CN114440554B - 一种生产高纯氧的装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

一种生产高纯氧的装置及其方法
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。
一种生产高纯氧的方法，基于上述的一种生产高纯氧的装置，包括以下步骤：
S1、从缓冲罐引入原料氧气至冷箱内的主换热器中，同时从液氮进入管道通入液氮，将主换热器内的原料氧气利用氮气冷却至部分液化并减压进入到精馏塔中上部，同时将主换热器内的氮气利用原料氧气加热并经过放空管放空部分氮气再进入至氮气压缩机压缩；
S2、压缩后的氮气通入经过主换热器换热后进入至蒸发器内作为热源，将精馏塔底部的液氧蒸发成为上升蒸汽，同时氮气被冷却为液氮；
S3、液氮经过节流阀减压后成为气液两相形式进入冷凝器内，并从液氮进入管道同步引入一股液氮作为补充，将蒸发上升的氧气冷凝成回流液进行精馏，部分精馏后的高纯度氧气进入副换热器内，同时液氮被蒸发为氮气进入副换热器内；
S4、在副换热器内，氮气和液氮同时将高纯度氧气冷却为高纯度液氧并通过高纯液氧出口管道将高纯度液氧抽取排出至低温贮槽储存，同时氮气和液氮再次进入至主换热器进行换热；
S5、循环执行S1至S4步骤，如此不断循环提纯制造高纯度液氧。
利用本申请的方法对本申请的装置进行使用制造纯氧，同样具备装置的效果，同时通过循环使用氮气的冷量和热量，有效解决了现有技术单纯利用精馏塔存在能耗高的问题，而且制造过程中产生的普通氧气并不是毫无用处，也能够成为热源或冷源，与氮气进行换热，降低了浪费，因此能耗更低。
进一步地，步骤S3中，蒸发上升的氧气部分进入至主换热器中回收冷量后送出至冷箱外，剩余部分进入冷凝器被液氮冷凝成液氧后送回至精馏塔顶部作为回流液。
此步骤是进一步公开了对于氧气的循环利用。
生产高纯氧的装置包括内设有原料液氧的液氧贮槽、液氮循环通道以及冷箱；冷箱内设有主换热器、精馏塔、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；
液氧贮槽通过液氧通道依次连通精馏塔和主换热器，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冷凝器、主换热器、氮气压缩机、主换热器、蒸发器、节流阀以及冷凝器；
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主换热器实现对氮气的循环利用。
此装置与本申请的第一个装置结构类似，原理基本一致，区别在于此装置的原料是液氧，而第一个装置的原料是氧气，两者加工对象不同，但是具有同样的优点，技术思路是一致的。
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。
生产高纯氧的方法，基于上述的生产高纯氧的装置，包括以下步骤：
S1、从液氧贮槽中引入原料液氧进入精馏塔的中上部，同时从液氮进入管道通入液氮；
S2、液氧在精馏塔底部与蒸发器内经过的氮气换热，使得液氧蒸发为上升蒸汽；
S3、液氮经过节流阀减压后成为气液两相形式进入冷凝器内，并从液氮进入管道同步引入一股液氮作为补充，将蒸发上升的氧气冷凝成回流液进行精馏，剩余部分液氧送至主换热器，同时液氮在冷凝器内被蒸发成氮气，其中部分精馏后的高纯度液氧通过高纯液氧出口管道抽取排出；
S4、氮气和液氧进入主换热器换热回收冷量，将液氧回收冷量后送出冷箱，将氮气回收冷量后通过放空管放空部分氮气并将剩余氮气送入氮气压缩机循环使用；
S5、循环执行S1至S4步骤，如此不断循环提纯制造高纯度液氧。
利用本申请的方法对本申请的装置进行使用制造纯氧，同样具备装置的效果，同时通过循环使用氮气的冷量和热量，有效解决了现有技术单纯利用精馏塔存在能耗高的问题，而且制造过程中产生的普通氧气并不是毫无用处，也能够成为热源或冷源，与氮气进行换热，降低了浪费，因此能耗更低。
进一步地，精馏塔为筛板塔或填料塔。
