CN207268560U - 分布式光伏供电医用氧制取装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及深冷法制取氧气技术领域，公开了分布式光伏供电医用氧制取装置。本装置包括供电系统(25)和制氧系统(26)，供电系统与制氧系统(26)电连接，供电系统(25)为光伏发电系统(24)，光伏发电系统(24)包括光伏组件(241)和逆变器(242)；制氧系统(26)为深冷制氧系统。本装置不仅能够提供所需要氧气，同时光伏供电系统(25)能够利用太阳能发电，并把产生的直流电转换为交流电供压缩机电机使用，降低装置的电消耗。

Description

分布式光伏供电医用氧制取装置

技术领域

本实用新型涉及深冷法制取氧气技术领域，尤其涉及了分布式光伏供电医用氧制取装置。

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液氧普遍采用深冷法，由大型深冷装置生产的液氧，通过槽车运送至客户终端，其缺点是液氧来源路途遥远，运输不方便。小型深冷装置生产医用液氧由于没有规模生产的优势，能耗较大型装置偏高。

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，针对小型医用液氧生产装置能耗较高的特点提供了一种结合光伏发电系统的分布式医用液氧的制取装置，降低用电成本，靠近最终用户，降低运输成本，最终提高经济性。

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：

分布式光伏供电医用氧制取装置，包括制氧系统和供电系统，供电系统与制氧系统电连接，供电系统为光伏发电系统，光伏发电系统包括光伏组件和逆变器。

作为优选，光伏发电系统为分布式光伏发电系统，能够就近发电，就近并网，就近转换，就近使用，不仅能够有效提高同等规模光伏电站的发电量，同时还有效解决了电力在升压及长途运输中的损耗问题。

作为优选，制氧系统为深冷制氧系统，深冷法制氧系统技术成熟，而且制氧效率高，制取的氧气产品纯度高，能够达到医用的要求。

作为优选，光伏发电系统和深冷制氧系统设置在居民区或医院或郊区，设置在居民区和医院，能够使制取的氧气产品就地消费，减少了运输成本，同时能够保证氧气的及时供应。

作为优选，深冷制氧系统包括热端系统、冷端系统和后备系统，热端系统包括空气过滤器、空气压缩机、冷冻机、水汽分离罐、空气增压机和分子筛系统控制器，空气过滤器、空气压缩机、冷冻机、水汽分离罐、分子筛系统和空气增压机依次通过空气管道连接，分子筛系统与控制器电连接。

作为优选，冷端系统包括通过管道连接的主换热器、过冷器、高压塔、主冷凝蒸发器、低压塔、液氧内压缩泵和气体膨胀机；经过分子筛系统处理后的气体分成四股，四股空气的走向分别为：第一股经主换热器后进入高压塔，第二股空气依次经过主换热器、气体膨胀机进入到低压塔，第三股空气依次经空气增压机和主换热器进入到高压塔，第四股空气经过管道进入后备系统；主冷凝蒸发器设置在高压塔和低压塔之间，高压塔顶部设置有氮气管道连接到主冷凝蒸发器和后备系统，液氧内压缩泵与低压塔底部的液氧出口通过管道连接到主换热器。能够为医院同时产出多种医用气体，为医院节约了成本。

作为优选，后备系统包括液氧贮槽、液氮贮槽、氧气缓冲罐、汽化器、氧气瓶充装装置和送气管网；液氧的收集路线为：低压塔通过液氧管道连接到液氧内压缩泵，再经液氧内压缩泵连接到液氧贮槽，气氧收集路线为：低压塔通过氧气管道连接主换热器，主换热器和氧气缓冲罐通过氧气管道连接，氧气缓冲罐与送气管网通过管道连接；氧气瓶充装装置连接到液氧贮槽，液氧贮槽与主换热器通过管道连接，液氮经过冷器被液氮贮槽收集，污氮气作为再生气的路线为：高压塔的顶部设置管道连接到主换热器，主换热器通过管道连接到分子筛系统。

