CN210512327U - 高纯液氧生产装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高纯液氧生产装置，包括：氧气收集设备，用于收集氧气；氧气纯化设备，用于净化氧气，氧气纯化设备的氧气入口与氧气收集设备的氧气出口通过管道连接；液氮系统，用于提供液氮；换热系统，用于使净化后的氧气液化，换热系统包括换热器，换热器设有彼此独立的氮通道和氧通道，氧通道的氧气入口通过管道连接氧气纯化设备的氧气出口，氮通道的入口通过管道连接液氮系统的液氮出口；以及液氧接收设备，用于储存液氧，液氧接收设备的液氧入口通过管道连接氧通道的液氧出口。本实用新型高纯液氧生产装置能够收集水电解制氢装置产生的放空氧气并进行处理，生产出高纯度液氧，实现了放空氧气的回收利用，避免了资源浪费。

Description

高纯液氧生产装置

技术领域

本实用新型涉及化工设备技术领域，尤其涉及一种高纯液氧生产装置。

背景技术

由于工业生产的飞速发展和能源的日渐短缺，氢气的应用领域越来越广，水电解制氢技术的开发和研制受到各国政府越来越高的重视和支持。氢气作为主要生产原料，现有制氢方式主要是通过水电解方式制氢。水电解制氢的电解槽内的水被电解成氢气和氧气，生产氢气的同时，氧气放空，造成了很大的浪费。水电解制氢中制造氢的量越大，副产物氧气放空的量就越大。如何提供一种放空氧气的利用装置来回收水电解制氢产生的放空氧气，实现放空氧气的回收利用，并经过处理生产出高纯度液氧，是水电解制氢领域亟待解决的技术问题之一

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种高纯液氧生产装置，该高纯液氧生产装置能够回收放空氧气并处理生产出高纯度液氧。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种高纯液氧生产装置，包括：

氧气收集设备，用于收集氧气；

氧气纯化设备，用于净化氧气，所述氧气纯化设备的氧气入口与所述氧气收集设备的氧气出口通过管道连接；

液氮系统，用于提供液氮，为高纯度氧气液化提供冷量；

换热系统，用于使净化后的氧气液化，所述换热系统包括换热器，所述换热器设有彼此独立的氮通道和氧通道，所述氧通道的氧气入口通过管道连接所述氧气纯化设备的氧气出口，所述氮通道的入口通过管道连接所述液氮系统的液氮出口；以及

液氧接收设备，用于储存液氧，所述液氧接收设备的液氧入口通过管道连接所述氧通道的液氧出口。

在其中一个实施例中，所述高纯液氧生产装置还包括用于检测分析液氧纯度的液氧分析设备和取样管路，所述取样管路的入口连接液氧接收设备，所述取样管路的出口连接所述液氧分析设备。

在其中一个实施例中，所述氧气收集设备包括氧气缓冲罐、进气阀门和出气阀门，所述出气阀门设置在所述氧气缓冲罐的氧气出口，所述进气阀门设置在所述氧气缓冲罐的氧气入口。

在其中一个实施例中，所述氧气纯化设备包括吸附塔，所述吸附塔的内部设有用于过滤杂质和吸附水分的过滤器和分子筛。

在其中一个实施例中，所述氧气纯化设备包括两个所述吸附塔，每个所述吸附塔的出口和入口均设有阀门。

在其中一个实施例中，所述氧气纯化设备还包括用于再生所述分子筛的再生设备。

在其中一个实施例中，所述再生设备为电加热器。

在其中一个实施例中，所述吸附塔的出口设有用于检测露点温度的露点仪。

在其中一个实施例中，所述换热系统还包括填充有隔热材料的冷箱，所述换热系统设置在所述冷箱内。

在其中一个实施例中，所述液氮系统包括液氮制备机，所述液氮制备机的液氮出口通过管道连接所述氮通道的入口；

所述液氧接收设备包括液氧储罐，所述液氧储罐的液氧入口通过保冷管路连接所述换热器的氧通道的液氧出口。

本实用新型至少具有以下有益效果：

上述高纯液氧生产装置包括依次连通氧气收集设备、氧气纯化设备、换热系统和液氧接收设备，氧气收集设备能够收集水电解制氢装置产生的放空氧气，放空氧气经氧气纯化设备净化后变成高纯度氧气，在换热系统内通过液氮系统提供的液氮进行换热使净化后的高纯度氧气液化成高纯度液氧，液氧送入液氧接收设备进行存储，从而充分利用水电解制氢装置产生的放空氧气生产出高纯度液氧，实现了放空氧气的回收利用，避免了资源浪费。

