专利名称：：生产氧、氮和/或二氧化碳的固体电解质离子导体系统的制作方法
技术领域：
：本发明涉及在气体分离系统中使用固体电解质离子导体膜(solidelectrolyteionicconductormembrane)。具体地说，本发明涉及使用离子迁移(transport)反应器，通过使燃料物流与迁移的氧气反应，以产生离子迁移分离器操作所需的热条件，并使用气体透平能量循环从而同时生产能量和氧气、氮气和/或二氧化碳。本发明是在美国政府的支持下，按由国家标准和技术院(NationalInstituteofStandardsandTechnology)授权的合作协议NO.70NANB5H1065做出的。美国政府在本发明中具有某些权力。非低温大型氧气分离系统，例如有机聚合膜系统，已用于从空气和其它气体混合物中分离选定的气体。空气是一种气体混合物，含有可变量的水蒸汽，在海平面上，大约具有如下体积组成氧气(20.9％)、氮气(78％)、氩气(0.94％)，以及平衡量的其它气体。然而，可以由某些无机氧化物制成完全不同类型的膜。固体电解质膜由无机氧化物制成，通常是由钙或镱稳定的锆和具有萤石或钙钛矿结构的类似氧化物制成。尽管这些氧化物陶瓷材料作为气体分离膜的优势很大，但是，在使用中还存在某些问题。最明显的困难是所有已知氧化物陶瓷材料只有在提高的温度下才具有可观的氧离子导电性。它们必须在500℃以上的温度下操作，通常是在600℃-900℃的范围内操作。尽管进行了很多的研究以寻找能在低温下工作的材料，但这种限制一直存在。Prasad等人在US5,547,494中对固体电解质离子导体技术进行了详细的描述，其题目为“StagedElectrolyteMembrane”，在这里引入作参考，以更完整地说明现有技术的状态。然而，提高的操作温度使离子迁移方法本来就很适合于与高温过程联合，如以蒸汽为基础的、以气体为基础的过程或相结合的能量循环。最近的研究已产生了一些固体氧化物，如果施加化学推动力(drivingpotential)，这些固体氧化物能在提高的温度下传导(conduct)氧离子。如果施加了足够高的氧气分压比率以提供化学推动力，这些压力驱动的离子导体材料可以用作从含氧气流中提取氧气的膜。因为这些材料对氧气的选择性是无限的，而且可以获得比聚合物膜大几个数量级的氧气通量，因此，它为生产氧气和需氧氧化过程，特别是在提高的温度下应用的过程，创造了有吸引力的机会。突出例子是气体透平循环，它通常处理有意义量的过量空气以保持透平入口温度在能获得材料的能力范围内，因此，可以副产物的形式回收过量的氧气。在离子迁移膜系统的设计及它们与如气体透平的高温循环联合中，所提出的关键问题是使离子迁移的推动力最大、使气体扩散阻力最小、避免由于热和组成物的膨胀和收缩引起的过大应力，以及将离子迁移元件密封在离子迁移设备中。后一问题是由于离子迁移膜在500℃-1100℃的温度下操作所强化。使用固体电解质离子导体的空气分离技术的进展在技术文献中已有描述。例如，Mazanec等人在涉及进行含氧气体与耗氧气体反应的反应器的题目为“固体多组分膜，电化学反应器构件，电化学反应器以及膜、反应器构件和反应器在氧化反应中的应用”的US5,306,411中，描述了一种壳管式反应器，含氧气体在固体电解质膜的一侧流动，而耗氧气体在另一侧流动。然而，Mazanec等人并未提出涉及将这些系统与从循环生产氧气、控制热量以维持膜表面在必要的均匀温度下、达到有效传质效率的流动动力学(dynamics)、或使反应动力学(kinetics)与氧气离子导电性平衡，以维持适当的氧气分压实现物料的稳定联合起来的论点。Kang等人题为“用蒸汽高温产生氧及能量”(HighTemperatureOxygenProductionwithSteamandPowerGeneration)的US5,565,017，涉及一种联合离子迁移膜和气体透平，以在截留被加热和加入了蒸汽后从其中回收能量的系统。向离子迁移非渗透物流中注入蒸汽或水补偿透平进料的氧气质量损失。Kang等人题为“用离子迁移膜和蒸汽产生氧”(ProductionofOxygenByIonTransportMembranesWithSeamUtilization)的US5,562,754，公开了联合离子迁移膜和气体透平以在截留气流被加热后从其中回收能量的系统。蒸汽作为吹扫气体在渗透侧加入以加强氧气的回收。在渗透侧产生了含有氧气和蒸汽混合物的物流，作为产品排放。Kang等人题为“氧生产的整合高温方法”(IntegratedHighTemperatureMethodforOxygenProduction)的US5,516,359，描述了利用第一燃烧器将空气进料加热到适合于离子迁移操作的温度，在一个实例中，第一燃烧器设置在压缩机排出口与离子迁移分离器之间。然后来自离子迁移分离器的截留物流被第二燃烧器加热到透平入口温度。通过调节进入两燃烧器的燃料流量，独立控制透平的入口温度和离子迁移分离器。在另一种可选构型中，在两个位于离子迁移分离器下游的燃烧器之间设置一换热器，离子迁移分离器的空气进料气流被这一换热器加热到合适的温度。在Kang等人的US5,516,359中所公开的方法具有如下缺点离子迁移分离器的进料气流含有燃烧产物，它稀释了离子迁移分离器的进料气流，降低了氧气推动力，对于某些混合导体材料来说，它可能是有害的污染物。由于进料空气中的一部分氧气在第一燃烧器中消耗掉了，氧气推动力进一步降低了。另一可选构型的缺点是需要附加的昂贵的换热器。由于燃料对空气的等效比率(fuel-to-airequivalenceratio)低，特别是当透平废气中的热量被进料空气流再生回收，并且第一燃烧器的热负荷较小时，两种方法都存在如何维持第一燃烧器稳定燃烧的问题。Hegarty的题为“由透平能量的产生生产副产氧”(ProducingBy-ProductOxygenfromTurbinePowerGeneration)的US4,545,787，涉及一种使用燃烧透平产生净能量，同时回收富氧气体副产物的方法。空气被压缩和加热，至少一部分空气被燃烧，使用一个空气分离器从空气或燃烧排出物流中除去一部分氧气。