩机监测装置(图中未示出)，所述无油压缩机监测装置包括进气口压力传感器、进气口流量传感器、进气口温度传感器、进气口湿度传感器、出气口压力传感器、出气口流量传感器、出气口温度传感器和出气口湿度传感器。通过设置进气口压力传感器、进气口流量传感器、进气口温度传感器、进气口湿度传感器、出气口压力传感器、出气口流量传感器、出气口温度传感器、出气口湿度传感器可以监测并采集无油压缩机中进气口和出气口空气的压力、流量、温度和湿度各影响因素参数的数据，然后根据cn201910111932.6压缩空气系统绝对能效和相对能效的分析方法公开的内容，对上述采集各项影响因素参数的数据进行分析，并根据各影响因素的监测结果修正对无油压缩机绝对能效的影响，获得对应状态下的压缩机绝对能效数据，并通过对应状态条件下的绝对能效分析，基于相应的图表形式，可以直观分析不同生产及环境工况条件下，给定压缩机的实际单耗及其变化规律。本技术通过对应状态条件下的绝对能效分析，基于相应的图表形式，可以直观分析不同生产及环境工况条件下，给定压缩机的实际单耗及其变化规律以及通过相对能效分析的概念，将运行绝对能效与其对应的设计绝对能效相比较，直观反映设备的相对状态，实现了在不同环境工况和生产荷载条件下，本技术中无油压缩机绝对能效和相对能效的可视化分析，进而实现无油压缩机的数字化管控。
51.实施例6
52.本实施例的一种正压膜法富氧制取系统，与实施例1的技术方案相比，还包括控制系统(图中未示出)，所述控制系统分别与所述第一过滤器8、无油压缩机、干燥装置10、第一压力传感器14、第一流量传感器15、富氧压力传感器18、富氧流量传感器19、富氧浓度传感器20和露点温度传感器21相连接。通过设置控制系统用于控制调控各个设备的运行状态。
53.实施例7
54.结合附图4，本实施例的一种正压膜法富氧制取系统，与实施例1的技术方案相比，所述干燥装置10包括第一吸附筒28、第二吸附筒29、鼓风机30、加热装置31、一级冷却系统32和二级冷却系统33；所述鼓风机30、所述加热装置31、所述第一吸附筒28、所述第二吸附筒29、所述一级冷却系统32和所述二级冷却系统33之间均通过第三管道相连，所述第一吸附筒28和第二吸附筒29均设有干燥吸附剂。
55.如图4所示，实际运用中，所述第一吸附筒28与所述第二吸附筒29相连，所述鼓风机30与所述加热装置31相连，所述加热装置31与第一吸附筒28相连，所述一级冷却系统32和所述二级冷却系统33均与所述第一吸附筒28和所述第二吸附筒29相连；所述干燥装置10具有压缩空气进气口34和压缩空气出气口35，所述压缩空气进气口34分别与所述第一吸附筒28和第二吸附筒29相连，所述压缩空气出气口35分别与所述储气罐12、所述第一吸附筒28和第二吸附筒29相连；所述压缩空气进气口34和压缩空气出气口35处均设有第二压力传感器，该设置可以实时监测并反馈压缩空气进气口34和压缩空气出气口35的空气压力值，根据其压力的数值干燥装置10内压缩空气露点的控制，使得干燥装置10可以实现在不同工况下的长期高效运行。其中，所述一级冷却系统32和所述二级冷却系统33均包括常温冷却器和冷冻冷却器。常温冷却器的主要作用是充分利用循环水的冷却能力，将是空气中的水分尽量分离出来，这一点可与环境匹配，如季节的变化，冬季必然具有良好的冷却条件，又或是北方冬季的冷却水温度可以达到冷冻除湿的效果，从而可以降低冷冻冷却过程的能耗。
56.相比于传统的干燥装置，本实施例中的干燥装置10具有低能耗，可以充分利用压缩余热和环境冷却能力，且可以实现多层次露点控制(从常压-20℃至压力-40℃)，并通过零气耗余热吸附干燥模式、零气耗鼓风模式和零气耗余热鼓风一体干燥模式，保证干燥剂长期工作；在多变的环境工况和生产荷载强度条件下，能够高效确保成品气品质的稳定性。
57.需要说明的是，关于本技术中干燥装置具体的工作原理请参见cn201910399803.1用于压缩空气制备的低能耗通用多模式智慧吸附干燥方法中的记载，在此，本技术不再作此赘述。
58.实施例8
59.结合附图4，本实施例的一种正压膜法富氧制取系统，与实施例7的技术方案相比，还包括一级分离器36和二级分离器37，所述一级分离器36分别与所述一级冷却系统32、所述第一吸附筒28和吸附筒29相连，所述二级分离器37分别与所述二级冷却系统33、所述第一吸附筒28和吸附筒29相连。通过设置一级分离器36和二级分离器37，可以对压缩空气进行进一步的净化处理，进而提高氧气的纯度。
60.实施例9
61.结合附图4，本实施例的一种正压膜法富氧制取系统，与实施例7的技术方案相比，所述第三管道上设有多个控制阀。设置控制阀便于调控管道上空气的流量，进而调控进入干燥装置10内的空气在干燥装置10内各个部件中的具体流动以及根据cn201910399803.1用于压缩空气制备的低能耗通用多模式智慧吸附干燥方法对干燥装置中各设备之间的动作顺序进行实施。
62.实施例10
63.本实施例的一种正压膜法富氧制取系统，与实施例7的技术方案相比，所述第一吸附筒28和第二吸附筒29由上向下依次设有若干组温湿度传感器(图中未示出)，所述温湿度传感器包括温度传感器和湿度传感器。通过设置若干组温湿度传感器，可以获得第一吸附筒28和第二吸附筒29在不同高度位置的湿湿度和温度参数的数据，进而监测不同高度的干燥吸附剂的温度和湿度。实际运用中，同组内的温度传感器与湿度传感器间隔设置，且设置位置位于同一水平线上。该设置可以避免单一传感器损坏，数据无法传输的问题，另一方面又可以通过温度湿度的分布取值，判定同一高度上，干燥剂再生程度的均匀情况。
64.以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。