用于生产纯度被控制的氧的固体电解质系统的制作方法

专利名称：用于生产纯度被控制的氧的固体电解质系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种从混合气体原料流中分离氧以生产所需纯度的氧的装置和方法，具体地说，涉及一种利用固体电解质离子传送薄膜(Solid electohlyteion transport membrane)从空气中分离氧的装置和方法，以生产具有选择的纯度的氧。
能迅速传送氧离子的固体电解质离子或离子—电子混合的导体用于空气分离是非常令人瞩目的。因此，用只传送氧离子的材料制成的薄膜用于渗透氧相对其它离子种类而言具有很大的选择性。由于氧产品本来就是纯净的，这种性质对生产氧而言特别有利。反之，也可用固体电解质离子传送材料从空气流中除去氧，从而可生产无氧的氮产品。
空气是一种气体混合物，它可以含有变化的水蒸汽量，在海面上，按体积计，它的各组分比例大约如下氧(20.9％)，氮(78％)，氩(0.94％)和由其它微量气体组成的剩余组分。当用空气作为原料气体来用基本为固体电解质离子传送工艺时，原料空气流中的少量杂质(如氩、二氧化碳、水和微量碳氢化合物)保留在“氮”保留物中。
因此，将只传送氧离子的固体电解质离子导体用于从气体混合物(如空气)中分离氧是具有吸引力的。由于这种能传送氧离子和电子的纯离子导体或混合导体材料对氧比对所有其它气体有许多选择，所以它们具有特殊吸引力。一个结论是用这种固体电解质离子传送分离器生产的氧是超高纯(UHP)的氧。然而，尤其在高压和高温下，超高纯氧很容易起反应，因此，对超高纯氧的传送(例如用泵传送)，热传递等的控制是非常昂贵的，而且常常需要使用特殊材料。此外，通常在大多数应用中只要求氧的纯度为90-99％，将纯度提高到UHP水平几乎没有任何好处，而控制UHP氧的难度却增大。
在传统的非低温空气分离过程中，氧的浓度低，在浓度增加中氧被纯化，而且或者不需要产品或者不需稀释UHP氧。相反，用低温精馏方法生产的氧可以非常纯(纯度接近99.5％)，由于增加了UHP氧的活性，所以，常采用特殊材料和特殊工艺。而且，在低温过程中可以安全使用的材料与所处的氧浓度有关。当氧浓度增高时，可安全使用的材料只有少数几种特殊材料。在生产UHP氧和必须在高温下进行固体电解质离子传送过程中上述需求将更加苛刻，上述高温通常加大了氧和与接触的材料之间的反应速率。
对低温精馏生产氧的过程曾进行了广泛的研究，以确定适用于含有高浓度氧的液体或气体的材料。与用固体电解质离子传送方法生产超高纯氧有关的研究表明反应能力对氧浓度和压力有很强的依赖性。当氧浓度或压力增加时，材料更易于氧化和燃烧(即迅速氧化)，几乎没有材料可安全地用于这种应用中。例如，图3中曲线示出了在氧浓度为80％、90％、99.7％的情况下，Haynes合金25号，一种具有强耐腐蚀性的钴基合金的室温点燃性能。从该组曲线可以看出，高氧浓度显著地促进了Haynes合金25号的燃烧。图4是一组表示直径为3.175mm(0.125英寸)的HASTELLOY合金C-22Tm、一种具有强耐腐蚀性的镍铬一钼合金棒材在室温下的火焰稳定性数据，在这种情况中燃烧仅发生在高氧浓度和高压条件下。遗憾的是，尽管从这些试验可搜集到上述信息，但几乎没有试验可在固体电解质离子传送装置被使用的高于600℃的温度范围进行。这种被提高的温度很可能使反应能力问题更为尖锐。显然，将纯氧的氧浓度减小到较低值可降低与氧接触的材料对氧化或燃烧的敏感性。
