CN113440967A - 一种高度脱水的回吸式制氧工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高度脱水的回吸式制氧工艺，属于制氧技术领域，本发明可以通过在分子筛吸水之前，对氧气进行降温，迫使氧气中的水蒸气尽可能转化为液态水，从而提高分子筛对水分的吸附效果，然后在分子筛吸水之后对氧气进行升温，迫使残留的水分尽可能转变为水蒸气，然后与塔顶的磁悬浮球接触，利用磁悬浮球表面温度较低的特点，水蒸气在其表面液化然后被吸收至内部，在其内部发生结冰动作，触发磁悬浮球的自主消磁动作，同时固态水也不易出现二次流失的现象，在失去磁力后磁悬浮球脱落至分子筛上，避免始终处于高温环境下而融化流失，也可以提示技术人员控制氧气的流速，保证氧气高效脱水的同时，明显降低氧气的含水量。

Description

一种高度脱水的回吸式制氧工艺
技术领域
本发明涉及制氧技术领域，更具体地说，涉及一种高度脱水的回吸式制氧工艺。
背景技术
空气是工业氧生产取之不尽的源泉，空气分离制氧可以采用四种方法，即低温精馏法、常温变压吸附法、膜分离法和高温碱性熔盐催化吸收法。由于空气主要是由氮、氧、氩、二氧化碳、甲烷、氧等组成，由空气分离法制取的工业氧组成复杂，特别是含有难于用常温分离法除去的氩、氮等杂质，用此类工业氧为原料来制备超纯氧的难度非常大。
水是工业氧生产另一种重要原料，用电解水法制得的氧气纯度比较高，输出纯度为99.2-99.8％，其杂质比较单纯，主要为氧、饱和水蒸气、微量氮和烃类(以甲烷为代表)。其中，微量氮和烃类杂质主要来自于电解装置所用的水原料，即来自于电解水原料中溶解的空气。
但是电解水制得的氧气中通常含水量较高，现有技术中通过采用分子筛来对水分进行吸附，但是在流速较快的情况下，存在少量水分未被吸附便通过分子筛的现象发生，导致最终的纯氧仍含有一定的水分，导致氧气质量不高。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高度脱水的回吸式制氧工艺，可以通过在分子筛吸水之前，对氧气进行降温，迫使氧气中的水蒸气尽可能转化为液态水，从而提高分子筛对水分的吸附效果，然后在分子筛吸水之后对氧气进行升温，迫使残留的水分尽可能转变为水蒸气，然后与塔顶的磁悬浮球接触，利用磁悬浮球表面温度较低的特点，水蒸气在其表面液化然后被吸收至内部，在其内部发生结冰动作，利用水在0-4℃时低温膨胀的特点，触发磁悬浮球的自主消磁动作，同时固态水也不易出现二次流失的现象，在失去磁力后磁悬浮球脱落至分子筛上，避免始终处于高温环境下而融化流失，也可以提示技术人员控制氧气的流速，保证氧气高效脱水的同时，明显降低氧气的含水量。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种高度脱水的回吸式制氧工艺，包括以下步骤：
S1、将软化水预热至95-100℃，预热时间为10-30min，然后通入高纯氧气保压，保压压力为0.02-0.04MPa，边保压边降温冷却至室温；
S2、将冷却后的软化后通入水电解系统进行电解，产出电解氧，然后通过脱氢催化塔脱除氢、甲烷；
S3、将电解氧增压进入双温式分子筛塔除去水分和二氧化碳，塔顶的多个磁悬浮球对电解氧进行脱水检测，并吸收残留的水分后脱落；
S4、经过脱水检测后的电解氧经过滤器过滤，除去杂质后即得纯氧。
进一步的，所述步骤S2中脱氢催化塔工作温度控制在160-200℃。
进一步的，所述步骤S3中双温式分子筛塔中部填充有分子筛，所述分子筛为13XAPG分子筛。
进一步的，所述分子筛上侧空间的温度保持为120-150℃，所述分子筛下侧空间的温度保持为10-20℃，在分子筛吸水之前，对氧气进行降温，迫使氧气中的水蒸气尽可能转化为液态水，从而提高分子筛对水分的吸附效果，然后在分子筛吸水之后对氧气进行升温，迫使残留的水分尽可能转变为水蒸气，然后与塔顶的磁悬浮球接触，利用磁悬浮球表面温度较低的特点，水蒸气在其表面液化然后被吸收至内部。
