以熱氣體為熱源的化學鏈空氣技術制備氧氣的裝置及方法制造方法及圖紙

本發明專利技術一種以熱氣體為熱源的化學鏈空氣技術制備氧氣的裝置及方法，屬于化學鏈技術及空氣分離制備氧氣領域，包括第一固定床、第二固定床、余熱鍋爐、冷凝器、儲氣柜、第一換向閥、第二換向閥和第三換向閥；其中固定床內設置有管道，可通工業煙氣作為熱源；本裝置停止運行后多余的蒸汽并入蒸汽管網或帶動汽輪機發電；出固定床的水蒸氣和氧氣混合氣體與冷空氣在冷凝器中進行熱交換，可提高固定床氣體進口溫度，并冷凝水蒸氣得到高純氧；貧氧空氣與工業煙氣一起通入余熱鍋爐產生蒸汽，形成循環系統；冷凝器冷卻水溫度在60℃~80℃左右，經除氧后作為余熱鍋爐的補水，實現了水資源的循環使用。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于化學鏈技術及空氣分離制備氧氣領域，具體涉及一種。
技術介紹
氧氣是世界上最重要的化學原料之一，廣泛應用于化工、冶金、國防、環境保護、醫療等領域。氧氣產量居世界上氣體生產量的第二位，約占氣體生產市場份額的30%。空氣分離是最主要的氧氣制備技術，主要包括低溫精餾、變壓吸附以及膜分離技術，其中低溫精餾技術是目前最常見也是最成熟的空氣分離制取氧氣和氮氣的技術，已有近90年歷史，它的優點是產品純度高、產量高、種類多，氧濃度在99. 6%以上，可同時生產高純氧和高純氮。缺點是流程復雜、操作繁瑣、啟動慢、投資大、成本高、能耗高。變壓吸附(簡稱PSA)制氧是最近30年新興的制氧技術，它的優點是設備啟動快，操作簡單，可實現自動化，設備制造簡單，機組少，占地面積少，氣體產量和純度可調性好等。但生產的氧氣純度最高在90、3%左右，產量低，能耗高。膜分離技術興起于1980s，它的優點是操作簡單，可在常溫常壓下進行生產，但存在氧氣純度低(25 50%左右)，膜材料制備難，成本高等缺點。需求一種高效，能耗低，操作簡單，生產氧氣純度高的制氧技術成為亟待解決的問題。我們工業余熱資源量豐富，根據調查，各行業的余熱總資源約占其燃料消耗總量的17%飛7%，可回收利用的余熱資源約為余熱總資源的60%。以鋼鐵行業為例，余熱資源有高溫煙氣余熱(轉爐煤氣、電爐煙氣)，低溫煙氣余熱(加熱爐出空氣換熱器后煙氣、燒結環冷機冷卻氣)，高溫爐渣余熱(高爐渣、轉爐渣)，低溫液體余熱(設備冷卻水、高爐沖渣水)等。“十二五”規劃明確提出單位國內生產總值能源消耗降低16%，單位國內生產總值二氧化碳排放降低17%的目標。對工業余熱資源的合理回收利用對我國節能減排目標的實現具有重要意義。
技術實現思路
針對現有技術的不足，本專利技術提出一種，以達到降低制氧能耗、降低制氧成本、制備高純度氧氣并實現工業煙氣余熱的回收利用，達到節能減排的目的。一種以熱氣體為熱源的化學鏈空氣技術制備氧氣的裝置，包括第一固定床、第二固定床、余熱鍋爐、冷凝器、儲氣柜、第一換向閥、第二換向閥和第三換向閥，其中，第一固定床第一熱氣體口連接第二固定床第一熱氣體口，第一固定床第二熱氣體口連接第一換向閥第一熱氣體口，第二固定床第二熱氣體口連接第一換向閥第二熱氣體口，第一換向閥第三熱氣體口連接余熱鍋爐煙氣進口，余熱鍋爐水蒸氣出口連接第二換向閥水蒸氣進口，第二換向閥第一氣體出口連接第一固定床氣體進口，第二換向閥第二氣體出口連接第二固定床氣體進口，第二換向閥空氣進口連接冷凝器熱空氣出口，冷凝器混合氣體入口連接第三換向閥混合氣體出口，第三換向閥第一氣體進口連接第一固定床氣體出口，第三換向閥第二氣體進口連接第二固定床氣體出口，第三換向閥貧氧氣體出口連接余熱鍋爐煙氣進口，冷凝器氧氣出口連接儲氣柜氧氣入口，冷凝器凝水出口連接余熱鍋爐凝水入口。所述的第一固定床和第二固定床內設置有用于通熱氣體的管道或者加熱體，所述的熱氣體為工業煙氣；所述的第一固定床、第二固定床上端分別設置一個裝料口 ；所述的第一固定床、第二固定床下端分別設置一個放料口。所述的第一固定床第二熱氣體口與第一換向閥第一熱氣體口之間設置有一個煙氣閥門；第二固定床第二熱氣體口與第一換向閥第二熱氣體口之間設置有一個煙氣閥門；冷凝器空氣進口處設置有一個冷空氣流量閥門；余熱鍋爐水蒸氣出口與第二換向閥水蒸氣進口之間設置有一個水蒸氣流量閥門。所述的余熱鍋爐水蒸氣出口連入蒸汽管網或者帶動汽輪機發電。所述的固定床是用于承載載氧體并為載氧體進行脫氧反應、脫氧后的載氧體進行氧化反應提供環境的裝置；冷凝器是用于對固定床排出的氧氣和水蒸氣進行冷凝分離，并與冷空氣進行熱交換的裝置。