本發(fā)明涉及氧氣的制備方法，具體地說是一種超純氧的制備方法。
背景技術(shù)：
空氣是工業(yè)氧生產(chǎn)取之不盡的源泉，空氣分離制氧可以采用四種方法，即低溫精餾法、常溫變壓吸附法、膜分離法和高溫堿性熔鹽催化吸收法。由于空氣主要是由氮、氧、氬、二氧化碳、甲烷、氧等組成，由空氣分離法制取的工業(yè)氧組成復(fù)雜，特別是含有難于用常溫分離法除去的氬、氮等雜質(zhì)，用此類工業(yè)氧為原料來制備超純氧的難度非常大。
水是工業(yè)氧生產(chǎn)另一種重要原料，用電解水法制得的氧氣純度比較高，輸出純度為99.2-99.8%，其雜質(zhì)比較單純，主要為氧、飽和水蒸氣、微量氮和烴類(以甲烷為代表)。其中，微量氮和烴類雜質(zhì)主要來自于電解裝置所用的水原料，即來自于電解水原料中溶解的空氣。傳統(tǒng)電解水法制氧并副產(chǎn)氧的裝置中，水中溶解的氮氣和其它氣體雜質(zhì)隨水進入電解槽，最終進入產(chǎn)品氧氣中。
如何將工業(yè)氧、高純氧中的氮和烴類雜質(zhì)去除，是生產(chǎn)制造超純氧的的瓶頸，目前尚無用電解水法制備超純氧的專利。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對超純氧生產(chǎn)工藝存在的空白，本發(fā)明采用電解制氧工藝，對電解前的軟化水進行預(yù)處理，通入高純氧保壓，再利用催化脫氫和分子篩脫水工藝，過濾除塵，鋼瓶烘干處理工藝，生產(chǎn)出的超純氧純度符合“GBT 14599-2008 純氧、高純氧和超氧氧”的要求，具有超純氧產(chǎn)量高、投資少、生產(chǎn)穩(wěn)定等特點。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：
一種超純氧的制備方法，包括以下步驟：
（1）預(yù)熱：將軟化水罐中的軟化水進行預(yù)熱；
（2）保壓：向步驟（1）預(yù)熱后的軟化水罐中通入高純氧氣保壓；
（3）電解：將步驟（2）中的軟化水經(jīng)冷卻后通入水電解系統(tǒng)進行電解，產(chǎn)出電解氧；
（4）催化脫氫：將步驟（3）中產(chǎn)出的電解氧通過脫氫催化塔脫除氫和甲烷等雜質(zhì)；
（5）脫水干燥：將步驟（4）除雜質(zhì)后的電解氧經(jīng)冷卻器冷卻后用汽水分離器脫除游離水，增壓，增壓后通過高壓汽水分離器，進入分子篩塔除去水分和二氧化碳。
（6）過濾除塵：步驟（5）脫水干燥的電解氧經(jīng)過濾器過濾，除去雜質(zhì)，即得超純氧。
所述步驟（1）中，預(yù)熱溫度優(yōu)選95~100℃，在此溫度范圍內(nèi)，Ar、N2、CO、CO2、H2、CH4和Cl2在水中的溶解度幾乎為零（見表1、表2），優(yōu)選預(yù)熱時間為10~30min，將溶解在其中的Ar、N2、CO、CO2、H2、CH4和Cl2全部去除。
所述步驟（2）中預(yù)熱軟化水充高純氧保壓，保壓壓力優(yōu)選0.02~0.04MPa，邊保壓邊降溫冷卻，冷卻溫度優(yōu)選0~40℃。由于高純氧的保壓作用，避免空氣中Ar、N2、CO、CO2、H2、CH4和Cl2再次溶解在軟化水中。
所述步驟（4）中采用脫氫催化塔，可降低催化脫氫反應(yīng)的耗能，作為優(yōu)化的，所述脫氫催化塔所用催化劑為中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研制的催化劑OC-2，能保證在有氧氣氛下氧與雜質(zhì)CH4、CO、H2反應(yīng)生成CO2及H2O，所述脫氫催化塔工作溫度優(yōu)選180±20℃，通過該步驟可以進一步去除電解氧中的氫、烴類等雜質(zhì)。
所述步驟（5）中采用高壓汽水分離器和分子篩等設(shè)備，充分去除電解氧中的水分、二氧化碳等雜質(zhì)，作為優(yōu)化的，電解氧增壓至15MPa，所述分子篩優(yōu)選13XAPG分子篩，由兩組組成，工作時一組使用，一組再生。
