[发明专利]一种由水电解连续生产高纯氧的工艺

说明书

技术领域

本发明属于工业制氧技术领域，特别涉及一种由水电解连续生产高纯氧的工艺方法。

背景技术

纯度高于99.995％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。工业氧纯度仅为99.2％～99.7％。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。低温精馏法已有100来年的历史，此法工艺成熟，产品纯度高，在生产气态氧的同时，也能生产液态氧，适于大规模生产。根据需要，大型全低压空气低温分离装置也可以在生产工业氧的同时，副产部分高纯氧，但由于装置投资高，若专为生产少量高纯氧而建，则很不经济。在大规模氧气生产工艺中，其他三种方法在技术成熟程度、能耗和氧的纯度等方面，都无法与低温精馏法抗衡。

由于空气主要是由氮、氧、氩、二氧化碳大组分和氖、氦、氢、甲烷等10余种微量组分组成，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，故除如上所述，根据需要直接在大型低温空气分离装置副产外，一般不用此类工业氧为原料来制作高纯氧。

水是工业氧生产另一种重要原料，水电解法可以同时得到氢气和氧气两种产品。传统水电解法主要用于制氢，氧系其副产品。用水电解法制得的氧气的纯度比较高，通常，一般水电解制氢工业装置的氧气输出纯度为99.2％～99.8％，其杂质比较单纯，主要为氢、饱和水蒸气和微量氮，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。传统水电解法制氢并副产氧的装置中，水中溶解的氮气和其他气体杂质随水进入电解槽，最终进入产品氢气和氧气中。本发明拟采用水电解氧为原料经纯化制取高纯氧。

发明内容

本发明是对传统水电解法制氢并副产氧工艺的改进，其目的是提供一种由水电解连续生产高纯氧的新工艺。

本发明解决问题所采用的技术方案是：预先采用少量氧气(0.1～1.0Nm³/h)对电解原料水进行鼓泡反吹，除去溶解于水中的氮气，并同时除去溶解于水中的其他气体杂质，以脱除了溶解气体的水电解后获得的工业氧气为原料，经催化脱氢、游离水分离、分子筛等压变温吸附法干燥等工艺过程，即可获得符合国家标准(GB/T 14599)的高纯氧产品。

本发明的高纯氧连续生产工艺主要包括下述步骤：

(1)脱除原料水中溶解气：在常温常压下，用流量为0.1～1.0Nm³/h的氧气对原料水进行鼓泡反吹，除去溶解于水中的氮气及其他气体杂质，获得脱除了溶解氮和其他溶解气体的软水；

(2)水电解制氧：将上述脱除了溶解氮气和其他溶解气体的软水在工业电解装置进行电解，在电解槽阳极获得工业电解氧，所述工业电解氧的纯度为99.2％～99.8％，其余为氢和饱和水蒸气；

(3)催化脱氢：将获得的电解氧引入催化脱氢装置，以钯或铂作催化剂，使电解氧中的氢与氧反应生成水，使氧中氢的含量降到0.1×10^-6(体积比)；

(4)干燥脱水：采用分子筛等压变温吸附技术脱除氧中的水，获得高纯氧。

步骤(1)中脱除原料水中溶解气时，反吹用氧为水电解氧，氧流量为0.1～0.5Nm³/h，氧与原料水在水箱入口填料管内进行鼓泡反吹。

为了不使脱除了溶解气的软水再次接触空气，可将原料水箱盖由敞口改为封口，经气密处理后的原料水箱，其水面上部的空气可经水封罐排空。

步骤(1)中脱除原料水中溶解气时，也可以将氧直接引入原料水箱中进行鼓泡反吹，鼓泡反吹用氧仍为水电解氧，氧流量为0.1～1.0Nm³/h。

步骤(2)中所述工业电解装置为通用工业电解装置，水电解制氧的工作压力最好为1.2～3.2MPa，即要求氧气输出压力为1.2～3.2MPa。

步骤(3)中催化脱氢反应的压力为1.2～3.2MPa，温度为常温。由于反应是放热反应，反应温度会升高，因此实际反应温度为常温～100℃。

步骤(4)中采用分子筛等压变温吸附技术干燥脱水时，首先将催化脱氢后的氧冷却到0～20℃，分离除去游离水，然后采用分子筛三塔等压变温吸附技术脱除氧中剩余水蒸气，整个干燥和再生过程在两个主干燥塔和一个预干燥塔内周期性循环进行，工作压力为1.2～3.2MPa，吸附干燥温度为0～20℃，分子筛再生温度为150～200℃，脱水干燥后获得露点为-72～-70℃的氧气。