一种纯化气体或制取氧气的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种纯化气体或制取氧气的装置，主要由间壁式换热器、吸附器、电加热器、进气阀门、排气阀门、保温外罩等件组成。该装置可以有效地利用对氧气有变温吸附特性的分子筛，使氧气与氮气或氩气等分离，制取的氮气纯度可以达到９９．９９９９％以上，氧气纯度可以达到９９．９％以上。该装置不仅操作简便，可以小型化，便于现场供气，而且运行热效率高，电耗小，不需氢气除氧，大大降低了生产成本。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本技术属气体分离领域。目前，氮气和氧气的分离设备主要有变压吸附式和深冷式两种，深冷式分离设备复杂，设备造价昂贵，尽管大型设备电耗较低，产品纯度也可达到99.9995％。但小型设备产品纯度低，设备噪音大，电耗较高。变压吸附式设备可小型化，但其产品纯度，氧气最高能达到93％左右，氮气纯度一般仅能达到99.5％，为获得纯度较高的氮气产品，需采用氢气在催化剂作用下将氧气除掉，流程复杂。许多材料，在气体总压保持恒定或变化较小、温度较低时其能够吸附氧气，当温度升高到一定温度时，这种材料可以将吸附的氧气全部解吸，如申请号为96106787.X的专利申请文件提供的一种新材料----钇钡铜氧(YBCO)超导材料就有这种特性。当温度在300℃时，该材料能吸附氧气，且能使含氧混合气中氧含量降低到1ppm以下，在900℃时可将吸附的氧气几乎全部解吸。应用这种材料的吸附量随温度变化而变化的特性(简称变温吸附特性)，将材料加工成变温吸附分子筛，采用一定的设备形式，通过改变温度，可以从气体中分离氧气得到氧气或纯化气体。若用于氧气、氮气分离，与深冷式设备相比，设备消耗压缩功小，设备可小型化，可用小型设备现场供气，减少气瓶运输等不便。采用那些对氧变温吸附性强的分子筛可以将气体中的氧降到PPm以下，因此与变压吸附式设备相比，可不用氢气还原除氧，得到高纯氮气。同样可以不用氢气除氧，得到高纯氩气。本技术的目的是提供一种能够利用变温吸附分子筛，从气体中分离氧气、纯化气体或制取氧气的装置。本技术是这样实现的一种纯化气体或制取氧气的装置，主要由两个间壁式换热器、两个吸附器、电加热器、进气阀门、排气阀门以及保温外罩组成，间壁式换热器、吸附器、电加热器均包裹在保温外罩内，其间由管道相连，连接顺序为进气阀门、排气阀门-间壁式换热器-吸附器-电加热器-吸附器-间壁式换热器-进气阀门、排气阀门。其中吸附器由外壳、内壳、吸附料柱、进气管、排气管构成，吸附器外壳一端与电加热器连接，另一端与载热(冷)气接管连接，外壳与内壳之间形成加热气体通道，以便载热(冷)气体流动；内壳内装载吸附料柱；吸附器下端内壳中的导气管与换热器相连。电加热器由外壳、发热元件、热电偶、元件插孔组成，在外壳的一侧有多排元件插孔，以插入发热元件，用于将气体加热，在同一侧的中心插孔插入热电偶；发热元件和热电偶用导线引出保温罩外壳，供接电源及温度控制设备用；电加热器的两端通过导管与吸附器相连。与现有技术相比，本技术的优点是1、由于本技术利用了变温吸附分子筛对氧吸附性强的优点，与变压吸附式设备相比，制取的氧气和氮气的纯度得到较大提高，尤其是可以不用氢气除氧，直接得到高纯氮气，简化了生产流程，分离氧氮混合气体，氧气纯度可以达到99.9％以上，氮气纯度可达到99.9999％以上。2、设备消耗压缩功小，可以小型化，可实现小型设备现场供气，减少气瓶运输不便和安全等问题。3、本技术利用了回热原理，热效率高，运行电耗小，降低了生产成本。附附图说明图1是本技术的结构示意图。附图2是本技术的电加热器结构示意图。下边结合附图对本技术作进一步说明。在附图1中，1和3为间壁式换热器，2和4为吸附器，5为保温外罩，6为电加热器，7为导线出口，8为吸附器外壳，9为载热气导管，10为翅片，11为吸附料柱，12和15为导气管，13为吸附器内壳，16和20为进气阀，17和21为排气阀，18和19为载热气接管，22为设备外壳。整个装置有两套间壁式换热器1、3和吸附器2、4，其间用电加热器6和载热气导管9连接起来。间壁式换热器1和3、吸附器2和4以及电加热器均包裹在保温外罩5内，以减少热能的散失。由于这两套换热器和吸附器的结构及功能完全相同，因此我们仅对其中一套的结构作详尽说明。间壁式换热器的功能是完成进气与出气的热交换，降低出气的温度，减少热损失，同时提高进入吸附料柱的气体温度。其主结构体最好为螺旋板式换热器，也可以是列管式换热器。