附图说明

图1为本实用新型实施方式提供的高纯液氧生产装置的结构示意图；

附图标号说明：

氧气收集设备100，氧气纯化设备200，液氮系统300，换热系统400，换热器410，氮通道411，氧通道412，冷箱420，液氧接收设备500。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当一个部被认为是“连接”到另一个部，它可以是直接连接到另一个部或者可能同时存在居中部。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实施方式公开一种高纯液氧生产装置，该高纯液氧生产装置可应用于回收利用电解制氢装置产生的氧气，以避免资源浪费。

如图1所示，高纯液氧生产装置包括氧气收集设备100、氧气纯化设备200、液氮系统300、换热系统400和液氧接收设备500，氧气收集设备100、氧气纯化设备200、换热系统400和液氧接收设备500通过管路依次连通。

其中，氧气收集设备100用于收集氧气，该氧气收集设备100设有氧气入口和氧气出口，氧气收集设备100的氧气入口可通过管道连接电解制氢装置的氧气出口以接收储存水电解制氢装置中排出的99.2％左右的氧气，氧气收集设备100的氧气出口通过管道连接氧气纯化设备200的氧气入口。

具体的，氧气收集设备100包括氧气缓冲罐、进气阀门和出气阀门，出气阀门设置在氧气缓冲罐的氧气出口，通过设置出气阀门可以控制氧气缓冲罐的氧气出口的打开与关闭；进气阀门设置在氧气缓冲罐的氧气入口，通过设置进气阀门可以控制氧气缓冲罐的氧气入口的打开与关闭。其中，氧气缓冲罐内的压力控制在1.6MPa，为了便于监控氧气缓冲罐内的压力，在氧气缓冲罐内设有用于检测气压的气压传感器。

可选地，氧气收集设备100还包括吹除阀门，打开该吹除阀门可以吹入清洁气体对氧气缓冲罐进行清洁，一般是在进行氧气收集之前清洁氧气缓冲罐。

氧气纯化设备200用于净化(纯化)氧气，氧气纯化设备200的氧气入口通过管道连接氧气收集设备100的氧气出口，从而氧气收集设备100中收集的氧气可以输送到氧气纯化设备200进行净化，净化成高纯度的氧气；氧气纯化设备200的出口通过管道连接换热系统400，以将净化得到的高纯度氧气输送到换热系统400进行换热液化。

具体地，氧气纯化设备200包括吸附塔，吸附塔的内部设有用于过滤杂质和吸附水分的过滤器和分子筛，吸附塔的出口设有用于检测露点温度的露点仪。由于水电解制氢装置生产的氢气和氧气中，杂质主要是二氧化碳和水，氧气纯化设备200采用分子筛吸附流程可以除掉氧气中的水和二氧化碳，露点温度控制在-65℃-70℃以下，得到露点合格的氧气。

可选地，分子筛可以选用13X型分子筛，可以在吸附塔内设置两级13X型分子筛，氧气进入氧气纯化设备200后经两级13X型分子筛的吸附塔脱除氧气中的水分和二氧化碳。

在一些实施例中，氧气纯化设备200包括两个吸附塔，每个吸附塔的出口和入口均设有阀门。通过设置两个吸附塔，从而两个吸附塔可以交替工作，即一个吸附塔工作时，可以对另一个吸附塔的分子筛进行再生，有利于提高生产效率，具体可通过控制吸附塔出入口的阀门来选择吸附塔进行纯化工作。

进一步的，氧气纯化设备200还包括用于再生分子筛的再生设备，通过该再生设备除去分子筛中吸附的水分，以使分子筛再生。可选地，再生设备可以是但不限于是电加热器，只要能对分子筛进行加热干燥即可。

液氮系统300用于提供液氮，液氮系统300的液氮出口通过管道连接换热系统400的液氮入口，提供液氮使氧气冷却液化，变成液态氧。具体地，液氮系统300包括液氮制备机，液氮制备机的液氮出口通过管道连接氮通道411的入口，液氮机提供液氮，为高纯度氧气液化提供冷量。

换热系统400用于使净化后的氧气液化，该换热系统400包括换热器410，换热器410设有彼此独立的氮通道411和氧通道412，氧通道412的氧气入口通过管道连接氧气纯化设备200的氧气出口，氮通道411的入口通过管道连接液氮系统300的液氮出口。其中，氮通道411的入口为液氮，氮通道411的出口为氮气；氧通道412的入口为经过净化的氧气，氧通道412的出口为液化后的高纯液氧。

进一步地，换热系统400还包括填充有隔热材料的冷箱420，换热系统400设置在冷箱420内，冷箱420的冷量可由液氮制备机制备的液氮提供。通过冷箱420可以将换热器410与外界隔绝，防止换热器410中的液氮冷量损失，以利于液化工作的进行。

液氧接收设备500用于储存液氧，液氧接收设备500的液氧入口通过管道连接氧通道412的液氧出口，通过该液氧接收设备500将液氧储存起来以供使用。

具体地，液氧接收设备500包括液氧储罐，液氧储罐的液氧入口通过保冷管路连接换热器410的氧通道412的液氧出口，液氧从换热系统400出来后经保冷管路进入到液氧储罐进行储存。可选地，液氧储罐内设置有用于检测液位的液位传感器。