在另一可选方案中，透平排出物流用于生产蒸汽以产生附加能量。在这一方法中，燃料的种类通常局限于“干净”燃料，如天然气、油、或合成气。Chen的题为“从外燃烧气体透平生产氧”(OxygenExtractionfromExternallyFiredGasTurbines)的US5,035,727，涉及从外热能量发生气体透平循环获取高纯度氧气的方法。该方法与Hegarty的US4,545,787相似，不同的是Chen使用了外热透平，以至于可以使用其它种类的燃料，如煤或生命体。Chen等人的题为“使用固体电解质离子导体膜从透平废气回收氧”(OxygenRecoveryfromTurbineExhaustUsingSolidElectrolyteMembrane)的US5,174,866，以及Chen等人的题为“使用固体电解质离子导体膜从透平废气回收氧”(OxygenRecoveryfromTurbineExhaustUsingSolidElectrolyteMembrane)US5,118,395，都涉及使气体透平废气通过氧离子传导膜，从气体透平废气流中获取高纯度氧气的方法。在这一方法中，应用了氧离子传导膜的氧气分离器位于一些或所有气体透平的下游，而不是在早期专利中所述的上游。来自氧气分离器的废气流任选地通过气体透平膨胀。因此，本发明的一个目的是提供有效的方法以同时生产能量和氧气，任选生产氮气和二氧化碳，从而有效地改进离子迁移技术与气体透平能量循环的联合。本发明的另一目的是允许同时生产二氧化碳和高纯度氮气，其中水是唯一的主要杂质。本发明的再一目的是使氧气的回收率最高，特别是在要求同时生产二氧化碳和氧气时。本发明包括一种从气体透平生产至少一股氧气产品物流和能量的方法，该方法包括压缩含有元素氧的进料气流，然后，利用一个离子迁移反应器膜部件(section)利用燃料-氧气反应，从而加热进料气流，得到一加热的进料气流。优选地，渗透穿过离子迁移反应器膜部件的氧气在第一渗透区与第一燃料气流反应产生第一燃烧产物气流。将加热后的进料气流分离成离子迁移分离器膜部件截留侧的贫氧气流和分离器膜部件渗透侧的氧气产品气流。可以回收至少一部分第一燃烧产物气流，在将要膨胀的气流被第一渗透区反应在用于产生能量的气体透平中直接或间接加热后，从将要膨胀的至少一部分气流，如贫氧气流，在气体透平中获取能量。在本发明的一个优选实例中，贫氧气流在燃烧器中与燃料气流反应，产生第二燃烧产物气流。在本发明的另一优选实例中，至少一部分第一燃烧产物气流与一部分来自迁移分离器膜部件的截留侧的贫氧气流合并，形成一聚集气流；在燃烧器中，聚集气流与燃料气流反应产生第二燃烧产物气流。在本发明的再一优选实例中，从至少一部分第一燃烧产物气流中除去水，产生二氧化碳产品气流。在本发明的又一优选实例中，通过气体透平回收的至少一部分能量用于完成气体压缩步骤。在本发明的一个优选实例中，至少一部分贫氧气流作为氮气产品气流回收。术语“模件(module)”是指含有一个或多个离子迁移膜部件的壳。除非在后面指明与此相反，否则，由两个或多个模件完成的操作是指一种可选的方案，其中这种操作是由设置在同一模件中的两个或多个离子迁移膜部件完成的。“部件”是指离子膜元件的至少一部分，其中该元件可以成形为管状、板状或其它结构。通过结合以下优选实例的描述和附图，本领域的技术人员可以发现本发明的其它目的、特征和优点，其中图1是本发明一实例的流程图，其中结合使用了固体电解质离子导体分离器模件和离子迁移反应器模件，以及透平以生产氧气产品气流、二氧化碳产品气流和能量；图2是本发明一实例的流程图，其中结合使用了固体电解质离子导体分离器模件和离子迁移反应器-加热器，以及透平以生产氧气产品气流和能量；图3A是本发明的类似于图2所示实例的流程图，其中使用了固体电解质离子导体反应器-分离器组合模件和透平以生产氧气产品气流和能量；图3B是用于图3A所示方案的可选固体电解质离子导体燃烧器-分离器模件构件的详图；图4是本发明一实例的流程图，其中结合使用了固体电解质离子导体反应器模件和燃烧器，以及透平以生产含有燃烧产物的氧气产品气流和能量；图5A是本发明的另一实例的的流程图，其中结合使用了固体电解质离子导体分离器模件和设置在透平下游的离子迁移反应器模件以生产氧气产品气流和能量；图5B是用于图5A所示方案的可选燃烧器构件的详图；图6是本发明再一实例的流程图，其中结合使用了作为除氧(deoxo)单元的固体电解质离子导体反应器-加热器模件和离子迁移分离模件，以及透平以生产氧气产品气流、高纯度氮气产品气流和能量；和图7是本发明的又一实例的流程图，其中结合使用了固体电解质离子导体反应器-加热器模件和离子迁移分离器模件，以及透平以生产氧气产品气流和能量，其中来自离子迁移反应器阳极或渗透侧的反应产物吹扫离子迁移分离器的渗透侧以加强氧气的迁移。本发明的精华在于通过迁移分离器膜部件将气体透平和回收至少一股氧气产品气流结合起来，其中，将进料物流最终加热到分离器的操作温度是通过使燃料在反应器膜部件的渗透侧反应实现的，该反应器膜部件包括离子迁移反应器、反应器-加热器、或反应器-分离器的结合。反应器膜部件与分离器膜部件是不同的，在同一实例中膜是相互分开的，在另一实例中，是同一膜结构的不同部分。本发明可以通过在产生能量的气体透平循环结构中安装至少一个具有离子迁移膜的离子迁移氧气反应器，通过使引入到离子迁移膜渗透侧的燃料与迁移过来的氧气反应，从而完成至少一部分将进料空气流加热到离子迁移操作温度的功能来实现。由于消耗了氧气和/或用燃烧产物吹扫该膜，这种反应性的吹扫降低了氧气的分压，进而加促进了氧气迁移穿过该膜，因此，提高了氧气向反应侧迁移的推动力。进料气流，通常是空气，中的氧气在离子迁移反应器中被部分提取以支持反应。当含有蒸汽和二氧化碳的渗透排出气流被冷却时，水被从气流中冷凝出来，必要时可以获得被水蒸汽饱和的纯净的二氧化碳。在另一结构中，反应器的渗透侧基本上在与截留侧相同的压力下操作，排出的渗透物流与来自离子迁移分离器的截留物合并。来自离子迁移反应器的截留物优选在第二离子迁移膜中进一步处理以在渗透侧生产氧气并在截留侧生产贫氧气流。