CN207214635U - 医疗保健气体深空冷自增压式制取装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及深冷法制取氧气技术领域，公开了医疗保健气体深空冷自增压式制取装置。包括冷端系统，冷端系统包括过冷器(10)、膨胀机(15)、主换热器(7)和精馏塔(8)，膨胀机(15)的进气口和出气口通过第一管道(17)与过冷器(10)相连。精馏塔(8)、过冷器(10)和主换热器(7)依次连接有污氮气管道(18)；进气段(171)与连接过冷器(10)和主换热器(7)的污氮气管道(18)连通，出气段(172)从膨胀机(15)出口依次连接过冷器(10)和主换热器(7)。工艺流程中通过提高精馏塔操作压力提高了制冷量和液氧产出量，无需使用液氧泵，提高了膨胀机的制冷能力，尤其适用于液氧运输不便和成本高的地区。

Description

医疗保健气体深空冷自增压式制取装置

技术领域

本实用新型涉及深冷法制取氧气技术领域，尤其涉及了医疗保健气体深空冷自增压式制取装置。

背景技术

深冷法是先将空气压缩、冷却、净化吸附空气中的水和二氧化及碳氢物质等，在换热器中与冷流股换热并使空气液化，利用氧、氮组分的沸点的不同，在精馏塔中实现氧、氮分离，这就是空气精馏法。

目前工业上大规模制氧普遍采用深冷法，由大型深冷装置生产的液氧，通过槽车运送至安装在医院内的低温压力储槽内，经空浴式汽化器汽化后供医院使用，其缺点是液体供应主动权掌握在供应商手中，存在质量风险，液氧来源路途遥远，运输不方便，成本较高，加之生产液氧单位耗能较高，氧气折合价格约为3元/Nm³。

小型深冷装置目前在医用领域仅限于充装氧气瓶和直接生产液氧，并没有一个针对大型医院用气需求和特点专门设计的用于医院现场连续供气的小型深冷装置。而且装置占地较大，且单位制氧能耗较高。

另一种折衷的办法是在医院安装采用变压吸附法制氧(即PSA制氧)装置直接生产氧气供应医院使用，其基本原理是基于分子筛对空气中的氧、氮组分具有选择性吸附而使空气中氧氮气分离从而获得氧气。当空气经过压缩，经吸附塔的分子筛吸附层时，氮分子优先被吸附，氧分子留在气相中穿过吸附床层而成为产品氧气。当吸附剂层中的氮气吸附达到相对饱和时，利用减压或抽真空的方法将吸附剂分子表面吸附的氮分子解吸出来并送出界区排空，使吸附剂得到解吸重新恢复原有的吸附能力，为下一周期的吸附产氧准备，两个以上(含两个)吸附塔不停地循环，就实现了连续产氧的目的。该方法所生产的氧气纯度通常只有93％左右。即使采取极端办法，其氧气纯度最高只能达到95％，无法达到医用氧99.5％的纯度要求，所以只适合对氧气纯度要求不高的场合，而且制氧单耗较高。且无法同时供应其他医疗保健气体。

传统的中小型医院由于用气量有限，但是直接购买灌装气在长期使用过程中成本较高，而且搬运麻烦，同时气体的质量存在风险。而且传统的现场制氧设备成本较高，需要的动力设备较多，给维护和保养带来了更多的成本。

实用新型内容

本实用新型为深冷技术在医疗健康领域的技术应用拓展，针对中小型医院对医疗气体的需求和用气情况，提供了一种无需内压缩液氧泵的设备成本较低的医疗保健气体自增压式深空冷制取装置。

为了解决上述的技术问题，本实用新型通过下述技术方案得以解决：

医疗保健气体深空冷自增压式制取装置，包括冷端系统，冷端系统包括过冷器，冷端系统还包括膨胀机，膨胀机的进气口和出气口通过第一管道与过冷器相连，连接膨胀机进气口的第一管道为进气段，连接膨胀机出气口的第一管道为出气段；出气段从膨胀机出气口引出连接到过冷器，再从过冷器引出。膨胀机能够对污氮气进行膨胀降温，从而使部分污氮气进行二次换热，从而提供更多冷量，满足过冷器所需冷量。

作为优选，第一管道的内径为10mm～2000mm。

作为优选，冷端系统还包括主换热器和精馏塔，精馏塔、过冷器和主换热器依次连接有污氮气管道；进气段与连接过冷器和主换热器的污氮气管道连通，出气段从膨胀机出口依次连接过冷器和主换热器。过冷器能够使液态空气和污氮气进行换热，从而对液态空气进行过冷，有利于节约冷量，降低汽化率，从而节约能源。而且二次降压冷却的污氮气同时能够给主换热器提供充足的冷量。污氮气和空气在主换热器能够进行换热，从而充分利用冷量。

