CN2154120Y

CN2154120Y - 一种制氧装置

Info

Publication number: CN2154120Y
Application number: CN 92239494
Authority: CN
Inventors: 俞文国
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-11-02
Filing date: 1992-11-02
Publication date: 1994-01-26
Anticipated expiration: 2002-11-02

Abstract

本实用新型涉及的是一种用电化学方法分离空气的制氧装置。除空气泵、直流电源和净化装置外，主要是电分离室。电分离室由空气阴极、催化分解层和阳极组成。借助电化学作用，使催化分解层和阳极上都有氧气析出，而阴极没有氢析出。

Description

本实用新型涉及的是一种制氧装置，它采用电化学的方法分离空气而取得纯氧。

现行的制氧方法与装置有三种类型。

（1）空分法：用深度冷冻和加压的原理，从空气中分离出氧。这是目前主要的工业制氧方法，虽有无污染的优点，但设备要求高、投资大、能耗高、且制得的氧必须灌入高压钢瓶中再运送到使用现场，某些地区就难以得到所需的氧气。

（2）电解法：在加有电解液的电解槽中，通直流电使水分解，阳极析出氧气的同时，阴极析出氢气。虽可方便的制得氧气，但因同时不可避免的产生具有爆炸危险的氢，特别是在民用、医用上受到限制。

（3）化学分解法：用过氧化物为原料，加入适当的催化剂，与水作用生成氧气。这种方法虽可方便的制得氧，又无危险性，但成本极高、产氧速度和产氧量不易控制，又有残余的化学品引起环境污染，只宜在某些迫切需要的特殊场合中使用。

本实用新型的目的，是提供一种无大型设备，不产生氢气，产氧速度和产氧量易控制，价廉又安全的制氧装置。本实用新型的目的，是用下述技术方案实现的。

这种用电化学法分离空气的制氧装置与电解水的装置相似。把电解水装置中产生氢气的阴极，用特殊的空气阴极代替，电极间充满碱性电解液。通以直流电后，阴极析出的不再是氢气而是过氧化氢离子（HO₂ ^－）。化学反应式如下：

O₂（空气中）＋H₂O＋2e→HO₂ ^－＋OH^－（反应式Ⅰ）

过氧化氢离子当接触到位于阴阳极之间的催化层时，立即分解为氧气。化学反应式如下：

HO^－→1／2O₂↑＋OH^－（反应式Ⅱ）

阳极与碱性溶液中电解水的反应一样，将OH^－离子分解为水和氧气。化学反应式如下：

2OH^－→H₂O＋1／2O₂↑＋2e （反应式Ⅲ）

把三个化学反应式相加在一起就可以看出，碱性溶液中的水和氢氧根离子本身并不消耗，只是作为一种搬运氧气的媒介物质。把空气中的氧，搬到催化层和阳极上析出，以完成空气分离法制取氧气的任务。

这种装置的原理如图1所示：分离用的原料空气用小型空气泵（1）在大气（A）中采取，经空气净化器（2）除去尘埃和二氧化碳后，进入电分离槽（3）的空气阴极（4）中，阳极（6）与空气阴极之间是催化分解层（5），阳、阴极分别与可调直流电源（9）的正、负极连接。通电后，空气中的氧在水溶液中得到电子还原为过氧化氢离子和氢氧根离子（见反应式Ⅰ）。过氧化氢离子和氢氧根离子受电场的作用在碱性电解液中向阳极迁移，当经过催化分解层时，过氧化氢离子迅速分解出氧气和氢氧根离子（见反应式Ⅱ）。反应式Ⅰ和反应式Ⅱ产生的氢氧根离子继续向阳极迁移，到达阳极后失去电子析出氧气（见反应式Ⅲ）。因此，催化分解层和阳极都析出氧气，经氧气净化装置（8）除去带出的电解液和水蒸汽后得到纯氧（C）。空气中的氮和少量未作用的氧以及其它气体经尾气瓶（7）排放到大气（B）中。

用以上技术方案制取纯氧的实施例，如下所述：

图1中的电分离槽（3），由若干个电分离室组成，本实施例是六个电分离室，每个电分离室的结构如图2所示。壳体（11）用聚丙烯或聚氯乙烯制成外形尺寸为30×110×160毫米。空气阴极（4）由进气管（12）尾气管（13）和两片极板（14）组成，极板具有导电、阻水、透气和促使空气中的氧转化为过氧化氢离子的功能。两片极板之间充满略带压力的空气。催化分解层（5）是附着在金属网上多孔性二氧化锰催化剂组成。阳极（6）是不锈钢网或镍网或镀镍金属网，电极有效面和2×（85×150）平方毫米即2×0.0128平方米。壳体中充满5mol氢氧化钠电解液。催化分解层上和阳极上产生的氧由氧气出口管（15）排出。这样做成一个单元的电分离室。把六个单元电分离室的阴、阳极串联起来后与直流电源连接，把六个单元进出气路分别用梳形管并联输气，组成一个电分离槽，与图1中的其它设备组成一个制氧装置。

制氧时，开启空气泵和直流电源，测得进气管空气压力为0.02MPa，空气总流量为3.12升／分。每个电分离室的电压的2.01伏，电分离槽的总电压为12.1伏，电流为19.2安，电流密度约760安／平方米，氧气经净化装置后测得压力为0.01MPa流量为0.49升／分。对尾气进行分析后求得空气中氧的分离效率为75％左右，所制得的氧气含氧量在95％以上，能耗每100标准升的纯氧约1kWh的电能。反应温度其本保持在室温（当时为28℃）。

本实用新型的实施例，达到了用空气为原料制得95％以上纯氧的目的。克服了电解水产生氢气带来的危险性；由于催化分解层和阳极都析氧，且槽电压比电解水低，具有明显的节能效果；制氧成本与深冷空分法接近；氧气的流量和总量调节方便；无大型设备，只要有电即可制氧；无任何三废污染，理论上不消耗电解液；所制得的氧气无有害杂质，可满足医用要求；电极与催化分解层的制造工艺，虽技术要求较高，但目前国内已可解决，能批量生产。综上所述，本实用新型涉及的一种用电化学方法分离空气的制氧装置，有着许多现行制氧装置所没有的优点，是一种新型、实用的制氧装置，可普遍推广用作医疗、保健和科学实验。

Claims

1、一种用电化学空气分离法的制氧装置，由壳体、可调直流电源、空气泵、空气净化器、氧气净化装置、尾气瓶组成，其特征是有一个能分离空气中氧气的电分离槽，这个电分离槽是由若干个电分离室组成，电分离室是由空气阴极、催化分解层和阳极组成的。

2、根据权利要求1所述的制氧装置，其特征是它的电分离槽由若干个电分离室组成的，每个单元的电分离室的阳、阴极是串联后分别与直流电源正、负极连接；电分离室的进、出气路是分别并联输气的。

3、根据权利要求1或权利要求2所述的制氧装置，其特征是电分离槽的各个电分离室中充满着碱性电解液。

4、根据权利要求1所述的制氧装置，其特征是电分离槽的各个电分离室的阳极是不锈钢网或镍网或镀镍金属网。