目前正在开发两类固体电解质离子传送薄膜只引导离子通过薄膜的离子导体和引导离子和电子两者通过薄膜的混合导体。呈现上述混合传导特性的离子传送薄膜当受到不同的局部氧压作用时可使氧横穿薄膜而不需要提供象离子导体所需的那种电场或外加电极。如此处所使用的那样，除有其它说明外，短语“固体电解质离子导体”、“固体电解质离子传送系统”，或简单地将“固体电解质离子”或“离子传送薄膜”用来或者表示采用离子型系统的系统，或者表示混合导体型系统。
在授权于Prasad等人的题为“Staged Electrolyte Membrane”的美国专利5547494号中比较详细地描述了固体电解质离子传送技术，因此该文献较全面地描述了现有技术。
在不存在纯净流的情况下，携带氧气离开离子传送薄膜的“渗透”流是“纯净”氧。对于混合引导薄膜，供给滞留流体两者都必须处在高压下(或上述“渗透”流处在非常低的压力下)，以产生输送氧的驱动力。尽管这种未净化的薄膜用于从惰性气体流中除去大量的氧是很具吸引力的，但由于所施加的压力使氧回收受到限制。
本发明人没有发现任何现有技术描述过用固体电解质离子传送工艺生产稀薄氧气。下列参考文献涉及到材料的抗氧化能力是压力和氧浓度的函数R、Zawierucha，K.McIlroy，and J.F.Million，Flammability of Selected HeatResistant Alloys in Oxygen Gas Mixtures，Proceeding of the 2ndInternational Conference On Heat-ResistantMaterials，Gatlinburg，Tennessee，September 1995，PP.97-103；和R.Zawierucha，R.F.Drnevich，D.E.White and K.McIlroy，Materials and SystemsConsiderations for Applications Involving Oxygen Enriched Atmospheres，Presented at the ASME Winter Annual Meeting，NewOrleans，Louisiana，December 1993。
授权于Chen等人的题为“Process for Removing Oxygen and Nitrogen fromCrude Argon”的美国专利Re.34595号(美国专利5035726号的再公告)涉及用电驱动固体电解质薄膜从粗氩气流中除去低浓度氧。Chen等人估算出用于多级过程的一些实例所需的电功率，同时也提到通过维持供料侧的氧压可使混合导体薄膜工作的情况。Chen等人还指出从电驱动离子膜的渗透侧流出的氧或者可以作为纯氧流抽取，或者可以与合适的“冲洗”气体(如氮)混合。
授权于Mazanec等人的题为“Process for Separating Oxygen from anOxygen-Containing Gas by Using a Bi-Containing Mixed Metal OxideMembrane”的美国专利5160713号公开了一种采用含铋的混合金属氧化物薄膜的分离氧的工艺，这种工艺通常将分离出的氧收集起来以便回收，或者再与一种耗氧物质反应。显然这种贫氧的滞留物将被抛弃。
授权于Mazanec等人的题为“Solid Multi-ComponentMembranes，Electrochemical Reactor Components，Electrochemical Reactorsand use of Memberanes，Reactor Components，and Reactor for OxidationReactions”的美国专利5306411号披露了在电化学反应器中固体电解质薄漠的一些应用。该文献提到可将管道或排气中的一氧化二氮和氧化硫分别转变成氮气和元素硫，并且还提到尽管提供混合物的原因不确定，仍可将如轻质烃气体之类的气体反应物与不影响所希望的反应的惰性稀薄气体混合。上述Mazanec等人的两份专利均未公开从含氧气流中生产纯净产品的工艺。