作为优选，污氮气管道包括连接精馏塔和过冷器的第一污氮气管道，和污氮气管道出过冷器部分的第二污氮气管道，第二污氮气管道和第一污氮气管道连通；第二污氮气管道分为三个通路，第一通路连接到主换热器并从主换热器排出，第二通路连接到主换热器再从主换热器中引出连接到进气段，第三通路与进气段连通，出气段出主换热器连接到分子筛系统。从而充分利用了精馏塔产出的污氮气的冷量，污氮气分为多路能够灵活的调整去换热器和膨胀机的污氮气流量，使装置在白天产气和夜晚产液两种不同运行工况时，既能调节进入膨胀机的污氮气量以满足两种工况制冷量的需求，同时维持了换热器的负荷平衡。能够有效利用夜晚谷电价格优势制取液氧，并在白天用气高峰时汽化液氧供医院使用，增加了经济性的同时，解决了医院白天和夜晚用气量不同的问题。

作为优选，还包括热端系统，热端系统包括分子筛系统，第一通路出主换热器连接到分子筛系统。从而为分子筛系统提供再生气，一方面为充分利用污氮气的冷量对空气进行过冷，另一方面污氮气作为再生气节约了空气，节约了能量。

作为优选，还包括主冷凝蒸发器和后备系统，主冷凝蒸发器与精馏塔连接有液氧管道；精馏塔底设置有液氧排放管道，液氧排放管道的进液端与精馏塔相连，液氧排放管道的出液端与后备系统相连。液氧通过液氧排放管道能够定时排放，从而降低了主冷凝蒸发器内的碳氢化合物的含量，提高了装置的安全性，另一方面排放的液氧通过汽化器汽化成气氧并入氧气管道作为产品使用，减少了浪费。

作为优选，精馏塔的设置有气氧出气口，气氧出气口和主换热器之间设有气氧管道，气氧管道出主换热器连接到后备系统。免去使用液氧泵，从而降低了使用成本，同时提高了安全性。气氧进入主换热器复热的同时提供冷量使空气进行降温，从而充分利用冷量，节约了能源。

作为优选，热端系统还包括空气过滤器、空气压缩机、空气缓冲罐、冷干机，空气过滤器、空气压缩机、空气缓冲罐、冷干机和分子筛系统依次通过空气管道连通；分子筛系统的空气管道的出气端分为两路，第一路空气管道连接到后备系统，第二路空气管道依次连接到主换热器、主冷凝蒸发器、过冷器和精馏塔；后备系统包括氧气缓冲罐和汽化器，气氧管道出主换热器连接到氧气缓冲罐，液氧排放管道一端连接主冷凝蒸发器，另一端连接汽化器。

作为优选，后备系统还包括液氧贮槽，液氧贮槽设置有液氧进液口和出液口，进液口通过管道连接到精馏塔的液氧出口，液氧贮槽的液氧出口与汽化器通过管道连接。

作为优选，分子筛系统还包括用于调节污氮气流量的流量调节阀。

采用以上技术手段，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型采用深冷法可在医院现场同时制取氧气和干燥压缩空气，氧气纯度满足医用氧99.5％的要求。医院无需再单独配置干燥压缩气体供应装置。工艺流程中通过提高精馏塔操作压力，使装置无需配置液氧泵便能提供符合医院用气压力的氧气，并且通过提高精馏塔压力使提高了膨胀机的制冷能力，提高了液氧产量。本装置在夜晚医院用气量较少时利用夜晚谷电价格优势生产液氧，白天汽化后用于补充高峰时的用气量，尤其适用于液氧运输不便和成本高的地区。在装置停车的情况下，后备系统收集的液氧可以作为紧急用气供应到送气管路。而且本实用新型使用的装置结构紧凑，占地面积小。同时无需液氧泵，减少了成本支出，而且通过定时排放液氧并加以回收利用提高了装置运行的安全性和经济性。

