深冷空分裝置高純氧生產系統及高純氧製備工藝的製作方法

2024-03-30 07:59:05

專利名稱：深冷空分裝置高純氧生產系統及高純氧製備工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及高純氧製備技術領域，特別是深冷空分裝置高純氧生產系統及高純氧製備工藝。
背景技術：
目前，深冷裝置中的高純度氧的生產，大都配置在生產規模較大的裝置中，高純氧的製取，都是根據所取原料氣的特點、原料氣中的雜質含量不同而針對性的進行流程和設備設計。高純氧的原料氣通常是抽取上塔中的液氧、氣氧或粗氬塔中的液相餾分進行精餾提純，從不同裝置所配置的高純氧系統來看，均存在高純氧的操作不穩定，主塔工況對其影響大，很難保證高純氧的純度的缺點，大多產品均需經過後純化後，純度才能達到高純氧的技術指標。這不僅涉及到流程設計、設備設計和控制系統設計，也涉及到實際操作控制等多方因素。採用低溫精餾的方法製備高純氧是已經很成熟的工業方法，但目前都是附著在大型空分設備冷箱之內，採用單塔精餾製備高純氧。用於將空氣精餾分離的設備稱之為精餾塔，它包括下塔、上塔和主冷凝蒸發器。在精餾塔中，將處於飽和狀態的氧氮混合體，穿過比它溫度較低的氧氮混合體時，氣相中的高沸點組分(即難蒸發的組分氧氣)部分冷凝為液體，釋放冷凝潛熱，與此同時，液相中的低沸點組分(即易蒸發的氮氣)吸收熱量而蒸發，這樣多次的部分冷凝和部分蒸發，越往上部，氣相中氮組分越濃，越往下部，液相中氧組分越濃。這樣多次部分精餾和部分蒸發的過程，稱之為精餾。目前還沒有獨立的用普通工業氧製備純化氧的設備，由於採用的單塔精餾，其純度滿足不了電子工業級對氧純度的技術要求。採用常溫吸附法製取高純氧，其技術指標可達到電子級用高純氧的要求，但對原料氧要求比較高，一般工業氧是達不到的；且選用的吸附材料價格高，不符合工業化生產的要求。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的缺點，提供一種經過低溫分離冷源而不再增加後純化即可得到高純氧的深冷空分裝置高純氧生產系統及高純氧製備工藝。本發明的目的通過以下技術方案來實現深冷空分裝置高純氧生產系統，它包括主塔和過冷器，主塔包括上塔、下塔和位於上塔與下塔之間的主冷凝蒸發器，它還包括高純氧塔A和高純氧塔B，高純氧塔A頂部設置有冷凝器A，冷凝器A的進口通過管道與過冷器的液空出口連接，冷凝器A的出口通過管道連接上塔，高純氧塔A的下部通過管道連接上塔，高純氧塔A的頂部通過管道連接冷凝器外側，冷凝器A外側的冷凝液儲存部通過管道分別連接高純氧塔B中部和高純氧塔A頂部，高純氧塔B的上部設有冷凝器B，高純氧塔B的下部設有蒸發器，冷凝器B的進口通過管道與過冷器的液氮出口連接，冷凝器B的出口通過管道連接上塔的氮氣管道，高純氧塔B的上部通過管道連接冷凝器B的外側，冷凝器B外側的冷凝液儲存部通過管道連接高純氧塔B，蒸發器的進口通過管道連接下塔，蒸發器的出口通過管道連接上塔，蒸發器外側的儲液部通過管道連接液氧計量罐，冷凝器B外側還通過管道連接氧氣輸出管道。所述的液氧計量罐連接有液氧輸出管道B。所述的高純氧塔A的底部通過管道連接液氧輸出管道A。所述的連接冷凝器A的進口與過冷器的液空出口的管道A、連接冷凝器B的進口與過冷器的液氮出口的管道B、連接冷凝器B的出口與氮氣管道的管道C、連接冷凝器B外側與氧氣輸出管道的管道D、連接冷凝器A外側的冷凝液儲存部與高純氧塔B的管道E、連接蒸發器外側的儲液部與液氧計量罐的管道F、液氧輸出管道B上均設置有控制閥。 它還包括控制器，所述的控制閥為調節閥，控制器通過線路與調節閥連接。採用深冷空分裝置高純氧生產系統的高純氧製備工藝，它包括以下步驟