作为优选，冷端系统包括主换热器、过冷器、高压塔、主冷凝蒸发器、低压塔和气体膨胀机，后备系统包括液氧贮槽和液氮贮槽；主换热器与高压塔之间连有空气管道，气体膨胀机进气端通过空气管道连接主换热器，出气端通过空气管道连接低压塔；液氧贮槽通过液氧管道连接高压塔的液氧出口，液氮贮槽通过液氮管道连接高压塔的液氮出口。设备简单，成本较低，同时操作方便，适用于对氧气纯度要求不是很高的居民区。

作为优选，后备系统还包括液氧充装装置，液氧充装装置与液氧贮槽相连。能够对产生的液氧进行充装，方便运输，扩大装置的使用范围。

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现场制取医用液氧，液氮，并通过光伏供电降低了生产成本，使小型液氧制取装置具有了经济性。能大量布置于城市周边，向最终用户提供医用液氧。而且同时能够布置在医院为医院提供多种医用气体，节约了医院的运行成本，有利于降低患者的诊疗费用。

附图说明

图1是本实用新型的控制示意图；

图2是实施例1装置的工艺流程图；

图3是实施例装置2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、3一冷冻机、4一水汽分离罐、5一分子筛吸附器、6—电加热器、7—空气增压机、8一主换热器、9—气体膨胀机、10一高压塔、11—低压塔、12—主冷凝蒸发器、13—液氧内压缩泵、14—第一过冷器、15—第二过冷器、16一液氧贮槽、17一第一空浴式汽化器、18一液氧高压活塞泵、19一第二空浴式汽化器、20一氧气瓶充装装置、21一液氮贮槽、22一氧气缓冲罐、23一控制器、24一光伏发电系统、241一光伏组件、242一逆变器、25一供电系统、26一制氧系统。

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。

实施例1

如图1所示，分布式光伏供电医用氧制取装置，包括深冷制氧系统和供电系统25，供电系统25与深冷制氧系统电连接，供电系统25为光伏发电系统24，光伏发电系统24包括光伏组件241和逆变器242。所使用的光伏发电系统24为分布式光伏发电系统24。为了使制取的氧气满足人们的需求，制氧系统26采用深冷制氧系统。

为了使装置适用于医院，为医院提供医疗保健气体，光伏发电系统24和深冷制氧系统设置在医院。

如图2所示，深冷制氧系统包括热端系统、冷端系统和后备系统，热端系统包括空气过滤器1、空气压缩机2、冷冻机3、水汽分离罐4、空气增压机7和分子筛系统控制器23，空气过滤器1、空气压缩机2、冷冻机3、水汽分离罐4、分子筛系统和空气增压机7依次通过空气管道连接，分子筛系统与控制器23电连接。冷端系统包括通过管道连接的主换热器8、过冷器、高压塔10、主冷凝蒸发器12、低压塔11、液氧内压缩泵13和气体膨胀机9；经过分子筛系统处理后的气体分成四股，四股空气的走向分别为：第一股经主换热器8后进入高压塔10，第二股空气依次经过主换热器8、气体膨胀机9进入到低压塔11，第三股空气依次经空气增压机7和主换热器8进入到高压塔10，第四股空气经过管道进入后备系统；主冷凝蒸发器12设置在高压塔10和低压塔11之间，高压塔10顶部设置有氮气管道连接到主冷凝蒸发器12和后备系统，液氧内压缩泵13与低压塔11底部的液氧出口通过管道连接到主换热器8。后备系统包括液氧贮槽16、液氮贮槽21、氧气缓冲罐22、汽化器、氧气瓶充装装置20和送气管网；液氧的收集路线为：低压塔11通过液氧管道连接到液氧内压缩泵13，再经液氧内压缩泵13连接到液氧贮槽16，气氧收集路线为：低压塔通过氧气管道连接主换热器8，主换热器8和氧气缓冲罐22通过氧气管道连接，氧气缓冲罐22与送气管网通过管道连接；氧气瓶充装装置20连接到液氧贮槽16，液氧贮槽16与主换热器8通过管道连接，液氮经过冷器被液氮贮槽21收集，污氮气作为再生气的路线为：高压塔10的顶部设置管道连接到主换热器8，主换热器8通过管道连接到分子筛系统。后备系统还包括液氧充装装置，液氧充装装置与液氧贮槽16相连。

