[发明专利]一种生产高纯氧的装置及其方法

说明书

本发明涉及一种生产高纯氧的装置及其方法，该方案包括内设有原料氧气的缓冲罐、液氮循环通道以及冷箱；冷箱内设有主换热器、精馏塔、副换热器、蒸发器以及冷凝器；缓冲罐通过氧气通道依次连通主换热器、精馏塔以及副换热器，并通过高纯液氧出口管道将高纯度液氧排出；液氮循环通道包括位于冷箱外的液氮进入管道、部分位于冷箱内的循环管路以及位于冷箱外的放空管和氮气压缩机，循环管路从液氮进入管道开始依次连通副换热器、主换热器、氮气压缩机、主换热器、蒸发器、节流阀、冷凝器、副换热器以及副换热器和主换热器之间的管路。本申请具有流程简单、能耗低、纯氧回收率高以及与氪氙生产系统完全独立的优点。

技术领域

本发明涉及纯氧制造技术领域，具体涉及一种生产高纯氧的装置及其方法。

背景技术

目前高纯氧的生产流程仍以低温精馏法为主，生产过程中涉及将氧中的高沸点组分预先脱除，这些高沸点组分主要为甲烷等碳氢化合物，以及氪氙，氟化物等。为了清除氧中的这些高沸点组分，传统的方法需设置相应的精馏塔，这种流程能耗偏高，投资偏大。而从液氧中提取氪氙的流程中，氧气在经过氪氙预浓缩、清除甲烷、氪氙二次浓缩的过程之后，从氪氙二次浓缩塔顶部排出的氧气中不再含有氪、氙、甲烷、氧化亚氮等高沸点组分。因此这些副产氧气通常作为普通氧气送入管网，未能进一步加工提高其附加值，造成浪费。

综上，亟待一种从提取氪氙后的副产品氧气或液氧中提取高纯氧的装置及其方法，可解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种生产高纯氧的装置及其方法，具有流程简单，能耗低，提取率高的优点。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：一种生产高纯氧的装置包括内设有原料氧气的缓冲罐、液氮循环通道以及冷箱；冷箱内设有主换热器、精馏塔、副换热器、设于该精馏塔底部的蒸发器以及设于该精馏塔顶部的冷凝器；

冷箱用于对冷箱内的各部件进行冷却，以使得各部件处于不同温度，且各部件之间通过填充保温材料保温；

缓冲罐通过氧气通道依次连通主换热器、精馏塔以及副换热器，并通过高纯液氧出口管道将高纯度液氧排出；

液氮循环通道包括位于冷箱外的液氮进入管道、部分位于冷箱内的循环管路以及位于冷箱外的放空管和氮气压缩机，循环管路从液氮进入管道开始依次连通副换热器、主换热器、氮气压缩机、主换热器、蒸发器、节流阀、冷凝器、副换热器以及副换热器和主换热器之间的管路；

蒸发器能够利用从主换热器进入的氮气作为蒸发液氧的热源，同时将氮气冷却为液氮；

冷凝器能够利用从节流阀进入的液氮作为冷凝蒸发上升氧气的冷源，同时将液氮蒸发为氮气进入到副换热器内。

工作原理及有益效果：1、流程简单，将氪氙二次浓缩塔顶部排出的氧气(或液氧)重新通过缓冲罐送入冷箱内精馏，仅需在冷箱内设置一只精馏塔以及相应的换热器即可实现高纯氧的制取；

2、能耗低，流程中所需的氮气经过氮气压缩机压缩后循环使用，而且氮气和氧气都可以反复回收冷量和热量，显著降低了能耗，减少了氮气排放，降低了生产成本；

3、高纯氧的回收率高，可以达到95％以上；

4、与氪氙生产系统完全独立，不共用换热器等设施，避免高纯氧系统与氪氙生产系统工况波动时的相互影响，可脱离氪氙生产装置独立运行。

进一步地，液氮进入管道还与节流阀与冷凝器之间的管路连通，作为液氮补充管路。此设置，目的是为了冷凝器中能够充分地将氧气冷凝成液氧。

进一步地，放空管位于主换热器和氮气压缩机之间，并位于氮气压缩机之前。此设置，可将部分多余的氮气排放，防止液氮循环通道内的氮气过多，因此在液氮循环通道内还会加入液氮作为补充，因此必须排放部分氮气。