进一步地，氮气压缩机将氮气压缩至0.68MPa后进入主换热器中；主换热器将氮气换热降温至小于－173℃后进入蒸发器；节流阀将液氮减压至0.4Mpa后成为气液两相形式进入冷凝器内。
附图说明
图1是本发明一种实施方式的结构示意图；
图2是本发明另一种实施方式的结构示意图。
图中，1、缓冲罐；2、主换热器；3、精馏塔；4、蒸发器；5、冷凝器；6、副换热器；7、氮气压缩机；8、冷箱；9、节流阀；10、液氧贮槽。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本领域技术人员应理解的是，在本发明的披露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
实施例1，
如图1所示，一种生产高纯氧的装置包括内设有原料氧气的缓冲罐1、液氮循环通道以及冷箱8；冷箱8内设有主换热器2、精馏塔3、副换热器6、设于该精馏塔3底部的蒸发器4以及设于该精馏塔3顶部的冷凝器5；
冷箱8用于对冷箱8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1通过氧气通道依次连通主换热器2、精馏塔3以及副换热器6，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8外的液氮进入管道、部分位于冷箱8内的循环管路以及位于冷箱8外的放空管和氮气压缩机7，循环管路从液氮进入管道开始依次连通副换热器6、主换热器2、氮气压缩机7、主换热器2、蒸发器4、节流阀9、冷凝器5、副换热器6以及副换热器6和主换热器2之间的管路，其中，液氮进入管道还与节流阀9与冷凝器5之间的管路连通，作为液氮补充管路，放空管位于主换热器2和氮气压缩机7之间，并位于氮气压缩机7之前；
蒸发器4能够利用从主换热器2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5能够利用从节流阀9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6内。
如此整个设计是在不影响原有氪氙生产的基础之上，将精馏塔3、主换热器2、冷凝器5/蒸发器4等一起布置在单独的一个冷箱8内，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1送入冷箱8内精馏。氧气在主换热器2中被冷却后(如果是液氧则直接)进入高纯氧精馏塔3上部，精馏塔3顶部设置有冷凝器5，塔底设置有蒸发器4。
压力氮气在主换热器2中被冷却后进入高纯氧精馏塔3塔底蒸发器4中，作为热源使用，使精馏塔3内液氧蒸发而成为上升蒸汽。同时氮气被冷凝成为液氮，经减压后送至精馏塔3上部的冷凝器5作为冷源，将精馏塔3顶部上升的蒸汽冷凝成回流液，液氮则蒸发成氮气后返回主换热器2复热，出冷箱8之后经过氮压机压缩后循环使用。
精馏塔3内，在塔底或者距离塔底几块塔板的位置处，抽取纯度不低于99.999％的高纯氧气(或液氧)。抽口位置要视氧气或液氧中的氪、甲烷等高沸点组分含量而定，优选在距离塔底几块塔板处设置抽口，这样能得到纯度更高的高纯氧。
实施例2，
基于实施例1的装置，实施例2为一种生产高纯氧的方法，包括以下步骤：
S1、从缓冲罐1引入原料氧气至冷箱8内的主换热器2中，同时从液氮进入管道通入液氮，将主换热器2内的原料氧气利用氮气冷却至部分液化并减压进入到精馏塔3中上部，同时将主换热器2内的氮气利用原料氧气加热并经过放空管放空部分氮气再进入至氮气压缩机7压缩；
在本实施例和实施例1中，原料氧气300Nm3/h(0.24MPa，其中氧含量为～99.7％，氮含量为～2ppm，氩含量为～2700ppm，氪与甲烷的含量均小于1ppm)，从缓冲罐1引至冷箱8内的主换热器2中，冷却到少部分液化后减压进入精馏塔3的中上部。
S2、压缩后的氮气通入经过主换热器2换热后进入至蒸发器4内作为热源，将精馏塔3底部的液氧蒸发成为上升蒸汽，同时氮气被冷却为液氮；
