CN203923390U - 一种电解水制高纯氧的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电解水制高纯氧的装置，包括从前往后依次设置的工业电解装置、预热器、催化脱氢装置和分子筛脱水干燥器；所述催化脱氢装置上还附设有一燃烧器，燃烧器的进口与催化脱氢装置脱氢后的气体出口连通；所述工业电解装置的电解氧出口与预热器的进口连通，所述预热器的出口与催化脱氢装置的进口连通，所述催化脱氢装置上的燃烧器出口与分子筛脱水干燥器的进口连通。该电解水制高纯氧装置，通过预热器对制得的工业电解氧进行预热处理，通过带燃烧器的催化脱氢装置除去电解氧中的氢及其他可燃性杂质，通过分子筛脱水干燥器除去水分、二氧化碳等杂质，使从工业电解装置出来的电解氧一步步纯化得到高纯氧。
Description
技术领域
本实用新型属于工业生产设备技术领域，特别涉及一种电解水制高纯氧的装置。
背景技术
根据“GBT14599-2008纯氧、高纯氧和超纯氧”中的指标，纯度高于99.999％的氧称为高纯氧，高纯氧产品通常由工业氧经纯化处理制取。空气是工业氧生产取之不尽的源泉，空气分离制氧可以采用四种方法，即低温精馏法、常温变压吸附法、膜分离法和高温碱性熔盐催化吸收法。但是，由于空气主要是由氮、氧、氩、二氧化碳、甲烷、氢等组分组成，由空气分离法制取的工业氧组成复杂，特别是含有难于用常温分离法除去的氩、氮等杂质组分，故一般不以空气为原料来制作高纯氧。
水是工业氧生产另一种重要原料，电解水法可以同时得到氢气和氧气两种产品。传统电解水法主要用于制氢，氧系副产品。用电解水法制得的氧气的纯度比较高，通常，一般电解水制氢工业装置输出纯度为99.2％-99.8％，其杂质比较单纯，主要为氢、饱和水蒸气、微量氮气和烃类(以甲烷为代表)。其中，微量氮杂质主要来自于电解装置所用的水原料，即来自于电解水原料中溶解的空气，在常温(20℃)常压的空气环境下，1kg水可溶解12.2ml氮。传统电解水法制氢并副产氧的装置中，水中溶解的氮气和其它气体杂质随水进入电解槽，最终进入产品氧气中。对于烃类，一方面来自于空气的残留，另一方面来自于水中溶解加温释放，在国标“GBT14599-2008纯氧、高纯氧和超纯氧”和“GBT14604-2009电子工业用气体氧”中均对烃类的残留量有要求。但是，按照常规电解水对高纯氧进行纯化，其烃类残留量一般难于达到指标要求，这就又成了限制电解水法制备高纯氧的一个瓶颈。
基于上述原因和现有技术，本实用新型对电解水制高纯氧的生产装置进行了改进。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种电解水制高纯氧的装置，该装置能有效对工业电解氧进行纯化。
本实用新型采用的技术方案为：
一种电解水制高纯氧的装置，包括从前往后依次设置的工业电解装置、预热器、催化脱氢装置和分子筛脱水干燥器；所述催化脱氢装置上还附设有一燃烧器，燃烧器的进口与催化脱氢装置脱氢后的气体出口连通；所述工业电解装置的电解氧出口与预热器的进口连通，所述预热器的出口与催化脱氢装置的进口连通，所述催化脱氢装置上的燃烧器出口与分子筛脱水干燥器的进口连通。
进一步，所述工业电解装置上附设有对原料水进行脱气处理的逆流鼓泡反吹装置。
进一步，所述预热器设有加热夹层，其加热夹层设管道与催化脱氢装置的余热排放口连通。
进一步，所述催化脱氢装置上的燃烧器内，设有3组用于温度调节的电阻杆。
进一步，所述分子筛脱水干燥器为装有13X分子筛的干燥器。
进一步，所述13X分子筛，由Ａ、Ｂ两组组成。
