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氧气发生器应用
时间:2021-01-30 10:32:29浏览量:285

目前研究比较多的化学制氧技术主要包括碱金属超氧化物制氧技术、氯酸盐制氧技术和过碳酸盐制氧技术。超氧化物制氧技术目前在携带式面具及飞船等密闭环境中取得了一些应用,但是由于其药剂吸水后会变质,导致反应效率降低,同时药剂本身具有强氧化性,不仅对设备具有腐蚀性,对人体呼吸系统也会带来损伤,因此也限制了其应用范围。目前美国及南非等国在应用中大量使用了以氯酸盐为主要成分的氧气发生器,作为常规潜艇及核潜艇应急供氧设备,同时也适用于其他密闭环境的短期供氧,尤其在矿井中被应用广泛。

技术原理

氯酸盐为主要原料的制氧技术是基于氯酸盐高温分解释放出氧气,最常用的氯酸盐为氯酸钠(NaCl03)。氯酸钠分解温度一般高于其熔点温度,其分解过程大致按如下方程式进行:

2NaClO3—2NaCI+3O2

为保证整个放氧过程自动完成,通常需要在产氧药块中加入一定量的金属粉末作为燃料(如镁粉、铁粉等),以便产生瞬间高温,促使反应进行。由于高温会诱发副反应,产生微量氯气,因此需要加入一定量催化剂(如铜氧化物、钴氧化物、锰氧化物等),在保证反应能完全进行的条件下,适当降低反应温度,尽可能抑制副反应发生。同时还要加入一定量的抑氯剂和氯气过滤材料以便能完全除去副反应所产生的微量氯气。

产品特点

利用氯酸盐高温分解原理制备出的固态氧气发生器(氧烛)主要由启动装置、产氧药块和氧气过滤材料组成。启动装置产生的热量使氧烛药块分解,释放出氧气,氧气经氧烛内部的过滤材料净化后从出口排出直接供人体呼吸。氧烛中的产氧药块由氧源(氯酸钠)、金属粉末、催化剂、抑氯剂、粘合剂等按一定配比混合,然后压制成氧烛药块。

氧烛的主要特点包括以下几个方面:

1)体积小,方便携带;

2)储氧量大,和同体积的液体氧气相当;

3)产氧速率快,一经启动,就能放出全部氧气,而且产氧量和产氧速率不受外界环境温度、湿度和压力等环境条件影响;

4)在使用过程中不存在与人的呼吸商匹配问题;

5)操作简单,启动时无需外加电力,不产生明火,使用后残余物不会污染环境,不需后处理,且使用前后装置体积不发生变化;

6)稳定性高,无需特殊保存条件,且可长期保存等等。正是由于以上这些特点,氧烛一直是应急供氧领域,特别是矿井、潜艇、空间站、航天器和密闭坑道应急供氧的首选制氧装置。

氧烛不会与水发生化学反应,所以水与氧烛接触时不会产生危险。由于氧烛本身是产氧设备,其反应原理为高温热分解,因此在使用过程中,会对环境放出一定热量,同时可能会造成环境温度的稍许提高。另外,当有机物与正在放氧的氧烛接触时,可能会引起火灾。因而,在生产、运输、储存和使用过程中,氧烛也不能与烃类或其他有机物质接触,在使用前,必需将氧烛表面的油污清理干净以防止发生危险。

性能参数

通过文献调研及配方试制,制作出了氯酸钠氧烛成品,经过触发启动燃烧测试,取得了很好的使用效果。氯酸盐氧烛最关键的技术就在于抑制副反应发生,使产生的氧气中不能含有氯气和极少量的一氧化碳(可能有),只有克服这一点,才能够得到具有实用效果的氧气发生器。

研发的固氧发生器规格如下:尺寸:400X140X140mm;重量:15.5kg;气体规格:氧气(99.5%最低);二氧化碳(不超过1000ppm);一氧化碳(不超过25 ppm):其它(甲烷、氮氧化物等)(不超过1ppm);作用时间:35到45分钟;保存时间:按说明书条件保存为3年;在标准大气压下,生成的氧气体积为3000升左右;反应完毕后,该剩余物中的主要成分是氯化钠。

与前面研究相比,制备的氧烛具有以下一些特点:1)通过调节催化剂配方及比例,降低了氧烛燃烧过程中的温度。这可以通过与进口氧烛成品的点火温度得到证实,降低体系反应温度,同时又能保证反应顺利完成也就最大可能地抑制了副产物氯气的产生。2)直接在产氧药块中加入了抑氯剂,在以往通过过滤层吸收氯气的基础上进一步加大了除氯力度。3)文献报道通常采用负载碱性物质的霍加拉特剂作为氧烛除氯层的材料,尽管除氯效果不错,但价格昂贵。我们通过改进,采用其他的方法制备过滤层,在减少成本的同时取得了很好的除氯效果。 

应用前景

欧美等国从上世纪初就开始研究氧烛技术,美国在上世纪50年代就将其作为应急氧源装配在核潜艇上,在南非,氧烛也作为应急供氧装置装配到矿井中使用。如今,氧烛也由军用转向军民两用,其应用范围正在逐渐加大。国内目前所使用的氧烛基本依靠进口得到,成本很高。国内于上世纪80年代开始研究氧烛制氧技术,目前也取得了一定成果,但是未能被广泛应用。究其原因,还是一些关键技术未取得实质性进展,缺乏安全保障。因此,发展安全氧烛技术在当今的安全应用领域仍是十分必要的。