采用以熱氣體為熱源的化學鏈空氣技術制備氧氣的裝置進行制備氧氣的方法，包括以下步驟步驟1、根據流化床工作溫度選擇金屬氧化物和惰性載體制備載氧體，并選出粒度在200 ii m 1000 V- m范圍內的載氧體,通過固定床裝料口將載氧體放置于固定床內；步驟2、調整第一換向閥流通方向，工業煙氣通過第一換向閥流入至第一固定床內的管道，再由第一固定床流入至 第二固定床內的管道，固定床內溫度達到載氧體脫氧反應的反應溫度；步驟3、待余熱鍋爐產生蒸汽量穩定后，開啟水蒸氣流量閥門并調整第二換向閥流通方向，余熱鍋爐所產生水蒸氣通過第一固定床氣體進口進入第一固定床內，固定床中載氧體發生脫氧反應，生成氧氣；步驟4、調整第三換向閥流通方向并開啟冷凝器的冷空氣流量閥門，載氧體完全脫氧后產生的氧氣和水蒸氣混合氣體通過第三換向閥通入冷凝器中，冷空氣進入冷凝器中并與第一固定床釋放的氧氣和水蒸氣進行熱交換，水蒸氣冷凝成水流入余熱鍋爐，氧氣進入儲氣柜中儲存，經換熱后的空氣通過第二換向閥進入第二固定床；步驟5、當第一固定床內載氧體脫氧反應完全結束后，將第一換向閥、第二換向閥和第三換向閥同時調整流通方向；即工業煙氣通過第一換向閥流入至第二固定床內的管道，再由第二固定床流入至第一固定床內的管道，當固定床內溫度達到載氧體脫氧反應的反應溫度，在第二固定床內載氧體發生脫氧反應，生成氧氣；第二固定床中載氧體產生的氧氣和水蒸氣在冷凝器中與冷空氣進行熱交換，經熱交換的空氣通過第一固定床氣體進口進入第一固定床，與脫氧后的載氧體發生氧化反應，產生貧氧空氣和再生載氧體，貧氧空氣補充至余熱鍋爐；步驟6、當第一固定床和第二固定床交替工作穩定運行后，根據化學反應所需量，調節水蒸氣流量閥門、煙氣閥門和冷空氣流量閥門；若達到氧氣需求量，則停止裝置，通過放料口清空固定床，并將多余的水蒸氣排入蒸氣管網或帶動汽輪機發電。步驟I所述的根據流化床工作溫度選擇金屬氧化物和惰性載體制備載氧體，工業煙氣余熱在900°C 1300°C時，所述的金屬氧化物包括Co304、Co0、CuO、Cu2O、Mn2O3> Mn3O4 以及I丐鈦礦型氧化物包括 LaaiSra9Coa9FeaiO3-S、SrFeCo3+5 > CaMna 875Tiai25O3,，其中，S 范圍為 0 0.7;惰性載體包括 Al203、Si02、Ti02、Zr02、MgAl204、YSZ;工業煙氣余熱在400°C 900°C時，金屬氧化物包括Mn02、MnO、CrO2, Cr2O3> PbO2,Pb3O4, Pb3O4, PbO、Sr02、SrO以及鈣鈦礦型氧化物YBaCo407 ;惰性載體包括A1203、Si02、TiO2, ZrO2, MgAl2O4, YSZ ；其中，金屬氧化物與惰性載體的質量比介于4 6^8 2之間；所述的制備載氧體的方法包括機械混合法、溶膠-凝膠法、凝膠-凝膠燃燒合成法、檸檬酸法、噴霧干燥法、冷凍成粒法和浸潰法。本專利技術優點本專利技術一種化學鏈空氣分離技術制備高純氧氣的裝置及方法，固定床內設置有管道，可通工業煙氣作為熱源；本裝置停止運行后多余的蒸汽并入蒸汽管網或帶動汽輪機發電；出固定床的水蒸氣和氧氣混合氣體與冷空氣在冷凝器中進行熱交換，可提高固定床氣體進口溫度，并冷凝水蒸氣得到高純氧；貧氧空氣與工業煙氣一起通入余熱鍋爐產生蒸汽，形成循環系統；冷凝器冷卻水溫度在60°C 80°C左右，經除氧后作為余熱鍋爐的補水，實現了水資源的循環使用。附圖說明圖1為本專利技術一種實施例以熱氣體為熱本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種以熱氣體為熱源的化學鏈空氣技術制備氧氣的裝置，其特征在于：包括第一固定床（1）、第二固定床（2）、余熱鍋爐（3）、冷凝器（4）、儲氣柜（5）、第一換向閥（6）、第二換向閥（7）和第三換向閥（8），其中，第一固定床第一熱氣體口（9）連接第二固定床第一熱氣體口（10），第一固定床第二熱氣體口（11）連接第一換向閥第一熱氣體口（12），第二固定床第二熱氣體口（13）連接第一換向閥第二熱氣體口（14），第一換向閥第三熱氣體口（15）連接余熱鍋爐煙氣進口（16），余熱鍋爐水蒸氣出口（17）連接第二換向閥水蒸氣進口（18），第二換向閥第一氣體出口（19）連接第一固定床氣體進口（20），第二換向閥第二氣體出口（21）連接第二固定床氣體進口（22），第二換向閥空氣進口（23）連接冷凝器熱空氣出口（24），冷凝器混合氣體入口（25）連接第三換向閥混合氣體出口（26），第三換向閥第一氣體進口（27）連接第一固定床氣體出口（28），第三換向閥第二氣體進口（29）連接第二固定床氣體出口（30），第三換向閥貧氧氣體出口（31）連接余熱鍋爐煙氣進口（16），冷凝器氧氣出口（32）連接儲氣柜氧氣入口（33），冷凝器凝水出口（34）連接余熱鍋爐凝水入口（35）。...

