[发明专利]化学链空气分离技术制备高纯氧气的装置及方法

权利要求书

1.一种化学链空气分离技术制备高纯氧气的装置，其特征在于：包括流化床（1）、旋风分离器（2）、固定床（3）、余热锅炉（4）、冷凝器（5）、布袋除尘器（6）和储气柜（7），其中，流化床排气口（8）连接旋风分离器进气口（32），旋风分离器（2）底部的料腿（10）伸入固定床（3）内部，并与固定床（3）连接，固定床卸料口（25）连接流化床进料口（33），旋风分离器排气口（9）连接余热锅炉烟气进口（29），余热锅炉水蒸气出口（18）连接固定床水蒸气入口（27），余热锅炉冷凝水进口（19）连接冷凝器冷凝水出口（34），冷凝器空气出口（21）连接流化床空气进口（14），冷凝器混合气体进口（23）连接固定床混合气体出口（11），冷凝器氧气出口（22）连接布袋除尘器氧气进口（26），布袋除尘器出口连接储气柜（7）进口。

2.根据权利要求1所述的化学链空气分离技术制备高纯氧气的装置，其特征在于：所述的固定床（3）外侧设置有加热保温装置（31）；所述的固定床（3）上端设置有装料口（28），下端设置有固定床放料口（12）；所述的流化床（1）下端设置有流化床放料口（15）。

3.根据权利要求1所述的化学链空气分离技术制备高纯氧气的装置，其特征在于：所述的流化床进料口（33）与固定床卸料口（25）之间设置有卸料口流量阀（13）；所述的固定床水蒸气入口（27）与余热锅炉水蒸气出口（18）之间设置有水蒸气流量控制阀（16）；冷凝器冷空气进口（20）处设置有空气流量控制阀（24）。

4.根据权利要求1所述的化学链空气分离技术制备高纯氧气的装置，其特征在于：所述的余热锅炉水蒸气出口（18）连入蒸气管网（17）或者带动汽轮机发电。

5.根据权利要求1所述的化学链空气分离技术制备高纯氧气的装置，其特征在于：所述的固定床卸料口（25）与水平面夹角为30°～60°。

6.根据权利要求1所述的化学链空气分离技术制备高纯氧气的装置，其特征在于：包括流化床（1）、旋风分离器（2）、固定床（3）、余热锅炉（4）、冷凝器（5）、布袋除尘器（6）和储气柜（7），其中，

固定床（3）：是用于承载载氧体并为载氧体进行脱氧反应提供环境的装置；

流化床（1）：是用于为固定床（3）脱氧后的载氧体进行氧化反应提供环境的装置；

旋风分离器（2）：是用于将流化床（1）排出气体中的贫氧空气和载氧体粒子分离的装置；

冷凝器（5）：是用于对固定床（3）排出的氧气和水蒸气进行冷凝分离，并与冷空气进行热交换的装置；

余热锅炉（4）：是用于为固定床（3）提供水蒸气的装置。

7.采用权利要求1所述的化学链空气分离技术制备高纯氧气的装置制备高纯氧气的方法：

其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、根据流化床工作温度选择金属氧化物和惰性载体制备载氧体，并选出粒度在100μm～500μm范围内的载氧体，通过固定床装料口将载氧体放置于固定床内；

步骤2、开启固定床加热保温装置，直至固定床内的温度达到载氧体脱氧反应的反应温度；

步骤3、开启固定床的水蒸气流量控制阀，余热锅炉所产生水蒸气通过固定床水蒸气入口进入固定床内，固定床中载氧体发生氧脱氧反应，生成氧气；

步骤4、当固定床中载氧体完全脱氧后，开启固定床卸料口流量阀，脱氧后的载氧体进入流化床内；

步骤5、开启冷凝器的空气流量控制阀，冷空气进入冷凝器中并与固定床释放的氧气和水蒸气进行热交换，水蒸气冷凝成水流入余热锅炉，氧气通过布袋除尘器进入储气柜中储存；

步骤6、换热后的空气通过流化床空气进口进入流化床内，并与脱氧后的载氧体发生氧化反应，生成贫氧空气和再生载氧体；

步骤7、开启旋风分离器，分离流化床释放的贫氧空气和再生载氧体颗粒，再生载氧体颗粒通过旋风分离器料腿返回固定床，即返回执行步骤2；装置运行平稳后，根据化学反应所需量，调节卸料口流量阀、水蒸气流量控制阀和空气流量控制阀；若达到氧气需求量，则停止装置，通过放料口清空流化床和固定床，并将多余的水蒸气排入蒸气管网或带动汽轮机发电。

8.根据权利要求7所述的化学链空气分离技术制备高纯氧气的方法，其特征在于：步骤1

所述的根据流化床工作温度选择金属氧化物和惰性载体制备载氧体，

当流化床工作温度在900℃~1300℃时，金属氧化物包括Co₃O₄、CoO、CuO、Cu₂O、Mn₂O₃、Mn₃O₄；惰性载体包括Al₂O₃、SiO₂、TiO₂、ZrO₂、MgAl₂O₄、YSZ；

当流化床工作温度在400℃~900℃时，金属氧化物包括CrO₂、Cr₂O₃、MnO₂、Mn₂O₃、PbO₂、Pb₃O₄、SrO₂、SrO；惰性载体包括Al₂O₃、SiO₂、TiO₂、ZrO₂、MgAl₂O₄、YSZ；

其中，金属氧化物与惰性载体的质量比介于4：6~8：2之间；

所述的制备载氧体的方法包括机械混合法、溶胶-凝胶法、凝胶-凝胶燃烧合成法、柠檬酸法、喷雾干燥法、冷冻成粒法、浸渍法。