在某些结构中，已在离子迁移反应器中部分除氧的截留气流被使用燃料燃烧并在气体透平中膨胀以生产能量。来自气体透平的废气通常足够热，可以用来在换热器中预热进料物流，或者可以用于产生蒸汽，并在本方法的以蒸汽为基础的能量发生部分加以利用。正如在本发明的以下描述中可以看到的，特别是在优选的模式中，本方法克服了现有技术的某些缺点，特别是避免了离子迁移进料气流被燃烧产物污染、氧气推动力的下降、以及由于低燃料/空气等效比率和相对简单的过程流动设置导致的操作困难。此外，本发明具有以下优点，降低了NOx的排放，并任选地生产了二氧化碳。在本发明的优选实例中，使用燃烧产物气流作为吹扫气体以增强离子迁移分离器中的氧气回收。使用一个离子迁移反应器-加热器或离子迁移反应器-分离器提供了一种非常经济的方法来获得用于离子迁移分离器的吹扫气流。另外，本发明允许从本方法中回收必要的二氧化碳产品气流，因为来自离子迁移反应的燃烧产物吹扫气流或废气流主要是水和二氧化碳。废气中的水可以被冷凝，并作为循环气流加入到透平进料中，在透平中通常可以获得足够的热以允许加入额外的水。一般说来，透平废气流中氮气含量较高，它本身能经济地回收氮气。本发明的某些方法不同于发明背景中描述的现有技术，其中燃烧产物气流可以用作离子迁移分离器的吹扫气流。另一不同的特征是如果要求蒸汽作为吹扫介质，可以从残留的燃烧产物中获得大部分注入蒸汽。当用于吹扫迁移反应器的渗透侧时，本发明的一重要优点是使用燃烧产物(如蒸汽和二氧化碳)作为吹扫气，因此，降低了离子迁移膜的吹扫侧氧气的有效分压。这样，提高了跨过离子迁移膜的推动力，使得氧气通量较高和所需的膜面积较少。提高的操作温度使得离子迁移方法本身特别适合于与高温过程联用。在已有的气体透平发电厂中引入离子迁移单元是很简单的，这种改造中所产生的利益大于安装离子迁移单元和零件的成本。在本发明方法中，离子迁移氧分离器与气体透平不发生热的联系。因此，这种设备可以在各自的操作温度下操作。此外，离子迁移单元两侧的压力降本身相对小。这样，按本发明的改造不会影响已有发电厂的效率和性能。通过使用本发明的气体透平系统，提供了一个理想的协同结合离子迁移膜的机会，因为透平从膨胀的热气体中回收能量。在能量产生过程中，空气被压缩，然后，由于燃料直接燃烧而被加热。为了限制温度的上升并保持在材料的允许温度范围内，在燃烧过程中使用大量过量的空气。因此，提供了通过高温膜方法从高压气流中获取一部分过量氧气的机会。在气体透平能量循环中的工作流体，通常是空气或空气与燃料的燃烧产物。如果在这一系统中使用燃料，由于燃料与压缩空气流燃烧在系统内产生了热量，所得到的燃烧产物气流通过气体透平膨胀从而产生能量。应当注意，气体透平叶片的冶金学温度限制，要求气体透平在非常高的空气/燃料比率下操作。在传统气体透平系统中，进料空气中的氮气和存在于燃烧产物气流中的过量氧气作为稀释剂，从而降低了燃烧产物气流的温度。所以来自气体透平能量循环的废气含有过量的氧气，可以燃烧额外的燃料。这一热废气可以用来预热压缩空气或用来产生蒸汽，蒸汽可以在蒸汽能量循环中应用。使用迁移膜技术可以回收气体透平循环的废气中的部分剩余氧气。大多数氧气发生系统使用了深冷气体分离方法(高纯度、大规模)或膜和吸附分离技术。例如，有机聚合物膜通常是高能耗的，并且只有生产少量富氧空气(例如，50％氧气)时是合适的。变压吸附系统通常以小型介质生产90-95％纯度的氧气。尽管这些常规方法中一些能回收一部分用于生产产品的能量，它不能产生任何净能量。此外，常规氧气分离方法是在低温下操作，通常低于100℃，与发电过程联合并不具有显著的利益。与本发明不同，在上面的
背景技术：
中提及的US5,516,359(Kang等)没有提出同时生产二氧化碳和氮气，也没有公开使用设备的设计，或考虑使用通过从反应产物气流中排除氮气从而回收二氧化碳或使之用作离子迁移分离器吹扫气流的离子迁移反应器。在本发明的某些反应器加热器结构中，具有附加的优点，即由于存在燃烧产物，离子迁移分离器中的氧气推动力不会降低。本发明不同于用离子迁移反应器取代第一级燃烧器，或用同一单元中的迁移反应器-分离器取代第一级燃烧器和离子迁移分离器，或将低温燃烧器放置到废气透平物流中而不放到入口物流中。将离子迁移膜引入到气体透平系统，包括改造的气体透平发电系统的几个例子，公开在Prasad等人的申请US08/933,248(1997年9月18日申请)中，它是US08/490,362(1995年6月14日申请)的分案申请，相应于EP748,648，在这里它们都引入作为参考。反应性吹扫设备公开在1995年12月5日申请的US08/567,699，“固体电解质膜气体分离用的反应性吹扫(reactivepurgeforSolidElectrolyteMembraneGasSeparation)”(相应于EP778,069)中，在这里也引入作为参考。各种离子迁移反应器设计公开在1997年4月28申请有US08/848,204和同日申请的US08/848,199中，在这里它们也引入作为参考。在本段中引用的所有专利申请都属于本申请人。用于在这里所讨论的氧气分离器、离子迁移反应器、离子迁移反应器-加热器、离子迁移反应器-分离器、或离子迁移分离器-燃烧器的离子迁移膜都是固体电解质离子导体。所选择的材料适合于所需的特定性能特征，或预定的功能优点，不同的离子迁移材料可以用于不同的模件。迁移氧离子的迁移材料对于从气体混合物中分离氧气被认为是有用的。某些离子迁移材料是混合导体，能传导氧离子和电子。在提高的温度下，这些材料含有流动的氧离子空穴，能提供氧离子选择迁移通过该材料的传导点(sites)。迁移是由于跨过膜的氧气分压比率推动的氧离子从氧气分压高的一侧流向氧气分压低的一侧。氧气在阴极或膜的截留侧离子化成为氧离子，然后，离子迁移穿过离子迁移膜。氧离子在膜的渗透侧去离子化，释放出氧分子。对于仅仅具有离子传导性的材料，在电解质表面设置外部电极，电子通过外部环路流动。在混合导体材料中，电子从内部迁移到阴极。从而完成环路，不需要外部电极。氧离子导体与电子导体混合形成的双相导体也可以用于同一应用中。表Ⅰ列出一部分对氧分离有意义的迁移材料。