一种磁分离集氧装置的制作方法

本实用新型的技术方案涉及一般的物理装置，具体地说是一种磁分离集氧装置。

背景技术：

随着能源危机与环境污染愈加严重，人类在致力于研究与开发新能源的同时，也在努力提高燃料的燃烧效率。通过燃料完全燃烧，产生更多能量的同时，减少不完全燃烧产生的污染物，例如一氧化碳和一氧化氮等。据调查研究显示，空气中含氧量每提高1％，燃烧效率可提高10％左右。目前国内外的空气分离技术主要为薄膜分离法、低温蒸馏法、分子筛法、细菌法、磁分离法。薄膜分离法依靠不同气体在薄膜中渗透速度不同实现气体分离，净化后的空气经过中空纤维组成的膜分离组件，由于薄膜两侧分压差作用，氧气渗透速度快而得到富氧空气，此方法必须有新鲜、洁净的大气环境且中空纤维薄膜目前国内还不能制造，因而大面积推广难度较大；低温蒸馏法是利用不用气体的液化点不同，通过空气压缩低温制取不同气体，此方法目前在工程内无法直接使用；分子筛法是将干燥的压缩空气以一定压力和时间间隔交替通入吸附塔中，氮分子被沸石分子筛吸附，氧分子通过吸附塔流出收集，此方法依旧依赖洁净大气环境，收集到的氧气中含尘量较高需经过滤才能使用且分子筛使用寿命较短。其中磁分离法是利用氮氧的磁化率差异，将空气中的氮气与氧气分离。日木、美国、前苏联和英国等陆续有专利申请。

日本专利，特公昭42—15361是利用永磁电磁两种方法的组合，在管子前端先用永磁阵列把空气磁化，在管子后边外壁加电磁铁，使富氧气体在管壁附近富集，但是该装置需要外加能量来源且富氧率低；中国专利，ZLCN1986436A,是通过磁场梯度提高水中溶解氧气的浓度，将水处理剂放置在产生梯度磁场的V型槽中，利用氧气的顺磁性，当水中的氧气浓度不均匀时会产生不同的磁场力作用从而驱动水表面的空气产生流动，但是此装置需要极高的电势差，且水中含空气量增加也会导致含氧浓度升高，并未真正实现氮气与氧气分离；ZLCN201520249654.8,利用超导磁选机分离低温空气，将低温空气通入装置中，接触多孔超导薄膜后氧气被吸收，氮气通过，从而提高氧气浓度，但是该装置利用的空气为处理后的低温空气，且利用薄膜分离氮气与氧气，并未直观看到磁场分离氮气与氧气；ZLCN1115260A,是在空气的流路中施加非均匀磁场，其磁场强度梯度方向与空气的流动方向呈某一不为零的角度。氧气受磁场力的作用沿磁场强度梯度方向流动，形成氧气的富集区，对该富集区中的氧气施加驱动力使氧气克服磁场的束缚，流入收集区，形成氧气的流路。但是该装置中磁场梯度方向和空气流动方向之间的夹角大小不能准确确定，并且所施加的驱动力也要考虑多方面影响，实验参数控制难度较大；ZLCN2442740Y,该装置为一无磁中空倒置圆锥外罩,上部与有输氧管的半圆外壳相焊接；在此内部也放置一个与上结构相同的中空倒圆锥，在倒锥体的周围放置多个电磁铁或永久磁铁。当一束空气从底部向上流动时,在磁场力作用下,实现氮气与氧气分离，但是分离效率较低。

技术实现要素：

本实用新型的技术方案旨在提高氧气浓度，提供一种磁分离集氧装置。该装置在液体环境中辅助增氧膜、沸石分子筛等方法增加氧气含量，从而提高氧气浓度。

本实用新型的技术方案：

一种磁分离集氧装置，该装置的组成包括依次相连的进气口、气流控制器、第一级分离室、第二级分离室和第三级分离室；

其中，第一级分离室、第二级分离室和第三级分离室的大小、结构相同，均为玻璃材质的等边三棱柱结构，三棱柱水平放置，顶部为平面；每一级分离室的前端均设置有增氧膜，增氧膜之后为充满液体的分离通道，分离通道的顶部外壁都固定有磁铁阵列，分离通道的尾端都分别设置有上下两个导气管，上部的导气管与下一级的分离室的进气端相连，下部的导气管作为氮气排气管；其中，第一级分离室的增氧膜之前还设置有分子筛层，第三级分离室的上部导气管为氧气收集管；

