[發明專利]一種高純氧氣的制備裝置及其制備方法

在審

• 申請號: 201910415672.1
• 申請日: 2019-05-18
• 公開（公告）號: CN110127618A
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 周曉嫻;柏永青;張武帥;白秀玲;王恬;楊曉峰;張磊;張潔;張靜
• 申請（專利權）人: 山西汾西重工有限責任公司;山西汾西機電有限公司
• 主分類號: C01B13/02
• 分類號: C01B13/02
• 代理公司: 山西華炬律師事務所 14106
• 代理人: 陳奇

本發明公開了一種高純氧氣的制備裝置及其制備方法，解決了在船舶上制取高純氧的技術難題。包括在船舶上設置的變壓吸附法制氧裝置和碳基分子篩制氧裝置，在碳基分子篩制氧裝置中的碳基分子篩吸附罐（12）中的分子篩的微孔結構為2.8A?2.9A；在制備氣輸入管（11）上設置有第二空氣壓縮泵（16），93%氧含量的制備好的氧氣輸出管（10）通過第二空氣壓縮泵與制備氣輸入管連通，制備氣輸入管通過入氣閥與碳基分子篩吸附罐（12）連通，在碳基分子篩吸附罐上還分別設置有氬氣排出管（13）和高純氧解吸輸出管（14），高純氧解吸輸出管通過解吸輸出閥與高純氧貯存罐（15）連接。達到由空氣直接制取99.5%氧氣的目的。

技術領域

本發明涉及一種制氧氣裝置，特別涉及一種高純氧氣的制備裝置及其制備方法。

背景技術

長期以來，船舶在海洋中航行的用氧主要依賴于船體上所攜帶的氧氣瓶，氧氣瓶需要在港口進行補給，氧氣瓶中的氧氣一般是在岸上基地以深冷空分法制取的。現有的深冷空分法制取高純氧氣的設備占地面積大，在船舶上布置難以實現，同時，受船上場地的局限，船舶所攜帶的高純氧氣瓶數量有限，制約了船舶的遠洋航行時間。隨著大噸位新型遠洋船舶的發展，船舶航行中對高純氧的需求量越來越大了，用較少的空間來實現船舶上現場制備高純氧氣，成為目前急需要解決的問題。變壓吸附法是一種在密閉吸附塔容器內通過加壓吸附和減壓解吸的方法進行制氧氣的方法，壓縮機將空氣壓縮到0.8MPa，經凈化后的壓縮空氣進入制氧吸附塔中后，氧分子被吸附到制氧吸附塔中的分子篩上，經過60到70秒的吸附時間，分子篩吸附飽和，關閉進氣閥，打開排空閥，排出沒有被吸附的氮氣，然后，再對氧分子篩進行減壓解吸，解吸時間為5-10秒，解吸出的氧氣通過產氣閥被送往氧氣儲罐的；一般密閉吸附塔容器是成對設置的，通過自動控制程序控制兩個吸附塔交替進行吸附和解吸，從而實現連續不斷產出氧氣的目的。變壓吸附法所得到的氧氣是含有氬氣的，此方法中所使用的分子篩為沸石分子篩，是一類具有微孔立方晶格的沸石型結晶鋁硅酸鹽，基本結構單元是四個氧陰離子圍繞一個較小的硅或鋁離子形成的四面體，一般含有Li⁺、Na⁺、Ca²⁺等金屬陽離子，它利用氮氧兩種氣體分子的電四極矩不同進行氮氧分離，在陽離子的作用下，電四極矩大的氮氣分子優先被分子篩吸附，而電四極矩小的氧氣分子和惰性氬分子在沸石表面吸附能力很差，這樣用變壓吸附法將氮與氧、氬分離，分離后產品氣中氧與氬的比例為：20.94：0.93，所以，分離后混合氣體中氧氣的最高濃度為20.94÷（20.94+0.93）×100%=95.75%。碳基分子篩是一種微孔結構的速度分離型吸附劑，是通過分離不同直徑的氣體分子來實現氣體分離的。在用壓縮空氣制取氮氣設備中，由于壓縮空氣中氮氣約占78%，而氧氣約占21%，因此，碳基分子篩大量應用于占比較大的制氮裝置中，而不應用于占比較小的制氧裝置中，已取得較理想的性價比。若在碳基分子篩中通入氧氣占比為93%-95%的氧氬混合氣體，進行氧分子和氬分子的分離，從而實現高純度氧氣的制取成為理論上的可能；但選用分子篩的微孔直徑數值范圍為多少，如何優化分離工藝的步序和參數，如何經濟高效的將氧氣純度從93%提高到99.5%，成為現場需要摸索和解決的問題。

發明內容

本發明提供了一種高純氧氣的制備裝置及其制備方法，解決了在船舶上制取高純氧的技術難題。

本發明是通過以下技術方案解決以上技術問題的：

本發明的總體構思是：在船舶上分別設置變壓吸附法制氧裝置和碳基分子篩制氧裝置，先制取含氧量為93%-95%的氧氬混合氣體，再將制取的93%-95%的氧氬混合氣體送入到碳基分子篩制氧裝置中，獲得含氧純度為99.5%的氧氣。