【技術特征摘要】
1.一種以熱氣體為熱源的化學鏈空氣技術制備氧氣的裝置，其特征在于包括第一固定床(I)、第二固定床(2)、余熱鍋爐(3)、冷凝器(4)、儲氣柜(5)、第一換向閥(6)、第二換向閥(7)和第三換向閥(8)，其中，第一固定床第一熱氣體口(9)連接第二固定床第一熱氣體口(10)，第一固定床第二熱氣體口(11)連接第一換向閥第一熱氣體口(12)，第二固定床第二熱氣體口(13)連接第一換向閥第二熱氣體口(14)，第一換向閥第三熱氣體口(15)連接余熱鍋爐煙氣進口( 16)，余熱鍋爐水蒸氣出口( 17)連接第二換向閥水蒸氣進口( 18)， 第二換向閥第一氣體出口( 19)連接第一固定床氣體進口(20)，第二換向閥第二氣體出口(21)連接第二固定床氣體進口(22)，第二換向閥空氣進口(23)連接冷凝器熱空氣出口 (24)，冷凝器混合氣體入口(25)連接第三換向閥混合氣體出口(26)，第三換向閥第一氣體進口(27)連接第一固定床氣體出口(28)，第三換向閥第二氣體進口(29)連接第二固定床氣體出口(30)，第三換向閥貧氧氣體出口(31)連接余熱鍋爐煙氣進口(16)，冷凝器氧氣出口(32)連接儲氣柜氧氣入口(33)，冷凝器凝水出口(34)連接余熱鍋爐凝水入口(35)。2.根據權利要求1所述的以熱氣體為熱源的化學鏈空氣技術制備氧氣的裝置，其特征在于所述的第一固定床(I)和第二固定床(2)內設置有用于通熱氣體的管道或者加熱體 (43)，所述的熱氣體為工業煙氣；所述的第一固定床(I)、第二固定床(2)上端分別設置一個裝料口(36);所述的第一固定床(I)、第二固定床(2)下端分別設置一個放料口(37)。3.根據權利要求1所述的以熱氣體為熱源的化學鏈空氣技術制備氧氣的裝置，其特征在于所述的第一固定床第二熱氣體口(11)與第一換向閥第一熱氣體口(12)之間設置有一個煙氣閥門(38);第二固定床第二熱氣體口(13)與第一換向閥第二熱氣體口(14)之間設置有一個煙氣閥門(38);冷凝器空氣進口(39)處設置有一個冷空氣流量閥門(40);余熱鍋爐水蒸氣出口(17)與第二換向閥水蒸氣進口(18)之間設置有一個水蒸氣流量閥門 (41)。4.根據權利要求1所述的以熱氣體為熱源的化學鏈空氣技術制備氧氣的裝置，其特征在于所述的余熱鍋爐水蒸氣出口( 17)連入蒸汽管網(42)或者帶動汽輪機發電。5.根據權利要求1所述的以熱氣體為熱源的化學鏈空氣技術制備氧氣的裝置，其特征在于所述的固定床是用于承載載氧體并為載氧體進行脫氧反應、脫氧后的載氧體進行氧化反應提供環境的裝置；冷凝器(4)是用于對固定床排出的氧氣和水蒸氣進行冷凝分離， 并與冷空氣進行熱交換的裝置。6.采用權利要求1所述的以熱氣體為熱源的化學鏈空氣技術制備氧氣的裝置進行制備氧氣的方法，其特征在于包括以下步驟步驟1、根據流化床工作溫度選擇金屬氧化物和惰性載體制備...

【專利技術屬性】
技術研發人員：于慶波，王坤，胡賢忠，秦勤，劉軍祥，
申請(專利權)人：東北大學，
類型：發明
國別省市：