此步骤中，精馏塔3塔底部的蒸发器4，形式为板翅式换热器。2000Nm3/h氮气经过氮气压缩机7压缩至0.68MPa后进入冷箱8内的主换热器2中，经过降温至～-173℃后进入蒸发器4中，作为蒸发器4的热源使用，使精馏塔3底部的液氧蒸发而成为上升蒸汽，同时氮气在蒸发器4中被冷却为液氮。
S3、液氮经过节流阀9减压后成为气液两相形式进入冷凝器5内，并从液氮进入管道同步引入一股液氮作为补充，将蒸发上升的氧气冷凝成回流液进行精馏，部分精馏后的高纯度氧气进入副换热器6内，同时液氮被蒸发为氮气进入副换热器6内；
此步骤中，这部分液氮经过节流阀9减压至0.4MPa之后以气液两相的形式进入精馏塔3塔顶的冷凝器5中作为冷源，同时从冷箱8外引入一股液氮(～30Nm3/h)进入精馏塔3塔顶的冷凝器5中作为补充，这些液氮将精馏塔3内上升的氧气冷凝成回流液进行精馏。
如此，精馏塔3顶部的氧气分为两部分，一部分送至主换热器2中回收冷量后送出冷箱8；另一部进入冷凝器5被液氮冷凝成液氧后送回精馏塔3顶部，作为回流液。
S4、在副换热器6内，氮气和液氮同时将高纯度氧气冷却为高纯度液氧并通过高纯液氧出口管道将高纯度液氧抽取排出至低温贮槽储存，同时氮气和液氮再次进入至主换热器2进行换热；
此步骤中，液氮被蒸发为氮气后，进入副换热器6中回收部分冷量，同时从冷箱8外引入一股液氮(～330Nm3/h)进入副换热器6中，这两股冷流体用来将纯度大于99.999％的高纯氧气冷却为高纯液氧。高纯氧气从精馏塔3塔底之上的几块塔板处抽取，流量～292Nm3/h，其中的氮含量＜5ppm，氩含量＜2ppm，甲烷含量＜0.5ppm。冷却后的液氧送出冷箱8外进入低温贮槽储存。
S5、循环执行S1至S4步骤，如此不断循环提纯制造高纯度液氧。
在本实施例中，精馏塔3可选用筛板塔或填料塔，以筛板塔为例，在每一块塔板上，提供了下降液体与上升蒸汽充分接触的条件。液体与蒸汽的每一次接触，既是一个传热的过程，又是一个传质的过程。每经过一块塔板，下降液体中的低沸点组分(氩、氮等)就会减少一些，同时高沸点组分(氪、甲烷等)就提高一些。经过一定数量塔板的精馏后，在精馏塔3塔底之上的几块塔板处即可得到纯度大于99.999％的高纯氧，精馏塔3塔底为高沸点组分(氪、甲烷等)相对较高的液氧，可根据组分中甲烷的含量安全排放：例如～0.5Nm3/h排放时，精馏塔3塔底的液氧中甲烷含量可控制在～400ppm。
实施例3，
如图2所示，本实施例与实施例1不同的是，本实施例的加工对象是液氮，生产高纯氧的装置包括内设有原料液氧的液氧贮槽10、液氮循环通道以及冷箱8；冷箱8内设有主换热器2、精馏塔3、设于该精馏塔3底部的蒸发器4以及设于该精馏塔3顶部的冷凝器5；
冷箱8用于对冷箱8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；
液氧贮槽10通过液氧通道依次连通精馏塔3和主换热器2，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8外的液氮进入管道、部分位于冷箱8内的循环管路以及位于冷箱8外的放空管和氮气压缩机7，循环管路从液氮进入管道开始依次连通冷凝器5、主换热器2、氮气压缩机7、主换热器2、蒸发器4、节流阀9以及冷凝器5，液氮进入管道还与节流阀9与冷凝器5之间的管路连通，作为液氮补充管路，放空管位于主换热器2和氮气压缩机7之间，并位于氮气压缩机7之前；
蒸发器4能够利用从主换热器2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5能够利用从节流阀9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主换热器2实现对氮气的循环利用。
此装置与实施例1的装置结构类似，原理基本一致，区别在于此装置的原料是液氧，而实施例1的装置的原料是氧气，两者加工对象不同，但是具有同样的优点，技术思路是一致的。因此两者起到的效果也是基本一致的。
实施例4，
基于实施3的装置，本实施例为生产高纯氧的方法，包括以下步骤：
S1、从液氧贮槽10中引入原料液氧进入精馏塔3的中上部，同时从液氮进入管道通入液氮；