光伏发电系统为深冷制氧系统的热端系统、冷端系统和后备系统的用电设备提供电能。

本装置的工艺方法如下：

如图2所示，吸入的空气，首先通过空气过滤器1以去除灰尘和其他微小机械杂质，然后经一台空气压缩机2压缩，压缩空气进入冷冻机3冷却，在水汽分离罐4分离水分。干燥后的压缩空气进入分子筛系统纯化，空气中留存的有害组分比如水蒸气、CO₂、N₂O和其他潜在的有害碳氢化合物通过互相交替再生的两个分子筛吸附器5中的一个吸附。一个分子筛吸附器5吸附时，另外一个分子筛吸附器5再生。单筒吸附周期约4～8小时。

其中分子筛系统的再生气来自精馏系统中低压塔11产出的污氮气，来自低压塔11的污氮气在电加热器6中被加热。在冷吹阶段污氮气旁通电加热器6到分子筛吸附器5中吹除热量。在再生循环结束后，再生后的分子筛吸附器5开始工作，同时另外一个分子筛吸附器5开始进行新的再生循环。

分子筛系统的循环由控制器23DCS或PLC自动控制完成。

干燥净化的加工空气通过分子筛吸附单元后温度约分成四股，第一股压缩空气进入主换热器8冷却接近到空气液化温度然后送入到高压塔10。在换热器中段抽取第二股压缩空气约为到气体膨胀机9膨胀，压缩空气进口压力约为5.3～9.3BarA，进口温度约-95～-105℃，膨胀后该股空气压力约为1.4～1.6BarA被送入到低压塔11作为低压塔的上升气。第三股压缩空气约为100～150Nm3/h进入空气增压机7进一步压缩至15～25BarA，然后送入到主换热器8换热，换热器下段的压缩空气已经液化，全部经节流阀减压至约6BarA后进入高压塔10底部。第四股压缩空气压力约为5～9BarA抽出后通过减压阀减至一定压力后作为干燥压缩空气送管网。其中第一股空气经主换热器8换热后的温度-165～-175℃，第二股空气经主换热器8换热后的温度为-95～-105℃，第三股空气经主换热器8换热后的温度为-160～-170℃。

在高压塔10中空气经过精馏在塔的顶部得到纯氮气而在塔底部得到富含氧气的液态空气，得到富含氧气的液态空气经过第二过冷器15进入低压塔11进行再精馏得到产品液氧。高压塔的操作压力为5～6BarA，低压塔的操作压力为1.3～1.6BarA。

高压塔10和低压塔11精馏所需的回流液氮来自主冷凝蒸发器12，来自高压塔10的氮气通过氮气管道进入低压塔11底部的主冷凝蒸发器12被低压塔11底部的液氧液化成液氮。被液化后的液氮分成三股一股液氮被用于作为高压塔10的回流液，一股液氮在第一过冷器14中过冷后节流送到低压塔11顶部作为回流液，剩余的部分作为液氮产品抽取储存在液氮贮槽21，液氮产品的量为0～3Nm³/h。液氮贮槽21通过管路连接在低压塔11的顶端，当气体膨胀机9停止工作时，液氮贮槽21中的液氮会回流至低压塔11从而保持装置冷量平衡，继续连续运行。当没有安装液氮贮槽21时，并且气体膨胀机9停止工作时，液氧贮槽16中的液氧通过管路连接会反注进入主换热器8从而保证第三股空气的冷却降温，保持装置冷量平衡，继续维持装置连续运行。

在高压塔10顶部位置抽取的气氮0～5Nm³/h送到主换热器8复热至接近大气温度后出主换热器8送入送气管路。

来自高压塔10底部的富含氧气的液态空气，经过第二过冷器15参与换热，最终送到低压塔11参与精馏，从而在低压塔11中经过精馏在塔顶部分离得到纯氮气而在底部得到纯氧，由于低压塔11中的氮气压力较低不满足医院的使用需求，所以从低于低压塔11塔顶的一段抽取污氮气经第一过冷器14、第二过冷器15和主换热器8复热后送入分子筛系统，作为分子筛系统的再生气。

