[发明专利]一种采用预冷系统生产超纯氧和液氮的生产装置以及生产工艺

说明书

本发明属于一种采用预冷系统生产超纯氧和液氮的生产装置以及生产工艺；包括超纯氧生产系统、液氮制备系统，所述超纯氧生产系统包括氧气原料储罐，氧气原料储罐通过原料换热单元和热耦合精馏塔与超纯氧储罐相连；液氮制备系统以及冷量供给系统分别为原料换热单元提供冷量；液氮制备系统分别为热耦合精馏塔以及热耦合精馏塔顶的顶部冷凝器提供冷量；具有结构简单、流程设计合理、采用上下塔和循环制冷工艺、装置占地面积小，投资少，产品稳定、在得到超纯氧产品的同时能够副产液氮的优点。

技术领域

本发明属于超纯级液体氧和液化氮的耦合生产技术领域，具体涉及一种采用预冷系统生产超纯氧和液氮的生产装置以及生产工艺。

背景技术

超纯氧应用于半导体元件和集成电路、光伏行业等领域具有极大的引用前景，但在工业上制备超纯氧则具有很大的难度；众所周知，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。由于空气主要是由氮、氧、氩、二氧化碳、甲烷、氧等组成，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，用此类工业氧为原料来制备超纯氧的难度非常大。基于此，工业中主要采用低温精馏法生产超纯氧，但在生产超纯氧的过程中需要氧气液化并处于低温状态，以达到精馏提纯的目的，其无形中需要耗费大量的冷量，其不仅造成冷量的浪费，还存在着氧气放空等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，而提供一种结构简单、流程设计合理、采用上下塔和循环制冷工艺、装置占地面积小，投资少，产品稳定、在得到超纯氧产品的同时能够副产液氮的采用预冷系统生产超纯氧和液氮的生产装置以及生产工艺。

本发明的目的是这样实现的：

一种采用预冷系统生产超纯氧和液氮的生产装置，该生产装置包括超纯氧生产系统，

所述超纯氧生产系统包括氧气原料储罐，氧气原料储罐通过原料换热单元和热耦合精馏塔与超纯氧储罐相连；

液氮制备系统以及冷量供给系统分别为原料换热单元提供冷量；

液氮制备系统分别为热耦合精馏塔以及热耦合精馏塔顶的顶部冷凝器提供冷量。

优选的，热耦合精馏塔包括下塔精馏塔以及设置在下塔精馏塔顶部的上塔精馏塔；

原料换热单元的出口与下塔精馏塔中的下塔精馏塔第一原料液进口相连，下塔精馏塔塔顶的气相出口通过第二三通分别与上塔再沸器和上塔精馏塔的上塔精馏塔第一原料气进口相连，上塔精馏塔底部的上塔精馏塔液相出口与超纯氧储罐相连。

优选的，所述第二三通和上塔再沸器之间设有第五调节阀，第二三通和上塔精馏塔的上塔精馏塔原料气进口之间设有第六调节阀。

优选的，下塔精馏塔底部的液相出口通过第九调节阀与液氧常压储槽相连；

上塔再沸器出口与下塔精馏塔上部的下塔精馏塔第二原料液进口相连；

上塔精馏塔顶部的气相出口通过顶部冷凝器的管程以及第十调节阀与上塔精馏塔的上塔精馏塔原料液进口相连；

上塔精馏塔底部的液相出口和超纯氧储罐之间设有第七调节阀，超纯氧储罐的出口通过充装泵与充装排相连；

顶部冷凝器的管程和第十调节阀之间设有第三三通，上塔再沸器出口和下塔精馏塔第二原料液进口之间设有第四三通，第三三通的第三端和第四三通的第三端之间设有近路管道。

优选的，原料换热单元包括预冷器以及主换热器，氧气原料储罐通过预冷器的预冷器第一原料气进口、预冷器第一原料气出口、主换热器的主换热器第一原料气进口、主换热器第一原料气出口和第八调节阀与下塔精馏塔第一原料液进口相连。