本發(fā)明涉及高純氧制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高純氧制備裝置及采用該裝置制備高純氧的方法。

背景技術(shù)：

目前，深冷裝置中的高純度氧的生產(chǎn)，大都配置在生產(chǎn)規(guī)模較大的裝置中，高純氧的制取，都是根據(jù)所取原料氣的特點(diǎn)、原料氣中的雜質(zhì)含量不同而針對(duì)性的進(jìn)行流程和設(shè)備設(shè)計(jì)。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(jìn)行精餾提純，從不同裝置所配置的高純氧系統(tǒng)來(lái)看，均存在高純氧的操作不穩(wěn)定，主塔工況對(duì)其影響大，很難保證高純氧的純度的缺點(diǎn)，大多產(chǎn)品均需經(jīng)過(guò)后純化后，純度才能達(dá)到高純氧的技術(shù)指標(biāo)。這不僅涉及到流程設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，也涉及到實(shí)際操作控制等多方因素。

采用低溫精餾的方法制備高純氧是已經(jīng)很成熟的工業(yè)方法，但目前都是附著在大型空分設(shè)備冷箱之內(nèi)，采用單塔精餾制備高純氧。用于將空氣精餾分離的設(shè)備稱(chēng)之為精餾塔，它包括下塔、上塔和主冷凝蒸發(fā)器。在精餾塔中，將處于飽和狀態(tài)的氧氮混合體，穿過(guò)比它溫度較低的氧氮混合體時(shí)，氣相中的高沸點(diǎn)組分(即難蒸發(fā)的組分氧氣)部分冷凝為液體，釋放冷凝潛熱，與此同時(shí)，液相中的低沸點(diǎn)組分(即易蒸發(fā)的氮?dú)?吸收熱量而蒸發(fā)，這樣多次的部分冷凝和部分蒸發(fā)， 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(fā)的過(guò)程，稱(chēng)之為精餾。

目前還沒(méi)有獨(dú)立的用普通工業(yè)氧制備純化氧的設(shè)備，由于采用的單塔精餾，其純度滿足不了電子工業(yè)級(jí)對(duì)氧純度的技術(shù)要求。

采用常溫吸附法制取高純氧，其技術(shù)指標(biāo)可達(dá)到電子級(jí)用高純氧的要求，但對(duì)原料氧要求比較高，一般工業(yè)氧是達(dá)不到的；且選用的吸附材料價(jià)格高，不符合工業(yè)化生產(chǎn)的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高純氧制備裝置，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，利用該制備裝置得到的高純氧純度穩(wěn)定、產(chǎn)率高。

本發(fā)明的另一目的在于提供采用該裝置制備高純氧的方法。

本發(fā)明的目的采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種高純氧制備裝置，包括依次連通的空分塔、第一精餾塔、第二精餾塔及液氧儲(chǔ)存罐；

所述空分塔用于產(chǎn)生原料氣；所述空分塔通過(guò)第一連接管與第一精餾塔連通；所述第一精餾塔的頂部設(shè)有與第一精餾塔連通的第一冷凝器，所述第一冷凝器通過(guò)第二連接管與第二精餾塔連通；

所述第二精餾塔的頂部設(shè)有與第二精餾塔連通的第二冷凝器，第二精餾塔的底部通過(guò)第三連接管與液氧儲(chǔ)存罐連通。

優(yōu)選的，所述空分塔用于產(chǎn)生氧氣濃度大于或等于99％的原料 氣。

優(yōu)選的，所述高純氧制備裝置還包括換熱器，所述換熱器設(shè)置于第一連接管上。

優(yōu)選的，所述第一精餾塔的底部通過(guò)第四連接管與所述換熱器連通。

優(yōu)選的，所述高純氧制備裝置還包括蒸發(fā)器，所述蒸發(fā)器設(shè)置于第二精餾塔的底部。

優(yōu)選的，所述第一連接管、第二連接管、第三連接管及第四連接管上均設(shè)有控制閥。

優(yōu)選的，所述高純氧制備裝置還包括控制器，所述控制器與每個(gè)控制閥電性連接。

本發(fā)明還公開(kāi)了采用所述裝置制備高純氧的方法，包括如下步驟：

1)將空氣從空分塔底部通入，使得空氣分離得到原料氣，然后將原料氣經(jīng)第一連接管通入第一精餾塔內(nèi)；

2)通入第一精餾塔內(nèi)的原料氣經(jīng)第一冷凝器冷凝，沸點(diǎn)低于氧氣的雜質(zhì)冷凝成液體沉積于第一精餾塔的底部，余下的氣體通過(guò)第二連接管進(jìn)入第二精餾塔內(nèi)；

