一种基于变压吸附制氮协同化学链空分制氧装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种基于变压吸附制氮协同化学链空分制氧装置，包括用于产出微富氧尾气的变压吸附反应器和用于利用微富氧尾气制备高浓度氧气的化学链反应器，变压吸附反应器的微富氧尾气出口与化学链反应器的原料气入口连接，并在连接管路上安装有增压设备和换热设备；化学链反应器上还设置有第一惰性气体入口、第二惰性气体入口、欠氧空气出口和产品气出口。本实用新型专利技术将制氮工艺中尾气作为化学链空分制氧技术的原料进行利用，实现一体化协同制备氮氧，提高了原料空气的利用率，具有能耗低、效率高等优点。在制取高纯度氮气的同时，能够切换不同惰性气体制取纯氧或CO2‑

【技术实现步骤摘要】
一种基于变压吸附制氮协同化学链空分制氧装置


[0001]本技术涉及氮氧协同制备
，尤其是一种基于变压吸附制氮协同化学链空分制氧装置。

技术介绍

[0002]氮气和氧气在化工生产中的应用越来越普遍，氧气作为最重要的化工原料之一广泛用于冶金、医疗等领域；氮气在易燃易爆炸的惰性保护、石油化工等领域有较高的需求。
[0003]现有工业规模制氮一般采用传统的深冷法，即利用氧氮的沸点不同进行分别精馏提取，该方法制取氮气纯度高，制氮量大，但设备复杂、投资巨大、占地面积大等特点决定了该法只适用于大规模集中制氮的场合。变压吸附(Pressure swing adsorption，PSA)制氮技术是利用碳分子筛吸附剂在不同压力下对氧、氮的吸附能力大小的不同，加压吸附、减压解吸，从而达到分离空气中氧、氮的目的，得到高纯度的氮气。该技术具有占地小、启停迅速、操作运行简单、投资占地小等显著优点，在中等规模的制氮领域经济效益远高于传统深冷法。该工艺在制得高纯度氮气的同时也可得到微富氧空气，该富氧空气是干燥、无尘、无油的洁净气体，氧气浓度在28％
‑
32％左右，传统工艺直接排空这部分气体将造成巨大的资源浪费，因此如何合理利用这部分尾气对提高PSA工艺的空气利用率具有重大意义。
[0004]化学链空分制氧技术(Chemical looping air separation，CLAS)是目前主要的制氧技术之一，包括低温精馏、变压吸附和膜分离技术。低温精馏具有投资大、流程繁琐但纯度高和产量大的特点，变压吸附制氧具有操作简单、投资少但纯度低和产量小的特点，膜分离技术在大规模商业应用之前还有许多关键技术需要攻坚，在中等规模制氧方面CLAS技术表现出能耗低、操作简单等的优势。
[0005]现有技术中基于上述两种方式可分别获得氮和氧，一方面造成富氧尾气的浪费，导致资源利用率不高，另一方面产品结构单一导致生产成本高。

