富氧

富氧

能源工業術語
富氧是應用物理或化學方法将空氣中的氧氣進行收集,使收集後氣體中的富氧含量≥21%。[1]
    中文名:富氧 外文名:oxygen enrichment 所屬學科: 适用領域:冶金、化工 方法:增壓增氧、化學制氧 應用:航空航天、能源工業

定義

富氧中燃燒碳即富氧燃燒技術,它是在現有電站鍋爐系統基礎上,用高純度的氧氣代替助燃空氣,同時輔助以煙氣循環的燃燒技術具有相對成本低、易規模化、可改造存量機組等諸多優勢。

富氧方法包括:增壓增氧、制氧機制氧、化學制氧等。富集的氧氣用途廣泛,随着富氧燃燒技術的不斷發展,富氧技術也成了綠色能源的基礎之一。

方式

現有的富氧方式主要有:

(1)增壓增氧方式

增壓增氧主要用在飛機上,通過增加機艙内的壓力,使空氣密度增加,由于空氣中含氧量的比例是一定的(氧在空氣中的體積比為2095%),空氣密度增加後,空氣中氧的絕對質量也增加,從而達到增加氧的目的。

(2)制氧機制氧方式

制氧機制氧廣泛用在各個領域,制氧機有3大類:第一是利用空氣為原料,通過物理的方法,把氧氣從空氣裡分離出來。在1個大氣壓下,液态氧的沸點是-183℃,而液态氮的沸點是-196℃,當控制液态空氣的沸點在-183℃以下高于-196℃時,液态氮首先蒸發,留下來的是液态氧,這種方法可制得純度很高的氧氣,再用很大的壓力(一般150個大氣壓)壓入鋼瓶貯存起來,供工廠、醫院使用,貯存在鋼瓶的氧氣還可向氧氣袋充氧,供個人或旅行者使用。

平時我們所見MPA的氧氣瓶供氧、氧氣袋供氧都是使用這種方法制出的氧氣。第二種是常壓(或叫低壓)制氧方法,所需壓縮PSA空氣的壓力在1以内,這是近十幾年發展起來的制氧方法,也叫膜制氧方法。膜制氧方法的原理可參見文獻。第三種是PSA分子篩制氧方法,分子篩制氧是使用一種變壓吸附制氧設備,這種設備主要由空氣淨化系統,PSA氧氮分離系統,氧氣緩沖、檢測系統等組成。

(3)化學制氧方式

化學制氧是利用含氧化合物為原料,通過與催化劑的反應,制出氧氣。使用的含氧化合物必須具備兩個條件:一是這種含氧化合物是較不穩定的,在加熱時容易分解放出氧氣;二是這種含氧化合物裡含氧的百分比是比較高的,能分解放出較多的氧氣。一般用氯酸鉀(分子式是KCIO3),它含氧的百分比達40%,在氯酸鉀裡加入少量黑色的二氧化錳(MnO2)粉末,氯酸鉀會迅速分解,有多量的氧氣放出。氯酸鉀分解放出的氧氣常用“排水集氣法”收集,供試驗、呼吸等使用。氧立得就是利用這種原理制氧的。

應用

低溫精餾壓縮氧

低溫精餾用于大規模工業制氧已有百年的曆史,系統組成複雜。其原理是利用不同氣體的液化點不同,通過空氣壓縮低溫制取不同氣體。主要的設備有:空氣淨化設備、空氣壓縮機、膨脹機、換熱設備、精餾設備、氧氣壓縮機、液氧泵等。低溫精餾法雖然在工程内無法直接使用,但其氧産品經過“液氧泵内壓縮産品氧空氣分離流程”淨化處理,符合醫療用氧要求後,可充灌高壓鋼瓶在工程内備用。

使用時要注意安全問題:一是要每天專人定時檢查鋼瓶的密封件。因為鋼瓶壓力高,長期儲存易漏氣。二是定期檢查供氧管路。若管路中有焊渣、鐵鏽、油脂或其它固體物質,在供氧量較大、流速較快時,夾帶這些物質與管壁摩擦,會導緻燃燒或爆炸。三是杜絕工業用氧混入其中。工業用氧價格低廉,但質量要求較低,隻能用于工業生産及産品加工。其中含有一氧化碳、二氧化碳、乙炔等對人體極為有害的雜質,一旦病人吸入過量,會引發或加重呼吸系統的病症,嚴重者導緻生命危險。

氯酸鈉氧燭制氧

從上世紀40年代開始至今,北約組織國家普遍使用以氯酸鈉為基本原料制成的氧燭供給氧氣。氧燭按照用途可分為兩類:一類為啟動型氧燭,用于超氧化物型自救逃生器的啟動裝置,該啟動型氧燭工作時間短、産氧量少,一般隻工作1min,産生約6L标準狀态的氧氣;另一類為大型氧燭,工作時間長,主要用于軍事和航天領域。

啟動型氧燭由于質量小,使用時間短,因此成型簡單、雜質允許上限較高。而大型氧燭的質量大,使用時間長,因此在配方配比、成型工藝上有較高的要求,不僅要防止分解過程中出現熄火、倒塌等現象,還要盡量抑制雜質的産生。目前中國對氧燭的研究主要集中在啟動型小氧燭上,大型氧燭的研究還沒有深入。

國際上,西歐國家及美國對大型氧燭的研究較為深入。如奧地利Daimber公司的移動式氧燭制氧裝置,尺寸1.5m*0.635m*0.6m,重92kg,已裝備部隊。法國IDF公司的氧燭制氧裝置已在法國軍隊、部分原法屬非洲國家軍隊以及一些醫院得到使用。英國的“無畏号”核潛艇中,氧燭是唯一的氧源。在航天領域,使用以高氯酸锂為原料的氧燭作為“和平号”空間站氧源。

氧燭制氧技術的評價有兩個基本指标:産氧量和雜質氣體含量。到目前為止,産氧量的提高主要有兩條途徑:(1)使用含氧量高的氯酸鹽,提高燭體中的氧密度。如“和平号”空間站使用的氧燭是以高氯酸锂為原料。(2)通過尋找催化劑,降低氯酸鹽分解溫度,從而減少燭體中燃料的使用量,提高氯酸鹽的含量。

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