进一步的，所述磁悬浮球包括液化球壳和磁性内球，所述磁性内球位于液化球壳内侧，所述液化球壳内端连接有多个均匀分布的保冷胶囊，所述保冷胶囊靠近磁性内球一端连接有相匹配的内推囊，所述液化球壳上镶嵌连接有多根均匀分布的导水纤维，且导水纤维远离液化球壳一端延伸至内推囊内侧，所述内推囊靠近磁性内球一端连接有隔磁片，所述隔磁片与磁性内球之间连接有弹性导向丝，水蒸气在液化球壳表面低温液化后，被导水纤维吸收并输送至内推囊内，然后发生结冰动作，内推囊膨胀后推动隔磁片靠近磁性内球并逐渐组合为一个完整的球壳，从而对磁性内球的磁场进行有效屏蔽，在失去磁力后磁悬浮球会在重力作用下脱落至分子筛上。
进一步的，所述隔磁片采用高磁导率材料制成，且隔磁片相互组合为一个完整的球壳，正常状态下，磁性内球的磁场可以通过隔磁片之间的缝隙，在受到内推囊的推动后隔磁片相互组合，缝隙消失后对磁性内球的磁场进行有效的屏蔽。
进一步的，所述内推囊包括内导冷片、外保温套和外膨胀膜，所述内导冷片与保冷胶囊连接，所述外膨胀膜与隔磁片连接，所述外保温套连接于内导冷片与外膨胀膜之间，所述内导冷片、外保温套和外膨胀膜围成的空间内填充有粉末状的硝石，导水纤维在将水分输送至内推囊内后与硝石接触，粉末状的硝石更易溶解于水中，然后吸收大量的热量，不仅可以迫使磁悬浮球整体降温不易被外界高温干扰，同时可以利用水在0-4℃下低温膨胀的现象，推动隔磁片向靠近磁性内球的方向组合，直至对磁性内球的磁场进行有效的屏蔽。
进一步的，所述内导冷片采用硬质导热材料制成，所述外保温套采用硬质隔热材料制成，所述外膨胀膜采用弹性隔热材料制成，内导冷片可以充分将硝石溶解时的冷量传导至保冷胶囊处进行储存，进而作用于液化球壳上迫使其始终处于低温状态下，外保温套和外膨胀膜则用来减少冷量的散失。
进一步的，所述液化球壳采用玻璃钢制成，且玻璃钢表面涂覆有纳米亲水涂层，液化球壳具有一定的强度，同时其不易在高温环境下升温，在保冷胶囊的配合下其表面始终处于较低的温度，从而有效的为水蒸气提供液化面，捕捉残留在氧气中的水蒸气。
进一步的，所述保冷胶囊内填充有相变储冷材料，且相变储冷材料与液化球壳直接接触，保冷胶囊可以有效储存冷量，并在液化球壳和内推囊略有升温的时候释放冷量，始终保持液化球壳和内推囊的低温特性，液化球壳可以始终提供水蒸气的液化面，内推囊则可以始终膨胀对隔磁片进行定形，并可以避免冰的融化导致水分的二次流失。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本方案可以通过在分子筛吸水之前，对氧气进行降温，迫使氧气中的水蒸气尽可能转化为液态水，从而提高分子筛对水分的吸附效果，然后在分子筛吸水之后对氧气进行升温，迫使残留的水分尽可能转变为水蒸气，然后与塔顶的磁悬浮球接触，利用磁悬浮球表面温度较低的特点，水蒸气在其表面液化然后被吸收至内部，在其内部发生结冰动作，利用水在0-4℃时低温膨胀的特点，触发磁悬浮球的自主消磁动作，同时固态水也不易出现二次流失的现象，在失去磁力后磁悬浮球脱落至分子筛上，避免始终处于高温环境下而融化流失，也可以提示技术人员控制氧气的流速，保证氧气高效脱水的同时，明显降低氧气的含水量。
(2)分子筛上侧空间的温度保持为120-150℃，分子筛下侧空间的温度保持为10-20℃，在分子筛吸水之前，对氧气进行降温，迫使氧气中的水蒸气尽可能转化为液态水，从而提高分子筛对水分的吸附效果，然后在分子筛吸水之后对氧气进行升温，迫使残留的水分尽可能转变为水蒸气，然后与塔顶的磁悬浮球接触，利用磁悬浮球表面温度较低的特点，水蒸气在其表面液化然后被吸收至内部。
