[發明專利]一種利用化學鏈空氣分離制備氧氣的裝置及方法

有效

• 申請號: 201410099619.2
• 申請日: 2014-03-18
• 公開（公告）號: CN103864021A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 王文舉;程明;王杰
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C01B13/08
• 分類號: C01B13/08
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

1.一種利用化學鏈空氣分離制備氧氣的裝置，其特征在于：包括鼓泡流化床反應器（1）、分布板（2）、第一布風板（3）、第一旋風分離器（4）、快速流化床反應器（5）、第二旋風分離器（6）、返料機構（7）、第二布風板（8）、冷凝器（9）、余熱鍋爐（10）、氧氣凈化器（23）和集氣瓶（24）；其中第一布風板（3）設在鼓泡流化床反應器（1）的底部，分布板（2）將鼓泡流化床反應器（2）內部腔體分為上下兩部分，下半部分為快速提升段，上半部分為主要流化反應段；鼓泡流化床反應器（1）的出口與第一旋風分離器（4）連接；第一旋風分離器（4）的氣體出口（11）與冷凝器（9）的混合氣進氣口（12）連接，第一旋風分離器（4）的固體出口（28）與快速流化床反應器（5）連接；快速流化床反應器（5）的底部設有第二布風板（8），快速流化床反應器（5）的出口與第二旋風分離器（6）連接，第二旋風分離器（6）的固體出口（29）與返料機構（7）連接；返料機構（7）與鼓泡流化床反應器（1）腔體的下半部分相連接；第二旋風分離器（6）的氣體出口（22）與余熱鍋爐空氣入口（18）連接；余熱鍋爐冷凝水入口（17）與冷凝器冷凝水出口（15）連接，余熱鍋爐（10）的水蒸氣出口（19）與鼓泡流化床反應器（1）的水蒸氣入口（21）相連接，余熱鍋爐（10）的空氣出口（20）用于將換熱后的空氣排出；冷凝器（9）的空氣入口（13）輸入冷空氣，冷凝器（9）是的空氣出口（14）與快速流化床反應器（5）的空氣入口（23）連接，冷凝器（9）的氧氣出口（16）與氧氣凈化器（23）的進氣口（25）連接，用于凈化所制備的氧氣；氧氣凈化器出氣口（26）與集氣瓶進氣口（27）相連接。

2.基于權利要求1所述的利用化學鏈空氣分離制備氧氣的裝置的制備氧氣的方法，其特征在于，方法步驟如下：

步驟1、通過鼓泡流化床反應器（1）的裝料口將金屬氧化物載氧體加入鼓泡流化床反應器（1）內；

步驟2、將余熱鍋爐（10）產生的水蒸氣從鼓泡流化床反應器（1）的水蒸氣入口（21）通入鼓泡流化床反應器（1），直至鼓泡流化床反應器（1）達到反應溫度，此時，整個裝置內的空氣已全部排出，鼓泡流化床反應器（1）內的金屬氧化物載氧體在水蒸氣氣氛下發生反應，釋出氧氣，反應方程式為：

2Me_xO_y?＋?H₂O_(g)?→?2Me_xO_y-1?＋?O₂?＋?H₂O_(g)??

步驟3、氧氣與水蒸氣組成的混合氣體和脫氧后的金屬氧化物載氧體進入第一旋風分離器（4），氧氣水蒸氣混合氣從第一旋風分離器（4）的氣體出口（11）流出，通過冷凝器（9）的混合氣進氣口（12）進入冷凝器（9），脫氧后的載氧體經過第一旋風分離器（4）的固體出口（28）進入快速流化床反應器（5）；

步驟4、氧氣水蒸氣混合氣在冷凝器（9）內和從冷凝器（9）的空氣入口（13）輸入的冷空氣進行熱交換，冷凝水通過冷凝器（9）的冷凝水出口（15）流出，經過余熱鍋爐（10）的冷凝水入口（17）進入余熱鍋爐（10），分離得到的氧氣經過冷凝器（9）的氧氣出口（16）流出，通過氧氣凈化器（23）的進氣口（25）進入氧氣凈化器（23）；

步驟5、氧氣在氧氣凈化器（23）內凈化后由氧氣凈化器（23）的出氣口（26）流出進入集氣瓶（24）進行儲存；

步驟6、在冷凝器（9）內換熱后的空氣經過快速流化床反應器（5）的空氣入口（23）進入快速流化床反應器（5），脫氧后的金屬氧化物載氧體在快速流化床反應器（5）中與空氣發生氧化反應生成再生金屬氧化物載氧體，反應方程式如下：

Me_xO_y-2＋O₂?→Me_xO_y

步驟7、反應后的貧氧空氣和再生金屬氧化物載氧體進入第二旋風分離器（6），貧氧空氣由第二旋風分離器（6）的氣體出口（22）流出，經過余熱鍋爐（10）的空氣入口（18）進入余熱鍋爐（10），換熱后經余熱鍋爐（10）的空氣出口（20）排出，再生金屬氧化物載氧體經過第二旋風分離器（6）的固體出口（29）進入返料機構（7）；

步驟8、返料機構（7）將再生金屬氧化物載氧體送入鼓泡流化床反應器（1），再生金屬氧化物載氧體在鼓泡流化床反應器（1）內又重新開始反應，由此形成一個循環。