进一步，所述电解水制高纯氧的装置还包括设于分子筛脱水干燥器后的过滤器，所述分子筛脱水干燥器的出口与过滤器的进口连通。
进一步，所述过滤器为保安过滤器。
进一步，所述电解水制高纯氧的装置还包括设于过滤器后的隔膜压缩机，所述过滤器出口与隔膜压缩机进口连通。
本实用新型的有益效果：本实用新型的电解水制高纯氧装置，通过预热器对制得的工业电解氧进行预热处理，通过带燃烧器的催化脱氢装置除去电解氧中的氢及其他可燃性杂质，通过分子筛脱水干燥器除去水分、二氧化碳等杂质，使从工业电解装置出来的电解氧一步步纯化得到高纯氧。此外，其中逆流鼓泡反吹装置对原料水中可溶性气体的去除，以及预热器通过设管道对催化脱氢装置余热的回收利用，使该装置系统进一步提高了高纯氧的制备及纯化效率，并充分利用了能源。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。
图1为本实用新型电解水制高纯氧装置的流程示意图；
图中，1为工业电解装置，101为逆流鼓泡反吹装置，2为预热器，3为催化脱氢装置，301为燃烧器，4为分子筛脱水干燥器，5为过滤器，6为隔膜压缩机；图中箭头为物料走向。
具体实施方式
以下将结合附图对本实用新型进行详细说明，如图1所示：
一种电解水制高纯氧的装置，包括从前往后依次设置的工业电解装置1、预热器2、催化脱氢装置3和分子筛脱水干燥器4；所述催化脱氢装置3上还附设有一燃烧器301，燃烧器301的进口与催化脱氢装置3脱氢后的气体出口连通；所述工业电解装置1的电解氧出口与预热器2的进口连通，所述预热器2的出口与催化脱氢装置3的进口连通，所述催化脱氢装置3上的燃烧器301出口与分子筛脱水干燥器4的进口连通。该装置系统在运行时，水首先在工业电解氧装置中分解得到电解氧，电解氧再依次流经后续设备，纯化得到高纯氧。
进一步，所述工业电解装置1上附设有对原料水进行脱气处理的逆流鼓泡反吹装置101。该逆流鼓泡反吹装置101可对原料水进行高纯氧的逆流鼓泡反吹，可脱除其中的溶解气，以减少后续纯化中杂质气体的存在。具体地，所述逆流鼓泡反吹装置101可为设于工业电解装置1上的一封口的原料水箱，在水箱的入口处设氧气入口和流量计，用填充了不锈钢丝网的填料管作为鼓泡脱氮管。
进一步，所述预热器2设有加热夹层，其加热夹层设管道与催化脱氢装置3的余热排放口连通。由于催化脱氢是在加热的条件下进行，该预热器2通过设管道对催化脱氢装置3的余热进行回收利用，充分利用了能源，降低了生产成本。
进一步，所述催化脱氢装置3上的燃烧器301内，设有3组用于温度调节的电阻杆。这样可根据电解氧中可燃气体含量的多少对燃烧温度进行高低控制，可燃气体含量高，则燃烧温度高。上述燃烧器301即指燃烧用的反应器，其它工业上可实现该燃烧功能的设备也包括在本实用新型之内。进一步，所述分子筛脱水干燥器4为装有13X分子筛的干燥器。该分子筛杂质脱除效果好，使用周期长，强度高，不掉粉。
进一步，所述13X分子筛，由Ａ、Ｂ两组组成。运行时，一组使用，一组再生。
进一步，还包括设于分子筛脱水干燥器4后的过滤器5，所述分子筛脱水干燥器4的出口与过滤器5的进口连通。过滤器5可进一步除去氧中的机械杂质。
进一步，所述过滤器5为保安过滤器5。
进一步，还包括设于过滤器5后的隔膜压缩机6，所述过滤器5出口与隔膜压缩机6进口连通。
实施例
利用本实用新型的电解水制高纯氧装置系统中，按下述流程进行了高纯氧的制备：
(1)电解水制氧：在常温下，在原料水箱中，用流量为5Nm3/h的高纯氧对原料水进行鼓泡反吹，除去溶解于水中氮气及其他可溶气体，获得脱除溶解气的水。将上述处理后的水在工业电解装置1中电解，在电解槽阳极获得工业电解氧，所述工业电解氧的纯度为99.6％(体积比)，经检测，其中还含有水、二氧化碳、一氧化碳、烃、硫化氢等杂质。