</tables>由于它们对氧气迁移的无限选择性，离子迁移材料在空气分离和气体净化领域内有几种有优势的应用。然而，因为迁移材料只有在提高的温度下(高于450℃)才具有可观的离子导电性能，它们不同于常规的在低温(低于100℃)下操作的氧气分离方法。大多数氧气发生系统使用的是深冷气体分离方法(高纯度、大规模)，或使用聚合膜或吸附分离技术(通常是以小型介质生产90-95％纯度的氧气)。膜系统通常是高能耗的，并且只适于生产少量富氧空气(例如，50％氧气)。在本发明的优选实例中，压缩空气被直接送入离子迁移反应器，在该离子迁移反应器中，燃料与离子迁移膜的渗透侧的渗透氧气反应，产生将空气温度提高到适合于离子迁移操作温度所需的热量。然后，截留侧的气流在下游的常规燃烧器中被加热到透平的入口温度。反应侧的燃料/氧气比率可以为化学计算量或燃料稍微多一点这样的比率以实现稳定的燃烧。同时，使用Gottzmann等人的US08/848,204(其题为SolidElectrolyteIonicConductorReactorDesign，在这里引入作为参考)中描述的适当迁移反应器，在离子迁移反应器膜表面发生的反应环境是这样的基本上排除了氮气(除了燃料中可能存在的氮气)，在相对均匀的温度下进行，因此，NOx的形成达到了最小。来自离子迁移反应器的燃烧产物可以加入到离子迁移分离器下游的截留气流中，或任选地排放并回收二氧化碳作为产品，或用作离子迁移分离器渗透侧的吹扫气以改进氧气的回收。如果二氧化碳是一种希望的产品，这是有利的，因为燃烧产物主要含有二氧化碳和水，水可以通过冷凝容易地除去。因为在离子迁移反应器的渗透侧的氧气分压较低，推动力大，减少了所需的迁移面积。这时，在这些低的压力下，低氧气分压(低于10-14atm)要求选择稳定的混合导体组合物。很容易理解，在这里所建议的过程设置提供了对现有方法中缺点的解决办法，并提供了许多优点。例如，离子迁移氧气分离器和气体透平的入口温度，可以通过调节进入离子迁移反应器和燃烧器的燃料比率，来单独控制在它们的优选范围内(对于离子迁移分离器为700℃-950℃，对于透平为1000℃-1400℃)。此外，燃烧反应仅限于离子迁移反应器的渗透侧，避免了离子迁移分离器进料气流的污染和稀释。在过程中，离子迁移反应器中的燃料/氧气比率应足够高以产生稳定的燃烧，从而提供连续的产品产量。应当注意，因为离子迁移反应器具有换热和燃烧两项任务，设备通常是简单的。正如前面所述，使用离子迁移模件可以降低NOx的产生，必要时，允许排出相对富含二氧化碳的副产品气流。最后，可以向离子迁移膜的渗透侧加入蒸汽作为稀释剂以帮助控制反应。图1是本发明的一个实例的流程图，其中结合使用了固体电解质离子导体分离器模件和离子迁移反应器模件以及透平，以生产氧气产品气流、二氧化碳产品气流和能量。在本发明的这一实例中，离子迁移反应器模件20和离子迁移分离器模件41与气体透平48在Brayton循环中联合，可以从进料气流10中获取氧气。在操作期间，进料气流10由压缩机15压缩到12atm。压缩气流16在换热器17中由热的二氧化碳气流26、热氧气流58和废气流51加热到880°F(470℃)，产生热的气流18。然后，热气流18经敞口加热器管21进入离子迁移反应器20，并被加热到1470°F(800℃)，这是离子迁移分离器41的典型操作温度。离子迁移反应器20含有离子迁移膜22，膜22具有截留22a和渗透侧22b。用于将热气流18的温度提高到离子迁移分离器41的操作温度所需的热量是由燃料气流24，如甲烷，与渗透到离子迁移膜22的渗透侧22b的氧气反应产生的，是由压力驱动氧离子穿过迁移膜22所提供的。常用的离子迁移膜22可以含有催化剂以加强在离子迁移膜22的渗透侧22b进行的反应，以产生燃烧产物气流25。在离子迁移反应器20中进行的反应优选在燃料稍微多一点的条件下操作，以维持稳定的燃烧。根据反应器的设计，即氧气通量和反应动力学之间的平衡，在离子迁移膜22的渗透侧22b的氧气分压可能足够低(例如低于10-15atm)，要求使用在这种低氧气压力条件下稳定的离子迁移材料，例如，含有表Ⅰ的第9组中列出的含钙钛矿的铬。离子迁移反应器20起燃烧器和换热器作用，以至于从截留侧22a排出的截留气流40的温度在1470°F，并未被燃烧产物气流所稀释(污染)。燃烧产物气流25主要含有二氧化碳和水蒸汽，作为气流26引导，正如前面所述，在换热器17中被压缩气流16冷却，产生二氧化碳产品气流28。作为一种选择，气流25作为任选气流27与气流45合并中以产生任选气流29。热的截留气体23作为气流40从离子迁移反应器20中排出。气流40被引入到含有离子迁移膜42的离子迁移分离器41中，膜42具有截留侧42a和渗透侧42b，由于压力推动氧穿过离子迁移膜42，所含氧的一部分(如40％)被分离出来，产生气流580。正如前面所述，热的氧气流58在换热器17被压缩气流16所冷却，产生氧气产品气流600热的截留气流44作为气流46被引导，成为气流47。气流47可以在低温透平48中膨胀，以通过轴54驱动压缩机15。另外，为了使效率得到优化，透平进料气流可以提高到高温透平所允许的较高温度。这可以通过使用加热器(未示出)来完成，或者如上面所述，将气流44作为任选气流45与任选气流27合并，以形成任选气流29。任选气流29通过燃烧器30与燃料气流32反应产生反应产物气流33。气流33成为气流47，它在所需的入口温度下(如2400°F或1315℃)，注入到如气体透平48的高温透平中，产生能量以转动轴54从而驱动压缩机15，以及废气和多余的能量56。正如上面所述，废气50作为气流51在换热器17中被压缩气流16所冷却，产生废气流52。任选地，废气流50作为气流61被引导去产生蒸汽。表Ⅱ说明使用如图1所示的本发明方案产生1,000,000NCFH的氧气。图1和表Ⅱ清楚地表明离子迁移反应器20和燃烧器30如何单独控制离子迁移分离器41和气体透平48的操作温度，而不必兼顾离子迁移分离器41的操作，也不会不适当地提高系统的复杂性和投资。所涉及的能量损失是用于压缩额外空气，其质量流量等于所生产的氧气量。