(3)磁悬浮球包括液化球壳和磁性内球，磁性内球位于液化球壳内侧，液化球壳内端连接有多个均匀分布的保冷胶囊，保冷胶囊靠近磁性内球一端连接有相匹配的内推囊，液化球壳上镶嵌连接有多根均匀分布的导水纤维，且导水纤维远离液化球壳一端延伸至内推囊内侧，内推囊靠近磁性内球一端连接有隔磁片，隔磁片与磁性内球之间连接有弹性导向丝，水蒸气在液化球壳表面低温液化后，被导水纤维吸收并输送至内推囊内，然后发生结冰动作，内推囊膨胀后推动隔磁片靠近磁性内球并逐渐组合为一个完整的球壳，从而对磁性内球的磁场进行有效屏蔽，在失去磁力后磁悬浮球会在重力作用下脱落至分子筛上。
(4)隔磁片采用高磁导率材料制成，且隔磁片相互组合为一个完整的球壳，正常状态下，磁性内球的磁场可以通过隔磁片之间的缝隙，在受到内推囊的推动后隔磁片相互组合，缝隙消失后对磁性内球的磁场进行有效的屏蔽。
(5)内推囊包括内导冷片、外保温套和外膨胀膜，内导冷片与保冷胶囊连接，外膨胀膜与隔磁片连接，外保温套连接于内导冷片与外膨胀膜之间，内导冷片、外保温套和外膨胀膜围成的空间内填充有粉末状的硝石，导水纤维在将水分输送至内推囊内后与硝石接触，粉末状的硝石更易溶解于水中，然后吸收大量的热量，不仅可以迫使磁悬浮球整体降温不易被外界高温干扰，同时可以利用水在0-4℃下低温膨胀的现象，推动隔磁片向靠近磁性内球的方向组合，直至对磁性内球的磁场进行有效的屏蔽。
(6)内导冷片采用硬质导热材料制成，外保温套采用硬质隔热材料制成，外膨胀膜采用弹性隔热材料制成，内导冷片可以充分将硝石溶解时的冷量传导至保冷胶囊处进行储存，进而作用于液化球壳上迫使其始终处于低温状态下，外保温套和外膨胀膜则用来减少冷量的散失。
(7)液化球壳采用玻璃钢制成，且玻璃钢表面涂覆有纳米亲水涂层，液化球壳具有一定的强度，同时其不易在高温环境下升温，在保冷胶囊的配合下其表面始终处于较低的温度，从而有效的为水蒸气提供液化面，捕捉残留在氧气中的水蒸气。
(8)保冷胶囊内填充有相变储冷材料，且相变储冷材料与液化球壳直接接触，保冷胶囊可以有效储存冷量，并在液化球壳和内推囊略有升温的时候释放冷量，始终保持液化球壳和内推囊的低温特性，液化球壳可以始终提供水蒸气的液化面，内推囊则可以始终膨胀对隔磁片进行定形，并可以避免冰的融化导致水分的二次流失。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明双温式分子筛塔的结构示意图；
图3为本发明磁悬浮球正常状态下的结构示意图；
图4为图3中A处的结构示意图；
图5为本发明内推囊的结构示意图；
图6为本发明磁悬浮球脱落状态下的结构示意图。
图中标号说明：
1液化球壳、2磁性内球、3保冷胶囊、4导水纤维、5隔磁片、6弹性导向丝、7内推囊、71内导冷片、72外保温套、73外膨胀膜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参阅图1-2，一种高度脱水的回吸式制氧工艺，包括以下步骤：
S1、将软化水预热至95℃，预热时间为10min，然后通入高纯氧气保压，保压压力为0.02MPa，边保压边降温冷却至室温；
S2、将冷却后的软化后通入水电解系统进行电解，产出电解氧，然后通过脱氢催化塔脱除氢、甲烷；
S3、将电解氧增压进入双温式分子筛塔除去水分和二氧化碳，塔顶的多个磁悬浮球对电解氧进行脱水检测，并吸收残留的水分后脱落；
S4、经过脱水检测后的电解氧经过滤器过滤，除去杂质后即得纯氧。
步骤S2中脱氢催化塔工作温度控制在160℃。
步骤S3中双温式分子筛塔中部填充有分子筛，分子筛为13XAPG分子筛。
其中双温式分子筛塔顶镶嵌有铁片来吸附磁悬浮球。
分子筛上侧空间的温度保持为120℃，分子筛下侧空间的温度保持为10℃，在分子筛吸水之前，对氧气进行降温，迫使氧气中的水蒸气尽可能转化为液态水，从而提高分子筛对水分的吸附效果，然后在分子筛吸水之后对氧气进行升温，迫使残留的水分尽可能转变为水蒸气，然后与塔顶的磁悬浮球接触，利用磁悬浮球表面温度较低的特点，水蒸气在其表面液化然后被吸收至内部。