附图说明

图1是装置的工艺流程图。

附图中各数字标号所指代的部位名称如下：1—空气过滤器、2一空气压缩机、3一空气缓冲罐、4一冷干机、5一分子筛系统、7—主换热器、8一精馏塔、9—主冷凝蒸发器、10一过冷器、11—液氧贮槽、12—汽化器、13—氧气缓冲罐、15—膨胀机、17一第一管道、171一进气段、172一出气段、18一污氮气管道、181一第一污氮气管道、182一第二污氮气管道、183一第一通路、184一第二通路、185一第三通路、19一液氧排放管道、20一空气管道、201一第一路空气管道、202一第二路空气管道、21一气氧管道。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如图1所示，医疗保健气体深冷自增压式制取装置，包括冷端系统，冷端系统包括过冷器10，其特征在于：冷端系统还包括膨胀机15，膨胀机15的进气口和出气口通过第一管道17与过冷器10相连，连接膨胀机15进气口的第一管道17为进气段171，连接膨胀机15出气口的第一管道17为出气段172；出气段172从膨胀机15出气口引出连接到过冷器10，再从过冷器10引出。冷端系统还包括主换热器7和精馏塔8，精馏塔8、过冷器10和主换热器7依次连接有污氮气管道18；进气段171与连接过冷器10和主换热器7的污氮气管道18连通，出气段172从膨胀机15出口依次连接过冷器10和主换热器7。污氮气管道18包括连接精馏塔8和过冷器10的第一污氮气管道181，和污氮气管道18出过冷器10部分的第二污氮气管道182，第二污氮气管道182和第一污氮气管道181连通；第二污氮气管道182分为三个通路，第一通路183连接到主换热器7并从主换热器7排出，第二通路184连接到主换热器7再从主换热器7中引出连接到进气口段，第三通路185与进气段171连通，出气段172出主换热器7连接到分子筛系统5。

装置还包括热端系统，热端系统包括分子筛系统5，第一通路183出主换热器7连接到分子筛系统5。冷端系统还包括主冷凝蒸发器9，装置还设置有后备系统，主冷凝蒸发器9与精馏塔8连接有液氧管道；精馏塔8底设置有液氧排放管道19，液氧排放管道19的进液端与精馏塔8相连，液氧排放管道19的出液端与后备系统相连。精馏塔8设置有气氧出气口，气氧出气口和主换热器7之间设有气氧管道21，气氧管道21出主换热器7连接到后备系统。热端系统包括空气过滤器1、空气压缩机2、空气缓冲罐3、冷干机4，空气过滤器1、空气压缩机2、空气缓冲罐3、冷干机4和分子筛系统5依次通过空气管道20连通；分子筛系统5的空气管道20的出气端分为两路，第一路空气管道201连接到后备系统，第二路空气管道202依次连接到主换热器7、主冷凝蒸发器9、过冷器10和精馏塔8；后备系统包括氧气缓冲罐13和汽化器12，气氧管道21出主换热器7连接到氧气缓冲罐13，液氧排放管道19一端连接主冷凝蒸发器9，另一端连接汽化器12。后备系统还包括用于收集液氧的液氧贮槽11，液氧贮槽11与汽化器12通过管道相连。精馏塔8的压力为4.0Bar。

分子筛系统5还包括用于调节污氮气流量的流量调节阀。第一管道17的内径为10mm～2000mm。

本实用新型还结合上述装置提供了一种医疗保健气体深冷自增压式的制取方法，包括以下步骤，

步骤一、空气通过空气过滤器1、空气压缩机2、空气缓冲罐3和冷干机4过滤压缩冷却和干燥后通入分子筛系统5，分子筛系统5对空气进一步纯化出空气中的水蒸气、CO₂、N₂O；

步骤二、步骤一中分子筛系统5处理后的空气分成两股，一股空气经换热冷却后送入主冷凝蒸发器9进行换热，换热后的空气为液态空气再经过冷器10过冷后进入精馏塔8内进行精馏；另一股空气作为干燥压缩空气进入后备系统；

步骤三、精馏塔8内空气精馏产生液氧和污氮气；液氧一部分作为产品进行收集，另一部分进入主冷凝蒸发器9换热；主冷凝蒸发器9换热汽化产生的气氧一部分作为精馏塔8精馏所使用的上升气，另一部分作为气氧产品进入主换热器7进行复热被氧气缓冲罐13收集；精馏塔8的顶部产生污氮气；主冷凝蒸发器9外界有液氧排放管道19，主冷凝蒸发器9内的液氧通过液氧排放管道19定时排放到汽化器12；

步骤四，污氮气出精馏塔8进入过冷器10，经换热后的污氮气分为三股，第一部分经主换热器7复热后进入分子筛系统5作为再生气；第二部进入主换热器7后，再从主换热器7中抽出与第三部分合并进入膨胀机15的进气口进行膨胀制冷，膨胀制冷后的污氮气再次进入过冷器10内进行换热后再进入主换热器7复热，复热后进入分子筛系统5作为再生气。

