[发明专利]使用离子传输膜生产氧和氮的方法和装置

权利要求书

1.生产联产物氧和氮流的装置，所述装置包括：

第一离子传输膜组件，其具有用于向所述第一离子传输膜组件中引入包含氧和氮的含氧和氮气体的入口、用于从所述第一离子传输膜组件抽出贫氧气体的第一出口和用于从所述第一离子传输膜组件抽出氧产物气体的第二出口；

涡轮膨胀机，其具有用于向所述涡轮膨胀机中引入涡轮膨胀机进料的入口和用于从所述涡轮膨胀机抽出废气的出口，所述涡轮膨胀机进料由所述贫氧气体的第一部分形成，所述涡轮膨胀机的所述入口与所述第一离子传输膜组件的所述第一出口下游流体流动连通；和

第二离子传输膜组件，其具有用于向所述第二离子传输膜组件中引入进料的入口、用于从所述第二离子传输膜组件抽出氮产物气体的第一出口和用于从所述第二离子传输膜组件抽出氧产物气体的第二出口，所述进料由所述贫氧气体的第二部分形成，所述第二离子传输膜组件的所述入口与所述第一离子传输膜组件的所述第一出口下游流体流动连通；

其中所述第二离子传输膜组件不与所述涡轮膨胀机下游流体流动连通，以及

其中所述涡轮膨胀机不与所述第二离子传输膜组件下游流体流动连通。

2.根据权利要求1所述的装置，所述装置还包括：

氧压缩机，其具有入口和出口，所述氧压缩机的所述入口与以下至少之一下游流体流动连通：所述第一离子传输膜组件的所述第二出口以从所述第一离子传输膜组件接收氧产物气体，和所述第二离子传输膜组件的所述第二出口以从所述第二离子传输膜组件接收氧产物气体。

3.根据权利要求1所述的装置，所述装置还包括：

氧压缩机，其具有入口和出口，所述氧压缩机的所述入口与所述第一离子传输膜组件的所述第二出口下游流体流动连通以从所述第一离子传输膜组件接收氧产物气体，并与所述第二离子传输膜组件的所述第二出口下游流体流动连通以从所述第二离子传输膜组件接收氧产物气体。

4.根据权利要求1所述的装置，所述装置还包括至少一个流动控制装置，所述流动控制装置适于控制去往所述涡轮膨胀机的所述涡轮膨胀机进料的流率和/或去往所述第二离子传输膜组件的进料的流率。

5.根据权利要求1所述的装置，所述装置还包括具有燃烧室的气体涡轮燃烧发动机，所述燃烧室具有燃烧区和稀释区，所述气体涡轮燃烧发动机具有用于引入低氧含量稀释气体的入口、用于引入燃料的入口和用于引入含氧气体的入口，所述低氧含量稀释气体由所述氮产物气体形成，所述燃烧区和/或所述稀释区与所述第二离子传输膜组件的所述第一出口下游流体流动连通以接收由所述氮产物气体形成的所述低氧含量稀释气体。

6.生产联产物氧和氮流的方法，所述方法包括：

提供权利要求1所述的装置；

向所述第一离子传输膜组件的所述入口中引入所述包含氧和氮的含氧和氮气体，所述含氧和氮气体具有750℃至950℃的温度和689kPa至4136kPa的压力，从所述第一离子传输膜组件的所述第一出口抽出所述贫氧气体，并从所述第一离子传输膜组件的所述第二出口抽出第一氧产物气体；

将所述贫氧气体分割成所述第一部分和所述第二部分；

使由所述贫氧气体的所述第一部分形成的所述涡轮膨胀机进料在所述涡轮膨胀机中膨胀以回收轴功或电能并从所述涡轮膨胀机提供所述废气；和

向所述第二离子传输膜组件的所述入口中引入由所述贫氧气体的所述第二部分形成的进料，从所述第二离子传输膜组件抽出具有689kPa至4136kPa的压力的氮产物气体，并从所述第二离子传输膜组件的所述第二出口抽出氧产物气体。