其具体结构为间壁式换热器3下端的进气管上装置有一个进气阀门16，以便将含氧混合气体有控制(切断或导通)地引入换热器3；其排气管上装置有一个有接排气阀门17，以便有控制(切断或导通)地将产品气体(纯氧、纯氮或纯氩等)引出间壁式换热器3；间壁式换热器3的上端出口与吸附器4的导气管12和15连接；各气管，阀门及换热器、吸附器等的相互连接可为发兰连接，罗纹连接，焊接或其他连接方式，最好为焊接；换热器的连接最好使气体在其中进行逆流换热式。进、排气管、阀门及换热器、吸附器等均由金属材料(如不锈钢)制成。吸附器的功能是盛装分子筛，同时提供与气体进行热交换的场所。其具体结构为吸附器4由外壳8、内壳13、吸附料柱11、导气管12和15等构成。吸附器外壳8的上端与通过载热气导管9与电加热器6连接，下端与载热(冷)器接管18连接；外壳8与内壳13之间形成加热气体通道14，以便载热(冷)气体流动；吸附器内壳13内的空腔断面可为圆形或多边形，空腔用于盛装分子筛；吸附料柱11由分子筛堆积而成；吸附器下端内壳中的导气管12和15与间壁式换热器3相连，以便将气体导引到吸附柱11的另一端或将气体导进间壁式换热器3。为提高传热效率，吸附器内壳13外壁上最好带有翅片10，翅片上有许多孔便于气体通过。吸附器外壳8，内壳13，翅片10，导气管12和15等均由金属材料焊接而成。保温罩5由保温层及装置外壳22组成，装置外壳22最好用金属材料制成，其功能是形成空腔，以便使间壁式换热器1和3、吸附器2和4以及电加热器6等部件固定在其中；保温层由绝热材料构成。在装置外壳22上有一个导线出口7，用以引出电加热器的导线。在附图2中，23为电加热器外壳，24为发热元件，25为热电偶，26为元件插孔。电加热器6的功能是将气体加热，其外壳23形成气体封闭通道，内装发热元件，将流过的气体加热；加热器外壳23可以用金属材料制成，其一侧有多排元件插孔26，用以插入发热元件24，在同一侧中心孔插入热电偶25；发热元件24和热电偶25用导线引出保温罩外壳，供接电源及温度控制设备用。电加热器6的两端通过载热气导管分别与吸附器2、4相连。本技术实现从含氧气体中纯化气体(如氮气或氩气)或制取氧气的工作过程如下装置从冷态启动时，假定外接循环泵使气体沿载热气接管19向A方向流动，气体先穿过吸附器2，再经电加热器6后被加热，然后穿过吸附器4的加热气体通道14，将吸附器4内吸附料柱11(由变温吸附分子筛构成)加热，最后使吸附器4处于高温乏氧状态，而此时吸附器2处于低温饱氧状态，关闭进气阀门16和20，开排气阀门17和21，抽净吸附器2和4内残气后关闭，使装置进入正常工况。然后，循环泵逆转使气体沿反A方向流动，循环气体通过吸附器2时被冷却，加热吸附器2，使其处于放氧工况。此时，进气阀门20处于关位，打开排气阀门21，解吸气经过换热器1排出，若将排出的气体收集起来即可以得到高纯氧气。在此过程中吸附器4被循环气降温，当吸附器4内吸附料柱的温度降到一定时，吸附料柱变为乏氧状态(吸氧工况)；打开进气阀门16，含氧气体(如含氧氮气)经换热器3进入吸附器4，氧被吸附后的气体，再经换热器3，从排气阀17排出；此时将排出的气体收集起来，即可得到除氧后的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纯化气体或制取氧气的装置，其特征在于：本装置主要由两个间壁式换热器、两个吸附器、电加热器、进气阀门、排气阀门以及保温外罩组成，间壁式换热器、吸附器、电加热器均包裹在保温外罩内，其间由管道相连，连接顺序为：进气阀门、排气阀门－间壁式换热器－吸附器－电加热器－吸附器－间壁式换热器－进气阀门、排气阀门。

【技术特征摘要】
1.一种纯化气体或制取氧气的装置，其特征在于本装置主要由两个间壁式换热器、两个吸附器、电加热器、进气阀门、排气阀门以及保温外罩组成，间壁式换热器、吸附器、电加热器均包裹在保温外罩内，其间由管道相连，连接顺序为进气阀门、排气阀门-间壁式换热器-吸附器-电加热器-吸附器-间壁式换热器-进气阀门、排气阀门。2.依照权利要求1所说的一种纯化气体或制取氧气的装置，其特征在于吸附器由外壳、内壳、吸附料柱、进气管、排气管构成，吸附器外壳一端与电加热器连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振峰，高之爽，孟令启，胡行，郭益群，杨德林，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：实用新型
国别省市：41[中国|河南]