所述步驟（6）進一步對脫水干燥后的電解氧進行機械雜質(zhì)的去除，使氧的純度得到進一步的提高。通過步驟（6）獲得的超純氧在壓縮充瓶前。對鋼瓶進行特殊烘干處理，去除瓶內(nèi)粉塵和水，烘干后水含量應(yīng)低于0.3ppm，抽至真空后進行充裝。
表1 氣體在水中的溶解度
表2 氬氣（Ar）在1體積水中的吸收系數(shù)
注：吸收系數(shù)，是指在氣體分壓等于101.325KPa時，被1體積水所吸收的該氣體體積。
本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明研究出一種新型操作簡單、行之有效的超純氧制備方法，在對原料軟化水進行預(yù)熱處理時，N2、Ar等各種難于去除的雜質(zhì)即被脫除，經(jīng)電解后可得到超純氧，區(qū)別于其他方法中將工業(yè)氧、高純氧進行純化的工藝路線，具有生產(chǎn)能耗低、流程效率高，工藝簡單、成本低等特點。
具體實施方式
以下對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細(xì)描述，優(yōu)選實施例中未注明具體條件的實驗方法，按照常規(guī)條件進行。
以下實施例使用的主要設(shè)備的信息為：2m3軟化水罐，該軟化水罐中設(shè)有加熱盤管和冷凝裝置；水電解制氧裝置：型號：ZDQ-125/1.5，氧氣額定產(chǎn)量：125Nm3/h；催化脫氫塔，該催化脫氫塔采用兩組電加熱裝置來保證反應(yīng)溫度：干燥器：包括汽水分離器、高壓汽水分離器和分子篩塔，其中2臺分子篩在工作時一組工作，另一臺再生。前述未標(biāo)明具體型號的設(shè)備為工業(yè)常規(guī)設(shè)備，由市售購買所得。
實施例1
通過上述生產(chǎn)裝置，按下述流程進行高純氧的制備：
（1）預(yù)熱：在常壓下將2m3軟化水罐中的軟化水加熱至100℃，加熱時間為16min，將溶解在水中Ar、N2、CO、CO2、H2、CH4和Cl2全部除去；
（2）保壓：向步驟（1）預(yù)熱后的軟化水罐中通入高純氧氣保壓，保壓壓力為0.3MPa，邊保壓邊降溫冷卻，冷卻溫度為30℃，由于高純氧的保壓作用，避免空氣中Ar、N2、CO、CO2、H2、CH4和Cl2再次溶解在軟化水中。
（3）電解：將步驟（2）中冷卻至30℃的軟化水通入水電解制氧裝置進行電解，產(chǎn)出電解氧，經(jīng)檢測，其中還有水、二氧化碳等雜質(zhì)。
（4）催化脫氫：將步驟（3）中產(chǎn)出的電解氧引入脫氫催化塔脫，在溫度為180±20℃下，采用中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研制的催化劑OC-2進行催化，使電解氧中的雜質(zhì)氧與氧反應(yīng)生成水，得到含氧99.999%的電解氧。
（5）脫水干燥：將步驟（4）除雜后的電解氧經(jīng)冷卻器冷卻后用汽水分離器脫除游離水，然后增壓至15MPa后通過高壓汽水分離器，隨后進入分子篩塔進一步除去水分和二氧化碳，所述分子篩優(yōu)選13XAPG分子篩，由兩組組成，工作時一組使用，一組再生。
（6）過濾除塵：步驟（5）脫水干燥的電解氧經(jīng)過濾器過濾，除去機械雜質(zhì)，即得純度為99.99995%的超純氧，其各項指標(biāo)詳見表3。
在壓縮充瓶前，盛裝超純氫的鋼瓶經(jīng)過特殊烘干處理，去除瓶內(nèi)粉塵和水，抽至真空后進行充裝，生產(chǎn)出瓶裝超純氫。
表3 實施例測試結(jié)果
上述具體實施方式僅是本發(fā)明的具體個案，本發(fā)明的專利保護范圍包括但不限于上述具體實施方式的產(chǎn)品形態(tài)和式樣，任何符合本發(fā)明權(quán)利要求書的一種超純氧的制備方法且任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對其所做的適當(dāng)變化或修飾，皆應(yīng)落入本發(fā)明的專利保護范圍。