[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

说明书

技术领域

本发明属于化学链技术及空气分离制备氧气领域，具体涉及一种化学链空气分离技术制备高纯氧气的装置及方法。

背景技术

氧气是世界上最重要的化学原料之一，广泛应用于化工、冶金、国防、环境保护、医疗等领域。2009年全球氧气的需求量为850亿立方米，位居世界上气体生产量的第二位，约占气体生产市场份额的30%，并以每年约6%的速度增长。空气分离是目前最主要的氧气制备技术包括：低温精馏、变压吸附以及膜分离术，其中低温精馏技术是最常见也是最成熟的空气分离制取氧气和氮气的技术，已有近90年历史。它的优点是产品纯度高、产量高、种类多，氧浓度在99.6%以上，可同时生产高纯氧和高纯氮。缺点是流程复杂、操作繁琐、启动慢、投资大、成本高、能耗高。变压吸附(简称PSA)制氧是最近30年新兴的制氧技术，它的优点是设备启动快，操作简单，可实现自动化，设备制造简单，机组少，占地面积少，气体产量和纯度可调性好等。但生产的氧气纯度最高在90~93%左右，产量低，能耗高。膜分离技术兴起于二十世纪80年代，它的优点是操作简单，可在常温常压下进行生产，但存在氧气纯度低（25~50%左右），膜材料制备难，成本高等缺点。寻求一种高效，能耗低，操作简单，生产氧气纯度高的制氧技术成为亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种化学链空气分离技术制备高纯氧气的装置及方法，以达到降低制氧设备的成本、降低制氧过程能耗；制备高纯度的氧气并能够实现不同产量规模的氧气生产的目的。

一种化学链空气分离技术制备高纯氧气的装置，包括流化床、旋风分离器、固定床、余热锅炉、冷凝器、布袋除尘器和储气柜，其中，流化床排气口连接旋风分离器进气口，旋风分离器底部的料腿伸入固定床内部，并与固定床连接，固定床卸料口连接流化床进料口，旋风分离器排气口连接余热锅炉烟气进口，余热锅炉水蒸气出口连接固定床水蒸气入口，余热锅炉冷凝水进口连接冷凝器冷凝水出口，冷凝器空气出口连接流化床空气进口，冷凝器混合气体进口连接固定床混合气体出口，冷凝器氧气出口连接布袋除尘器氧气进口，布袋除尘器出口连接储气柜进口。

所述的固定床外侧设置有加热保温装置；所述的固定床上端设置有装料口，下端设置有固定床放料口；所述的流化床下端设置有流化床放料口。

所述的流化床进料口与固定床卸料口之间设置有卸料口流量阀；所述的固定床水蒸气入口与余热锅炉水蒸气出口之间设置有水蒸气流量控制阀；冷凝器冷空气进口处设置有空气流量控制阀。

所述的余热锅炉水蒸气出口连入蒸气管网或者带动汽轮机发电。

所述的固定床卸料口与水平面夹角为30°～60°。

化学链空气分离技术制备高纯氧气的装置，包括流化床、旋风分离器、固定床、余热锅炉、冷凝器、布袋除尘器和储气柜，其中，

固定床：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：是用于为固定床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：是用于将流化床排出气体中的贫氧空气和载氧体粒子分离的装置；

冷凝器：是用于对固定床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：是用于为固定床提供水蒸气的装置。

采用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：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；