氧氣發生器

氧氣發生器也稱為氧氣濃縮器，在工業領域經常使用，比如航空，石油化工和海洋領域；有了這種設施，可以從空氣中提取氧氣，從而在氧氣的使用現場院直接生產氧氣。

基本介紹

• 中文名：氧氣發生器
• 外文名：oxygen plant

設備介紹

供氧裝置是保障密閉空間內人員生命所必需的設備，目前常用的裝置包括了電解水供氧設備、液氧供氧設備、化學氧源供氧設備等。這些方法各有其優缺點：如電解水供氧設備需要在工作過程中消耗電能，產氧同時也會產生氫氣，而氫氣的存在對密閉空間是一個非常不利的因素。但改進後的該類技術已經適用於潛艇、航天、化工等大空間領域。液氧罐供氧裝置使用簡單，工作過程中幾乎不消耗電能，氧氣純度高，但是缺點在於保存溫度需在-183℃以下，常規技術下較難實現，同時其儲氧量有限，因此也不適合於大型空間的供氧。固態氧氣發生器是一種利用化學產氧劑作為氧源的化學供氧設備，其具有體積小、單位體積儲氧量大、使用過程中無需外加動力等優點，一般情況下作為潛艇艙室、地下密閉坑道、太空飛行器等中小型密閉空間，尤其是沒有電力供應或電力供應不足的密閉空間首選的供氧技術。

特點

1、空氣為原料，不需任何輔料，耗電小，制氧成本低。

2、性能穩定，全套氣路均為低壓系統，運行安全可靠。

3、流量可調，供氧量大，噪音低。

4、操作簡便，隨用隨制，持續供氧。

作用

1、提升場所空氣的含氧量，緩解疲勞，爭強機體免疫力。

2、改善亞健康狀態。

3、提升身體內的含氧量，改善因缺氧而引起的相關疾病。

4、長期使用，可增強記憶力，保持旺盛精力，緩解衰老。

適用人群

1、氧的消耗增加的人：用腦過度的腦力勞動者，包括知識分子、老闆經理、參加考試的學生；生活節奏緊張的都市人；長途駕駛的司機等。

2、對氧利用能力不足的人：包括患有呼吸道（鼻敏感、哮喘、慢支）、心血管（高血壓、冠心病）、腦血管（中風）、血液病病人（貧血等），老年人（糖尿病等）。

3、工作、生活環境供氧不足的都市人：大型密閉場所，賓館、酒店、寫字間

4、老年人氧保健：有效降低和減少心腦血管疾病的發病率。

套用

目前研究比較多的化學制氧技術主要包括鹼金屬超氧化物制氧技術、氯酸鹽制氧技術和過碳酸鹽制氧技術。超氧化物制氧技術目前在攜帶式面具及飛船等密閉環境中取得了一些套用，但是由於其藥劑吸水後會變質，導致反應效率降低，同時藥劑本身具有強氧化性，不僅對設備具有腐蝕性，對人體呼吸系統也會帶來損傷，因此也限制了其套用範圍。目前美國及南非等國在套用中大量使用了以氯酸鹽為主要成分的氧氣發生器，作為常規潛艇及核潛艇應急供氧設備，同時也適用於其他密閉環境的短期供氧，尤其在礦井中被套用廣泛。

技術原理

氯酸鹽為主要原料的制氧技術是基於氯酸鹽高溫分解釋放出氧氣，最常用的氯酸鹽為氯酸鈉（NaCl03）。氯酸鈉分解溫度一般高於其熔點溫度，其分解過程大致按如下方程式進行：

2NaClO₃—2NaCI+3O₂

為保證整個放氧過程自動完成，通常需要在產氧藥塊中加入一定量的金屬粉末作為燃料（如鎂粉、鐵粉等），以便產生瞬間高溫，促使反應進行。由於高溫會誘發副反應，產生微量氯氣，因此需要加入一定量催化劑（如銅氧化物、鈷氧化物、錳氧化物等），在保證反應能完全進行的條件下，適當降低反應溫度，儘可能抑制副反應發生。同時還要加入一定量的抑氯劑和氯氣過濾材料以便能完全除去副反應所產生的微量氯氣。