51、從上塔底部抽取氧氣，氧氣通過管道進入高純氧塔A；
52、經過過冷器的液空通過管道進入冷凝器A，在冷凝器A的蒸發側，液空汽化，液空蒸汽通過管道進入上塔，在冷凝器A的冷凝側，高純氧塔A內的氧氣與冷凝器A接觸被液化，部分液氧作為回流液，與上升氣體傳熱傳質，脫去比氧氣沸點高的組分，部分液氧通過管道進入高純氧塔B上部；
53、經過過冷器的液氮通過管道進入冷凝器B，在冷凝器B的蒸發側，液氮蒸發後經管道進入上塔氮氣管道，下塔來的中壓氮氣通過管道進入蒸發器，在蒸發器的冷凝側，中壓氮氣在冷凝側冷凝後經管道進入上塔，進入高純氧塔B的氧氣經過精餾後，在塔底蒸發器得到高純液氧，冷凝器B冷凝側未冷凝的氣經管道進入氧氣管道；
54、高純液氧經液氧計量罐後經液氧輸出管道B送出。本發明具有以下優點本發明設計合理，操作方便，運行平穩，安全可靠，通過低溫精餾方法即可實現高純氧的製取，液氧純度穩定，本發明不僅能保證經過低溫分離冷源而不再增加後純化就能使高純氧達到純度要求，且能保證高純氧系統能長期穩定的運行；採用主塔的液空、液氮和氮氣作為冷凝器和蒸發器的冷源，提高了能源的利用率，節省了加工成本。


圖1為本發明的結構示意圖
圖中，1-高純氧塔A，2-高純氧塔B，3-冷凝器A，4-冷凝器B，5-蒸發器，6-液氧計量罐，7-液氧輸出管道B，8-液氧輸出管道A，9-管道A，10-管道B，11-管道C，12-管道D，
13-管道E，14-管道F，15-控制閥，16-控制器。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步的描述，本發明的保護範圍不局限於以下所述 如圖1所示，深冷空分裝置高純氧生產系統，它包括主塔和過冷器，主塔包括上塔、下
塔和位於上塔與下塔之間的主冷凝蒸發器，它還包括高純氧塔Al和高純氧塔B2，高純氧塔Al頂部設置有冷凝器A3，冷凝器A3的進口通過管道與過冷器的液空出口連接，冷凝器A3的出口通過管道連接上塔，高純氧塔Al的下部通過管道連接上塔，高純氧塔Al的頂部通過管道連接冷凝器外側，冷凝器A外側的冷凝液儲存部通過管道分別連接高純氧塔B2中部和高純氧塔Al頂部，高純氧塔B2的上部設有冷凝器B4，高純氧塔B2的下部設有蒸發器5，冷凝器B4的進口通過管道與過冷器的液氮出口連接，冷凝器B4的出口通過管道連接上塔的氮氣管道，高純氧塔B2的上部通過管道連接冷凝器B4的外側，冷凝器B4外側的冷凝液儲存部通過管道連接高純氧塔B2，蒸發器5的進口通過管道連接下塔，蒸發器5的出口通過管道連接上塔，蒸發器5外側的儲液部通過管道連接液氧計量罐6，冷凝器B4外側還通過管道連接氧氣輸出管道。液氧計量罐6連接有液氧輸出管道B7。高純氧塔Al的底部通過管道連接液氧輸出管道A8。所述的連接冷凝器A3的進口與過冷器的液空出口的管道A9、連接冷凝器B4的進口與過冷器的液氮出口的管道B10、連接冷凝器B4的出口與氮氣管道的管道CU、連接冷凝器B4外側與氧氣輸出管道的管道D12、連接冷凝器A3外側的冷凝液儲存部與高純氧塔B2的管道E13、連接蒸發器5外側的儲液部與液氧計量罐6的管道F14、液氧輸出管道B7上均設置有控制閥15。還包括控制器16，所述的控制閥15為調節閥，控制器16通過線路與調節閥連接。