制氧方法及系统与流程

本发明涉及氧气制备技术领域，尤其涉及一种制氧方法及系统。

背景技术：

由于氧是难挥发组份，氮是易挥发组份，在精馏冷凝过程中，氧比氮较多的冷凝下来，使气体中氮的纯度提高、氧冷凝下沉，从而制得纯氧，现有技术中，为了制得高纯度的氧气，主要依次通过压缩、冷却、二级压缩、再冷却、水汽分离、干燥、压缩膨胀、精馏等操作即可制得纯氧，参见图1。

在上述流程中，压缩膨胀是极为关键的一个环节，通过压缩膨胀，低温高压的空气被再次压缩而后节流膨胀后使空气的温度再次下降并达到氧气的沸点以下，而后使氧、氮分离；压缩膨胀中使用透平膨胀机，使用透平膨胀机在制备氧气中具有如下缺点：

1.透平膨胀机在压膨胀制冷中高速旋转（4万转/分钟），其在工作中需要将大量的空气压缩，其内部发热导致被压缩空气升高，而进入精馏前的空气需要降至氧的沸点以下，因此，此压缩膨胀环节中需要将空气压缩膨胀后的温度低于氧的沸点温度以下5℃-8℃，这就要求透平膨胀机的高功率、高负荷运转，由此导致现有透平膨胀机浪费空气、浪费压缩功。

2.由于透平膨胀机旋转（4万转/分钟）速度快，内部易发热，因此其内部转轴及叶轮均为易损件，且其内部部件为精密件，导致故障率高、维修成本高、制氧效率低。

3.通过现有压缩膨胀制备的纯氧提取率仅为75%-80%，提取率低，导致生产每吨氧的生产成本增加。

4.通过现有压缩膨胀制备纯氧方式，因透平膨胀机为易损件，需要人员实时查看透平膨胀机，生产中共需要8-10人操作，导致人工成本增加。

除此之外，在小型制氧中，使用活塞机作为空压机使用，由于其内部零件复杂使用中其易损件较多、且效率低，使用活塞膨胀机和油螺杆空压机由于长时间的工作，其制氧系统内由于油与氧接触会产生化学爆炸风险；干式无油螺杆空压机由于内部涂有涂层，该涂层使用2年后脱落需要对其进行更换，再者，无油螺杆空压机无冷却系统，导致其损坏率高、能耗高；综上，以上所述螺杆空压机均不适合小型制氧企业使用。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，公开一种制氧方法及系统。

为了实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案为：

设计一种纯氧的制备方法，它包括依次进行的压缩、冷却、水汽分离、干燥的步骤；其特征在于：干燥后的气体A直接进入精馏塔顶部内，同时，将低温的液态纯氧或液态纯氮直接送入精馏塔内，通过液态纯氧或液态纯氮对进入精馏塔内的气体A进行降温，使气体A的温度达到氧的沸点/沸点以下。

所述压缩采用水螺杆压缩机对空气进行压缩。

进一步的，本发明还设计了一种制氧系统，本系统使用如上所述方法，它包括精馏塔，精馏塔上设有将干燥后的气体送入精馏塔内的进气口，所述精馏塔上设有与液态纯氧或液态纯氮提供源连接的冷源进口，冷源进口与外部的液态纯氧或液态纯氮提供源连接。

它还包括水螺杆压缩机、与水螺杆压缩机出气口对应连通的冷却器、与冷却装置出气口连接的水汽分离器、与水汽分离器出气口连接的干燥装置，所述干燥装置的出气口与精馏塔上的进气口连接。

所述冷源进口与液态纯氧或液态纯氮提供源之间连接的管路上设有节流膨胀阀。

本发明的有益效果在于：

本系统改变传统压缩膨胀方式，采用低温纯氧直接对进入精馏塔内的高压空气直接进行降温处理，实施中具有以下优点：

1.本系统摒弃现有的透平膨胀机，可简化工序、降低生产成本；

2.本发明方法采用直接向精馏塔内注入低温能量源可直接降低塔内温度，最直接的可降低被精馏气体的温度，使其在短时间内达到沸点温度以下，实现精馏平衡，提高精馏效率和质量，降低运行成本。