(2)预热处理：在预热器2中，对步骤(2)获得的工业电解氧进行预热，使温度达到220℃左右。
(3)催化脱氢：步骤(2)获得的工业电解氧引入催化脱氢装置3，在市售钯的催化，温度280℃，压力1.4MPa下，使电解氧中的杂质氢与氧反应生成水，并在280℃下经燃烧器301燃烧除去未反应完的氢气、可燃气体等，得到含氧99.9995％、无氢、无烃、含水和二氧化碳等杂质的氧气。
(4)脱水干燥：步骤(3)除杂后的电解氧经冷却器冷却至30℃，进入分子筛脱水干燥器4，采用分子筛等压变温吸附技术脱除其中的水分、CO2等。分子筛干燥器分为A、B两组，电解氧从A组进经吸附水分、CO2等。A组的出口取一股约A组进气的10％的高纯氧，引入B组对分子筛进行再生(再生条件为：加热到300℃，压力0.05MPa，脱出水、CO2等)，待下次使用。
(5)过滤除杂：步骤(4)脱水干燥的电解氧经精密过滤器5(保安过滤器5)过滤，除去机械杂质，即得纯度为99.9999％的高纯氧。
在压缩充瓶前，用隔膜压缩机6对气瓶进行抽真空处理，再进行高纯氧的充瓶，即得产品高纯氧。
上述制得的高纯氧除氧的含量为99.9999％，在氢、氩、氮、二氧化碳、水分、一氧化碳、一氧化氮、总杂质等含量上均极低，同时符合了“GBT14599-2008纯氧、高纯氧和超纯氧”中高纯氧和“GBT14604-2009电子工业用气体氧”中二级电子氧的要求。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种电解水制高纯氧的装置，其特征在于：包括从前往后依次设置的工业电解装置(1)、预热器(2)、催化脱氢装置(3)和分子筛脱水干燥器(4)；所述催化脱氢装置(3)上还附设有一燃烧器(301)，燃烧器(301)的进口与催化脱氢装置(3)脱氢后的气体出口连通；所述工业电解装置(1)的电解氧出口与预热器(2)的进口连通，所述预热器(2)的出口与催化脱氢装置(3)的进口连通，所述催化脱氢装置(3)上的燃烧器(301)出口与分子筛脱水干燥器(4)的进口连通。
2.根据权利要求1所述的电解水制高纯氧的装置，其特征在于：所述工业电解装置(1)上附设有对原料水进行脱气处理的逆流鼓泡反吹装置(101)。
3.根据权利要求1所述的电解水制高纯氧的装置，其特征在于：所述预热器(2)设有加热夹层，其加热夹层设管道与催化脱氢装置(3)的余热排放口连通。
4.根据权利要求1所述的电解水制高纯氧的装置，其特征在于：所述催化脱氢装置(3)上的燃烧器(301)内，设有3组用于温度调节的电阻杆。
5.根据权利要求1所述的电解水制高纯氧的装置，其特征在于：所述分子筛脱水干燥器(4)为装有13X分子筛的干燥器。
6.根据权利要求5所述的电解水制高纯氧的装置，其特征在于：所述13X分子筛，由Ａ、Ｂ两组组成。
7.根据权利要求1所述的电解水制高纯氧的装置，其特征在于：还包括设于分子筛脱水干燥器(4)后的过滤器(5)，所述分子筛脱水干燥器(4)的出口与过滤器(5)的进口连通。
8.根据权利要求7所述的电解水制高纯氧的装置，其特征在于：所述过滤器(5)为保安过滤器(5)。
9.根据权利要求7所述的电解水制高纯氧的装置，其特征在于：还包括设于过滤器(5)后的隔膜压缩机(6)，所述过滤器(5)出口与隔膜压缩机(6)进口连通。
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