[发明专利]化学回路空气分离制氧装置及其方法

说明书

一种化学回路空气分离制氧装置，其可包含空气反应器及释氧反应器。空气反应器可容置还原态的第一载氧体，空气反应器可注入空气使空气与还原态的第一载氧体反应以氧化还原态的第一载氧体为氧化态。释氧反应器可设置于空气反应器内，并可容置氧化态的第二载氧体，释氧反应器可利用空气反应器产生的热能还原氧化态的第二载氧体为还原态以产生氧气。

技术领域

本发明有关于一种空气分离制氧技术，特别是一种化学回路空气分离制氧装置。本发明还涉及此化学回路空气分离制氧装置的化学回路空气分离制氧方法。

背景技术

目前，空气分离制氧技术主要包括低温蒸馏法及变压吸附法。其中，低温蒸馏法虽可产出高浓度氧气(99％)，但生产规模庞大且流程复杂，因此成本极高。相反的，变压吸附法则适合中小规模生产，但能耗较高且氧气纯度略低(93％)。

化学回路燃烧(chemical looping combustion)技术为一种兼具高能源效率且能以低成本达到二氧化碳捕获的技术。通过化学回路及合适的载氧体(Oxygen carrier)，在适当温度和氧气分压下可将载氧体中的氧气分离，故能以低能耗获得高纯度的氧气，且能同时进行二氧化碳捕获。然而，习知技艺的化学回路燃烧技术却有着不少缺点有待改进。

请参阅图1，其为现有技艺的化学回路空气分离制氧装置1的示意图。如图所示，现有技艺的化学回路空气分离制氧装置1可包含空气反应器(Air reactor)11及释氧反应器(oxygen uncoupling reactor)12。

释氧反应器12容置氧化态的载氧体OC。释氧反应器12注入惰性携带气体S，在适当温度下将氧化态额载氧体OC中的氧携出，而氧化态的载氧体OC 则被还原为还原态的载氧体RC，并输送至空气反应器11。

空气反应器11注入空气Air，使空气Air与还原态的载氧体RC反应，还原态的载氧体RC则被氧化为氧化态的载氧体OC，再输送回释氧反应器12。通过载氧体在空气反应器11及释氧反应器12之间不断的进行循环利用可达到高能源效率并有效降低成本，且能产生高纯度的氧气O₂。

然而，由于载氧体被氧化时为放热反应，而随着温度增加，氧平衡分压也会同时提高，如此则不利于载氧体恢复氧化态。

此外，载氧体被氧化时会为放热反应，故会使温度大幅上升，而若温度增加到接近载氧体的熔点，部份载氧体会产生烧结的情况，如此则会进一步降低载氧体的效能。

因此，如何提出一种化学回路空气分离制氧技术，能够有效改善现有技艺的化学回路空气分离制氧技术的各种缺点已经成为了一个刻不容缓的问题。

发明内容

有鉴于上述现有技艺的问题，本发明的其中一目的就是在提供一种化学回路空气分离制氧技术，以解决现有技艺的化学回路空气分离制氧技术的各种问题。

根据本发明的其中一目的，提出一种化学回路空气分离制氧装置，其可包含空气反应器及释氧反应器。空气反应器可容置还原态的第一载氧体，空气反应器可注入空气使空气与还原态的第一载氧体反应以氧化还原态的第一载氧体为氧化态。释氧反应器可设置于空气反应器内，并可容置氧化态的第二载氧体，释氧反应器可利用空气反应器产生的热能还原氧化态的第二载氧体为还原态以产生氧气。

在一较佳的实施例中，第一载氧体可为铜系载氧体、镍系载氧体、钙系载氧体、锰系载氧体、铁系载氧体或钴系载氧体，而第二载氧体可为铜系载氧体、锰系载氧体或钴系载氧体。

在一较佳的实施例中，化学回路空气分离制氧装置更可包含燃料反应器，燃料反应器可注入燃料，并可与空气反应器连接以接收氧化态的第一载氧体，并可与燃料反应以还原氧化态的第一载氧体为还原态。

在一较佳的实施例中，化学回路空气分离制氧装置更可包含第一流化反应器，第一流化反应器可与燃料反应器连接以输送还原态的第一载氧体。