其中，本实施例和实施例3中，原料液氧300Nm3/h(0.24MPa，其中氧含量为～99.7％，氮含量为～2ppm，氩含量为～2700ppm，氪与甲烷的含量均小于1ppm)，从液氧贮槽10减压后引至精馏塔33的中上部。
S2、液氧在精馏塔3底部与蒸发器4内经过的氮气换热，使得液氧蒸发为上升蒸汽；
2000Nm3/h氮气经过氮气压缩机7压缩至0.68MPa后进入冷箱8内的主换热器2中，经过降温至低于－173℃后进入蒸发器4中，作为精馏塔3蒸发器4的热源使用，使精馏塔3底部的液氧蒸发而成为上升蒸汽，同时氮气在蒸发器4中被冷却为液氮。
S3、液氮经过节流阀9减压后成为气液两相形式进入冷凝器5内，并从液氮进入管道同步引入一股液氮作为补充，将蒸发上升的氧气冷凝成回流液进行精馏，剩余部分液氧送至主换热器2，同时液氮在冷凝器5内被蒸发成氮气，其中部分精馏后的高纯度液氧通过高纯液氧出口管道抽取排出；
这部分液氮经过节流阀9减压至0.4MPa之后以气液两相的形式进入精馏塔3塔顶的冷凝器5中作为冷源，同时从冷箱8外引入一股液氮(～63Nm3/h)进入精馏塔3塔顶的冷凝器5中作为补充，这些液氮将精馏塔3内上升的氧气冷凝成回流液进行精馏。
S4、氮气和液氧进入主换热器2换热回收冷量，将液氧回收冷量后送出冷箱8，将氮气回收冷量后通过放空管放空部分氮气并将剩余氮气送入氮气压缩机7循环使用；
其中，精馏塔3顶部的氧气分为两部分，一部分送至主换热器2中回收冷量后送出冷箱8；另一部进入冷凝器5被液氮冷凝成液氧后送回精馏塔3顶部，作为回流液。
S5、循环执行S1至S4步骤，如此不断循环提纯制造高纯度液氧。高纯液氧从精馏塔3塔底之上的几块塔板处抽取，流量～297Nm3/h，其中的氮含量＜5ppm，氩含量＜2ppm，甲烷含量＜0.5ppm。高纯液氧送出冷箱8外进入低温贮槽储存。
其中，精馏塔3与实施例1-2的一致，本实施例除了没有实施例1和2中的副散热器以及缓冲罐1，其余设备均与实施例1和2的一致或采用不同规格的同种产品。
综上，实施例1-4中所述的主换热器2、蒸发器4、冷凝器5、精馏塔3等，以及连接这些部机的管道、阀门和其内流动的各种流体，都处于不同的低温下，安装于冷箱8内，冷箱8四周与所有容器、管道之间留有一定间距，用于填装保温材料(例如膨胀珍珠岩)，为低温设备保温。
本发明未详述部分为现有技术，故本发明未对其进行详述。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
尽管本文较多地使用了缓冲罐1、主换热器2、精馏塔3、蒸发器4、冷凝器5、副换热器6、氮气压缩机7、冷箱8、节流阀9、液氧贮槽10等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上做任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种生产高纯氧的装置，其特征在于，包括内设有原料氧气的缓冲罐、液氮循环通道以及冷箱；所述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；
所述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；
所述缓冲罐通过氧气通道依次连通所述主换热器、所述精馏塔以及所述副换热器，并通过高纯液氧出口管道将高纯度液氧排出；
所述液氮循环通道包括位于所述冷箱外的液氮进入管道、部分位于所述冷箱内的循环管路以及位于所述冷箱外的放空管和氮气压缩机，所述循环管路从所述液氮进入管道开始依次连通所述副换热器、所述主换热器、所述氮气压缩机、所述主换热器、所述蒸发器、节流阀、所述冷凝器、所述副换热器以及所述副换热器和所述主换热器之间的管路；所述液氮进入管道还与所述节流阀与所述冷凝器之间的管路连通，作为液氮补充管路；
所述蒸发器能够利用从所述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；
所述冷凝器能够利用从所述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所述副换热器内。