值3.7MW与没有中间冷却的单级压缩有关。在一种改造的实例中，补充的空气是由另一压缩机压缩的，这对于使用中间冷却是很有价值的，能降低能量损失约1MW。在标准情况下，生产氧气的投资损耗是离子迁移反应器、离子迁移分离器的成本，以及从氧气产品气流回收热量的成本。由于燃烧器和换热器的热负荷较小，这些成本因节约而得到部分补偿。很明显，可以用Rankine循环热回收系统或其它热回收系统代替热回收换热器，不会实质上改变结果。图2是本发明一个实施例的流程图，其中结合使用了固体电解质离子导体分离器模件和离子迁移反应器-加热器模件，以及透平以生产氧气产品气流和能量。图2是图1的一种变化，使用了离子迁移反应器-加热器取代离子迁移反应器来将空气加热到离子迁移操作温度。在操作过程中，进料气流200由压缩机201压缩到12atm。压缩气流202在换热器204中由任选的热二氧化碳气流220、热氧气流230和废气流250加热到约600°F至1000°F，产生了加热后的气流206。然后，加热后的气流206经加热管224通过离子迁移反应器-加热器208，成为气流225，被加热到1470°F，这是离子迁移分离器226的操作温度。离子迁移反应器-加热器208包括具有截留侧210a和渗透侧210b的离子迁移膜210。将热气流206的温度提高到离子迁移分离器226操作温度所需的热量由如甲烷的燃料气流215与渗透到离子迁移膜210的渗透侧210a的氧气反应产生，这是由压力驱动氧离子迁移通过膜210所提供的。离子迁移膜210通常含有催化剂以加强在离子迁移膜210的渗透侧210b进行的反应，从而产生燃烧产物物流216。在离子迁移反应器-加热器208中进行的反应优选在燃料稍微多一点的条件下操作以维持稳定燃烧。与前面一样，离子迁移反应器-加热208器起燃烧器和换热器的作用，以至于从渗透侧210a排出的气流234的温度为1470°F，而且未被燃烧产物稀释(污染)。作为一种选择，主要含有二氧化碳和水蒸汽的燃烧产物气流216作为气流218引导，作为气流236与气流234合并以产生气流237。另外，燃烧产物气流216可以作为任选气流220引导，正如上面所述，在换热器204中被压缩气流202冷却，生产二氧化碳和蒸汽气流221，在冷凝器222中冷凝出蒸汽后可以从中回收二氧化碳。热进料气流225排出离子迁移反应器-加热器20，并引入到含有离子迁移膜228的离子迁移分离器226，膜208具有截留侧228a和渗透侧228b，在其中，由于压力驱动离子迁移穿过离子迁移膜228，所含氧的一部分(如40％)被分离出来，产生热的氧气流230和热的截留气流232。正如上面所提及的，热氧气流230在换热器204中被压缩气流202冷却，产生氧气产品气流231。热截留气流232可以与任选气流238合并，成为气流233。气流233引入离子迁移反应器-加热器208中，在其中除去氧气，产生气流234。气流234与气流236合并产生气流237。气流237进入燃烧器240，与燃料气流239反应，产生反应产物气流242。现在，气流242处于所需的透平入口温度下(通高常于2000°F)，注入到气体透平243中产生驱动压缩机201的能量256、废气流246和多余的能量244。废气246作为气流250引导，正如上面所述，在换热器204中被压缩气流202冷却，产生废气流252。任选地，废气流246作为气流247引导，用于产生蒸汽。图2所示实例具有图1所示实例相同的优点。此外，图2所示实例提供了更高的氧气推动力，相对于前一实例减少了离子迁移分离器的膜表面，这是因为与图1所示实例不同，在进入离子迁移分离器之前，没有从空气流中除去氧气。其缺点是在离子迁移反应器-加热器208中增加了传热面积224。图3A图示了一种结构，其中图2所示离子迁移反应器和离子迁移分离器的作用被结合在同一反应器-分离器单元中。在操作过程中，进料气流300由压缩机301压缩到12atm。压缩气流302在换热器304中由热二氧化碳气流336、热氧气流314和废气流332加热到约800°F至1000°F，产生了加热后的气流306。然后，加热后的气流306经敞开加热管362通过离子迁移反应器-分离器310，被加热到离子迁移膜309的操作温度，离子迁移膜309具有截留侧309a和渗透侧309b。而离子迁移膜312具有截留侧312a和渗透侧312b。将加热后的气流306的温度提高到离子迁移膜操作温度所需的热量是由如甲烷的燃料气流311与渗透到离子迁移膜309的渗透侧309b的氧气反应产生的，是由压力驱动氧离子迁移跨过离子迁移膜309提供的。离子迁移膜309通常含有催化剂以加强在离子迁移膜309的渗透侧309b进行的反应，从而产生燃烧产物物流336。燃烧产物气流主要含有二氧化碳和水蒸汽，正如上面所述，在换热器304中被压缩气流302冷却。同时，通过压力驱动离子通过离子迁移膜312，离子迁移膜312从进料物流306中分离出一些氧气，产生热氧气流314和热截留气流318。热截留气流318从迁移反应器-分离器310中排出，进入燃烧器320，与燃料气流322反应产生反应产物324.324处于所需的透平入口温度下(2400°F)，注入到气体透平326中产生驱动压缩机301的能量364、废气流332和多余的能量328。正如上面所述，废气流328在换热器304中被压缩气流302冷却，产生废气流334。如前面所述，热氧气流314，在换热器304中被压缩气流302冷却，产生氧气产品气流316。图3B是用于图3A所示方案的可选固体电解质离子导体燃烧器-分离器模件构件的详图。在这一实例中，离子迁移燃烧器-分离器361包括离子迁移膜360，具有截留侧360a和渗透侧360b。使用分布器352将反应性燃料气流350注入到离子迁移燃烧器-分离器361的截留侧。换句话说，这一实例可以起图3A中所述的作用。在一种结构中，分布器352是在燃烧器-分离器361中延伸的多孔壁或管。分布器352优选使反应性气体在截留侧的整个长度上基本均匀地分布，与反应器-分离器的传热设计结合，以保证离子迁移膜的温度均匀合理，并且使反应性气体与氧气基本上完全反应。因为燃烧温度相对低，为保证燃料完全燃烧，反应可以通过催化来加强。