[发明专利]一种加压氧化化学链空分制氧装置及制氧方法

说明书

本发明涉及一种加压氧化化学链空分制氧装置及制氧方法，首先将空气通过空压机加压后通入反应器，与还原态载氧体发生反应，载氧体完全氧化后停止通入加压空气；接着将反应器内压力降至大气压，然后通入常压惰性气体进行还原反应放出氧气，制备的氧气被惰性气体带出，两个反应器交替循环工作连续生产。本发明方法与现有化学链制氧技术相比能显著降低制氧功耗，同时提高化学链空分制氧效率。

技术领域

本发明属于空分制氧技术领域，具体涉及一种加压氧化化学链空分制氧装置及制氧方法。

背景技术

化学链制氧技术是一种新的制氧方法，相比于深冷法分离空气制氧，它具有能耗低、成本低、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，可以产生富氧气体或纯氧等。然而传统的化学链制氧技术多集中于常压下操作，载氧体还原时需要外部的热能供应来维持反应进行，导致整个过程能源消耗大。在节能减排的倡导下，有必要开发一种低能耗、经济高效的化学链空分制氧装置及方法。

发明内容

本发明针对现有常规化学链高温分离空气制氧技术载氧体还原时所需的外部热能供应过大等不足，提出了一种加压氧化化学链分离空气制氧的设备和方法，采用该方法可以显著降低载氧体还原时所需的外部热能。为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种加压氧化化学链空分制氧装置，包括空压机(1)、换热器(2)、第一反应器(3)、第二反应器(4)、第一外部加热装置(5)、第二外部加热装置(6)、气涡轮机(17)、减压阀(18)，其中空压机(1)通过第一高压空气流量控制阀(9)、第二高压空气流量控制阀(10)可分别为反应器输送高压空气，反应后得到的欠氧空气经第一欠氧气流量控制阀(13)、第二欠氧气流量控制阀(14)后进入气涡轮机(17)和换热器(2)降温排放，高压惰性气体可分别通过第一高压流量控制阀(11)、第二高压流量控制阀(12)进入反应器内，常压惰性气体也可分别通过第一常压流量控制阀(7)、第二常压流量控制阀(8)进入反应器，反应器内制备得到的富氧气通过第一富氧气流量控制阀(15)、第二富氧气流量控制阀(16)以及减压阀(18)进行收集处理，所述第一外部加热装置(5)和第二外部加热装置(6)分别设置在第一反应器(3)和第二反应器(4)上。

上述方案中，所述加压氧化化学链空分制氧装置还包括与减压阀(18)相连的冷却器(19)以及气液分离器(20)。

一种加压氧化化学链空分制氧方法，包括以下步骤：

(a)新鲜空气经空压机(1)加压、换热器(2)换热后，通过第一高压空气流量控制阀(9)进入第一反应器(3)内与还原态载氧体反应，反应后的欠氧空气经第一欠氧气流量控制阀(13)、气涡轮机(17)和换热器(2)排出，待还原态载氧体氧化完全后停止向反应器内通入高压空气；

(b)将高压惰性气体经由第一高压流量控制阀(11)通入到第一反应器(3)中，待残余的欠氧空气被完全赶走后停止通入高压惰性气体；

(c)打开第一富氧气流量控制阀(15)、减压阀(18)对第一反应器(3)进行降压，待第一反应器(3)内压力降至大气压时，通过第一常压流量控制阀(7)向第一反应器(3)中输入常压惰性气体进行还原反应，释放出的氧气被惰性气体经由第一富氧气流量控制阀(15)和减压阀(18)带出；

(d)待第一反应器(3)降至设定温度时启动第一外部加热装置(5)使载氧体在设定温度下继续释氧，载氧体完全反应后停止通入常压惰性气体；

(e)第二反应器(4)及相关第二装置按照步骤a-d进行制氧；

(f)第一反应器(3)和第二反应器(4)按照上述步骤交替操作制氧。