一种高纯氧制取装置

1.本发明涉及氧气制取技术领域，特别是涉及一种高纯氧制取装置。


背景技术：

2.高纯氧指的是纯度≥99.999％的氧气，航天发射场中高纯氧和高纯氮根据用气需求按不同比例配制混合得到航天员的生命保障气。航天发射场中需要大量的高纯氧，但目前航天发射场中缺少能够制取高纯氧的高纯氧制取装置。
3.因此，如何提供一种适用于航天发射场的高纯氧制取装置成为本领域技术人员目前所亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.为解决以上技术问题，本发明提供一种适用于航天发射场的高纯氧制取装置。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.本发明提供一种高纯氧制取装置，包括：第一贮存装置，所述第一贮存装置用于贮存液氧；汽化装置，所述汽化装置与所述第一贮存装置相连通，所述汽化装置用于将所述液氧汽化为氧气；纯化装置，所述纯化装置与所述汽化装置相连通，所述纯化装置用于纯化所述氧气；第二贮存装置，所述第二贮存装置与所述纯化装置相连通，所述第二贮存装置用于贮存纯化后的所述氧气。
7.优选地，所述纯化装置包括依次连通的催化氧化反应器、冷却器、干燥吸附塔、精密过滤器和在线检测装置，所述催化氧化反应器与所述汽化装置相连通。
8.优选地，所述纯化装置还包括热交换器，所述热交换器的冷媒入口与所述汽化装置的出气端相连通，所述热交换器的冷媒出口与所述催化氧化反应器的进气端相连通，所述热交换器的热媒入口与所述催化氧化反应器的出气端相连通，所述热交换器的热媒出口与所述冷却器的进气端相连通。
9.优选地，所述精密过滤器的出气端与所述干燥吸附塔的再生气入口相连通。
10.优选地，所述干燥吸附塔的数量为两个，所述冷却器的出气端通过第一支管路和第二支管路分别与两个所述干燥吸附塔的进气端相连，且所述第一支管路和第二支管路上分别设置有第一支阀门和第二支阀门，所述精密过滤器的进气端通过第三支管路和第四支管路分别与两个所述干燥吸附塔的出气端相连，且所述第三支管路和所述第四支管路上分别设置有第三支阀门和第四支阀门，所述精密过滤器的出气端通过第五支管路和第六支管路分别与两个所述干燥吸附塔的所述再生气入口相连通，且所述第五支管路和所述第六支管路上分别设置有第五支阀门和第六支阀门，废气排空装置通过第七支管路和第八支管路分别与两个所述干燥吸附塔的废气出口相连通，且所述第七支管路和所述第三支管路上设置设置有第七支阀门和第八支阀门。
11.优选地，所述纯化装置还包括冷却水循环供水装置，所述冷却器为水冷冷却器，所述水冷冷却器的进水口和出水口分别与所述冷却水循环供水装置的进水口和出水口相连
通。
12.优选地，所述催化氧化反应器的催化剂为分子筛。
13.优选地，高纯氧制取装置还包括增压装置和气体汇流排，所述纯化装置、所述增压装置、所述气体汇流排以及所述第二贮存装置依次连通。
14.优选地，高纯氧制取装置还包括调压装置，所述汽化装置通过所述调压装置与所述纯化装置相连通。
15.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
16.本发明提供的高纯氧制取装置包括：第一贮存装置，第一贮存装置用于贮存液氧；汽化装置，汽化装置与第一贮存装置相连通，汽化装置用于将液氧汽化为氧气；纯化装置，纯化装置与汽化装置相连通，纯化装置用于纯化氧气；第二贮存装置，第二贮存装置与纯化装置相连通，第二贮存装置用于贮存纯化后的氧气。
17.在航天领域中，液氧是一种重要的氧化剂，通常与液氢或煤油等搭配作为火箭、导弹推进剂使用，航天发射场一般均贮存有大量的液氧，并设置有用于贮存液氧的贮存装置以及用于汽化液氧的汽化装置，本发明提供的高纯氧制取装置利用纯化装置与航天发射场原本就设置有的用于贮存液氧和氧气的贮存装置以及用于汽化液氧的汽化装置配合能够利用航天发射场贮存的液氧制取高纯氧，本提供的高纯氧制取装置适用于航天发射场制备高纯氧，能够满足航天发射场的高纯氧使用需求。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明实施例中提供的高纯氧制取装置的结构示意图；
20.图2为本发明实施例中提供的高纯氧制取装置纯化装置的结构示意图。
