[发明专利]一种高纯氧气的制备装置及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高纯氧气的制备装置及其制备方法，解决了在船舶上制取高纯氧的技术难题。包括在船舶上设置的变压吸附法制氧装置和碳基分子筛制氧装置，在碳基分子筛制氧装置中的碳基分子筛吸附罐（12）中的分子筛的微孔结构为2.8A‑2.9A；在制备气输入管（11）上设置有第二空气压缩泵（16），93%氧含量的制备好的氧气输出管（10）通过第二空气压缩泵与制备气输入管连通，制备气输入管通过入气阀与碳基分子筛吸附罐（12）连通，在碳基分子筛吸附罐上还分别设置有氩气排出管（13）和高纯氧解吸输出管（14），高纯氧解吸输出管通过解吸输出阀与高纯氧贮存罐（15）连接。达到由空气直接制取99.5%氧气的目的。

技术领域

本发明涉及一种制氧气装置，特别涉及一种高纯氧气的制备装置及其制备方法。

背景技术

长期以来，船舶在海洋中航行的用氧主要依赖于船体上所携带的氧气瓶，氧气瓶需要在港口进行补给，氧气瓶中的氧气一般是在岸上基地以深冷空分法制取的。现有的深冷空分法制取高纯氧气的设备占地面积大，在船舶上布置难以实现，同时，受船上场地的局限，船舶所携带的高纯氧气瓶数量有限，制约了船舶的远洋航行时间。随着大吨位新型远洋船舶的发展，船舶航行中对高纯氧的需求量越来越大了，用较少的空间来实现船舶上现场制备高纯氧气，成为目前急需要解决的问题。变压吸附法是一种在密闭吸附塔容器内通过加压吸附和减压解吸的方法进行制氧气的方法，压缩机将空气压缩到0.8MPa，经净化后的压缩空气进入制氧吸附塔中后，氧分子被吸附到制氧吸附塔中的分子筛上，经过60到70秒的吸附时间，分子筛吸附饱和，关闭进气阀，打开排空阀，排出没有被吸附的氮气，然后，再对氧分子筛进行减压解吸，解吸时间为5-10秒，解吸出的氧气通过产气阀被送往氧气储罐的；一般密闭吸附塔容器是成对设置的，通过自动控制程序控制两个吸附塔交替进行吸附和解吸，从而实现连续不断产出氧气的目的。变压吸附法所得到的氧气是含有氩气的，此方法中所使用的分子筛为沸石分子筛，是一类具有微孔立方晶格的沸石型结晶铝硅酸盐，基本结构单元是四个氧阴离子围绕一个较小的硅或铝离子形成的四面体，一般含有Li⁺、Na⁺、Ca²⁺等金属阳离子，它利用氮氧两种气体分子的电四极矩不同进行氮氧分离，在阳离子的作用下，电四极矩大的氮气分子优先被分子筛吸附，而电四极矩小的氧气分子和惰性氩分子在沸石表面吸附能力很差，这样用变压吸附法将氮与氧、氩分离，分离后产品气中氧与氩的比例为：20.94：0.93，所以，分离后混合气体中氧气的最高浓度为20.94÷（20.94+0.93）×100%=95.75%。碳基分子筛是一种微孔结构的速度分离型吸附剂，是通过分离不同直径的气体分子来实现气体分离的。在用压缩空气制取氮气设备中，由于压缩空气中氮气约占78%，而氧气约占21%，因此，碳基分子筛大量应用于占比较大的制氮装置中，而不应用于占比较小的制氧装置中，已取得较理想的性价比。若在碳基分子筛中通入氧气占比为93%-95%的氧氩混合气体，进行氧分子和氩分子的分离，从而实现高纯度氧气的制取成为理论上的可能；但选用分子筛的微孔直径数值范围为多少，如何优化分离工艺的步序和参数，如何经济高效的将氧气纯度从93%提高到99.5%，成为现场需要摸索和解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种高纯氧气的制备装置及其制备方法，解决了在船舶上制取高纯氧的技术难题。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

本发明的总体构思是：在船舶上分别设置变压吸附法制氧装置和碳基分子筛制氧装置，先制取含氧量为93%-95%的氧氩混合气体，再将制取的93%-95%的氧氩混合气体送入到碳基分子筛制氧装置中，获得含氧纯度为99.5%的氧气。