一种单塔制氧系统的制作方法

1.本实用新型涉及空气分离技术领域，尤其涉及一种单塔制氧系统。


背景技术：

2.现有技术中，若要分离空气中的氮气和氧气，通常采用上塔和下塔进行分离，结构复杂；若只提取氧气，通常采用单塔分离技术，采取单塔分离空气时，单塔中的空气分离出氧气后排出的污氮气中含有较多的氧气，即采用现有单塔提取空气中的氧气时存在提取率低的问题。


技术实现要素：

3.基于以上所述，本实用新型的目的在于提供一种单塔制氧系统，结构简单，能同时分离出氧气和氮气，解决了现有技术存在的单塔分离空气中的氧气时存在的氧气的提取率较低的问题。
4.为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
5.一种单塔制氧系统，包括冷箱，所述冷箱内设有分离组件、第一换热器及节流阀，所述分离组件包括分馏塔和第二换热器，所述第二换热器位于所述分馏塔的底部，所述分馏塔的顶端设有氮气出口、上部设有液氮进口、中上部设有污氮气出口、中部设有空气进口、下部设有氧气出口、底端设有液氧出口，所述第二换热器的进口用于通入待分离空气，所述待分离空气能够吸收所述分馏塔内的混合液的热量形成待分离液空，所述第二换热器排出的所述待分离液空依次流经所述第一换热器、所述节流阀及所述空气进口后进入所述分馏塔，所述氮气出口排出的氮气以及所述污氮气出口排出的污氮气均能够流经所述第一换热器后流出所述冷箱，经所述液氮进口进入所述分馏塔内的液氮能够使所述分馏塔内的氧气液化为液氧。
6.作为一种单塔制氧系统的优选方案，所述氮气出口排出的氮气和所述污氮气出口排出的污氮气均在所述第一换热器内沿第一方向流动，所述第二换热器排出的所述待分离液空在所述第一换热器内沿与所述第一方向相反的方向流动。
7.作为一种单塔制氧系统的优选方案，所述冷箱内还设有第三换热器，进入所述第二换热器的待分离空气、从所述氮气出口排出的氮气、从所述污氮气出口排出的污氮气及所述氧气出口排出的氧气均流经所述第三换热器。
8.作为一种单塔制氧系统的优选方案，从所述氮气出口排出的氮气、从所述污氮气出口排出的污氮气及所述氧气出口排出的氧气均在所述第三换热器内沿第二方向流动，进入所述第二换热器的待分离空气在所述第三换热器内沿与所述第二方向相反的方向流动。
9.作为一种单塔制氧系统的优选方案，所述单塔制氧系统还包括液氮罐和液氧罐，所述液氮罐与所述液氮进口连通以向所述分馏塔内供给液氮，所述液氧罐与所述液氧出口连通以储存从所述分馏塔内分离出的液氧。
10.作为一种单塔制氧系统的优选方案，所述单塔制氧系统包括：空气压缩机；空气预
冷装置，所述空气预冷装置的进口与所述空气压缩机的出口连通；纯化装置，所述纯化装置的空入进口与所述空气预冷装置的出口连通，所述纯化装置的空气出口与所述第二换热器的进口连通。
11.作为一种单塔制氧系统的优选方案，所述单塔制氧系统还包括空气过滤器，所述空气过滤器的出口与所述空气压缩机的进口连通。
12.作为一种单塔制氧系统的优选方案，所述单塔制氧系统还包括气水分离器，所述气水分离器的进口与所述空气预冷装置的出口连通，所述气水分离器的出口与所述纯化装置的空气入口连通。
13.作为一种单塔制氧系统的优选方案，所述单塔制氧系统还包括加热器，所述加热器的进口与所述污氮气出口连通，所述加热器的出口与所述纯化装置的冷源进口连通。
14.作为一种单塔制氧系统的优选方案，所述单塔制氧系统还包括污氮气管道，所述污氮气管道的一端与所述污氮气出口连通，所述污氮气管道的另一端与所述加热器的进口连通，所述污氮气管道上设有排出管，所述排出管与所述污氮气管道连通，所述排出管上设有排气阀。