据此，本发明的目的是提供一种利用固体电解质离子传送薄膜纯化含氧气体以制取超高纯氧的有效方法，并通过将来自固体电解质离子传送薄膜的滞留气体或反应气体的气体滞留物可控制地加入超高纯氧中或控制由其它源供给的稀释剂稀释这种超高纯氧。
本发明的另一目的是提供一种用于略微稀释由离子传送方法生产的超高纯氧的简单实用的装置，以便能安全而更方便地处理产品氧。
本发明的再一目的是通过使用这些添加气体来纯净固体电解质离子传送薄膜的渗透侧以更加提高上述工艺过程的效率。
本发明包括将含氧元素和至少一种其它气体的原料气流分离成具有被选择的氧浓度的氧产品气流的方法。该方法包括用包含具有滞留侧和渗透侧的离子传送薄膜的离子传送组件从原料气流中分离氧，以生产从膜到渗透侧形成的超纯氧气流和滞留物气流；以及将上述超纯氧气流与附加气流混合以生产被选择的氧浓度的氧产品流。
在本发明的一个优选实施例中，上述原料气流是空气。在本发明的另一优选实施例中，被稀释的氧产品气流被选择的浓度按体积计含氧从80％至99.9％，在本发明的又一优选实施例中，上述混合发生在通过离子传送薄膜渗透氧的部位和利用氧产品气流的部位之间的一个或多个部位上。在本发明的再一优选实施例中，加入的用于混合的气流是滞留物气流的至少一部分。在本发明的其它一些优选实施例中，通过一根或几根管道、多孔材料或可选择地渗透的薄膜将用于混合的气流加到滞留物气流的至少一部分中，使上述滞留物气流的至少一部分与形成超纯氧气流时或之后的超纯氧气流混合。在某些情况中，多孔材料与离子传送薄膜接触或分散在离子传送薄膜中。
在本发明的另一些优选实施例中，通过离子传送薄膜的至少一端上未完全密封部分加入用于混合的气流，并可以使加入的用于混合的气流中含有滞留物气流的至少一部分。在还有一些本发明的实施例中，用于混合的附加气流包括原料气流、惰性气体流、或氮气流的至少一部分。在本发明的其它一些实施例中，用于混合的附加气流是一种反应气流，这种气流与超纯氧气流反应生成具有被选择的氧浓度的稀释的氧产品气流，上述稀释的氧产品气流可清洁离子传送薄膜的渗透侧，并可提高固体电解质的效率。
在本发明的一个实施例中，上述方法还包括将稀释的氧渗透气流和滞留物气流中的热量传递到原料气流，以生产温热的原料气流，并将温热的原料气流加热成更热的原料气流。在本发明的另一实施例中，上述方法还附带包括压缩原料气以生成被压缩的原料气流。
下面结合附图对优选实施例进行描述，通过这些描述，本领域的普通技术人员将体会到本发明的其它目的、特点和优点，其中

图1为本发明的利用固体电解质离子传送分离器组件的系统实例的示意图，该系统能使沿固体电解质离子传送薄膜一侧流动而将氧渗透到膜的另一侧的空气加热，并通过至少一种回流、一种内部稀释剂和一种外部稀释剂将氧稀释；图2A为采用固体电解质离子传送分离器薄膜和计量孔的装置的实例示意图，上述分离器薄膜用于从含氧的原料气流中分离氧气，上述计量孔用于随后用贫氧的滞留物气流稀释氧气流；图2B示意地示出了一种采用固体电解质离子传送分离器薄膜的装置的实例，上述分离器薄膜用于从含氧的原料气流中分离氧气，并用贫氧的滞留物气流净化；图3中的曲线示出了Haynes合金25号在各种氧浓度和压力下的点燃性能；图4中的曲线示出了HASTELLOY合金C-22TM在各种氧浓度和压力下的点燃性能。
