[其他]用液相變溫法進行空氣的化學分離

在審

• 申請號: 101986000005327
• 申請日: 1986-08-26
• 公開（公告）號: CN1003641B
• 公開（公告）日: 1989-03-22
• 發明（設計）人: 唐納德·C·埃里克森
• 申請（專利權）人: 氣體產品與化學公司
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 羅才希

一種以變溫吸收方式從空氣中分離氧的方法。該方法是通過堿金屬硝酸鹽和亞硝酸鹽的氧接受體來進行的。

本發明涉及利用變溫工藝系統從空氣中分離氧，也可以有選擇地分離氮。當應用于含包括至少約0.25%氧化物的堿金屬硝酸鹽和亞鹽混合物的液相氧接受體時，該系統提供了獨特的、意想不到的效果。

過去主要有兩種分離空氣的化學方法：一種是利用固相BaO作為氧接受體的白林氏法，一種是用苛性MnO₂的DuMotay法。起初這些方法都是間歇式的變溫或變壓方法。用變溫法時，解吸器的溫度高于吸收器;用變壓法時，吸收器壓力高于解吸器。

最近，白林氏和Du Motay兩種方法的連續式工藝已公開。美國專利第3，121，611和4，089，938號公開了含MnO₂的混合物的連續循環工藝過程。其中含MnO₂的混合物在吸收器與解吸器間進行絕熱循環，由于沒有間接熱向氧接受體輸入或輸出，所以吸收器與解吸器幾乎處于相同的溫度。無需使總壓不同即可獲得變壓效果，方法是引入惰性氣提氣體（蒸汽）以降低的氧分壓，而該氣提氣體是很容易從產品氧氣中分離出來的。

美國專利3，310，381公開了白林氏的連續式工藝過程，該方法采用變壓和變溫的綜合工藝。空氣與氧氣接受體在溫度約為600℃、壓力略高于大氣壓的熱交換式吸收器中并流（即非絕熱吸收器）接觸。氧化的接受體在火焰加熱器中加熱至溫度為800℃，再降壓以解吸O₂，并導致溫度下降至約720℃。由于固態BaO和純液態BaO始終存在于接受體，整個系統是恒定的，即氧的分壓白溫度嚴格控制。

美國專利3，766，718公開了利用液體K₂O₂作為氧接受體的連續式變壓方法。

美國專利4，340，578、4，287，170和4，521，398公開了利用堿性硝酸鹽和亞硝酸鹽混合液作為氧接受體的連續式變壓空氣分離方法。接受體在整個工藝過程始終處于液體狀態，并在絕熱環路中循環，即無人為的間接熱交換。美國專利4，132，766公開了以相同的接受體進行等溫循環的工藝，在等溫循環中解吸器的熱間接地傳送到吸收器。

在以下所有方法中，要么要求吸收器與解吸器之間有較大的壓差，這就需要大量投資于壓縮和蒸發設備;要么為避免這些投資，就需利用大量熱流的大熱量轉換（相當于200℃的溫度變化）或加入不必要的大量惰性解吸氣體（即產生每1摩爾氧氣需要多于10摩爾蒸氣。）

我們所需要的是這樣一種分離空氣的化學方法，在該方法中，為了使加壓設備費用減至最小，吸收器和解吸器之間的壓差必須小于3個大氣壓，在該方法中，也不需要容易得到的惰性解吸氣體，且不需巨大熱流進出接受體便可獲得高回收率（最后作為O₂產物的百分率）。

如果將液相堿性硝酸鹽-亞硝酸鹽接受體應用于已公開的先有技術中的連續式變溫方法，例如美國專利3，330，381，上述頭兩個目的則容易達到。然而，若要求80%或更好的合理回收率，那么，鹽傳入或放出的熱必須極大過量。低回收率同樣不合乎需要，因為此時為達到給定的O₂產量必須處理更多的空氣，因而需要更多的裝置和資金。可以預見，使用堿性亞硝酸鹽-硝酸鹽接受體比用白林氏接受體的變溫方法所要求的熱流量為高，其原因之一是前一接受體的反應熱更高。約需46千卡/每解吸一摩爾的O₂，而BaO₂只需39千卡/每解吸一摩爾氧。

在先有技術中。白林氏方法使接受體加熱升溫200℃以達800℃，然后閃蒸以釋放氧，冷卻接受體至720℃。80℃的冷卻幅度相當于39千卡/每產生一摩爾的反應熱，所以總熱量需200/80×39或97.5千卡/摩爾O₂。如果液態硝酸鹽接受體應用于同一方法中，預期所需熱量則為200/80×46或115千卡/摩爾O₂。相反，本文現公開的方法只需少于80千卡/摩爾O₂。