15.本实用新型的有益效果为：本实用新型公开的单塔制氧系统中的分馏塔代替了现有技术中的上塔和下塔，结构更加简单，通过液氮进口通入分馏塔内的液氮作为冷源，液氮能够使位于分馏塔内的污氮气中的氧气液化，提高了单塔制氧系统的氧气提取率，通过改变进入分馏塔内的液氮的流量，能够实现分馏塔内的液氧和气氧之间的产量的转换，使得分馏塔能够同时生产氮气、氧气及液氧，若是向分馏塔内通入的液氮的纯度不高，经过该分馏塔进行分离，还能够从分馏塔的氮气出口得到纯度更高的氮气。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
17.图1是本实用新型具体实施例提供的单塔制氧系统的部分结构示意图；
18.图2是本实用新型具体实施例提供的单塔制氧系统的示意图。
19.图中：
20.1、冷箱；
21.2、分离组件；21、分馏塔；22、第二换热器；
22.31、氮气管道；32、液氮管道；33、污氮气管道；34、待分离空气管道；35、氧气管道；36、液氧管道；
23.41、第一换热器；42、节流阀；
24.5、第三换热器；
25.61、空气压缩机；62、空气预冷装置；63、空气过滤器；64、气水分离器；
26.7、纯化装置；
27.8、加热器；
28.91、排出管；92、排气阀。
具体实施方式
29.为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
30.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
31.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
32.如图1和图2所示，本实施例提供一种单塔制氧系统，包括冷箱1，冷箱1内设有分离组件2、第一换热器41及节流阀42，分离组件2包括分馏塔21和第二换热器22，第二换热器22位于分馏塔21的底部，分馏塔21的顶端设有氮气出口、上部设有液氮进口、中上部设有污氮气出口、中部设有空气进口、下部设有氧气出口、底端设有液氧出口，第二换热器22的进口用于通入待分离空气，待分离空气能够吸收分馏塔21内的混合液的热量形成待分离液空，分馏塔21内的混合液包括液氧、液氮等，液氧位于分馏塔21的底端，第二换热器22排出的待分离液空依次流经第一换热器41、节流阀42及空气进口后进入分馏塔21，氮气出口排出的氮气以及污氮气出口排出的污氮气均能够流经第一换热器41后流出冷箱1，经液氮进口进入分馏塔21内的液氮能够使分馏塔21内的氧气液化为液氧。
33.如图1所示，本实施例的单塔制氧系统还包括氮气管道31、液氮管道32、污氮气管道33、待分离空气管道34、氧气管道35及液氧管道36，氮气管道31与氮气出口连通，图1中的箭头方向代表氮气在氮气管道31内的流动方向，液氮管道32与液氮进口连通，图1中的箭头方向代表液氮在液氮管道32内的流动方向，污氮气管道33与污氮气出口连通，图1中的箭头方向代表污氮气在污氮气管道33内的流动方向，待分离空气管道34与空气进口连通，图1中的箭头方向代表待分离液空在待分离空气管道34内的流动方向，氧气管道35与氧气出口连通，图1中的箭头方向代表待氧气在氧气管道35内的流动方向，液氧管道36与液氧出口连通，图1中的箭头方向代表液氧在液氧管道36内的流动方向。
34.需要说明的是，本实施例的单塔制氧系统还包括液氮罐(图中未示出)和液氧罐(图中未示出)，液氮罐与液氮管道32连通以向分馏塔21内供给液氮，液氧罐与液氧管道36连通以储存从分馏塔21内分离出的液氧。
35.具体地，将待分离液空通过空气进口通入分馏塔21后，待分离液空中的液氮气化为氮气，由于氮气的密度较低会向上流动，使得氮气能够从分馏塔21顶端的氮气出口排出，
