CN101503180B - 新型高纯氧制取方法 - Google Patents

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黄震宇
李传明
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Abstract

本发明涉及一种高纯氧的制取方法，经净化、冷却的空气送入精馏塔底部，液空在精馏塔内精馏洗涤；从精馏塔中部抽取重组分含量较少且含氧量较高的液空作为制氧原料，经节流后进入板式液空蒸发器；在板式液空蒸发器的封头处抽取部分液空作为高纯氧的原料，送入高纯氧塔精馏；其余液空被蒸发后进入高纯氧塔底部的氧蒸发器内作为热源，冷凝后作为高纯氧的原料，送入高纯氧塔精馏，氧逐步浓缩成高纯氧；本发明不仅能满足用户制取高纯氧的要求，而且降低了高纯氧塔冷箱高度。典型高氮装置副产的高纯液氧能耗可降低~50％，具有很强的竞争优势。本发明技术实施简单、效果好、能耗低，具有经济效益最大化、增加投资最小化的特点。

Description

新型高纯氧制取方法
技术领域
本发明涉及一种高纯氧制取方法，尤其适用于高氮装置或不带氩系统的双塔流程空分制取高纯氧的方法。
背景技术
随着新兴微电子和光电产业的飞速发展，芯片工艺的改进，需要大量高纯氮气和小部分高纯氧，而采用常规方法进行高纯氧制取，一般可从带氩空分系统中提取，但对于小型客户来说，专门购买这样的设备，不仅成本高，而且装置复杂，可靠性也降低，能耗也较高。若选择不带氩系统的空分设备制取氧，则需在压力精馏塔外再设置一个脱除液空中CO2、烃等重组分的塔，然后再进入高纯氧塔精馏获得高纯氧，其缺点是需要在常规设备中增加一个去重组分塔，增大了设备的投入，非常不经济。虽可通过购买高纯液氧满足工艺要求，但纯氧为强氧化助燃剂，超过300km的高纯氧的运输成本和风险较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单、成本低、纯度满足要求的高纯氧制取方法。
为解决上述技术问题，本发明的制氧方法包括如下步骤：
a)经净化处理的空气进入换热器冷却；
b)冷却后的空气送入压力精馏塔底部，在压力精馏塔内从下而上在塔板或填料上与自上而下的液体进行传热传质，底部的液空被换热器过冷后进入压力精馏塔上部；
c)从压力精馏塔中部抽取重组分(CO2、CH4、烃)含量较少且含氧量较高的液空作为制氧原料，经节流后进入板式液空蒸发器；从压力精馏塔上部引出的压力氮气，一部分进入板式液空蒸发器与所述的液空换热；
d)在板式液空蒸发器的封头处抽取部分液空作为高纯氧的原料，送入高纯氧塔精馏；其余液空被蒸发后进入高纯氧塔底部的氧蒸发器内，作为蒸发热源，热源冷凝后作为高纯氧的原料，送入高纯氧塔精馏；在高纯氧塔内，所述原料的轻组分被蒸发，氧逐步浓缩成高纯氧；
e)将高纯氧塔底部浓缩的高纯液氧引出；
f)从高纯氧塔顶部引出的低压气体进入换热器内被复热至常温排出。
上述压力精馏塔也可以为双塔，上述步骤(f)从高纯氧塔顶部引出的低压气体进入双塔的上塔进行精馏，精馏后的气体进入换热器内被复热至常温排出。
本发明通过从压力精馏塔中部抽出被洗涤后含氧量较高而含重组分少的洁净液空，送去高纯氧塔内精馏而获得高纯度的液氧，不需要增加较昂贵的设备就能满足用户制取高纯氧的要求。而从压力精馏塔内出来洁净液空，除少部分直接去高纯氧塔，其他大部分在液空蒸发器内与氮气换热后被蒸发，然后引入高纯氧塔底部的氧蒸发器内，冷凝后去高纯氧塔精馏，而达到降低高纯氧塔冷箱高度的目的，减少高纯氧塔的投资成本。
附图说明
图示为本发明的制氧工艺流程和装置。图示仅以单塔高氮装置为例说明，即也包含由双塔流程中的下塔，此时气体可进入上塔继续参与精馏。
图中标记：
ET401 透平膨胀机        C1  压力精馏塔
