CN112897468A - 一种膜分离制氧方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种膜分离制氧方法，属于氧气制备技术领域。解决了现有技术中膜分离法制备氧气纯度低的技术问题。本发明的膜分离制氧方法，先将压缩空气经空气过滤器过滤，得到过滤后的压缩空气；然后将过滤后的压缩空气经吸附层吸附水蒸气，得到一次分离后的气相；再将一次分离后的气相经分离膜分离氧气，得到二次分离后的气相；最后将二次分离后的气相经过分子筛吸附氮气，压力为0.2‑0.3MPa，得到氧气。本发明的膜分离制氧方法能够对空气进行多级分离，可以得到百分之九十以上纯度的氧气。
Description
技术领域
本发明属于氧气制备技术领域，具体涉及一种膜分离制氧方法。
背景技术
氧气(oxygen)是氧元素形成的一种单质，化学式O2。氧气在人们的日常生活和工业生产中都扮演着极其重要的角色，尤其在工业生产中，氧气的应用越来越广泛，开发节能、制氧纯度高、安全性能好的氧气制备方法是人们一直以来研究和关注的重点。
现有技术中的制氧法主要有深冷法、变压吸附法和膜分离法。
深冷法是利用空气组分中氧、氮的沸点不同(在常压下氧气和氮气的沸点分别为90K、77K)，使空气液化，然后通过连续多次的部分蒸发和部分冷凝，将空气中各组分分离的过程。
变压吸附法是利用分子筛对空气中的氧、氮组分具有选择性吸附能力，在一定温度下，空气中的氮、氧在同一吸附剂上不同的压力下的吸附量不同，通过改变压力这一力学参量，根据吸附剂的选择吸附性获得纯度较高的氧气。
膜分离法是在压力的驱动下，借助气体中的各组分在高分子膜表面上的吸附能力以及在膜内溶解-扩散的差异，即渗透速率差来进行分离的。膜分离制氧技术以空气为原料，在一定压力条件下，让空气通过膜，利用氧和氮等不同性质的气体在膜中具有不同的渗透率来使氧和氮分离，其分离的核心是半渗透膜，多为高分子材料，属于非多孔膜。空气中的氧气渗透较快，优先通过膜并得到富集，氮气渗透较慢，较多地滞留在原料空气侧形成渗余气，在膜两侧压力差驱动下，氧气不断地透过半渗透膜形成富氧空气。膜分离法制氧气产率高、氧浓度稳定、装置简单、操作方便、设备稳定、投资费用较低、使用寿命长、运行元件及易受损少、运行较平稳。但由于该技术对膜性能的依赖很强，膜分离材料生产困难、昂贵、易于损坏、易发生堵塞，而且产品纯度较低，只能生产纯度为40-50％的富氧。
发明内容
本发明为解决现有技术中膜分离法制备氧气纯度低的技术问题，提供一种膜分离制氧方法。
本发明解决上述技术问题采取的技术方案如下。
本发明提供一种膜分离制氧方法，包括以下步骤：
步骤一、将压缩空气经空气过滤器过滤，得到过滤后的压缩空气；
步骤二、将过滤后的压缩空气经吸附层吸附水蒸气，得到一次分离后的气相；
所述吸附层包括两层防水透气膜和夹在两层防水透气膜之间的多孔有机盐；
步骤三、将一次分离后的气相经分离膜分离氧气，得到二次分离后的气相；
步骤四、将二次分离后的气相经过分子筛吸附氮气，压力为0.2-0.3MPa，得到氧气。
进一步的，所述空气过滤器为多级空气过滤器。
进一步的，所述分子筛的材料为5A(CaA)型、CaX型或LiX型。
进一步的，所述防水透气膜的厚度为10-30微米，所述多孔有机盐的厚度为50-55微米。
进一步的，所述分离膜由基础层、支撑层和分离层组成，基础层的材料为无纺布，支撑层的材料为碳纤维，分离层的材料为聚砜或者硅橡胶；更进一步的，分离膜为平板式。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的膜分离制氧方法能够对空气进行多级分离，可以得到百分之九十以上纯度的氧气。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合具体实施方式对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。
本发明的膜分离制氧方法，包括以下步骤：
步骤一、将压缩空气经空气过滤器过滤，得到过滤后的压缩空气；
步骤二、将过滤后的压缩空气经吸附层吸附水蒸气，得到一次分离后的气相；
步骤三、将一次分离后的气相经分离膜分离氧气，得到二次分离后的气相；
步骤四、将二次分离后的气相经过分子筛吸附氮气，压力为0.2-0.3MPa，得到氧气。
上述实施方式中，空气过滤器为多级空气过滤器，包括粗过滤器和精滤器，可通过现有技术获得。
上述实施方式中，吸附层包括两层防水透气膜和填充在两层防水透气膜之间的多孔有机盐；多孔有机盐如吉林大学CPOS系列材料。
上述实施方式中，分子筛的材料为5A(CaA)型、CaX型或LiX型。
上述实施方式中，防水透气膜的厚度为10-30微米，多孔有机盐的厚度为50-55微米。
上述实施方式中，分离膜由基础层、支撑层和分离层组成，基础层的材料为无纺布，厚度为5-10微米，支撑层的材料为碳纤维，厚度为10-20微米，分离层的材料为聚砜或者硅橡胶，厚度为100-200纳米；分离膜为平板式。
