[发明专利]一种利用氧氮液化装置制取高纯氧的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种空气分离方法，具体是制取高纯氧的方法。 

背景技术

氧普遍存在于自然界。人们通过多种工艺方法将其从化合物或混合物中分离提纯出高纯度的氧(≥99.999％v/v采用GB/T14599-2008中术语)，现在广泛应用于集成电路和半导体器件的生产、光电行业、标准混合气的配制、科学研究等领域。目前工业化批量生产高纯氧主要通过以下三条途径实现氧的制取和提纯： 

(一)水电解+化学方法 

(二)变压吸附+化学方法 

(三)低温精馏方法 

其中：(一)、(二)两种方法其工艺过程均为气态氧的过程，其最终的产品也为气态。通过贮气罐或金属制压力容器将其贮存，实现产品的运输，因此量不大且效率低。同时，所采用化学方法也对工业生产规模形成一定制约。不太适合远距离运输，不太适合大量储存。也难适应现代化企业对高纯氧越来越大的需求。 

第(三)种工艺方法是指在低温状态下将空气进行分离。其原理可简述为：将原料空气液化，然后根据空气所含组分(例如氧、氮、氩)沸点的不同，采用低温精馏的方法分离出氧、氮、氩等。该方法的工艺路线，一般均与氩提取，或氪、氙提取相结合并可直接获得液态的高纯氧。由于氩、氪、氙等均为稀有气体，所以带有这类流程的空气分离装置一般规模均较大，当然投资也大。另外，局限于空气分离装置制取冷量的能力(冷量：行业术语，一般指低于大气环境的能量值)和能量平衡，其高纯氧的产量也受到很大制约。也就是现行的低温精馏方法可直接获得液态的高纯氧，其较之(一)(二)两种方法更易贮存，运输更方便、高效。但是必须依托一个大型空分装置，投资量十分大，产量则受到空分装置制冷量的限制。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高纯氧制取方法，该方法应具有高纯氧产品产量高、投资少、成本较低的特点。 

本发明提供的技术方案是： 

一种利用氧氮液化装置制取高纯氧的方法，按以下步骤进行： 

a、将第一精馏塔蒸发器、第一精馏塔、主冷凝蒸发器、第二精馏塔、第二精馏塔冷凝器自下而上依次固定布置，并且第一精馏塔蒸发器与第一精馏塔相连通，主冷凝蒸发器与第二精馏塔相连通；然后同时进行后续作业流程； 

b、氧氮液化装置输出的氮气通入第一精馏塔蒸发器的吸收腔，吸收冷量转换为液氮后流出第一精馏塔，然后与氧氮液化装置输出的液氮合并再输入第二精馏塔冷凝器放出冷量，转换为气态形式后输回氧氮液化装置； 

c、氧氮液化装置输出的液氧送入第一精馏塔放出冷量，其中蒸发温度高于氧的组分从第一精馏塔蒸发器底端的排放管予以排放，其余吸热蒸发的气体分为两路：第一路气体通过管路进入主冷凝蒸发器的吸收腔后吸收冷量，其中蒸发温度低于氧的组分以气态形式进入大气排放，其余组分以液态形式重新返回至第一精馏塔继续精馏处理；第二路气体通过管路进入第二精馏塔冷凝器的吸收腔吸收冷量，其中蒸发温度低于氧的组分以气态形式进入大气排放，其余组分以液态形式返回至第二精馏塔放出冷量，从而获得液态高纯氧产品； 

第一精馏塔蒸发器内的液氧蒸发温度小于氮气的液化温度，分别通过控制液氧的压力以及控制氮气的压力实现；第二精馏塔冷凝器内的液氮蒸发温度小于氧气的液化温度，分别通过控制液氮的压力以及控制氧气的压力实现；主冷凝蒸发器内的液氧蒸发温度小于氧气的液化温度，分别通过控制液氧的压力以及氧气的压力实现。 

所述步骤C中，第二路气体通过以下方式进入第二精馏塔冷凝器吸收腔吸收冷量：先通过一管路进入第二精馏塔，然后与该精馏塔内的气体混合后再通过另一管路进入第二精馏塔冷凝器吸收腔。 

本发明的工作原理是： 

1、由于液化系统输入第一精馏塔内的液氧压力低，而液化系统输入第一精馏塔蒸发器的氮气压力高，所以液氧的蒸发温度要低于氮气的液化温度(例如：实施例中的第一精馏塔的液氧压力为0.188MPa时，蒸发温度为-176.8℃，而液化系统提供的氮气在压力为0.7MPa时，液化温度为-174.6℃，两者温差2.2℃)。这样，氮气的冷凝和液氧的蒸发可同时进行。 

2、由于第二精馏塔内上升氧气的压力低，而液化系统提供的液氮压力高，所以液氮的蒸发温度要低于氧气的液化温度(例如：实施例中的第二精馏塔内的上升氧气的压力为0.129MPa时，液化温度为-180.8℃，而液化系统提供的液氮在压力为0.4MPa时，蒸发温度为-181.9℃，两者温差1.1℃)。这样，氧气的冷凝和液氮的蒸发就可同时进行。