据此，本发明涉及为了在高温，尤其在固体电解质离子传送设备运行时常遇到的那些条件下能安全而方便地进行控制的UHP氧的生产和稀释。稀释和混合过程可以发生在离子传送薄膜的渗透侧、离子传送薄膜的近端(邻近进入离子传送组件的原料气流)或邻近离子传送组件的远端、离子传送组件外侧或在氧渗透通过离子传送薄膜的部位和使用氧产品气流的部位之间的任何部位。值得注意的是直接稀释用固体电解质离子传送方法本身生产的UHP氧可改善在高温下控制UHP氧的难度。作为伴随而存在的优点，当用稀释剂作为对离子传送薄膜的回流时，还可促进固体电解质离子传送分离过程，也就是说，降低了系统的功率需要。因此，本发明的实质是稀释离子传送分离过程渗透的氧，以生产在高温下可更安全和方便地控制的略微不纯的氧产品，而这种氧产品纯度对预定的应用而言是完全符合要求的。
图1示出了本发明的主要部分。运行时，外界的原料气流8由压缩机10压缩然后流过热交换器12，上述气流在该热交换器中被逆向流动的氧产品气流30和废氮气流32加温，再在调整加热器14中进一步被加热到温度超过400℃，优选在400-1200℃，最好在600-1000℃。之后，热原料气流18流入离子传送分离器组件16并沿具有滞留测17a和渗透侧17b的离子传送薄膜17的一侧流动。离子传送薄膜17有一个近端40和一个远端42离子传送薄膜17最好包括传导氧离子空位和电子两者的固体氧化剂。这种薄膜只允许氧从离子传送薄膜17的滞留侧17a渗透到渗透侧17b。在没有清洁或回流的情况下，经渗透的氧是超高纯(UHP)的。这种气流可作为产品气流抽取，但为了能安全地控制这种气流需要特殊的材料。
控制不纯的氧气流26的稀释程度的一种方法是用任选的传感器1监测热原料气流18和用任选的传感器2监测不纯的氧气流26。在该实施例中，任选的传感器1和2以及阀54与任选的微处理机3在电学上相连。任选的微处理机3根据接收到的来自任选的传感器1和2的信息动态控制和调节阀54的操作，从而可获得选好的纯度的不纯氧气流26。通过用传感器和微处理机控制阀的操作调节回流的方法已有所公开，例如在Prasad等人于1995年12月5日申请的题为“Reactive Purge for Solid Electrolyte Membrane GasSeparation”的美国专利申请(流水号08/567699)中已公开，此申请作为本申请的参考文献。
在图1中，具有一定压力的滞留气体20是贫氧气体，若原料气流8是空气，该滞留气流20基本上由氮气组成。通常将上述滞留气流20引回到热交换器12，并可以在流过透平膨胀作功之后作为废流32排出。在本发明中，使少部分富氮滞留流20流过阀54，此部分气流22与渗透的氧混合，形成略微不纯的氧气流26。如上所述，可由任意的微处理机3控制阀54。此外，还可通过使氧渗透气流26和离子传送分离器模件16外部的氮气流25(虚线所示)混合进行稀释。另一种稀释方法是使流过阀58依次成为气流34和气流25(两者均用虚线表示)的外部气流与氧渗透气流26混合。还有一种稀释方法是将从热原料气流18中抽取的并流过阀50的气流36(虚线所示)与氧渗透气流26混合。再一种稀释方法是将从热原料气流18中抽取的并流过阀52的气流38(虚线所示)与从离子传送薄膜17的渗透侧17b排出的氧渗透气流混合。稀释后的氧浓度范围优选为80.0％-99.9％，最好为90.0％-99.7％。