21.附图标记说明：100、高纯氧制取装置；1、第一贮存装置；2、汽化装置；3、纯化装置；301、催化氧化反应器；302、冷却器；303、干燥吸附塔；304、精密过滤器；305、在线检测装置；306、热交换器；307、第一支阀门；308、第二支阀门；309、第三支阀门；310、第四支阀门；311、第五支阀门；312、第六支阀门；313、第七支阀门；314、第八支阀门；315、第一主阀门；316、第二主阀门；317、第三主阀门；318、第四主阀门；319、第五主阀门；320、第六主阀门；321、废气排空装置；322、取样阀；4、第二贮存装置；5、冷却水循环供水装置；6、增压装置；7、气体汇流排。
具体实施方式
22.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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.本发明的目的是提供一种适用于航天发射场的高纯氧制取装置。
24.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
25.参考图1-图2所示，本实施例提供的高纯氧制取装置100包括：第一贮存装置1，第一贮存装置1用于贮存液氧；汽化装置2，汽化装置2与第一贮存装置1相连通，汽化装置2用于将液氧汽化为氧气；纯化装置3，纯化装置3与汽化装置2相连通，纯化装置3用于纯化氧气；第二贮存装置4，第二贮存装置4与纯化装置3相连通，第二贮存装置4用于贮存纯化后的氧气。
26.本实施例提供的高纯氧制取装置100优势在于资源合理利用，节约成本，工艺流程简单易行，利用航天发射场已有的液氧推进剂燃料、增压装置6、液氧及氧气贮存装置、气体汇流排7等装置，引入纯化装置3，即可制取符合技术指标要求的高纯氧，满足航天发射场的高纯氧用气需求。
27.于本实施例中，如图2所示，纯化装置3包括依次连通的催化氧化反应器301、冷却器302、干燥吸附塔303、精密过滤器304和在线检测装置305，催化氧化反应器301与汽化装置2相连通。具体地，本实施例提供的催化氧化反应器301的催化剂为分子筛，在催化氧化反应器301中发生催化氧化反应脱除液氧汽化成的氧气中的h2、co、ch4、总烃(thc)等杂质生成h2o和co2，反应式如下：
[0028][0029][0030][0031][0032]
于本实施例中，具体地，第一贮存装置1和第二贮存装置4均为钢瓶，但并不仅限于为钢瓶，这里仅举例说明。汽化装置2、干燥吸附塔303、精密过滤器304、冷却器302以及在线检测装置305的具体结构均属于现有技术，在此不再赘述。
[0033]
于本实施例中，如图2所示，纯化装置3还包括热交换器306，热交换器306的冷媒入口与汽化装置2的出气端相连通，热交换器306的冷媒出口与催化氧化反应器301的进气端相连通，热交换器306的热媒入口与催化氧化反应器301的出气端相连通，热交换器306的热媒出口与冷却器302的进气端相连通。具体使用过程中，催化氧化反应后的氧气温度较高，通过将催化氧化后的氧气与催化氧化前的氧气进行热交换，能够将催化氧化前的氧气进行升温，同时又能够实现催化氧化后氧气的降温。
[0034]
于本实施例中，如图2所示，精密过滤器304的出气端与干燥吸附塔303的再生气入口相连通。如此，能够利用纯化完成的高纯氧充当干燥吸附塔303的再生气。
[0035]
于本实施例中，如图2所示，干燥吸附塔303的数量为两个，两个干燥吸附塔303并联设置，冷却器302的出气端通过第一支管路和第二支管路分别与两个干燥吸附塔303的进气端相连，且第一支管路和第二支管路上分别设置有第一支阀门307和第二支阀门308，精密过滤器304的进气端通过第三支管路和第四支管路分别与两个干燥吸附塔303的出气端相连，且第三支管路和第四支管路上分别设置有第三支阀门309和第四支阀门310，精密过
滤器304的出气端通过第五支管路和第六支管路分别与两个干燥吸附塔303的再生气入口相连通，且第五支管路和第六支管路上分别设置有第五支阀门311和第六支阀门312，废气排空装置321通过第七支管路和第八支管路分别与两个干燥吸附塔303的废气出口相连通，且第七支管路和第三支管路上设置设置有第七支阀门313和第八支阀门314。阀门用于控制其所对应的支管路的开启或者关闭，具体使用过程中，通过控制对应的阀门启闭，能够实现两个干燥吸附塔303交替工作。
[0036]