產品特點

利用氯酸鹽高溫分解原理製備出的固態氧氣發生器（氧燭）主要由啟動裝置、產氧藥塊和氧氣過濾材料組成。啟動裝置產生的熱量使氧燭藥塊分解，釋放出氧氣，氧氣經氧燭內部的過濾材料淨化後從出口排出直接供人體呼吸。氧燭中的產氧藥塊由氧源（氯酸鈉）、金屬粉末、催化劑、抑氯劑、粘合劑等按一定配比混合，然後壓製成氧燭藥塊。

氧燭的主要特點包括以下幾個方面：

1）體積小，方便攜帶；

2）儲氧量大，和同體積的液體氧氣相當；

3）產氧速率快，一經啟動，就能放出全部氧氣，而且產氧量和產氧速率不受外界環境溫度、濕度和壓力等環境條件影響；

4）在使用過程中不存在與人的呼吸商匹配問題；

5）操作簡單，啟動時無需外加電力，不產生明火，使用後殘餘物不會污染環境，不需後處理，且使用前後裝置體積不發生變化；

6）穩定性高，無需特殊保存條件，且可長期保存等等。正是由於以上這些特點，氧燭一直是應急供氧領域，特別是礦井、潛艇、空間站、太空飛行器和密閉坑道應急供氧的首選制氧裝置。

氧燭不會與水發生化學反應，所以水與氧燭接觸時不會產生危險。由於氧燭本身是產氧設備，其反應原理為高溫熱分解，因此在使用過程中，會對環境放出一定熱量，同時可能會造成環境溫度的稍許提高。另外，當有機物與正在放氧的氧燭接觸時，可能會引起火災。因而，在生產、運輸、儲存和使用過程中，氧燭也不能與烴類或其他有機物質接觸，在使用前，必需將氧燭表面的油污清理乾淨以防止發生危險。

性能參數

通過文獻調研及配方試製，製作出了氯酸鈉氧燭成品，經過觸發啟動燃燒測試，取得了很好的使用效果。氯酸鹽氧燭最關鍵的技術就在於抑制副反應發生，使產生的氧氣中不能含有氯氣和極少量的一氧化碳（可能有），只有克服這一點，才能夠得到具有實用效果的氧氣發生器。

研發的固氧發生器規格如下：尺寸：400X140X140mm；重量：15.5kg；氣體規格：氧氣（99.5%最低）；二氧化碳（不超過1000ppm）；一氧化碳（不超過25 ppm）：其它（甲烷、氮氧化物等）（不超過1ppm）；作用時間：35到45分鐘；保存時間：按說明書條件保存為3年；在標準大氣壓下，生成的氧氣體積為3000升左右；反應完畢後，該剩餘物中的主要成分是氯化鈉。

與前面研究相比，製備的氧燭具有以下一些特點：1）通過調節催化劑配方及比例，降低了氧燭燃燒過程中的溫度。這可以通過與進口氧燭成品的點火溫度得到證實，降低體系反應溫度，同時又能保證反應順利完成也就最大可能地抑制了副產物氯氣的產生。2）直接在產氧藥塊中加入了抑氯劑，在以往通過過濾層吸收氯氣的基礎上進一步加大了除氯力度。3）文獻報導通常採用負載鹼性物質的霍加拉特劑作為氧燭除氯層的材料，儘管除氯效果不錯，但價格昂貴。我們通過改進，採用其他的方法製備過濾層，在減少成本的同時取得了很好的除氯效果。

套用前景

歐美等國從上世紀初就開始研究氧燭技術，美國在上世紀50年代就將其作為應急氧源裝配在核潛艇上，在南非，氧燭也作為應急供氧裝置裝配到礦井中使用。如今，氧燭也由軍用轉向軍民兩用，其套用範圍正在逐漸加大。國內目前所使用的氧燭基本依靠進口得到，成本很高。國內於上世紀80年代開始研究氧燭制氧技術，目前也取得了一定成果，但是未能被廣泛套用。究其原因，還是一些關鍵技術未取得實質性進展，缺乏安全保障。因此，發展安全氧燭技術在當今的安全套用領域仍是十分必要的。