当然，用富氧滞留气流20作为一股净化流22回流到离子传送薄膜17的渗透侧17b也是可取的。为了传送氧，在离子传送薄膜17的滞留侧17a上局部氧压应超过离子传送薄膜17的渗透侧17b上的氧压，可用下面的不等式表示P1Y1＞P2Y2(1)其中P1是上述薄膜的滞留侧上的总压力；P2是上述薄膜的渗透侧上的总压力；Y1是上述薄膜滞留侧上氧的克分子数；Y2是上述薄膜渗透压力侧上氧的克分子数。这是利用了公知的热力学原理，即横穿薄膜的物质的浓度差将产生横穿该膜的化学势。这种状况遍及用于分离过程的离子传送分离器组件16中的每一部位，从而可使氧穿过离子传送薄膜17。假设压力P1和P2相对地保持恒定，当不用回流气流时，渗透气体是纯氧(Y2＝1)，若Y1足够小时，使之穿过薄膜的驱动力将为零。当然若用滞留氮气流20的一部分作为回流或净化流22，则在离子传送分离器组件16的滞留输出端Y2值减小，因此，可使热原料气流18中更多的氧透过离子传送薄膜17。
所以，采用这种回流或净化方法提高了分离过程的效率。但所获得的渗透气流26已不再是纯氧而是由用于回流到离子传送薄膜17的氮稀释的氧。如前面所提到的，由于被稀释的气体已不再是UHP氧，此时控制这种获得的渗透流26更简单，因此这种稀释作用通常是人们所希望的。紧接着使渗透气流26和剩余的滞留气流31在热交换器12中被逆向流动的经压缩机10压缩后的原料气流8冷却。抽取已冷却和稀释的氧产品气流30作为最终产品，而剩余的氮滞留气流32作为废气流排出。
实际上可以通过多种途径实现高纯氧流的稀释。可以在内部(即离子传送组件内)或外部完成上述稀释作用。推荐在待稀释的产品气流流过下游部件之前进行稀释，最好在上述气流流出离子传送组件之前稀释该气流。
一种具体的传统的稀释氧气流的方法可以采取在离子传送分离器组件16的近端40或远端42不完全密封的方法，从而有意使滞留的氮气流20和/或热原料气流18的一部分漏入离子传送薄膜17的渗透侧17b，以便稀释氧渗透气流。可根据离子传送分离器组件16选择优选的泄漏部位。若热原料气流18和渗透气流26彼此逆向流动，则最好从离子传送薄膜17的滞留侧17a向离子传送薄膜17的渗透侧17b泄漏。如果将热原料气流18和渗透气流26安排成同向流动，则最好从热原料气流18向离子传送薄膜17的渗透侧17a泄漏。若将热原料气流18和渗透气流26安排成交叉流动，则可使泄漏出现在离子传送分离器组件16的近端40或者远端42或者出现在上述两端。值得提醒的是不完全密封或“可泄漏”地密封的好处是比完全的无泄漏密封更容易实现。大多数用密封垫实现的密封和某些用O-环实现的密封可使气流从离子传送分离器组件16的滞留侧旁通到渗透侧。同时可采用动密封来调节各种膨胀情况。通常由于这种密封泄漏较多，应将它放在氧化极的上游，即在邻近进入离子传送组件16的原料气流的近端40处。
图2A是说明稀释方法的装置示意图，该装置使用了一个用于从含氧的原料气中分离氧气的固体电解质离子传送分离器薄膜和一个用于顺序地用贫氧滞留气流稀释氧气流的计量孔。该装置基本上能完成离子传送组件16和引入滞留气净化流22的功能，以便在一个装置中完成图1所示的稀释作用。运行期间，借助于折流板76使原料气流70流过分离氧的离子传送管72的外侧，使该气流成为贫氧气流。管板74支撑离子传送管72的一端，传送管的另一端被封顶而不能流通。上述离子传送管72的封顶端有一个选定直径的小孔78。在大多数贫氧的滞留气流79作为滞留气流80流出该装置时，滞留的净化气流82流过小孔78，以便净化离子传送管72的渗透侧(内部)，并生成流出装置的具有控制纯度的氧产品气流84。
小孔78的尺寸、所含气流流速和气流压力与氧稀释量有关。作为本发明的一个典型的应用，具有所要求的95％的氧气纯度的副产品的气体透平，其参数通常如下滞留气流79的压力200psia(绝对压强磅/时2)渗透气流70的压力20psia(绝对压强磅/时2)离子传送管72的尺寸0.75(外径)×20英尺离子传送管72的工作温度1652F滞留气流80的氧含量13％通过离子传送管72的平均氧气回流10NCFH/ft2小孔78的系数0.95