进一步地，如图2所示，汽化装置2通过第一主管路与热交换器306的冷媒入口相连通，第一主管路上设置有第一主阀门315，第一支管路和第二支管路均通过第二主管路与冷却器302的出气端相连通，第二主管路上设置有第二主阀门316，第五支管路和第六支管路均通过第三主管路与精密过滤器304的出气端相连通，第三主管路上设置有第三主阀门317，精密过滤器304的出气端通过第四主管路与在线检测装置305相连通，第四主管路上设置有第四主阀门318，精密过滤器304的出气端通过第五主管路与第二贮存装置4相连通，第五主管路上设置有第五主阀门319，精密过滤器304的出气端通过第六主管路与取样阀322相连通，自取样阀322取得的试样能够在线检测装置305以外的其它检测装置上进行检测，第六主管路上设置有第六主阀门320。
[0037]
进一步地，第一支阀门307、第二支阀门308、第三支阀门309、第四支阀门310、第五支阀门311、第六支阀门312、第七支阀门313、第八支阀门314、第一主阀门315以及第四主阀门318均为电磁阀，第二主阀门316、第三主阀门317、第四主阀门318以及第六主阀门320均为截止阀。
[0038]
于本实施例中具体地，废气排空装置321为排空管，且排空管的第一端通过第七支管路和第八支管路分别与两个干燥吸附塔303的废气出口相连通，排空管的第二端向下弯折，并与外界大气相连通。
[0039]
需要说明的是，干燥塔的数量并不仅限于为两个，可以为任意数量，优选地，干燥塔的数量为至少两个，且全部干燥塔并联设置。
[0040]
于本实施例中，如图2所示，纯化装置3还包括冷却水循环供水装置5，冷却器302为水冷冷却器302，水冷冷却器302的进水口和出水口分别与冷却水循环供水装置5的进水口和出水口相连通。冷却水循环供水装置5用于向水冷冷却器302内循环通入恒温冷却水，利用恒温冷却水与催化氧化反应器301处理后的氧气进行热交换，进而降低氧气的温度。冷却水循环供水装置5的具体结构属于现有技术，在此不再赘述。
[0041]
于本实施例中，如图1所示，高纯氧制取装置100还包括增压装置6和气体汇流排7，纯化装置3、增压装置6、气体汇流排7以及第二贮存装置4依次连通。本实施例中，增压装置6具体选用隔膜压缩机，但并不仅限于为隔膜压缩机，这里仅举例说明。
[0042]
于本实施例中，高纯氧制取装置100还包括调压装置，汽化装置2通过调压装置与纯化装置3相连通。具体使用过程中，为了使反应充分，利用调压装置，调低纯化装置3的进气压力。调压装置的具体结构属于现有技术，在此不再赘述。
[0043]
需要说明的是，本发明的高纯氧制取装置100并不仅适用于航天发射场，还适用于其它场合，应用于航天相关领域时，本发明提供的高纯氧制取装置100能够利用液氧(低温推进剂)制取高纯氧气，作为航天员生命保障系统等方面的用气保障。
[0044]
采用本实施例提供的高纯氧制取装置100制取高纯氧包括以下步骤：
[0045]
第一贮存装置1贮存的液氧经过装汽化装置2汽化为氧气；
[0046]
氧气经调压装置减压至0.4～1.0mpa进入纯化装置3，首先经过热交换器306进行预热升温至280～350℃，所用热量一部分来自于催化氧化后的氧气，升温后的氧气进入催化氧化反应器301，催化氧化反应器301的反应温度为400～450℃，压力≤1.0mpa，所用催化剂为分子筛，在催化氧化反应器301中发生催化氧化反应脱除氧气中夹杂的h2、co、ch4、总烃(thc)等杂质生成h2o和co2；
[0047]
初步除杂后的氧气从催化氧化反应器301出来经过热换热器初步降温进入冷却器302进行进一步降温；
[0048]
除杂降温后的氧气通过干燥吸附塔303深度脱水、co2等进行进一步纯化，干燥吸附塔303采用常温吸附，吸附饱和后采用高温脱附，设定脱附温度为250～300℃，采用净化得到的高纯氧作为干燥吸附塔303的再生气，再生时间6～8h，之后吹冷0.8～1.2h完成干燥吸附塔303的再生工作；
[0049]
最后通过精密过滤器304，进行尘埃颗粒去除，过滤精度0.01μm；
[0050]
经精密过滤器304过滤后的氧气进入在线检测装置305进行检测，当达到高纯氧纯度时，通过增压装置6将气体压入第二贮存装置4，增压装置6的进气压力0.4～0.8mpa，增压后的高纯氧压力为15mpa，当未达到高纯氧纯度时，经纯化装置3处理完成的氧气重新进入纯化装置3进行纯化处理，直至达到高纯氧纯度。
[0051]
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。