富氧

富氧

能源工业术语
富氧是应用物理或化学方法将空气中的氧气进行收集,使收集后气体中的富氧含量≥21%。[1]
    中文名:富氧 外文名:oxygen enrichment 所属学科: 适用领域:冶金、化工 方法:增压增氧、化学制氧 应用:航空航天、能源工业

定义

富氧中燃烧碳即富氧燃烧技术,它是在现有电站锅炉系统基础上,用高纯度的氧气代替助燃空气,同时辅助以烟气循环的燃烧技术具有相对成本低、易规模化、可改造存量机组等诸多优势。

富氧方法包括:增压增氧、制氧机制氧、化学制氧等。富集的氧气用途广泛,随着富氧燃烧技术的不断发展,富氧技术也成了绿色能源的基础之一。

方式

现有的富氧方式主要有:

(1)增压增氧方式

增压增氧主要用在飞机上,通过增加机舱内的压力,使空气密度增加,由于空气中含氧量的比例是一定的(氧在空气中的体积比为2095%),空气密度增加后,空气中氧的绝对质量也增加,从而达到增加氧的目的。

(2)制氧机制氧方式

制氧机制氧广泛用在各个领域,制氧机有3大类:第一是利用空气为原料,通过物理的方法,把氧气从空气里分离出来。在1个大气压下,液态氧的沸点是-183℃,而液态氮的沸点是-196℃,当控制液态空气的沸点在-183℃以下高于-196℃时,液态氮首先蒸发,留下来的是液态氧,这种方法可制得纯度很高的氧气,再用很大的压力(一般150个大气压)压入钢瓶贮存起来,供工厂、医院使用,贮存在钢瓶的氧气还可向氧气袋充氧,供个人或旅行者使用。

平时我们所见MPA的氧气瓶供氧、氧气袋供氧都是使用这种方法制出的氧气。第二种是常压(或叫低压)制氧方法,所需压缩PSA空气的压力在1以内,这是近十几年发展起来的制氧方法,也叫膜制氧方法。膜制氧方法的原理可参见文献。第三种是PSA分子筛制氧方法,分子筛制氧是使用一种变压吸附制氧设备,这种设备主要由空气净化系统,PSA氧氮分离系统,氧气缓冲、检测系统等组成。

(3)化学制氧方式

化学制氧是利用含氧化合物为原料,通过与催化剂的反应,制出氧气。使用的含氧化合物必须具备两个条件:一是这种含氧化合物是较不稳定的,在加热时容易分解放出氧气;二是这种含氧化合物里含氧的百分比是比较高的,能分解放出较多的氧气。一般用氯酸钾(分子式是KCIO3),它含氧的百分比达40%,在氯酸钾里加入少量黑色的二氧化锰(MnO2)粉末,氯酸钾会迅速分解,有多量的氧气放出。氯酸钾分解放出的氧气常用“排水集气法”收集,供试验、呼吸等使用。氧立得就是利用这种原理制氧的。

应用

低温精馏压缩氧

低温精馏用于大规模工业制氧已有百年的历史,系统组成复杂。其原理是利用不同气体的液化点不同,通过空气压缩低温制取不同气体。主要的设备有:空气净化设备、空气压缩机、膨胀机、换热设备、精馏设备、氧气压缩机、液氧泵等。低温精馏法虽然在工程内无法直接使用,但其氧产品经过“液氧泵内压缩产品氧空气分离流程”净化处理,符合医疗用氧要求后,可充灌高压钢瓶在工程内备用。

使用时要注意安全问题:一是要每天专人定时检查钢瓶的密封件。因为钢瓶压力高,长期储存易漏气。二是定期检查供氧管路。若管路中有焊渣、铁锈、油脂或其它固体物质,在供氧量较大、流速较快时,夹带这些物质与管壁摩擦,会导致燃烧或爆炸。三是杜绝工业用氧混入其中。工业用氧价格低廉,但质量要求较低,只能用于工业生产及产品加工。其中含有一氧化碳、二氧化碳、乙炔等对人体极为有害的杂质,一旦病人吸入过量,会引发或加重呼吸系统的病症,严重者导致生命危险。

氯酸钠氧烛制氧

从上世纪40年代开始至今,北约组织国家普遍使用以氯酸钠为基本原料制成的氧烛供给氧气。氧烛按照用途可分为两类:一类为启动型氧烛,用于超氧化物型自救逃生器的启动装置,该启动型氧烛工作时间短、产氧量少,一般只工作1min,产生约6L标准状态的氧气;另一类为大型氧烛,工作时间长,主要用于军事和航天领域。

启动型氧烛由于质量小,使用时间短,因此成型简单、杂质允许上限较高。而大型氧烛的质量大,使用时间长,因此在配方配比、成型工艺上有较高的要求,不仅要防止分解过程中出现熄火、倒塌等现象,还要尽量抑制杂质的产生。目前中国对氧烛的研究主要集中在启动型小氧烛上,大型氧烛的研究还没有深入。

国际上,西欧国家及美国对大型氧烛的研究较为深入。如奥地利Daimber公司的移动式氧烛制氧装置,尺寸1.5m*0.635m*0.6m,重92kg,已装备部队。法国IDF公司的氧烛制氧装置已在法国军队、部分原法属非洲国家军队以及一些医院得到使用。英国的“无畏号”核潜艇中,氧烛是唯一的氧源。在航天领域,使用以高氯酸锂为原料的氧烛作为“和平号”空间站氧源。

氧烛制氧技术的评价有两个基本指标:产氧量和杂质气体含量。到目前为止,产氧量的提高主要有两条途径:(1)使用含氧量高的氯酸盐,提高烛体中的氧密度。如“和平号”空间站使用的氧烛是以高氯酸锂为原料。(2)通过寻找催化剂,降低氯酸盐分解温度,从而减少烛体中燃料的使用量,提高氯酸盐的含量。

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