所述的高純氧塔Al和高純氧塔B2均採用填料塔結構，設置足夠的填料，以保證精餾效果和適應工況的調整。冷凝器和蒸發器5均為鋁製板翅式換熱器，換熱效率高。儀表控制系統根據該流程高純氧系統特點設置必要的控制點，以利於操作控制，調節閥門的設置和選型適應系統流量小、易受主塔工況影響的特點。本發明的工作過程為來自主冷凝蒸發器5的氧氣進入高純氧塔Al底部，上升氣進入塔頂的冷凝器A3，經過高純氧塔Al精餾脫除高沸點的烴類物質，含氮、氬等雜質的氧氣在塔頂的冷凝器A3中被蒸發的液空液化，部分作為回流液從高純氧塔Al底部返回到主冷凝蒸發器5中，其餘大部分送入高純氧塔B2精餾，在高純氧塔B2中，經過精餾，去除氮、氬等比氧沸點高的雜質，在蒸發器5中得到高純液氧。採用上述深冷空分裝置高純氧生產系統的高純氧製備工藝，其包括以下步驟
51、從上塔底部抽取氧氣，氧氣通過管道進入高純氧塔Al，該管道內壓力為1. 4221bar. A、溫度為 93. 8K、流量為 630Nm3/h ；
52、經過過冷器的液空通過管道進入冷凝器A3，該管道內壓力為5.62bar.A、溫度為96K、流量為750 NmVh,在冷凝器A3的蒸發側，液空汽化，液空蒸汽通過管道進入上塔，該管道內壓力為1. 422bar. A、溫度為91. 7K、流量為750Nm3/h，在冷凝器A3的冷凝側，高純氧塔Al內的氧氣與冷凝器A3接觸被液化，部分液氧作為回流液，與上升氣體傳熱傳質，脫去比氧氣沸點高的組分，部分液氧通過管道進入高純氧塔B2上部，該管道內的壓力為1.42bar.A、溫度為93. 7K、流量為400Nm3/h ；
53、經過過冷器的液氮通過管道進入冷凝器B4，該管道內壓力為5.582bar.A、溫度為83K、流量為530Nm3/h，在冷凝器B4的蒸發側，液氮蒸發後經管道進入上塔氮氣管道，該管道內壓力為1. 352bar. A、溫度為89. 8K、流量為530Nm3/h，下塔來的中壓氮氣通過管道進入蒸發器5，在蒸發器5的冷凝側，中壓氮氣在冷凝側冷凝後經管道進入上塔，該管道內的壓力為5. 22bar. A、溫度為95. 3K、流量為1000Nm3/h，進入高純氧塔B2的氧氣經過精餾後，在塔底蒸發器5得到高純液氧，冷凝器B4冷凝側未冷凝的氣經管道進入氧氣管道，該管道內的壓力為1. 372bar. A、溫度為93. 4K、流量為350Nm3/h ；
S4、高純液氧經液氧計量罐6後經液氧輸出管道B7送出，液氧輸出管道B7內的壓力為1.42bar. A、溫度為 93. 7K、流量為 50Nm3/h。該實施例中高純氧產量為50Nm3/h。
權利要求
1.深冷空分裝置高純氧生產系統，它包括主塔和過冷器，主塔包括上塔、下塔和位於上塔與下塔之間的主冷凝蒸發器，其特徵在於它還包括高純氧塔A (I)和高純氧塔B (2)，高純氧塔A (I)頂部設置有冷凝器A (3)，冷凝器A (3)的進口通過管道與過冷器的液空出口連接，冷凝器A (3)的出口通過管道連接上塔，高純氧塔A (I)的下部通過管道連接上塔，高純氧塔A (I)的頂部通過管道連接冷凝器外側，冷凝器A (3)外側的冷凝液儲存部通過管道分別連接高純氧塔B (2)中部和高純氧塔A (I)頂部，高純氧塔B (2)的上部設有冷凝器B (4)，高純氧塔B (2)的下部設有蒸發器(5)，冷凝器B (4)的進口通過管道與過冷器的液氮出口連接，冷凝器B (4)的出口通過管道連接上塔的氮氣管道，高純氧塔B (2)的上部通過管道連接冷凝器B (4)的外側，冷凝器B (4)外側的冷凝液儲存部通過管道連接高純氧塔B (2)，蒸發器(5)的進口通過管道連接下塔，蒸發器(5)的出口通過管道連接上塔，蒸發器(5)外側的儲液部通過管道連接液氧計量罐(6)，冷凝器B (4)外側還通過管道連接氧氣輸出管道。