在低压塔11底部位置抽取液氧产品。一部分液氧50～80Nm³/h送至液氧泵增压至7～11BarA，经泵增压到所需的压力后，一部分液氧经过冷后送至液氧贮槽16，另一部分送到主换热器8复热，在那里液氧蒸发来冷凝增压空气，汽化后的氧气在主换热器8中继续复热至接近大气温度后出主换热器8，并送至氧气缓冲罐22约30m³，使其操作压力维持在6～10BarA之间，之间经过减压阀减压至约4BarA送至医院的氧气管网，或送至汇流排进行氧气瓶充装。其中液氧贮槽16分三路分别连接着氧气管网、氧气瓶充装装置20、氧气缓冲罐22。液氧贮槽16和氧气管网之间设有第一空浴式汽化器17；液氧贮槽16与氧气瓶充装装置20之间设有液氧高压活塞泵18和第二空浴式汽化器19；一旦装置停车，液氧贮槽16储存的液氧可用于保证氧气供应。从5m³真空压力贮槽抽出的液氧50～80Nm3/h，经第一空浴式汽化器17蒸发，进入氧气管网。

其中空气压缩机2为无油式空气压缩机，冷却方式为风冷；空气增压机7为无油式活塞增压机；主换热器8为板翘式换热器把流程空气冷却到液化温度，同时加温产品气体；第一过冷器14和第二过冷器15均采用板式换热器；其中液氧内压缩泵13和气体膨胀机9均为一用一备，从而提高装置的安全性和运行可靠性；主冷凝蒸发器12采用浴式设计。

实施例2

本实施例与实施例1的区别之处在于，光伏发电系统24和深冷制氧系统设置在居民区。由于居民区的用氧要求相对于医院要低些，同时为了节约成本。

如图1和图3所示，本实施例与实施例1的区别在于；热端系统不使用空气增压机7，冷端系统和后备系统不同在于，本实施例冷端系统包括主换热器8、过冷器、高压塔10、主冷凝蒸发器12、低压塔11和气体膨胀机9，后备系统包括液氧贮槽16和液氮贮槽21；主换热器8与高压塔10之间连有空气管道，气体膨胀机9进气端通过空气管道连接主换热器8，出气端通过空气管道连接低压塔11；液氧贮槽16通过液氧管道连接高压塔10的液氧出口，液氮贮槽21通过液氮管道连接高压塔10的液氮出口。

工艺流程为：吸入的空气首先通过空气过滤器1以去除灰尘和其他微小机械杂质，然后经一台空气压缩机2压缩，压缩空气进入冷冻机3冷却，在水汽分离罐4分离水分。

干燥后的压缩空气进入分子筛系统纯化，空气中留存的有害组分比如水蒸气、CO₂、N₂O和其他潜在的有害碳氢化合物通过互相交替再生的两个分子筛吸附器5中的一个吸附。一个分子筛吸附器5吸附时，另外一个分子筛吸附器5再生。

其中分子筛系统的再生气来自精馏系统中低压塔11产出的污氮气，来自低压塔11的污氮气在电加热器6中加热。在冷吹阶段污氮气旁通电加热器6到分子筛吸附器5中吹除热量。在再生循环结束后，再生后的分子筛吸附器5开始工作，同时另外一个分子筛吸附器5开始进行新的再生循环。

分子筛系统的循环由控制器23DCS或PLC自动控制完成。

如图3所示，干燥净化的加工空气通过分子筛吸附单元后温度分成二股，第一股压缩空气进入主换热器8冷却接近到空气液化温度然后送入到高压塔10。第二股压缩空气在换热器中段抽取到膨胀机9膨胀后送入到低压塔11。

在高压塔10中空气经过精馏在塔的顶部得到纯氮气而在塔底部得到富含氧气的液态空气，得到富含氧气的液态空气经过换热器15进入低压塔顶部11进行作为回流液再精馏得到产品液氧。

高压塔10和低压塔11精馏所需的回流液氮来自主冷凝蒸发器12，来自高压塔10的氮气通过氮气管道进入低压塔11底部的主冷凝蒸发器12被低压塔11底部的液氧液化成液氮。被液化后的液氮作为液氮产品抽取储存在液氮贮槽21。液氮贮槽21通过管路连接在高压塔11的顶端。