请参阅图3-4，磁悬浮球包括液化球壳1和磁性内球2，磁性内球2位于液化球壳1内侧，液化球壳1内端连接有多个均匀分布的保冷胶囊3，保冷胶囊3靠近磁性内球2一端连接有相匹配的内推囊7，液化球壳1上镶嵌连接有多根均匀分布的导水纤维4，且导水纤维4远离液化球壳1一端延伸至内推囊7内侧，内推囊7靠近磁性内球2一端连接有隔磁片5，隔磁片5与磁性内球2之间连接有弹性导向丝6，水蒸气在液化球壳1表面低温液化后，被导水纤维4吸收并输送至内推囊7内，然后发生结冰动作，内推囊7膨胀后推动隔磁片5靠近磁性内球2并逐渐组合为一个完整的球壳，从而对磁性内球2的磁场进行有效屏蔽，在失去磁力后磁悬浮球会在重力作用下脱落至分子筛上。
隔磁片5采用高磁导率材料制成，且隔磁片5相互组合为一个完整的球壳，正常状态下，磁性内球2的磁场可以通过隔磁片5之间的缝隙，在受到内推囊7的推动后隔磁片5相互组合，缝隙消失后对磁性内球2的磁场进行有效的屏蔽。
请参阅图5-6，内推囊7包括内导冷片71、外保温套72和外膨胀膜73，内导冷片71与保冷胶囊3连接，外膨胀膜73与隔磁片5连接，外保温套72连接于内导冷片71与外膨胀膜73之间，内导冷片71、外保温套72和外膨胀膜73围成的空间内填充有粉末状的硝石，导水纤维4在将水分输送至内推囊7内后与硝石接触，粉末状的硝石更易溶解于水中，然后吸收大量的热量，不仅可以迫使磁悬浮球整体降温不易被外界高温干扰，同时可以利用水在0-4℃下低温膨胀的现象，推动隔磁片5向靠近磁性内球2的方向组合，直至对磁性内球2的磁场进行有效的屏蔽。
内导冷片71采用硬质导热材料制成，外保温套72采用硬质隔热材料制成，外膨胀膜73采用弹性隔热材料制成，内导冷片71可以充分将硝石溶解时的冷量传导至保冷胶囊3处进行储存，进而作用于液化球壳1上迫使其始终处于低温状态下，外保温套72和外膨胀膜73则用来减少冷量的散失。
液化球壳1采用玻璃钢制成，且玻璃钢表面涂覆有纳米亲水涂层，液化球壳1具有一定的强度，同时其不易在高温环境下升温，在保冷胶囊3的配合下其表面始终处于较低的温度，从而有效的为水蒸气提供液化面，捕捉残留在氧气中的水蒸气。
保冷胶囊3内填充有相变储冷材料，且相变储冷材料与液化球壳1直接接触，保冷胶囊3可以有效储存冷量，并在液化球壳1和内推囊7略有升温的时候释放冷量，始终保持液化球壳1和内推囊7的低温特性，液化球壳1可以始终提供水蒸气的液化面，内推囊7则可以始终膨胀对隔磁片5进行定形，并可以避免冰的融化导致水分的二次流失。
实施例2：
一种高度脱水的回吸式制氧工艺，包括以下步骤：
S1、将软化水预热至98℃，预热时间为20min，然后通入高纯氧气保压，保压压力为0.03MPa，边保压边降温冷却至室温；
S2、将冷却后的软化后通入水电解系统进行电解，产出电解氧，然后通过脱氢催化塔脱除氢、甲烷；
S3、将电解氧增压进入双温式分子筛塔除去水分和二氧化碳，塔顶的多个磁悬浮球对电解氧进行脱水检测，并吸收残留的水分后脱落；
S4、经过脱水检测后的电解氧经过滤器过滤，除去杂质后即得纯氧。
步骤S2中脱氢催化塔工作温度控制在180℃。
步骤S3中双温式分子筛塔中部填充有分子筛，分子筛为13XAPG分子筛。
分子筛上侧空间的温度保持为135℃，分子筛下侧空间的温度保持为15℃。
其余部分与实施例1保持一致。
实施例3：
一种高度脱水的回吸式制氧工艺，包括以下步骤：
S1、将软化水预热至100℃，预热时间为30min，然后通入高纯氧气保压，保压压力为0.04MPa，边保压边降温冷却至室温；
S2、将冷却后的软化后通入水电解系统进行电解，产出电解氧，然后通过脱氢催化塔脱除氢、甲烷；
S3、将电解氧增压进入双温式分子筛塔除去水分和二氧化碳，塔顶的多个磁悬浮球对电解氧进行脱水检测，并吸收残留的水分后脱落；
S4、经过脱水检测后的电解氧经过滤器过滤，除去杂质后即得纯氧。
步骤S2中脱氢催化塔工作温度控制在200℃。
步骤S3中双温式分子筛塔中部填充有分子筛，分子筛为13XAPG分子筛。
分子筛上侧空间的温度保持为150℃，分子筛下侧空间的温度保持为20℃。