比较起来，在图3A的分离器310中，在燃料物流311的入口区域反应性气体/氧气的比率可能非常高。如果反应性气体是可燃燃料，而这一比率接近或超出了燃料的自燃极限，则可能导致不完全燃烧。一些燃料可能仅仅部分燃烧，产生一氧化碳和其它污染物，会出现在气流336中。图4是本发明的一个实例的流程图，其中结合使用了固体电解质离子导体反应器分离器模件以及透平，以生产氧气产品气流和能量。如果所需应用中氧气产品气流的纯度要求达到80％-95％，或更低，这一方案是有用的。在操作过程中，进料气流400被压缩机401压缩到12atm。压缩气流402在换热器404中由热气流438和废气流432加热到800°F-1000°F，产生加热生的气流406。气流406在换热器408中由热气流436和废气流420加热到接近离子迁移操作温度温度，然后，加热后的气流410经一敞开换热器管414进入离子迁移反应器-分离器412，并加热到离子迁移膜416的操作温度，离子迁移膜416具有截留侧416a和渗透侧416b。膜416包括反应器部件460和分离器部件462，它们是同一膜结构中的不同部件，例如在Gottzmann等人的US08/848,199中所公开的，其题目为IntegratedSolidElectrolyteIonicConductorSeparatorCooler，在这里引入作为参考。反应器部件460的长度优选为膜416总长度的五分一至二分之一，进一步优选为总长度的四分之一，这取决于所要求的产品气流444的纯度，这一点将在下面描述。将加热后的气流410的温度提高到离子迁移膜的操作温度所需的热量由如甲烷的燃料气流418与渗透到离子迁移膜416的渗透侧416b的氧气反应产生，是由压力驱动氧离子穿过离子迁移膜416提供的。离子迁移膜416通常含有催化剂，以加强在离子迁移膜416的渗透侧进行的反应，从而产生含有所需比率的燃烧产物PC和氧气的气流436。燃料的量和由此产生的能量的量受氧气产品纯度限制条件的限制，这一限制条件要求氧气产品气流中不凝气的百分含量不超过应用领域的杂质浓度限制。如果不是所有应用，也是许多应用领域允许预期的燃烧产物杂质，主要是二氧化碳和水蒸汽。任选地，气流418是惰性吹扫气流，气流436是被稀释的氧气产品气流。当反应性吹扫气流是贫燃料的，以至于反应仅在反应器部件460内发生，由气流436含有80％-95％的氧气，以及平衡量的二氧化碳和水蒸汽。正如上面所述，气流436在换热器408中被冷却，产生气流438，该气流又在换热器404中被冷却产生气流440。气流440中的水蒸汽在冷凝器442中冷凝产生氧气产品气流444，它含有80％-95％的氧气。在另一结构中，如虚线部分所示，常规气体分离器464分离出纯氧气流466和二氧化碳气流468。热的截留气流420从离子迁移反应器-分离器412中排出，正如前面所述，在换热器408中冷却，产生气流422，该气流进入燃烧器424与燃料气流426反应产生反应产物气流428。气流428处于所需透平入口温度下(2400°F)，注入透平430产生驱动压缩机401的能量、废气流432和多余的能量449。正如上面所述，废气流432在换热器404中被压缩气流402冷却，产生废气流434。作为另一实例，图4所示实例允许单独控制离子迁移分离器和透平入口温度。同时，由于省去了单独的离子迁移反应器，也不使分离器内部十分复杂，所以简化了系统。图5A描述了一个设置在透平废气流中的离子迁移反应器，将废气流加热到能有效地操作离子迁移膜的足够高的温度，然后，通过从截留气流中获得热量，将压缩空气进料气流加热到所需的离子迁移分离器温度。在操作过程中，进料气流500由压缩机501压缩到12atm。在回收热量的换热器504中，压缩气流502由热氧气流500、热截留气流546和任选热渗透气流539加热到800-900°F，产生加热后的气流506。加热后的气流在换热器508中被热氧气流548和热截留气流544进一步加热到到离子迁移分离器温度，产生加热气流510。然后，加热气流510进入离子迁移分离器512，通过离子迁移膜514，离子迁移膜514具有截留侧514a和渗透侧514b。正如上面所述，气流548在换热器508中冷却，产生氧气流550，该气流又在换热器504中冷却产生氧气流552。气流552在冷却器554中冷却产生冷却氧气产品气流556。热截留气流516从离子迁移分离器512中排出，然后，进入燃烧器520，与燃料气流522反应产生反应产物气流524，该气流含有燃烧产物PC1。气流524处于所需的透平入口温度下，被注入气体透平526并膨胀，产生驱动压缩机501的能量559、废气流528和多余的能量527。废气流528经一敞开加热器管530进入离子迁移反应器532，被加热到超过离子迁移膜534的操作温度，该膜具有截留侧534a和渗透侧534b。透平废气流528中的氧气浓度为5-12％，足以满足离子迁移反应器的作用。将废气流528的温度提高到所需的离子迁移分离器温度或超过该温度所需的热量是由如甲烷的燃料气流536与渗透到离子迁移膜534的渗透侧534b的氧气反应产生的，是由压力驱动氧离子迁移通过离子迁移膜534提供的。离子迁移膜534通常含有催化剂以加强在离子迁移膜534的渗透侧534b进行的反应，产生含有燃烧产物PC2的气流538。任选地，燃烧产物气流538被引导与气流516合并，被引入到燃烧器520中。在这一结构中，离子迁移反应器532的反应侧优选在足够高的压力下操作，允许将燃烧产物气体PC2加入到截留物流516中，并进入燃烧器520，从而避免损失透平的质量流量和工作能力。这一方法使用了离子离子迁移反应器的一个独特的特征，只要反应使截留侧对渗透侧的氧气分压比大于1，离子迁移反应器就能从低压气流向高压气流中迁移燃烧所需的氧气。任选地，所有或一部分气流538可以用于吹扫分离器512的渗透侧以加强氧气的迁移。在这种未示出的情况下，排出的渗透气流可能含有水和蒸汽。在冷却器554中冷凝出水蒸汽后，可以回收含有80-95％氧气的低纯度产品。作为一种选择，可以排出所有或部分燃烧气体以回收二氧化碳，如图1所示，因为燃烧气体的主要杂质也是水。