2.根据权利要求1所述的一种生产高纯氧的装置，其特征在于，所述放空管位于所述主换热器和所述氮气压缩机之间，并位于所述氮气压缩机之前。
3.一种生产高纯氧的方法，其特征在于，基于权利要求2所述的一种生产高纯氧的装置，包括以下步骤：
S1、从缓冲罐引入原料氧气至冷箱内的主换热器中，同时从液氮进入管道通入液氮，将主换热器内的原料氧气利用氮气冷却至部分液化并减压进入到精馏塔中上部，同时将主换热器内的氮气利用原料氧气加热并经过放空管放空部分氮气再进入至氮气压缩机压缩；
S2、压缩后的氮气通入经过主换热器换热后进入至蒸发器内作为热源，将精馏塔底部的液氧蒸发成为上升蒸汽，同时氮气被冷却为液氮；
S3、液氮经过节流阀减压后成为气液两相形式进入冷凝器内，并从液氮进入管道同步引入一股液氮作为补充，将蒸发上升的氧气冷凝成回流液进行精馏，部分精馏后的高纯度氧气进入副换热器内，同时液氮被蒸发为氮气进入副换热器内；
S4、在副换热器内，氮气和液氮同时将高纯度氧气冷却为高纯度液氧并通过高纯液氧出口管道将高纯度液氧抽取排出至低温贮槽储存，同时氮气和液氮再次进入至主换热器进行换热；
S5、循环执行S1至S4步骤，如此不断循环提纯制造高纯度液氧。
4.根据权利要求3所述的一种生产高纯氧的方法，其特征在于，步骤S3中，蒸发上升的氧气部分进入至主换热器中回收冷量后送出至冷箱外，剩余部分进入冷凝器被液氮冷凝成液氧后送回至精馏塔顶部作为回流液。
5.生产高纯氧的装置，其特征在于，包括内设有原料液氧的液氧贮槽、液氮循环通道以及冷箱；所述冷箱内设有主换热器、精馏塔、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；
所述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；
所述液氧贮槽通过液氧通道依次连通所述精馏塔和所述主换热器，并通过高纯液氧出口管道将高纯度液氧排出；
所述液氮循环通道包括位于所述冷箱外的液氮进入管道、部分位于所述冷箱内的循环管路以及位于所述冷箱外的放空管和氮气压缩机，所述循环管路从所述液氮进入管道开始依次连通所述冷凝器、所述主换热器、所述氮气压缩机、所述主换热器、所述蒸发器、节流阀以及所述冷凝器；所述液氮进入管道还与所述节流阀与所述冷凝器之间的管路连通，作为液氮补充管路；
所述蒸发器能够利用从所述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；
所述冷凝器能够利用从所述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所述主换热器实现对氮气的循环利用。
6.根据权利要求5所述的生产高纯氧的装置，其特征在于，所述放空管位于所述主换热器和所述氮气压缩机之间，并位于所述氮气压缩机之前。
7.生产高纯氧的方法，其特征在于，基于权利要求6所述的生产高纯氧的装置，包括以下步骤：
S1、从液氧贮槽中引入原料液氧进入精馏塔的中上部，同时从液氮进入管道通入液氮；
S2、液氧在精馏塔底部与蒸发器内经过的氮气换热，使得液氧蒸发为上升蒸汽；
S3、液氮经过节流阀减压后成为气液两相形式进入冷凝器内，并从液氮进入管道同步引入一股液氮作为补充，将蒸发上升的氧气冷凝成回流液进行精馏，剩余部分液氧送至主换热器，同时液氮在冷凝器内被蒸发成氮气，其中部分精馏后的高纯度液氧通过高纯液氧出口管道抽取排出；
S4、氮气和液氧进入主换热器换热回收冷量，将液氧回收冷量后送出冷箱，将氮气回收冷量后通过放空管放空部分氮气并将剩余氮气送入氮气压缩机循环使用；
S5、循环执行S1至S4步骤，如此不断循环提纯制造高纯度液氧。
8.根据权利要求7所述的生产高纯氧的方法，其特征在于，氮气压缩机将氮气压缩至0.68MPa后进入主换热器中；主换热器将氮气换热降温至小于-173℃后进入蒸发器；节流阀将液氮减压至0.4Mpa后成为气液两相形式进入冷凝器内。
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