为了保证液氧的纯度，高纯液氧生产装置还包括用于检测分析液氧纯度的液氧分析设备和取样管路，取样管路的入口连接液氧接收设备500，取样管路的出口连接液氧分析设备，通过液氧分析设备对最终生产的高纯液氧进行纯度检测分析。具体地，取样管路连接在液氧接收设备500的液氧储罐管路上进行取样，取样后将样品送入液氧分析设备进行液氧纯度检测分析。

上述高纯液氧生产装置的基本工作原理如下：

先通过氧气收集设备100进行氧气收集，并储存在氧气缓冲罐中；氧气收集设备100输送氧气进入氧气纯化设备200，通过吸附塔中的分子筛除掉氧气中的水和二氧化碳，露点温度控制在-65℃-70℃以下，得到露点温度合格的氧气；合格的氧气经管道送入换热系统400，在换热器410中与液氮换热后液化成液氧；液氧从换热系统400出来后经保冷管路进入接收设备的液氧储罐进行储存；通过取样管路对液氧储罐中的液氧进行取样，液氧分析设备对最终生产的高纯液氧进行纯度检测分析。

综上，本实用新型高纯液氧生产装置至少具有以下优点：

本实用新型高纯液氧生产装置包括依次连通氧气收集设备100、氧气纯化设备200、换热系统400和液氧接收设备500，氧气收集设备100能够收集水电解制氢装置产生的放空氧气，放空氧气经氧气纯化设备200净化后变成高纯度氧气，在换热系统400内通过液氮系统300提供的液氮进行换热使净化后的高纯度氧气液化成高纯度液氧，液氧送入液氧接收设备500进行存储，从而充分利用水电解制氢装置产生的放空氧气生产出高纯度液氧，实现了放空氧气的回收利用，避免了资源浪费。通过本实用新型的高纯液氧生产装置能将水电解制氢装置中排出的99.2％左右的氧气最终处理成纯度为99.999％的高纯液氧。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种高纯液氧生产装置，其特征在于，包括：

氧气收集设备(100)，用于收集氧气；

氧气纯化设备(200)，用于净化氧气，所述氧气纯化设备(200)的氧气入口与所述氧气收集设备(100)的氧气出口通过管道连接；

液氮系统(300)，用于提供液氮；

换热系统(400)，用于使净化后的氧气液化，所述换热系统(400)包括换热器(410)，所述换热器(410)设有彼此独立的氮通道(411)和氧通道(412)，所述氧通道(412)的氧气入口通过管道连接所述氧气纯化设备(200)的氧气出口，所述氮通道(411)的入口通过管道连接所述液氮系统(300)的液氮出口；以及

液氧接收设备(500)，用于储存液氧，所述液氧接收设备(500)的液氧入口通过管道连接所述氧通道(412)的液氧出口。

2.根据权利要求1所述的高纯液氧生产装置，其特征在于，所述高纯液氧生产装置还包括用于检测分析液氧纯度的液氧分析设备和取样管路，所述取样管路的入口连接液氧接收设备(500)，所述取样管路的出口连接所述液氧分析设备。

3.根据权利要求1所述的高纯液氧生产装置，其特征在于，所述氧气收集设备(100)包括氧气缓冲罐、进气阀门和出气阀门，所述出气阀门设置在所述氧气缓冲罐的氧气出口，所述进气阀门设置在所述氧气缓冲罐的氧气入口。

4.根据权利要求1所述的高纯液氧生产装置，其特征在于，所述氧气纯化设备(200)包括吸附塔，所述吸附塔的内部设有用于过滤杂质和吸附水分的过滤器和分子筛。

5.根据权利要求4所述的高纯液氧生产装置，其特征在于，所述氧气纯化设备(200)包括两个所述吸附塔，每个所述吸附塔的出口和入口均设有阀门。

6.根据权利要求4所述的高纯液氧生产装置，其特征在于，所述氧气纯化设备(200)还包括用于再生所述分子筛的再生设备。

7.根据权利要求6所述的高纯液氧生产装置，其特征在于，所述再生设备为电加热器。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的高纯液氧生产装置，其特征在于，所述吸附塔的出口设有用于检测露点温度的露点仪。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的高纯液氧生产装置，其特征在于，所述换热系统(400)还包括填充有隔热材料的冷箱(420)，所述换热系统(400)设置在所述冷箱(420)内。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的高纯液氧生产装置，其特征在于，所述液氮系统(300)包括液氮制备机，所述液氮制备机的液氮出口通过管道连接所述氮通道(411)的入口；和/或，

所述液氧接收设备(500)包括液氧储罐，所述液氧储罐的液氧入口通过保冷管路连接所述换热器(410)的氧通道(412)的液氧出口。

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