这种设计对离子迁移反应器的要求与图1的反应器类似。热截留气流544排出离子迁移反应器-分离器532，正如上面所述，在换热器508中提供了热量，它本身被冷却，产生了气流546，该气流又在换热器504中冷却产生废气流558。在另一种结构中，用图5B传统在线尾气燃烧器或燃烧加热器560取代图5A中的离子迁移反应器。如图5B所示，透平废气流528被注入传统在线尾气燃烧器或燃烧加热器560中，与燃料气流562反应产生气流538。不管是传统在线尾气燃烧器还是燃烧加热器560都提供单独的温度控制，不稀释或降低离子迁移分离器进料的氧气浓度，但是，不能任选地将燃烧产物循环到高温燃烧器入口，或回收二氧化碳副产品。否则，这一实例的作用与图5A所述实例相同。图5A和5B能单独控制透平入口和离子迁移分离器的温度，离子迁移分离器的进料不会被燃烧产物所稀释或污染。每一实例都还具有附加的优点，离子迁移分离器进料中的氧气浓度和分压推动力不会下降，而这种下降在分离器上游有在线燃烧器或在线离子迁移反应器的情况下会发生。离子迁移透平-尾气-反应器与其它离子迁移反应器设计方案分享了易于控制燃料/氧气等效比率以得到稳定燃烧的优点。图6描述了一种生产氧气，必要时还生产氮气和二氧化碳副产品以及能量的系统。在操作过程中，进料气流600被压缩机601压缩到12atm。在回收换热器603中压缩气流602被热气流652、透平废气流646、热气流626和任选的热二氧化碳气流638加热到800-900°F，产生加热后的气流604。在换热器606中，加热后的气流被热气流618、热气流624和热气流650进一步加热，产生加热后的气流608。然后，当加热后的气流608通过加热器管611时，在离子迁移反应器-加热器610中被加热到离子迁移温度。将气流608的温度提高到离子迁移分离器温度所需的热量由如甲烷的燃料气流614的反应产生。加热后的气流608从离子迁移反应器-分离器中排出并被分成两股，一部分成为气流618，它通过换热器606，然后注入燃烧器632，另一部分注入离子迁移分离器621中，当气体流过离子迁移膜622时，所含氧气的50-75％被分离出来，离子迁移膜622具有截留侧622ab和渗透侧622b。正如前面所述，气流650在换热器606中冷却产生气流652，而该气流又在换热器603中冷却产生氧气流654。截留气流620通过离子迁移反应器-加热器610，提供了在阴极或迁移膜612渗透侧612b进行反应所需的氧气，同时，从阴极或迁移膜612的截留侧612a分离(strip)出残留的氧气。正如上面所述，截留气流624在换热器606中冷却产生气流626，而该气流又在换热器603中冷却产生系统压力的氮气产品气流628。这一氮气产品气流优选含有至少95％体积的氮气，进一步99％体积的氮气。氧气的含量可以达到少于百万分之十。渗透气流634与气流630合并形成气流631。任选地，所有或一部分气流634可以成为气流638。气流638在换热器603中冷却产生气流640，该气流可以排放或经冷凝出水后回收CO2。气流631进入燃烧器632，与燃料气流615反应产生反应产物气流642。气流642处于所需的透平入口温度下，通常是2400°F，被注入644产生驱动压缩机601的能量、废气流646和多余的能量647。正如前面所述，废气流646在换热器603中被压缩气流602冷却产生产品废气流648。图6所示实例中的离子迁移反应器610基本上起除氧单元的作用。空气流608的分配比例取决于在透平644不至于过渡恶化的情况下能从获取多少产品。通过向燃烧器进料中返回一些氮气流可以调节氮气/氧气产品的比率。与前面的一些方案一样，来自离子迁移反应器的反应产物可以与进入燃烧器632主进料混合，或全部或部分地作为二氧化碳副产品排出。离子迁移反应器-加热器610的设计应控制反应热的除去，维持离子迁移反应器元件的温度尽可能均匀。很明显，这一装置的优点是允许以氮气产品的形式回收一部分进料空气，在宽范围内调节氮气/氧气产品比率，同时保持了本发明其它实例的大多数优点。在许多较小的“低成本”气体透平中，透平入口温度一般限制在1400°F-1800°F(与离子迁移分离器的操作范围相同)以降低投资成本。很明显，在这些情况下，单独的高温燃烧器被省略了。然而，仍能使用前面这些图中显示的方案，保留前面引证的许多优点。图7描述了一种用于较小气体透平的实例，透平的特征在于中等入口温度1905°F(1040℃)。在这一情况下，因为透平入口温度在离子迁移所需的温度范围内，所以不需要第二燃烧器。在下面描述的特定实施例中，要求回收大部分的所含氧气和二氧化碳副产品。在操作过程中，进料气流700由压缩机701压缩到12atm。在回收热量的换热器704中，压缩气流702由热气流780、热气流717加热到800-900°F，产生加热后的气流706。然后，当它通过加热器管708时，加热后的气流706在离子迁移反应器-分离器710被加热到离子迁移温度。将气流706的温度提高到离子迁移所需温度的热量是由如甲烷的燃料气流790反应产生的。加热的气流706作为气流714从离子迁移反应器-加热器排出，被注入到离子迁移分离器720中，气体流过离子迁移膜722，离子迁移膜722具有截留侧722a和渗透侧722b，由于离子迁移氧气从截留侧迁移到渗透侧。截留气流716被引导到离子迁移反应器710，通过离子迁移提供在渗透侧712b反应所需的氧气。截留气流718与764合并形成透平入口气流774。透平入口气流744注入到气体透平776中以产生驱动压缩机701的能量782、废气流780和多余的能量781。正如上面所述，废气流780在换热器704中被压缩气流702冷却产生784，该气流又在换热器788中冷却产生氮气和水或水蒸汽的气流786。燃料气流790被引入到离子迁移反应器710的渗透侧与渗透过来的氧气反应，从而提供所需的热量。排出的燃烧产物792用于吹扫离子迁移分离器720的渗透侧，通过降低渗透侧的平均氧气分压加强氧气的迁移。合并的渗透气流717含有主要被蒸汽和CO2稀释的氧气。气流717在换热器704冷却产生气流719，而该气流又在换热器788中冷却产生气流767。