2.根據權利要求1所述的深冷空分裝置高純氧生產系統，其特徵在於所述的液氧計量罐(6)連接有液氧輸出管道B (7)。
3.根據權利要求1所述的深冷空分裝置高純氧生產系統，其特徵在於所述的高純氧塔A (I)的底部通過管道連接液氧輸出管道A (S)0
4.根據權利要求1所述的深冷空分裝置高純氧生產系統，其特徵在於所述的連接冷凝器A (3)的進口與過冷器的液空出口的管道A (9)、連接冷凝器B (4)的進口與過冷器的液氮出口的管道B (10)、連接冷凝器B (4)的出口與氮氣管道的管道C (11)、連接冷凝器B (4)外側與氧氣輸出管道的管道D (12)、連接冷凝器A (3)外側的冷凝液儲存部與高純氧塔B (2)的管道E (13)、連接蒸發器(5)外側的儲液部與液氧計量罐(6)的管道F (14)、液氧輸出管道B (7)上均設置有控制閥(I 5)。
5.根據權利要求1所述的深冷空分裝置高純氧生產系統，其特徵在於它還包括控制器(16)，所述的控制閥(15)為調節閥，控制器(16)通過線路與調節閥連接。
6.採用如權利要求1所述的深冷空分裝置高純氧生產系統的高純氧製備工藝，其特徵在於它包括以下步驟 S1、從上塔底部抽取氧氣，氧氣通過管道進入高純氧塔A(I)； S2、經過過冷器的液空通過管道進入冷凝器A(3)，在冷凝器A (3)的蒸發側，液空汽化，液空蒸汽通過管道進入上塔，在冷凝器A (3)的冷凝側，高純氧塔A (I)內的氧氣與冷凝器A (3)接觸被液化，部分液氧作為回流液，與上升氣體傳熱傳質，脫去比氧氣沸點高的組分，部分液氧通過管道進入高純氧塔B (2)上部； S3、經過過冷器的液氮通過管道進入冷凝器B(4)，在冷凝器B (4)的蒸發側，液氮蒸發後經管道進入上塔氮氣管道，下塔來的中壓氮氣通過管道進入蒸發器(5)，在蒸發器(5)的冷凝側，中壓氮氣在冷凝側冷凝後經管道進入上塔，進入高純氧塔B(2)的氧氣經過精餾後，在塔底蒸發器(5)得到高純液氧，冷凝器B (4)冷凝側未冷凝的氣經管道進入氧氣管道； S4、高純液氧經液氧計量罐(6)後經液氧輸出管道B(7)送出。
全文摘要
本發明公開了深冷空分裝置高純氧生產系統，它包括主塔、高純氧塔A(1)和高純氧塔B(2)，高純氧塔A(1)頂部設置有冷凝器A(3)，冷凝器A(3)的冷凝液體通過管道連接高純氧塔B(2)，高純氧塔B(2)的上部設有冷凝器B(4)，高純氧塔B(2)的下部設有蒸發器(5)，冷凝器B(4)的出口通過管道連接上塔的氮氣管道，蒸發器(5)外側的儲液部通過管道連接液氧計量罐(6)；還公布了高純氧的製備工藝。本發明的有益效果是設計合理，操作方便，運行平穩，安全可靠，通過低溫精餾方法即可實現高純氧的製取，液氧純度穩定；採用主塔的液空、液氮和氮氣作為冷凝器和蒸發器的冷源，提高了能源的利用率，節省了加工成本。
文檔編號F25J3/04GK103062991SQ20131002670
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月24日 優先權日2013年1月24日
發明者袁瑞東 申請人:成都深冷液化設備股份有限公司