在高压塔10顶部位置抽取的气氮送到主换热器8复热至接近大气温度后出主换热器8送入送气管路。

在低压塔11底部位置抽取液氧产品。液氧经过冷后送至液氧贮槽16。

实施例3

本实施例与实施例2的区别之处在于，本装置设置在郊区。

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 (7)

1.分布式光伏供电医用氧制取装置，包括制氧系统和供电系统，供电系统(25)与制氧系统(26)电连接，其特征在于：供电系统(25)为光伏发电系统(24)，光伏发电系统(24)包括光伏组件(241)和逆变器(242)；制氧系统(26)为深冷制氧系统，包括热端系统、冷端系统和后备系统，热端系统包括空气过滤器(1)、空气压缩机(2)、冷冻机(3)、水汽分离罐(4)、空气增压机(7)和分子筛系统控制器(23)，空气过滤器(1)、空气压缩机(2)、冷冻机(3)、水汽分离罐(4)、分子筛系统和空气增压机(7)依次通过空气管道连接，分子筛系统与控制器(23)电连接。

2.根据权利要求1所述的分布式光伏供电医用氧制取装置，其特征在于：光伏发电系统(24)为分布式光伏发电系统。

3.根据权利要求2所述的分布式光伏供电医用氧制取装置，其特征在于：光伏发电系统(24)和深冷制氧系统设置在城市居民区或医院或郊区。

4.根据权利要求1所述的分布式光伏供电医用氧制取装置，其特征在于：冷端系统包括通过管道连接的主换热器(8)、过冷器、高压塔(10)、主冷凝蒸发器(12)、低压塔(11)、液氧内压缩泵(13)和气体膨胀机(9)；经过分子筛系统处理后的气体分成四股，四股空气的走向分别为：第一股经主换热器(8)后进入高压塔(10)，第二股空气依次经过主换热器(8)、气体膨胀机(9)进入到低压塔(11)，第三股空气依次经空气增压机(7)和主换热器(8)进入到高压塔(10)，第四股空气经过管道进入后备系统；主冷凝蒸发器(12)设置在高压塔(10)和低压塔(11)之间，高压塔(10)顶部设置有氮气管道连接到主冷凝蒸发器(12)和后备系统，液氧内压缩泵(13)与低压塔(11)底部的液氧出口通过管道连接到主换热器(8)。

5.根据权利要求4所述的分布式光伏供电医用氧制取装置，其特征在于：后备系 统包括液氧贮槽(16)、液氮贮槽(21)、氧气缓冲罐(22)、汽化器、氧气瓶充装装置(20)和送气管网；液氧的收集路线为：低压塔(11)通过液氧管道连接到液氧内压缩泵(13)，再经液氧内压缩泵(13)连接到液氧贮槽(16)，气氧收集路线为：低压塔通过氧气管道连接主换热器(8)，主换热器(8)和氧气缓冲罐(22)通过氧气管道连接，氧气缓冲罐(22)与送气管网通过管道连接；氧气瓶充装装置(20)连接到液氧贮槽(16)，液氧贮槽(16)与主换热器(8)通过管道连接，液氮经过冷器被液氮贮槽(21)收集，污氮气作为再生气的路线为：高压塔(10)的顶部设置管道连接到主换热器(8)，主换热器(8)通过管道连接到分子筛系统。

6.根据权利要求1所述的分布式光伏供电医用氧制取装置，其特征在于：冷端系统包括主换热器(8)、过冷器、高压塔(10)、主冷凝蒸发器(12)、低压塔(11)和气体膨胀机(9)，后备系统包括液氧贮槽(16)和液氮贮槽(21)；主换热器(8)与高压塔(10)之间连有空气管道，气体膨胀机(9)进气端通过空气管道连接主换热器(8)，出气端通过空气管道连接低压塔(11)；液氧贮槽(16)通过液氧管道连接高压塔(10)的液氧出口，液氮贮槽(21)通过液氮管道连接高压塔(10)的液氮出口。

7.根据权利要求5或6所述的分布式光伏供电医用氧制取装置，其特征在于：后备系统还包括液氧充装装置，液氧充装装置与液氧贮槽(16)相连。