在冷凝器780中冷凝出水后，可以在单独的分离器752中从物流791除去所得到的水，产生水流755和水饱和的低纯度氧气产品气流754。必要时，可以在干燥器中除去所含有的水，在下游使用如图4中描述的分离器464通过如膜方法或变温吸附方法除去CO2。物流754中的CO2含量通常为5-25％，这取决于过程条件。为了利用可获得的废热并使透平中流动体积(flowvolume)的损失最小，分离出来的水流755优选通过水泵760加压到适当的压力，作为物流761通过锅炉-过热器换热器788产生物流762，而该物流又通过回收换热器704产生物流764。正如上面提及的，物流764与热截留物流718合并，注入到透平774中。根据可获得的热量和换热器成本，可以在泵760的吸入口通过物流750加入额外的水以进一步降低透平776中的体积流量和能量的损失。很明显，可以用反应器-分离器来代替单独的离子迁移单元。还可以明显看出，使用来自离子迁移反应器的燃烧气体的一般概念可以用于使用离子迁移分离器或透平下游的燃烧器的系统中。表Ⅲ和Ⅳ说明图7所示实例回收了进料气流中的大部分氧气，提供了易于分离的混合氧气-二氧化碳产品气流，只使用从气体透平中输出的少量能量从给定的实施例中可以看出，消耗530kW或2.65kW/TPD的能量，除二氧化碳以外还能生产200TPD的氧气。增加的成本是离子迁移反应器-加热器、锅炉过器、循环剩余的水、能省掉燃烧器的更完善的回收器。由于使用离子迁移反应器取代了燃烧器，所以另一优点是完全消除了NOx。应当注意到，废气主要含有水、氮气和氧气，在一实施例中，氧气占不凝气的百分比仅为约3％。因此，废气是回收氮系统的理想进料。合适的系统是接有离子迁移除氧设备的膜或PSA/TSA干燥器。在要回收氮气的情况下，可以使用从废气中冷凝出来的水，从而降低了向系统中供应的外部水量。实施本发明所需的元件是适当设计的离子迁移反应器、反应器-加热器和反应器-分离器单元。正如前面所指出的，这些装置的设计必须包括控制反应热，使离子迁移反应器元件的温度不过分偏离，并在均匀的温度下操作以使效率最高。离子迁移模件的常用操作参数如下温度对于离子迁移模件，温度通常是400℃-1500℃，优选600℃-120℃。蒸汽透平通常在350℃-600℃下操作。气体透平通常在800℃-1500℃下操作。压力吹扫侧的压力通常是1atm-40atm，优选为1atm-10atm。如果需要加压氮气产品或离子迁移废气进入气体透平以产生能量，则进料侧的压力为1atm-40atm，否则，为1atm-10atm。气体透平的入口压力通常为5atm-40atm，废气压力通常为1atm-1.5atm。对于Rankine循环，蒸汽发生器通常产生10atm-50atm的蒸汽。离子迁移膜的氧离子导电性通常在0.01-100S/cm的范围内(1S=1/欧姆)。离子迁移膜的厚度离子迁移膜可以质密薄膜的形式或支承在多孔基材上的薄膜形式使用。离子迁移膜/层的厚度(t)通常小于5000微米，优选小于1000微米，特别优选小于100微米。形状离子迁移元件通常可以是管状或平板状。在这里所用的术语“元素氧”是指氧未与元素周期表中其它元素结合。通常以双原子的形式存在，元素氧包括单一的氧原子、三原子的臭氧、以及未与其它元素结合的其它形式的氧。为方便起见，本发明的具体特点示于一幅或多幅附图中，每一特点都可以和本发明的其它特点结合使用。此外，在不脱离本发明精神的情况下，可以对给定的实施例做出改动和改进。本领域内的技术人员可以认识到其它方案，它们都包括在权利要求的范围内。权利要求1．一种生产至少一种氧气产品气流和能量的方法，该方法包括(a)压缩含有元素氧的进料气流；(b)提供至少第一和第二离子迁移膜部件，每一膜部件在膜部件的一侧具有截留区，在另一侧具有渗透区；(c)用在第一离子迁移膜部件的渗透区内反应产生的热量加热进料气流，以产生加热后的进料气流；(d)用第二离子迁移膜部件，将加热后的进料气流分离成截留侧的贫氧气流和渗透侧的含氧气流；(e)当要膨胀的那股气流由第一渗透区内的反应被直接或间接加热后，在气体透平中从至少一股要膨胀的气流获取能量，以产生能量；和(f)回收含氧气流作为氧气产品气流。2．权利要求1的方法，其中第一膜部件是反应器膜，第二膜部件是与反应器膜分开的不同的分离器膜。3．权利要求1的方法，其中第一和第二膜部件是一个整体膜结构中的不同部分。4．权利要求1的方法，其中在第一离子迁移膜的渗透区进行的反应，包括使渗透穿过第一离子迁移膜部件的氧气与第一燃料气流反应，产生第一燃烧产物气流。5．权利要求4的方法，进一步包括从第一燃烧产物气流中获得二氧化碳产品气流。6．权利要求5的方法，其中的二氧化碳的获得包括从第一燃烧产物气流中除去水或水蒸汽。7．权利要求4的方法，其中至少一部分燃烧产物气流用于吹扫第二离子迁移膜部件的渗透区，以加强氧离子迁移通过第二膜部件。8．权利要求7的方法，进一步包括从含氧气流中分离二氧化碳。9．权利要求1的方法，进一步包括使贫氧气流在燃烧器中与燃料气流反应产生第二燃烧产物气流，并将第二燃烧产物气流作为要膨胀的气流引导到透平中。10．权利要求1的方法，进一步包括使至少一部分第一燃烧产物气流与至少一部分来自离子迁移分离器膜的渗透侧的贫氧气流合并，以形成聚集气流；在燃烧器中使聚集气流与第二燃料气流反应，产生第二燃烧产物气流；将第二燃烧产物气流作为要膨胀的气流引导到透平中。全文摘要一种至少生产氧气产品气流和能量的方法,该方法包括压缩含有元素氧的进料气流,在离子迁移膜部件的截留侧加热进料气流,产生加热后的进料气流。渗透穿过离子迁移反应器膜部件的氧气与第一燃料气流反应,产生第一燃烧产物气流。使用具有截留侧和渗透侧的离子迁移分离器膜部件,将加热后的气流分离成截留侧的贫氧气流和渗透侧的含氧气流。可以回收至少一部分第一燃烧产物气流,并从至少一股要在气体透平中膨胀的气流中获取能量以产生能量。文档编号B01D53/22GK1217586SQ98122490公开日1999年5月26日申请日期1998年11月17日优先权日1997年11月18日发明者R·普拉萨德,C·F·戈茨曼申请人:普拉塞尔技术有限公司