3)通入第二精餾塔內(nèi)的氣體經(jīng)第二冷凝器冷凝，使得氧氣冷凝成液氧，得到的液氧經(jīng)第三連接管輸送至液氧儲(chǔ)存罐中。

優(yōu)選的，在步驟2)中，第一精餾塔底部的液體經(jīng)第四連接管輸送到換熱器中，用于對(duì)原料氣進(jìn)行預(yù)冷。

優(yōu)選的，在步驟3)中，得到的液氧經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器作用而被蒸發(fā)，然后進(jìn)入第二冷凝器再次被冷凝成液體，通過(guò)第二冷凝器及蒸發(fā)器的循環(huán)冷凝-蒸發(fā)作用，最終在第二精餾塔的底部得到高純度液氧。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明的制備高純氧的方法，首先采用空分塔分離空氣得到普通純度的氧氣作為原料氣，再經(jīng)過(guò)兩級(jí)低溫精餾實(shí)現(xiàn)高純氧的制取，得到的液氧純度可達(dá)到99.999％，可滿足市場(chǎng)對(duì)高純度氧氣的要求。采用經(jīng)第一冷凝器冷凝得到的雜質(zhì)液體作為冷源預(yù)冷原料氣，提高了能源的利用率，節(jié)省了加工成本。

本發(fā)明的高純氧制備裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、運(yùn)行平穩(wěn)、安全可靠。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的高純氧制備裝置的示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的高純氧制備裝置的示意圖；

圖中：1、空分塔；10、換熱器；11、空氣進(jìn)管；2、第一精餾塔；20、第一冷凝器；3、第二精餾塔；30、第二冷凝器；31、蒸發(fā)器；4、液氧儲(chǔ)存罐；50、第一連接管；51、第二連接管；52、第三連接管；53、第四連接管；54、排氮管；60、控制閥。

具體實(shí)施方式

下面，結(jié)合附圖以及具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述：

實(shí)施例1

如圖1所示，一種高純氧制備裝置，包括依次連通的空分塔1、第一精餾塔2、第二精餾塔3及液氧儲(chǔ)存罐4；空氣從空氣進(jìn)管11進(jìn)入空分塔1，經(jīng)空分塔1作用產(chǎn)生原料氣，所述原料氣中氧氣的濃度大于或等于99％；空分塔1通過(guò)第一連接管50與第一精餾塔2連通；第一精餾塔2用于對(duì)原料氣進(jìn)行初步精餾，去除原料氣中沸點(diǎn)高于氧氣的雜質(zhì)氣體；第一精餾塔2的頂部設(shè)有與第一精餾塔2連通的第一冷凝器20，所述第一冷凝器20通過(guò)第二連接管51與第二精餾塔3連通；第二精餾塔3用于對(duì)氣體進(jìn)行進(jìn)一步液化，使得氣體中含有的氮?dú)?、氬氣等雜質(zhì)氣體汽化，而氧氣液化呈液氧沉積到第二精餾塔3的底部；所述第二精餾塔3的頂部設(shè)有與第二精餾塔連通3的第二冷凝器30，第二冷凝器30上設(shè)有排氮管54；第二精餾塔3的底部通過(guò)第三連接管52與液氧儲(chǔ)存罐4連通。在第一連接管50、第二連接管51、第三連接管52及第四連接管53上均設(shè)有控制閥60，另外還設(shè)有與各控制閥60電性連接的控制器(圖未示)，該控制器可對(duì)各控制閥60的啟閉進(jìn)行控制。

