[发明专利]一种多功能中空纤维膜气体分离纯化系统与方法

说明书

本发明公开了一种多功能中空纤维膜气体分离纯化系统与方法，包括中空纤维膜组件、原料气前处理元件、原料气体缓冲罐、三元过滤组件、压缩气体缓冲罐、含稳压阀的气体再压缩组件，所述原料气前处理组件可根据原料气组成配置露点控制、酸性气体脱除和加热元件；原料气体缓冲罐中的原料气可以由气罐直接供应混合气体，也可以由两个二阶膜组件中排出的渗透气体及未渗透气体进行混合作为原料气，原料气缓冲罐出口与三元过滤组件相连；压缩器缓冲罐设有进气口与出气口，其中进气口与三元过滤组件出口相连，出气口与中空纤维膜组件进气口相连。采用本发明的中空纤维气体分离纯化系统可同时实现膜组件性能与稳定性评价、单级和多级膜分离工艺设计及优化、气体分离膜系统集成与经济性评价等多种功能，具有节省原料、操作简单、维护方便，用途广泛等特点。

技术领域

本发明属于气体分离膜领域，具体涉及一种多功能中空纤维膜气体分离纯化系统及方法。

技术背景

气体分离膜技术是利用混合气体中各组分在膜中渗透速率的不同而实现气体分离的方法，它具有成本低、能效高、占地面积小和操作维护简单等优点，在氢气分离纯化(H₂/N₂,H₂/CH₄)、空气分离(O₂/N₂)、CO₂的捕集与分离(CO₂/N₂,CO₂/CH₄) 等领域中具有广泛应用，是一种绿色可持续的气体分离技术。

气体分离膜技术的核心是膜组件，迄今已开发的膜分离器包括卷式膜、平板膜和中空纤维膜组件等，其中中空纤维膜具有单位体积装填密度大、比表面积高、膜组件加工简化和易于放大等诸多优点。膜组件的气体分离性能和稳定性评价是膜组件开发过程中不可或缺的重要环节。此外，气体分离过程往往面临着原料气变化范围广、成份复杂等难题，单级膜系统很难满足多种工况的提纯率，因此亟待开发一种能满足气体分离膜高效工艺设计和系统集成的系统和方法。

CN111116295A中公开了一种CO₂驱采出气高效膜分离与提纯的装置及方法，该系统采用二级膜分离系统，可同时得到高纯CO₂和CH₄，当该装置用途单一，无法实现其它膜分离工艺和系统集成应用。

本发明的目的是在于针对现有气体分离膜系统和装置存在的问题或不足，提供一种多功能中空纤维膜气体分离纯化系统与方法，从而实现膜组件性能和稳定性评价、膜分离工艺设计、膜分离系统集成和膜分离过程经济性评价等多种功能和用途。

发明内容

本发明所提供的技术方案为：

一种多功能中空纤维膜气体分离纯化系统与方法，包括：原料气罐1、原料气缓冲罐2、三元过滤组件3、压缩器缓冲罐4、一级中空纤维膜组件5-1，6-1、二级中空纤维膜组件5-2， 6-2、含稳压阀的气体再压缩组件7等。其中气罐中可供应一种或多种不同气体，用于纯气体和混合气体的渗透测试；三元过滤组件孔径分别为1μm、1μm、300nm，依次除去粉尘，水汽，油雾等，防止对膜组件造成污染。原料气体缓冲罐容量为20-100L，用于维持系统压力稳定；压缩气体缓冲罐容积为20-100L，工作压力为0-10MPa，用于降低压力波动保护膜组件；二级膜分离组件为待测试的膜组件及膜材料，用于进一步从混合气体中分离某一组分。经过膜组件分离后的渗透气体以及渗余气体均可进行分析进而确定待测膜的分离性能。

本发明具有以下优点：具有多种测试方式可应用于不同的实验环境；膜组件为标准接头，便于更换；气体可循环利用，节约成本；设备本身体积小易于存放及移动。

附图说明

图1为发明装置的结构示意图；

图2为本发明装置的第一种实施方式；

图3为本发明装置的第二种实施方式；

图4为本发明装置的第三种实施方式。