[发明专利]一种利用中低温余热制备氧气的系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于中低温余热余能回收利用及化学链制氧技术领域，具体涉及一种利用中低温余热制备氧气的系统及方法。

背景技术

随着全球能源危机加剧，气候变暖，节能减排已引起广泛的关注，余热回收作为节能减排的一种重要手段已在工业中得以大量的应用。余热回收技术中，高温余热回收技术已比较成熟，有一种较好的余热回收技术是化学链制氧技术。

化学链制氧技术是2010年国际上提出的一种新颖的制氧方法，相比于深冷法制氧，它具有能耗低、成本低、启动时间快、操作简捷等优点，其原理是利用载氧体在释氧反应器中发生释氧反应生成氧气，释氧后的载氧体在氧化反应器中与空气反应实现氧化再生。根据释氧反应器中载气类型不同，可生产纯氧或富氧气体。目前大多采用化学链制氧技术采用金属氧化物作为载氧体，来吸收高温热能。但中低温工业余热资源特别是温度范围在200℃～500℃的余热资源的回收困难，回收效率低，导致资源浪费。

因此，有必要设计一种更好的回收利用中低温余热的系统，以解决上述问题。

发明内容

本发明针对现有中低温余热难以回收的问题，提出一种利用中低温余热制备氧气的系统及方法，将中低温工业烟气余热回收与化学链制氧技术相耦合，利用中低温余热生产纯氧或富氧气体，达到节能减排的目的。

一种利用中低温余热制备氧气的系统，包括释氧反应器和氧化反应器，所述释氧反应器的载气入口通入200℃～500℃的中低温载气，所述释氧反应器与所述氧化反应器内装设有载氧体，所述载氧体为类钙钛矿氧化物，所述中低温载气与所述载氧体在所述释氧反应器内发生释氧反应，空气或烟气与所述载氧体在所述氧化反应器内发生氧化反应，所述释氧反应器与所述氧化反应器之间设有换向阀，所述换向阀切换所述释氧反应器与所述氧化反应器的反应。

进一步，所述中低温载气为空气或纯氧或烟气。

进一步，所述释氧反应器的载气入口连接于预热器，空气或纯氧经过所述预热器预热后进入所述释氧反应器内发生释氧反应，排出富氧或纯氧气体，空气或烟气在所述氧化反应器内氧化，排出贫氧气体。

进一步，所述释氧反应器后端连接于燃烧装置，所述燃烧装置排烟口与所述预热器烟气进口相连或者直接与所述释氧反应器载气入口相连。

进一步，所述释氧反应器后端连接于储气柜，所述储气柜与所述释氧反应器气体出口相连。

进一步，所述释氧反应器和所述氧化反应器可选择的为固定床反应器、流化床反应器或移动床反应器；所述释氧反应器工作温度为250℃～500℃，所述氧化反应器工作温度为200℃～350℃。

进一步，所述释氧反应器或/和所述氧化反应器内装设有辅助加热装置。

进一步，所述载氧体为Y_1-xR_xBaCo_4-yM_yO_7±δ类钙钛矿氧化物，其中R位包括Ca、Tb、Zr、Lu、Dy、Ho、Er、Tm、Yb，M位包括Zn、Al、Pb、Sb、Mn、Cu、Cr、Fe、Ni、Ga，δ＝0～2，x＝0～1，y＝0～4，或者A_2-xR_xB_1-yM_yO_4±δ类钙钛矿氧化物，A位和R位包括La、Ba、Sr、Pr、Co、Ca、Nd、Zr、Sm、Gd、Ni、Fe、Zn、Ce，B位和M位包括Ni、Cu、Co、Fe、Mn、Ga、Ru，δ＝0～1，x＝0～2，y＝0～1。

一种利用中低温余热制备氧气的方法,包括：

步骤一：将类钙钛矿氧化物载氧体装入释氧反应器和氧化反应器中；

步骤二：向所述释氧反应器载气入口通入200℃～500℃的中低温载气，所述中低温载气与所述载氧体在所述释氧反应器内发生释氧反应，同时将空气或烟气通入所述氧化反应器内发生氧化反应；

步骤三：切换所述释氧反应器与所述氧化反应器之间的换向阀，并将空气或烟气通入所述释氧反应器内，释氧后的载氧体在所述释氧反应器内发生氧化反应，氧化再生，此时所述氧化反应器内发生释氧反应；

步骤四：重复步骤二和步骤三，连续制备氧气。

进一步，步骤一之前先制备所述载氧体，所述载氧体为颗粒状或粉末状或蜂窝状，制备颗粒或粉末状载氧体的方法包括高温固相合成法、溶胶凝胶法、共沉淀法、柠檬酸络合法，制备蜂窝状载氧体采用粉末压制烧结法。

本发明的有益效果