从这些信息可计算出每根离子传送管72的稀释剂气流82的流速为0.238NCFH。从公知的小孔方程式中可求出所需要的小孔78的直径是0.0133英寸。
也可有其它稀释方案和装置。图2B是一种装置实例的示意图，该装置使用了一个用于从含氧的原料气流中分离氧气的固体电解质离子传送分离器薄膜，并用贫氧的滞留气流净化。和图2A一样，该装置基本上能完成离子传送组件16和引入滞留气净化流22的功能，以便在一个装置中完成图1所示的稀释作用。运行期间，借助于折流板102使原料气流100流过分离氧的离子传送管104的外侧，该气流成为贫氧的气流。管板104支撑离子传送管104的一端，传送管的另一端被封顶而不能流通。贫氧滞留气流112流出装置并分成两部分作为副产品排出或回收的滞留气流113和流过阀116返回到该装置中(如图所示)成为净化阀的气流118。虽然没有示出，通常使滞留气流114在流过阀116之前在热交换器中冷却，以便可用适用于较低温度的廉价材料制造阀116。在这种情况中，在净化气流118送入装置之前对其加热。用净化气输入管108将净化气流118送入离子传送管72的内部，以便净化离子传送管72的渗透侧，并生产出流出装置的具有控制的纯度的氧产品气流120，上述净化气输入管由管板110支撑。
按照本发明的又一种稀释方法，利用陶瓷或其它可渗透至少一部分滞留气的材料，或者用其它方法使滞留气流到离子传送薄膜17的渗透侧17b，进入邻近离子传送薄膜17或该膜中被选择的区域内。这可使一些滞留气体渗透或用其它方法流到离子传送薄17的渗透侧17b。这些物料可以均匀分散地流过离子传送薄膜17或只在离子传送膜17的被选择区内流过。上述滞留—气体—渗透物料可以不用在某些区内，而用在离子传送膜17的外侧。此外，可在离子传送薄膜17内或邻近离子传送薄膜17的面积内设置小孔或导管，如导管41，使一些滞留气可流入UHP氧渗透物中。如果需要，还可将这些渗透或传送装置组合使用。
本发明的一种优选方式是利用一部分富氮滞留气流20作为净化气流22，如图1中所示，将此股气流回流到离传送薄膜17的渗透侧17b。
本发明的一种实用的可供选择的方式是利用抽取的富氧滞留物20的一部分作为稀释剂气流24，使其流过阀56，成为气流25，再与抽取的渗透流26混合。这种装置的运行虽不如优选方式好，但在不能使回流流入离子传送薄膜17的装置例如若离子传送分离器组件16是一个3通道设置的情况下则可用这种装置。本发明的目的是稀释氧，可供选择的方式是可利用任何一类适于最终氧产品需求的外部源的稀释剂气体，而不一定采用富氮滞留物。
另一种可供选择的方案是利用含有燃烧剂物质的回流，上述燃烧剂物质可以与渗透通过离子传送膜17的一些氧气反应。如此燃烧的产品将最终氧产品气流稀释到合适的程度。例如，在纯氧流中加入1％的甲烷，则生成水和二氧化碳，这可将氧气流26稀释到含氧97％。使用“可进行反应的稀释剂”还可用来产生对离子传送分离器组件16进行加热的热量。被减小的氧浓度还可略微提高氧通过燃烧发生区内的离子传送薄膜17的流通量。
虽然已对本发明的一些具体实施例进行了描述，本领域的普通技术人员还可以作出很多其它的变化和改型以及其它应用。所以，本发明最好不受这些特殊描述的限制，而仅由后附的权利要求限定。
进入离子传送分离器组件16的热原料气流18可以是含有氧元素的任何气体。但是，通常进入离子传送分离器组件16的热原料气流18优选含氮气范围为79-97％(更确切地说是无氧气体)，也就是说含氧3-21％，最好含氮79-92％(无氧气体)，即含氧8-21％。
如上所述，述语“固体电解质离子导体”、“固体电解质离子传送薄膜”、“固体电解质”或“离子传送薄膜”在本文中除另有说明外常用来或者表示离子型(电驱动)系统，或者表示混合导体型(压力驱动)系统。