技术实现思路

[0006]本技术提供了一种基于变压吸附制氮协同化学链空分制氧装置，将变压吸附制氮工艺中排出的微富氧尾气作为化学链空分制氧的原料利用起来，实现高效制氮制氧一体化，优化了工艺提高了资源利用率。
[0007]本技术采用的技术方案如下：
[0008]一种基于变压吸附制氮协同化学链空分制氧装置，包括用于产出微富氧尾气的变压吸附反应器和用于利用所述微富氧尾气制备高浓度氧气的化学链反应器，所述变压吸附反应器的微富氧尾气出口与所述化学链反应器的原料气入口连接，并在连接管路上安装有增压设备和换热设备；
[0009]所述化学链反应器上还设置有第一惰性气体入口、第二惰性气体入口、欠氧空气出口和产品气出口。
[0010]其进一步技术方案为：
[0011]所述换热设备包括一级换热器和二级换热器，所述一级换热器的工质侧入口、出口分别与所述增压设备出口、所述二级换热器的工质侧入口对应连接，所述一级换热器的介质侧入口与所述欠氧空气出口连接；
[0012]所述二级换热器的工质侧出口与所述原料气入口连接，所述二级换热器的介质侧入口与所述产品气出口连接，所述二级换热器的介质侧出口与冷凝器连接，所述冷凝器的气侧出口通过蒸发器与所述第一惰性气体入口连接，第二惰性气体入口连接CO2气源。
[0013]所述二级换热器的介质侧入口与所述产品气出口连接，并在连接管路上设有支管。
[0014]所述变压吸附反应器、化学链反应器均采用双反应器结构，满足交替生产连续制备纯净的N2和高浓度的O2的需求。
[0015]所述变压吸附反应器上还设有洁净加压空气入口、高浓度氮气出口；所利用的洁净加压空气的压力等级为0.6
‑
0.8Mpa；所脱附出的微富氧尾气为含28％
‑
32％的O2的富氧气体。
[0016]所述化学链反应器中设置有用于与微富氧尾气发生反应的载氧体，其中氧化反应的压力为1
‑
3MPa，温度为650
‑
1300℃，还原反应的压力为50
‑
100KPa，温度比吸氧反应低50
‑
150℃。
[0017]所述载氧体，其选自锰基载氧体、钻基载氧体、铜基载氧体或钙钛型氧化物，载氧体附着的惰性单体为镁氧化物、铝氧化物或硅氧化物中的一种或几种的络合氧化物。
[0018]所述化学链反应器采用固定床。
[0019]所述变压吸附反应器采用碳分子筛作为吸附剂。
[0020]本技术的有益效果如下：
[0021]本技术将变压吸附制氮与化学链空分制氧技术耦合，将制氮工艺中尾气作为化学链空分制氧技术的原料进行利用，实现一体化协同制备氮氧，提高了原料空气的利用率和尾气的资源化高效利用，具有操作简单、能耗低、协同制备效率高等优点，在中等规模制氮制氧领域具有显著优势。
[0022]本技术可以根据实际需要，通过灵活选择不同的惰性气体，实现制氧和制CO2‑
O2混合气体的目的。
[0023]本技术采用加压氧化，使得载氧体在高于还原温度下发生氧化反应，释放的热量被自身和惰性载体积蓄，还原阶段时由于反应温度高于还原温度，还原释氧反应得以自动发生。
附图说明
[0024]图1为利用本技术制备装置的制备方法流程示意图。
具体实施方式
[0025]以下结合附图说明本技术的具体实施方式。
[0026]如图1所示，本实施例的基于变压吸附制氮协同化学链空分制氧装置，包括用于产出微富氧尾气的变压吸附反应器和用于利用微富氧尾气制备高浓度氧气的化学链反应器，变压吸附反应器的微富氧尾气出口f与化学链反应器的原料气入口c连接，并在连接管路上
安装有增压设备和换热设备；
[0027]化学链反应器上还设置有第一惰性气体入口a、第二惰性气体入口b、欠氧空气出口d和产品气出口e。
[0028]换热设备包括一级换热器和二级换热器，一级换热器的工质侧入口g、出口h分别与增压设备出口、二级换热器的工质侧入口i对应连接，一级换热器的介质侧入口k与欠氧空气出口d连接；
[0029]二级换热器的工质侧出口j与原料气入口c连接，二级换热器的介质侧入口1与产品气出口e连接，二级换热器的介质侧出口m与冷凝器入口n连接，冷凝器的气侧出口通过蒸发器与第一惰性气体入口a连接，第二惰性气体入口b连接CO2气源。
[0030]二级换热器的介质侧入口l与产品气出口e连接，并在连接管路上设有支管。
[0031]作为一种实施形式，变压吸附反应器、化学链反应器均采用双反应器结构，双反应器交替生产可连续制的纯净的N2和高浓度的O2，化学链反应器采用固定床。
[0032]具体地，变压吸附反应器包括吸附塔A、吸附塔B，化学链反应器包括反应器A、反应器B。
[0033]变压吸附反应器上还设有洁净加压空气入口用于通入洁净加压空气、以及高浓度氮气出口用于输出所制备的高浓度氮气。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于变压吸附制氮协同化学链空分制氧装置，其特征在于，包括用于产出微富氧尾气的变压吸附反应器和用于利用所述微富氧尾气制备高浓度氧气的化学链反应器，所述变压吸附反应器的微富氧尾气出口与所述化学链反应器的原料气入口连接，并在连接管路上安装有增压设备和换热设备；所述化学链反应器上还设置有第一惰性气体入口、第二惰性气体入口、欠氧空气出口和产品气出口。2.根据权利要求1所述的基于变压吸附制氮协同化学链空分制氧装置，其特征在于，所述换热设备包括一级换热器和二级换热器，所述一级换热器的工质侧入口、出口分别与所述增压设备出口、所述二级换热器的工质侧入口对应连接，所述一级换热器的介质侧入口与所述欠氧空气出口连接；所述二级换热器的工质侧出口与所述原料气入口连接，所述二级换热器的介质侧入口与所述产品气出口连接，所述二级换热器的介质侧出口与冷凝器连接，所述冷凝器的气侧出口通过蒸发器与所述第一惰性气体入口连接，第二惰性气体入口连接CO2气源。3.根据权利要求2所述的基于变压吸附制氮协同化学链空分制氧装置，其特征在于，在所述二级换热器的介质侧入口与所述产品气出口连接的管路上还设有支管。4.根据权利要求1
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3之一所述的基于变压吸附制氮协同化学链空分制氧装置，其特征在于，所述变压吸附反应器、化...

【专利技术属性】
技术研发人员：向文国，周威，陈时熠，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：新型
国别省市：