在本发明中所使用的术语，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义，除非另有说明。为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合实施例对本发明作进一步的详细介绍。
在以下实施例中，未详细描述的各种过程和方法是本领域中公知的常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂、装置、仪器、设备等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
以下结合实施例进一步说明本发明。
实施例1
一种膜分离制氧方法，包括以下步骤：
步骤一、将压缩空气经空气过滤器过滤，得到过滤后的压缩空气；
步骤二、将过滤后的压缩空气经吸附层吸附水蒸气，得到一次分离后的气相；
吸附层包括两层防水透气膜(厚度20微米)和填充在两层防水透气膜之间的多孔有机盐(厚度50微米)；
步骤三、将一次分离后的气相经分离膜分离氧气，得到二次分离后的气相；
分离膜由基础层、支撑层和分离层组成，基础层的材料为无纺布，厚度为5微米，支撑层的材料为碳纤维，厚度为10微米，分离层的材料为硅橡胶，厚度为100纳米，分离膜为平板式。
步骤四、将二次分离后的气相经过分子筛CaX型吸附氮气，压力为0.25MPa，得到氧气。
实施例2
一种膜分离制氧方法，包括以下步骤：
步骤一、将压缩空气经空气过滤器过滤，得到过滤后的压缩空气；
步骤二、将过滤后的压缩空气经吸附层吸附水蒸气，得到一次分离后的气相；
吸附层包括两层防水透气膜(厚度为10微米)和填充在两层防水透气膜之间的多孔有机盐(厚度为50微米)；
步骤三、将一次分离后的气相经分离膜分离氧气，得到二次分离后的气相；
分离膜由基础层、支撑层和分离层组成，基础层的材料为无纺布，厚度为8微米，支撑层的材料为碳纤维，厚度为10微米，分离层的材料为硅橡胶，厚度为150纳米，分离膜为平板式。
步骤四、将二次分离后的气相经过分子筛CaX型吸附氮气，压力为0.2MPa，得到氧气。
实施例3
一种膜分离制氧方法，包括以下步骤：
步骤一、将压缩空气经空气过滤器过滤，得到过滤后的压缩空气；
步骤二、将过滤后的压缩空气经吸附层吸附水蒸气，得到一次分离后的气相；
吸附层包括两层防水透气膜(厚度为30微米)和填充在两层防水透气膜之间的多孔有机盐(厚度为55微米)；
步骤三、将一次分离后的气相经分离膜分离氧气，得到二次分离后的气相；
分离膜由基础层、支撑层和分离层组成，基础层的材料为无纺布，厚度为6微米，支撑层的材料为碳纤维，厚度为12微米，分离层的材料为硅橡胶，厚度为160纳米，分离膜为平板式。
步骤四、将二次分离后的气相经过分子筛CaX型吸附氮气，压力为0.25MPa，得到氧气。
实施例4
一种膜分离制氧方法，包括以下步骤：
步骤一、将压缩空气经空气过滤器过滤，得到过滤后的压缩空气；
步骤二、将过滤后的压缩空气经吸附层吸附水蒸气，得到一次分离后的气相；
吸附层包括两层防水透气膜(厚度为30微米)和填充在两层防水透气膜之间的多孔有机盐(厚度为50微米)；
步骤三、将一次分离后的气相经分离膜分离氧气，得到二次分离后的气相；
分离膜由基础层、支撑层和分离层组成，基础层的材料为无纺布，厚度为10微米，支撑层的材料为碳纤维，厚度为20微米，分离层的材料为硅橡胶，厚度为200纳米，分离膜为平板式。
步骤四、将二次分离后的气相经过分子筛CaX型吸附氮气，压力为0.3MPa，得到氧气。
对实施例1-4得到的气体进行检测，经检测，氧气纯度分别能够达到94.1％、93.6％、95.6％、93.9％。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种膜分离制氧方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将压缩空气经空气过滤器过滤，得到过滤后的压缩空气；
步骤二、将过滤后的压缩空气经吸附层吸附水蒸气，得到一次分离后的气相；
所述吸附层包括两层防水透气膜和夹在两层防水透气膜之间的多孔有机盐；
步骤三、将一次分离后的气相经分离膜分离氧气，得到二次分离后的气相；
步骤四、将二次分离后的气相经过分子筛吸附氮气，压力为0.2-0.3MPa，得到氧气。
2.根据权利要求1所述的一种膜分离制氧方法，其特征在于，所述空气过滤器为多级空气过滤器。
3.根据权利要求1所述的一种膜分离制氧方法，其特征在于，所述分子筛的材料为5A(CaA)型、CaX型或LiX型。
4.根据权利要求1所述的一种膜分离制氧方法，其特征在于，所述防水透气膜的厚度为10-30微米，所述多孔有机盐的厚度为50-55微米。
5.根据权利要求1所述的一种膜分离制氧方法，其特征在于，所述分离膜由基础层、支撑层和分离层组成，基础层的材料为无纺布，支撑层的材料为碳纤维，分离层的材料为聚砜或者硅橡胶。
6.根据权利要求1所述的一种膜分离制氧方法，其特征在于，所述分离膜为平板式。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210604 |
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