其中，进入主换热器7的空气压力为10.0～12.3BarA，经主换热器7换热后的温度-150～-168℃。

实施例2

本实施例与实施例1的区别之处在于，精馏塔8的压力为4.9Bar。

总之，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本实用新型专利的涵盖范围。

Claims (10)

1.医疗保健气体深空冷自增压式制取装置，包括冷端系统，冷端系统包括过冷器(10)，其特征在于：冷端系统还包括膨胀机(15)，膨胀机(15)的进气口和出气口通过第一管道(17)与过冷器(10)相连，连接膨胀机(15)进气口的第一管道(17)为进气段(171)，连接膨胀机(15)出气口的第一管道(17)为出气段(172)；出气段(172)从膨胀机(15)出气口引出连接到过冷器(10)，再从过冷器(10)引出。

2.根据权利要求1所述的医疗保健气体深空冷自增压式制取装置，其特征在于：第一管道(17)的内径为10mm～2000mm。

3.根据权利要求1所述的医疗保健气体深空冷自增压式制取装置，其特征在于：冷端系统还包括主换热器(7)和精馏塔(8)，精馏塔(8)、过冷器(10)和主换热器(7)依次连接有污氮气管道(18)；进气段(171)与连接过冷器(10)和主换热器(7)的污氮气管道(18)连通，出气段(172)从膨胀机(15)出口依次连接过冷器(10)和主换热器(7)。

4.根据权利要求3所述的医疗保健气体深空冷自增压式制取装置，其特征在于：污氮气管道(18)包括连接精馏塔(8)和过冷器(10)的第一污氮气管道(181)，和污氮气管道(18)出过冷器(10)部分的第二污氮气管道(182)，第二污氮气管道(182)和第一污氮气管道(181)连通；第二污氮气管道(182)分为三个通路，第一通路(183)连接到主换热器(7)并从主换热器(7)排出，第二通路(184)连接到主换热器(7)再从主换热器(7)中引出连接到进气段(171)，第三通路(185)与进气段(171)连通。

5.根据权利要求4所述的医疗保健气体深空冷自增压式制取装置，其特征在于：还包括热端系统，热端系统包括分子筛系统(5)，第一通路(183)出主换热器(7)连接到分子筛系统(5)。

6.根据权利要求5所述的医疗保健气体深空冷自增压式制取装置，其特征在于：还包括主冷凝蒸发器(9)和后备系统，主冷凝蒸发器(9)与精馏塔(8)连接有液氧管道；精馏塔(8)底设置有液氧排放管道(19)，液氧排放管道(19)的进液端与精馏塔(8)相连，液氧排放管道(19)的出液端与后备系统相连。

7.根据权利要求6所述的医疗保健气体深空冷自增压式制取装置，其特征在于：精馏塔(8)设置有气氧出气口，气氧出气口和主换热器(7)之间设有气氧管道(21)，气氧管道(21)出主换热器(7)连接到后备系统。

8.根据权利要求6所述的医疗保健气体深空冷自增压式制取装置，其特征在于：热端系统还包括空气过滤器(1)、空气压缩机(2)、空气缓冲罐(3)、冷干机(4)，空气过滤器(1)、空气压缩机(2)、空气缓冲罐(3)、冷干机(4)和分子筛系统(5)依次通过空气管道(20)连通；分子筛系统(5)的空气管道(20)的出气端分为两路，第一路空气管道(201)连接到后备系统，第二路空气管道(202)依次连接到主换热器(7)、主冷凝蒸发器(9)、过冷器(10)和精馏塔(8)；后备系统包括氧气缓冲罐(13)和汽化器(12)，气氧管道(21)出主换热器(7)连接到氧气缓冲罐(13)，液氧排放管道(19)一端连接主冷凝蒸发器(9)，另一端连接汽化器(12)。

9.根据权利要求7所述的医疗保健气体深空冷自增压式制取装置，其特征在于：后备系统还包括液氧贮槽(11)，液氧贮槽(11)设置有液氧进液口和出液口，进液口通过管道连接到精馏塔(8)的液氧出口，液氧贮槽(11)的液氧出口与汽化器(12)通过管道连接。

10.根据权利要求5所述的医疗保健气体深空冷自增压式制取装置，其特征在于：分子筛系统(5)还包括用于调节污氮气流量的流量调节阀。