所述的分离通道中的液体为水、正戊烷、乙醇、煤油或有机磷酸酯。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型采用了多级分离。同时结合分子筛层、增氧膜等方法，从而有效地提高了氧气浓度。本装置主要用于助燃、节能和环保等领域，对所有燃料和绝大多数工业炉窑均适用。它不仅能提高劣质燃料的应用范围，又能充分发挥优质燃料的燃烧性能。用22.9％的富氧空气燃烧无烟煤，燃烧效率可提高19％。富氧用于有色金属冶炼，不仅可以明显节能，增加产量，而且还可以提高SO2浓度，以便回收，从而减轻环境污染，具有显著的经济效益和社会效益。用22.9％的富氧空气强化冶炼过程，可节能17％。SO2浓度提高30％，生产能力提高20％。此外富氧还可用于医疗保健、石油化工和渔业养殖等其它领域。

附图说明

图1为本实用新型磁分离集氧装置的结构示意图；

其中，1-进气口；2-气流控制器；3-分子筛层；4第一级增氧膜、9第二增氧膜、14第三级增氧膜；5第一级分离室、10第二级分离室、15第三级分离室；6第一磁体阵列、11第二磁体阵列、16第三磁体阵列；7、8、12、13、17、18导气管。

具体实施方式

如下图所示，以下结合附图和具体实施例，进一步说明本实用新型。所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本实用新型的范围。

本实用新型中磁分离集氧装置如图1所示，该装置的组成包括依次相连的进气口1、气流控制器2、第一级分离室5、第二级分离室10和第三级分离室15；

其中，第一级分离室5、第二级分离室10和第三级分离室15的大小、结构相同，均为玻璃材质的等边三棱柱结构，三棱柱水平放置，顶部为平面；每一级分离室的前端均设置有增氧膜，增氧膜之后为充满液体的分离通道；分离通道的顶部外壁固定有磁铁阵列，分离通道的尾端分别设置有上下两个导气管，上部的导气管与下一级的分离室的进气端相连，下部的导气管作为氮气排气管；其中，第一级分离室2的增氧膜4之前还设置有分子筛层3，第三级分离室的上部导气管为氧气收集管。

所述的分离通道中的液体为水、正戊烷、乙醇、煤油、有机磷酸酯，本实用新型优选为正戊烷。

所述的磁铁阵列的磁场强度和强度梯度乘积2-3.5T²/m；

所述的增氧膜为聚砜-硅橡胶复合膜。

所述的分子筛具体为沸石。

实施例1：

所述的装置的具体结构描述如下：

进气口1与气流控制器2相连，气流控制器2的另一端与第一级分离室5相连。在第一级分离室5的前端依次设置分子筛层3和第一级增氧膜4，外壁设置第一级磁铁阵列6,第一级分离室5尾端设置两个带有半透膜的导气管道：导气管7与第二级分离室10的进气口相连；导气管8导出氮气含量较高的气体。第二、三级分离室设置同上。

装置的材质及参数具体为：

其中，气流控制器(台湾安洲YCP-902-B)出气速度为4.0m³/min；增氧膜为天邦公司的卷式聚砜-硅橡胶复合膜；磁铁为温州胜磁公司的磁铁，磁铁之间用环氧树脂层粘结，形成的磁场强度和强度梯度乘积3.0T²/m；所述的半透膜的材质为醋酸纤维素；三棱柱形玻璃分离室为实验室自制，由长35厘米宽15厘米的长方形有机玻璃板与两块边长为15厘米的等边三角形有机玻璃板用玻璃胶粘结而成。

本实用新型是采用轨道偏转法磁致分离法，将轨道充满液体，使气体以气泡方式进行分离，并采用多级分离，有效地提高了分离后的氧气浓度。空气通入进气口，经过分子筛层，进入高梯度磁场区域后，由于氧气是顺磁性向磁场梯度高的地方运动，氮气是逆磁性向磁场梯度低的地方运动，气泡发生明显变形，并最终碰到尖端破成两个气泡。氧气浓度较高的气泡透过增氧膜进入下一级分离区，而氮气从另一出口排出。

运行：

当装置工作时，气体加压(例如可以通过增气泵)注入进气口，通过气流控制器调节气流大小，空气进入被液体充满的三棱柱形玻璃分离室，经过沸石层和增氧膜，进入高梯度磁场区域(分离通道)后，氧气在自身顺磁性的作用下向磁场梯度高的地方运动，氮气由于逆磁性作用向磁场梯度低的地方运动，气泡发生明显变形，碰到尖端破成两个气泡。氧气浓度较高的气泡透过增氧膜进入下一级分离区，而氮气从导气管8、13、18排出，最终氧气在导气管17处用排水法收集，浓度平均可以提高6.67％。

表1实验装置前后氧气浓度对比

经实践检测本装置可以将氧气浓度平均提高6.67％。

本实用新型未尽事宜为公知技术。