其余部分与实施例1保持一致。
本发明可以通过在分子筛吸水之前，对氧气进行降温，迫使氧气中的水蒸气尽可能转化为液态水，从而提高分子筛对水分的吸附效果，然后在分子筛吸水之后对氧气进行升温，迫使残留的水分尽可能转变为水蒸气，然后与塔顶的磁悬浮球接触，利用磁悬浮球表面温度较低的特点，水蒸气在其表面液化然后被吸收至内部，在其内部发生结冰动作，利用水在0-4℃时低温膨胀的特点，触发磁悬浮球的自主消磁动作，同时固态水也不易出现二次流失的现象，在失去磁力后磁悬浮球脱落至分子筛上，避免始终处于高温环境下而融化流失，也可以提示技术人员控制氧气的流速，保证氧气高效脱水的同时，明显降低氧气的含水量。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高度脱水的回吸式制氧工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将软化水预热至95-100℃，预热时间为10-30min，然后通入高纯氧气保压，保压压力为0.02-0.04MPa，边保压边降温冷却至室温；
S2、将冷却后的软化后通入水电解系统进行电解，产出电解氧，然后通过脱氢催化塔脱除氢、甲烷；
S3、将电解氧增压进入双温式分子筛塔除去水分和二氧化碳，塔顶的多个磁悬浮球对电解氧进行脱水检测，并吸收残留的水分后脱落；
S4、经过脱水检测后的电解氧经过滤器过滤，除去杂质后即得纯氧。
2.根据权利要求1所述的一种高度脱水的回吸式制氧工艺，其特征在于：所述步骤S2中脱氢催化塔工作温度控制在160-200℃。
3.根据权利要求1所述的一种高度脱水的回吸式制氧工艺，其特征在于：所述步骤S3中双温式分子筛塔中部填充有分子筛，所述分子筛为13XAPG分子筛。
4.根据权利要求3所述的一种高度脱水的回吸式制氧工艺，其特征在于：所述分子筛上侧空间的温度保持为120-150℃，所述分子筛下侧空间的温度保持为10-20℃。
5.根据权利要求4所述的一种高度脱水的回吸式制氧工艺，其特征在于：所述磁悬浮球包括液化球壳(1)和磁性内球(2)，所述磁性内球(2)位于液化球壳(1)内侧，所述液化球壳(1)内端连接有多个均匀分布的保冷胶囊(3)，所述保冷胶囊(3)靠近磁性内球(2)一端连接有相匹配的内推囊(7)，所述液化球壳(1)上镶嵌连接有多根均匀分布的导水纤维(4)，且导水纤维(4)远离液化球壳(1)一端延伸至内推囊(7)内侧，所述内推囊(7)靠近磁性内球(2)一端连接有隔磁片(5)，所述隔磁片(5)与磁性内球(2)之间连接有弹性导向丝(6)。
6.根据权利要求5所述的一种高度脱水的回吸式制氧工艺，其特征在于：所述隔磁片(5)采用高磁导率材料制成，且隔磁片(5)相互组合为一个完整的球壳。
7.根据权利要求5所述的一种高度脱水的回吸式制氧工艺，其特征在于：所述内推囊(7)包括内导冷片(71)、外保温套(72)和外膨胀膜(73)，所述内导冷片(71)与保冷胶囊(3)连接，所述外膨胀膜(73)与隔磁片(5)连接，所述外保温套(72)连接于内导冷片(71)与外膨胀膜(73)之间，所述内导冷片(71)、外保温套(72)和外膨胀膜(73)围成的空间内填充有粉末状的硝石。
8.根据权利要求7所述的一种高度脱水的回吸式制氧工艺，其特征在于：所述内导冷片(71)采用硬质导热材料制成，所述外保温套(72)采用硬质隔热材料制成，所述外膨胀膜(73)采用弹性隔热材料制成。
9.根据权利要求5所述的一种高度脱水的回吸式制氧工艺，其特征在于：所述液化球壳(1)采用玻璃钢制成，且玻璃钢表面涂覆有纳米亲水涂层。
10.根据权利要求1所述的一种高度脱水的回吸式制氧工艺，其特征在于：所述保冷胶囊(3)内填充有相变储冷材料，且相变储冷材料与液化球壳(1)直接接触。
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