而待分离液空中的液氧进入分馏塔21的底部，分馏塔21底部的液氧能够从液氧出口排出，同时进入第二换热器22内的待分离空气相对于分馏塔21内的液氧温度较高，使得分馏塔21内的混合液中的液氧会从第二换热器22内的待分离空气吸收热量形成氧气，使得氧气从氧气出口排出，同时待分离液空中除液氧和液氮之外的其它气体与氮气混合在分馏塔21的中上部形成污氮气，污氮气从污氮气出口排出。
36.为了进一步降低待分离液空的温度，从空气进口进入分馏塔21内的待分离液空与从分馏塔21排出的氮气和污氮气在第一换热器41内进行热量交换，氮气和污氮气的温度升高，同时待分离液空的温度降低，由于从分馏塔21的上部进入分馏塔21内的液氮的温度较低，液氮能够吸收待分离液空的热量以及污氮气的热量，将分馏塔21内的污氮气中的氧气液化，增多了液氧和氧气总量，提高了单塔制氧系统的氧气提取率。
37.本实施例提供的单塔制氧系统中的分馏塔21代替了现有技术中的上塔和下塔，结构更加简单，通过液氮进口通入分馏塔21内的液氮作为冷源，液氮能够使位于分馏塔21内的污氮气中的氧气液化，提高了单塔制氧系统的氧气提取率，通过改变进入分馏塔21内的液氮的流量，能够实现分馏塔21内的液氧和气氧之间的产量的转换，若是向分馏塔21内通入的液氮的纯度不高，经过该分馏塔21进行分离，还能够从分馏塔21的氮气出口得到纯度更高的氮气。
38.本实施例的氮气出口排出的氮气和污氮气出口排出的污氮气均在第一换热器41内沿第一方向流动，第二换热器22排出的待分离液空在第一换热器41内沿与第一方向相反的方向流动，这种流动方向利于氮气和污氮气充分吸收待分离液空中的热量，使氮气和污氮气的温度升高更多，同时待分离液空的温度得到降低。
39.如图2所示，本实施例的冷箱1内还设有第三换热器5，进入第二换热器22的待分离空气、从氮气出口排出的氮气、从污氮气出口排出的污氮气及氧气出口排出的氧气均流经第三换热器5。具体地，从氮气出口排出的氮气、从污氮气出口排出的污氮气及氧气出口排出的氧气均在第三换热器5内沿第二方向流动，进入第二换热器22的待分离空气在第三换热器5内沿与第二方向相反的方向流动，这种流动方向利于氮气、污氮气及氧气充分吸收待分离空气中的热量，使氮气、污氮气及氧气的温度升高更多，同时待分离空气的温度得到降低。
40.如图2所示，本实施例的单塔制氧系统包括空气过滤器63、空气压缩机61、空气预冷装置62、气水分离器64及纯化装置7，空气过滤器63的出口与空气压缩机61的进口连通，空气过滤器63用于过滤空气中的固体颗粒物，空气压缩机61用于压缩空气以增加空气的压力，空气预冷装置62的进口与空气压缩机61的出口连通，空气预冷装置62的出口与气水分离器64的进口连通，空气预冷装置62用于对空气进行降温，气水分离器64的出口与纯化装置7的空气入口连通，气水分离器64用于分离空气中的水分，纯化装置7的空气出口与第二换热器22的进口连通，纯化装置7用于除去空气中的水、碳氧化合物以及氮氧化合物等，使空气得到纯化处理。其中，空气预冷装置62和纯化装置7均属于现有技术，此处不再赘述。
41.如图2所示，本实施例的单塔制氧系统还包括加热器8、排出管91及排气阀92，加热器8的进口与污氮气出口连通，加热器8的出口与纯化装置7的冷源进口连通，加热器8用于加热污氮气以提高进入纯化装置7内的污氮气的温度，污氮气管道33的一端与污氮气出口连通，污氮气管道33的另一端与加热器8的进口连通，排出管91的进口与污氮气管道33连
通，排气阀92设置在排出管91上以控制排出的污氮气的流量，从而改变进入纯化装置7内的污氮气的流量。
42.注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。