[发明专利]氧与粗氮的制取方法与装置

说明书

本发明涉及氧与粗氮的制取方法与装置，特别是在常温条件下，以物理方法将空气直接分离成氧与粗氮产品的方法与装置。

空气作为制取氧与氮的原料，随处皆有，但是大多数用户不能在需用氧、氮之处，就地分离空气制取氧、氮产品。原因是目前广泛使用的深冷空分装置价格昂贵，运行工艺复杂，操作难度大。除了较大的企业自建深冷空分装置外，小企业与零星用户便只好使用高压钢瓶运输，储存氧与氮气。不但成本高，而且极不方便。

深冷空分技术，是先将空气深冷液化，再利用其组分的沸点差别，经精馏而分离为氧、氮的。此方法与装置能够分离出高纯度的氧、氮产品，但因需要将空气深冷至77K低温，所以整个工艺流程使用设备多，吨位大，以致基建投资很高。

因为深冷空分成套装置须固定安装而后运行。所产氧、氮气除近距离以管道输送外，远处用户需充装于高压钢瓶中运输与储存，以致运输效率低、费用高，且有爆炸危险。偏远地区尤为不便。

深冷空分工艺中有大量的冷量损失，能耗大，增加了产品成本。

深冷空分工艺中存在液氧与乙炔发生爆炸的危险。生产工艺精细复杂、运行操作难度大，需专业人员操作管理。由于上述原因，在人类的生活与生产领域中，绝大多数宜用纯氧助燃的过程，是用空气助燃的。这一状况，使得所获热效率很低，能源遭到了极大的浪费。在医疗保健事业中，尤其是边远地区，氧的来源也是困难的。农产品的除虫、保鲜储存，也因广大农业地区缺少氮源而难以施行。

本发明的目的是：

提供一种氧与粗氮（除氧之外的空气组分。以下同此）的制取方法，一种可以在常温条件下，直接将空气分离为氧与粗氮产品的方法。

提供一种氧与粗氮的制取装置，一种可以在常温条件下、直接将空气分离为氧与粗氮产品的装置。

本发明所提供的制取氧与粗氮产品的方法与装置还有如下目的：

作业过程耗能少，产品成本低;

工艺流程中没有氧与乙炔发生爆炸的危险;

工艺流程简单，装置容易操作管理;

所提供的装置是微型的至工业规模产量的;

装置是可移动的，以至是可携带的;

所提供的方法与装置，随着氧温度的降低，而分离效率提高。

所提供的方法与装置可以在需用氧或/和粗氮之处，随时随地直接将空气分离为氧与粗氮产品，即制即用、停机即无，无需高压钢瓶运输与储存，安全无险。

按照本发明的目的，提供了一种制取氧与粗氮产品的方法，其特征是：

使空气进入非均匀或梯度空间磁场，空气中的氧便受到梯度磁场一个指向磁场强度增大方向的作用力，被吸引到梯度磁场中磁场强度最高的区域，使用温度差或/和压力差的方法，将氧从磁场中经一通道输出，加以收集，得氧产品;空气中的粗氮受到梯度磁场指向磁场强度减小方向的作用力，被排斥向磁场之外，从而与氧分离，加以收集，得粗氮产品。

按照本发明的目的，提供了一种制取氧与粗氮产品的装置，其特征是，装置具有：

一个或一个以上与空气源连通的非均匀或梯度空间磁场，该磁场由一个或一个以上的永磁体，或常规电磁体，或者是超导电磁全所产生。

装置还有：引导空气进入梯度磁场的装置，使空气在梯度磁场内按照确定的轨迹流动的装置，用于从梯度磁场中输出氧产品的装置以及用于输出被梯度磁场所排斥的粗氮的装置。

在空气各组分中，氧是顺磁性物质，而粗氮（氮、二氧化碳、氩、氖、乙炔等）则属于反磁性或抗磁性物质。这两类物质的磁化率不但具有相反的符号，而且有极大的数值差。因此，将空气驱入非均匀或梯度磁场，氧与粗氮将受到梯度磁场方向相反的作用力，获得方向相反的加速度而进行分层，且可加以分流，从而直接将空气分离为氧与粗氮产品。

氧的顺磁化率与其温度成反比，因而，以磁场力分离空气的方法与装置，随介质温度的降低而增大分离效率。由于氧在常温中即具有很高的顺磁化率（顺磁化率反比于介质温度），而氮与其他空气组分则具有反磁化率（与温度无关），所以本发明所提供的制取氧与粗氮产品的磁力空分方法与装置，可以在常温条件下将空气按顺磁质与反磁质直接分离为氧与粗氮产品。随着空气温度的降低而分离效率增大。

因为磁力空分方法的作用原理和作业过程简单，磁力空分装置的结构也很简单，可以制成体积小、重量轻的携带式的，也可以制成较大的多个装置组合而具有工业规模产量的磁力空分装置。使用高场强高梯度的超导电磁体的磁力空分装置，其体积与重量则远较相同产量的现有空分装置为轻小。