E1    换热器            C2  氧塔
E2    板式液空蒸发器    K2  氧蒸发器
K1    冷凝蒸发器
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图所示，本发明的制氧工艺流程如下：
a)经净化处理的空气进入换热器E1冷却；
b)冷却后的空气送入压力精馏塔C1底部，在压力精馏塔内从下而上在塔板或填料上与自上而下的液体进行传热传质；经过精馏洗涤，压力精馏塔内液空所含的重组分如CO2、CH4、烃等很容易被洗下，越往上塔板中液空的重组分越少。底部的液空被换热器过冷后进入压力精馏塔顶部冷凝蒸发器K1。
c)从压力精馏塔C1中部抽取重组分(CO2、CH4、烃)含量较少且含氧量较高的液空作为制氧原料，经节流后进入板式液空蒸发器E2；从压力精馏塔上部引出的压力氮气，一部分进入板式液空蒸发器E2与所述的液空换热；压力精馏塔底部的液氧通过管道引出；
d)在板式液空蒸发器E2的封头处抽取部分液空作为高纯氧的原料，该处作为气液分离空间，有利于阀门调节控制，送入高纯氧塔C2精馏；其余液空被蒸发后进入高纯氧塔底部的氧蒸发器K2内作为蒸发热源，热源冷凝后作为高纯氧的原料，送入高纯氧塔精馏；在高纯氧塔内，所述原料的轻组分被蒸发，逐步浓缩成高纯氧；
e)将高纯氧塔底部浓缩的高纯液氧引出；
f)从高纯氧塔顶部引出的低压气体进入换热器内被复热至常温排出。
g)上述换热器和压力精馏塔的的冷量由透平膨胀机ET401提供。
上述实施例制备高纯氧的压力精馏塔为单塔，也可以采用双塔流程空分副产高纯氧，其与实施例1不同的是：
上述步骤(b)：底部的液空被换热器过冷后进入双塔的上塔；
上述步骤(f)从高纯氧塔顶部引出的低压气体进入双塔的上塔进行精馏，精馏后的低压气体进入换热器内被复热至常温排出。
本发明采取了较为简洁的工艺和常规设备解决了高纯氧生产的难题，实施简单、效果好、能耗低，具有经济效益最大化、增加投资最小化的特点，意义非常重大，值得推广。
以典型光电行业1MPaG高氮装置副产高纯氧为例，采用本发明高纯液氧的能耗可降低~50％，解决了高纯氮装置液氮产量过剩，急需高纯液氧的矛盾。
需要说明的是：附图仅为单塔高纯氮副产高纯氧，但本发明也包括所述的双塔流程空分副产高纯氧，虽然上述实施例已经详细描述了本发明的结构，但本发明并不限于上述实施例，凡是本领域技术人员从上述实施例中不经过创造性劳动就可以想到的替换结构和工艺流程，均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种新型高纯氧制取方法，其特征在于：包括如下步骤：
a)经净化处理的空气进入换热器冷却；
b)冷却后的空气送入压力精馏塔底部，在压力精馏塔内从下而上在塔板或填料上与自上而下的液体进行传热传质；底部的液空被换热器过冷后进入压力精馏塔上部；
c)从压力精馏塔中部抽取CO2、CH4、烃含量较少且含氧量较高的液空作为制氧原料，经节流后进入板式液空蒸发器；从压力精馏塔上部引出的压力氮气，一部分进入板式液空蒸发器与液空换热；
d)在板式液空蒸发器的封头处，抽取部分液空作为高纯氧的原料，送入高纯氧塔精馏；其余液空被蒸发后进入高纯氧塔底部的氧蒸发器内，作为蒸发热源，热源冷凝后作为高纯氧的原料，送入高纯氧塔精馏；在高纯氧塔内，所述原料的轻组分被蒸发，氧逐步浓缩成高纯氧；
e)将高纯氧塔底部浓缩的高纯液氧引出；
f)从高纯氧塔顶部引出的低压气体进入换热器内被复热至常温排出。
2.如权利要求1所述的高纯氧制取方法，其特征在于：所述压力精馏塔为双塔，所述步骤(f)从高纯氧塔顶部引出的低压气体进入双塔的上塔进行精馏，精馏后的气体进入换热器内被复热至常温排出。
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