本文中“氮气”一词表示贫氧气体，即贫氧的进气。如上所述，上述离子传送薄膜只允许氧渗透，而且滞留物的组分与进气组分有关。上述进气中氧气耗尽，而余留氮或任何其它气体(如氩)在进气中。如所述那样，本领域普通技术人员根据本发明中这些述语的使用可对上述术语的含义更了解。
在文中“元氧”一词的含义是指未与周期表中任何其它元素化合的任何氧。虽然通常它以二价的形式存在，元素还包括单个氧原子，三价臭氧和未与其它元素化合的其它形式。
“高纯”一词是指含不希望有的气体体积小于5％的气流，优选上述气流纯度至少为99.0％，较好纯度为99.9％，最好纯度至少为99.99％，此处“纯度”是指不含不希望有的气体。
文本所用术语“下游部件”或“下游元件”是指气流从离子传送组件送出后流过的器件，下游部件的一个例子可以是热交换器。
在本发明的任何合适的形式中还可使用很多其它的具体元件如中间系统、中间级热交换器、中间冷却器、加热器等。利用这些元件如本文中所描述的热交换器常可提高整个过程的能量利用率。其它部件可以包括聚合物薄膜或吸附床预纯化器或后置纯化器。这些部件及它们的运行情况均是本领域和气体分离及气体处理实践中公知的技术，将它们适当地用于本发明对本领域普通技术人员而言是容易想到的。
为描述方便，本发明的一些特点只在一幅或几幅附图中反映出来，但可根据本发明将每一特点跟其它特点结合起来。此外，在不超出本发明构思的前提下可对上面给出的实例进行改变和改型。本领域的普通技术人员还可想到另外的实施例，这些实施例仍包括在权利要求书所要求保护的范围内。
权利要求
1.从含有元素氧和至少一种其它气体的原料气流中分离出具有被选择氧浓度的氧产品气流的方法，该方法包括用包含具有滞留侧和渗透侧的离子传送薄膜的离子传送组件从原料气流中分离氧，从而产生从薄膜流到渗透侧的超纯氧气流和滞留气流；和将上述超纯氧气流与附加气流混合，以生产具有被选择的氧浓度的氧产品气流。
2.如权利要求1所述的方法，其中上述混合发生在氧渗透通过离子传送薄膜的部位和氧产品气流过下游组件的部位之间的一个或多个部位。
3.如权利要求2所述的方法，其中上述用于混合的附加气流是滞留气流的至少一部分。
4.如权利要求3所述的方法，其中上述用于混合的附加气流通过由一根或多根导管、一个多孔材料和一个选择地渗透滞留气流的至少一部分的薄膜组成的组提供，以便滞留气流的至少一部分与超纯氧气流从薄膜中流出时或流出后的超纯氧气流混合。
5.如权利要求4所述的方法，其中上述多孔材料与离子传送薄膜接触。
6.如权利要求5所述的方法，其中上述多孔材料分散在离子传送薄膜中。
7.如权利要求1所述的方法，其中用于混合的附加气流通过至少一根延伸通过离子传送薄膜的导管提供。
8.如权利要求1所述的方法，其中用于混合的附加气流通过离子传送薄膜至少一端上的不完全密封提供。
9.如权利要求1所述的方法，其中用于混合的附加气流是原料气流的至少一部分。
10.如权利要求1所述的方法，其中用于混合的附加气流是一种与超纯氧气流进行反应的反应气流，从而生产出具有选择氧浓度的被稀释的氧产品气流。
全文摘要
一种从含有元素氧和至少一种其它气体的原料气流中分离出具有被选择的氧浓度的氧产品气流的方法,上述方法包括用包含具有滞留侧和渗透侧的离子传送薄膜的离子传送组件从原料气流中分离氧,从而产生从薄膜流到渗透侧的超纯氧气流和滞留气流;以及将上述超纯氧气流与附加气流混合以生产具有被选择的氧浓度的氧产品气流。
文档编号C01B13/02GK1200950SQ9811503
公开日1998年12月9日 申请日期1998年4月28日 优先权日1997年4月29日
发明者C·F·高茨曼, R·普拉萨德 申请人:普拉塞尔技术有限公司