采用所述高純氧制備裝置制備高純氧的方法如下：

將空氣通入空分塔1內(nèi)，經(jīng)空分塔1的分離作用，得到氧氣的濃度大于或等于99％的原料氣；原料氣經(jīng)過(guò)第一連接管50通入到第一精餾塔2內(nèi)，然后進(jìn)入到第一冷凝器20內(nèi)，原料氣中沸點(diǎn)高于氧氣的氣體雜質(zhì)(如總烴)被冷凝形成雜質(zhì)液體，并沉積到第一精餾塔2 的底部；未被液化的氣體經(jīng)第二連接管51進(jìn)入到第二精餾塔3內(nèi)，然后進(jìn)入到第二冷凝器30內(nèi)；在第二冷凝器30內(nèi)，氧氣被冷凝成液體，氮?dú)夂蜌鍤獾确悬c(diǎn)低于氧氣的氣體未被液化而從氧氣中分離出來(lái)；冷凝成液體的氧氣沉積到第二冷凝器30的底部，并經(jīng)第三連接管52輸送到液氧儲(chǔ)存罐4中，得到高純度液氧；得到的氬氣、氮?dú)獾入s質(zhì)氣體經(jīng)排氮管54排出。

實(shí)施例2

如圖2所示，一種高純氧制備裝置，包括依次連通的空分塔1、第一精餾塔2、第二精餾塔3及液氧儲(chǔ)存罐4；空分塔1用于產(chǎn)生原料氣，所述原料氣中氧氣的濃度大于或等于99％；空分塔1通過(guò)第一連接管50與第一精餾塔2連通；第一連接管道50上設(shè)有換熱器10，用于對(duì)原料氣進(jìn)行初步預(yù)冷；第一精餾塔2的頂部設(shè)有與第一精餾塔2連通的第一冷凝器20，底部通過(guò)第四連接管道53與換熱器10連通；第一冷凝器20通過(guò)第二連接管51與第二精餾塔3連通；第二精餾塔3的頂部設(shè)有與第二精餾塔連通3的第二冷凝器30，第二冷凝器30上設(shè)有排氮管54；第二精餾塔3的底部設(shè)有蒸發(fā)器31；第二精餾塔3的底部通過(guò)第三連接管52與液氧儲(chǔ)存罐4連通。在第一連接管50、第二連接管51、第三連接管52及第四連接管53上均設(shè)有控制閥60，另外還設(shè)有與各控制閥60電性連接的控制器(圖未示)，該控制器可對(duì)各控制閥60的啟閉進(jìn)行控制。

采用所述高純氧制備裝置制備高純氧的方法如下：

將空氣通入空分塔1內(nèi)，經(jīng)空分塔1的分離作用，得到氧氣的濃度大于或等于99％的原料氣；原料氣經(jīng)過(guò)換熱器10預(yù)冷，再通過(guò)第一連接管50通入到第一精餾塔2內(nèi)，然后進(jìn)入到第一冷凝器20內(nèi)，原料氣中沸點(diǎn)高于氧氣的氣體雜質(zhì)(如總烴)被冷凝形成雜質(zhì)液體，并沉積到第一精餾塔2的底部，再經(jīng)過(guò)第四連接管道53輸送到換熱器10中，用于對(duì)原料氣進(jìn)行預(yù)冷；未被液化的氣體經(jīng)第二連接管51進(jìn)入到第二精餾塔3內(nèi)，然后進(jìn)入到第二冷凝器30內(nèi)；在第二冷凝器30內(nèi)，氧氣被冷凝成液體，氮?dú)夂蜌鍤獾确悬c(diǎn)低于氧氣的氣體未被液化；然后蒸發(fā)器31將液化的氧氣中殘余的氬氣、氮?dú)獾鹊头悬c(diǎn)物質(zhì)進(jìn)行蒸發(fā)，通過(guò)第二冷凝器30及蒸發(fā)器31的循環(huán)冷凝-蒸發(fā)作用，最終在第二精餾塔3的底部得到純度高達(dá)99.999％的液氧，并經(jīng)第三連接管52輸送到液氧儲(chǔ)存罐4中；得到的氬氣、氮?dú)獾入s質(zhì)氣體經(jīng)排氮管54排出。

對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可根據(jù)以上描述的技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其它各種相應(yīng)的改變以及形變，而所有的這些改變以及形變都應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。