3.本系统在实施中因其摒弃了透平膨胀环节，无需人员实时驻守查看，可实现1人操作即可完成制氧操作，可大大降低人员成本、降低生产成本；结合现有物联网技术，可实现无人值守制氧，可大大降低人工成本，并可大大提高生产效率，将远程无人值守制氧成为可能。

4.本系统在生产中的产量为50m³/h,电、水等成本折旧0.7元/m³，远远小于现有成本1.5-2.0元/m³的成本。

5.本系统在实施中工序简单、易于实现，尤其适合在小型制氧中使用，具有巨大的推广应用价值。

6.本设计采用水螺杆压缩机可简化工艺流程，降低生产成本，特别是在生产中该设备可控，可根据实际制氧需求进行调节控制，并可结合现有物联网技术进行远程操控控制，能够有效的适用于小型制氧系统中，与现有的油螺杆空压机、无油螺杆空压机等相比，具有能耗低、寿命长等优点，尤其适合小型制氧企业使用。

附图说明

图1为现有的制氧流程示意图；

图2为本系统的主要结构示意图；

图3为本发明的制氧方法示意图；

图中：1.精馏塔;2.冷源进口;3.进气口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，参见图1至图3：

实施例1：一种纯氧的制备方法，它包括依次进行的压缩、冷却、水汽分离、干燥的步骤。

本方法的设计之处在于：上述的压缩采用水螺杆压缩机对空气进行压缩，与现有的油螺杆空压机、无油螺杆空压机等相比，具有能耗低、寿命长等优点，尤其适合小型制氧企业使用。

进一步的，通过上述方法干燥后的气体A直接进入精馏塔顶部内，同时，将低温的液态纯氧或液态纯氮直接送入精馏塔内，通过液态纯氧或液态纯氮对进入精馏塔内的气体A进行降温，使气体A的温度达到氧的沸点/沸点以下，此方法可摒弃传统压缩膨胀环节，从而实现快速精馏的目的。

实施例2，一种纯氧的制备系统，参见图2；本系统使用如实施例1所述方法，它包括精馏塔1，精馏塔1上设有将干燥后的气体送入精馏塔内的进气口3，上述方法干燥后的气体通过此进气口直接进入精馏塔内，同时，所述精馏塔上设有与液态纯氧或液态纯氮提供源连接的冷源进口2，冷源进口与外部的液态纯氧或液态纯氮提供源连接，液态纯氧或液态纯氮提供源通过此冷源进口2进入精馏塔内对进入精馏塔内的气体A进行降温。

进一步的，本系统它还包括水螺杆压缩机、与水螺杆压缩机出气口对应连通的冷却器、与冷却装置出气口连接的水汽分离器、与水汽分离器出气口连接的干燥装置，所述干燥装置的出气口与精馏塔上的进气口连接；在此说明的是，本系统中的冷却器、水汽分离器、干燥装置均采用现有技术中常用设备，且冷却器、水汽分离器、干燥装置不为本设计之处，本实施例不再对其冷却器、水汽分离器、干燥装置的具体结构进行说明。

进一步的，所述冷源进口与液态纯氧或液态纯氮提供源之间连接的管路上设有节流膨胀阀，通过此节流膨胀阀可使进入精馏塔内的温度进一步降低。

本发明在实施中具有以下优点：

1、本系统摒弃现有的透平膨胀机，可简化工序、降低生产成本；

2、本发明方法采用直接向精馏塔内注入低温能量源可直接降低塔内温度，最直接的可降低被精馏气体的温度，使其在短时间内达到沸点温度以下，实现精馏平衡，提高精馏效率和质量，降低运行成本。

3、本系统在实施中因其摒弃了透平膨胀环节，无需人员实时驻守查看，可实现1人操作即可完成制氧操作，可大大降低人员成本、降低生产成本；结合现有物联网技术，可实现无人值守制氧，可大大降低人工成本，并可大大提高生产效率，将远程无人值守制氧成为可能。

4、本系统在生产中的产量为50m³/h,电、水等成本折旧0.7元/m³，远远小于现有成本1.5-2.0元/m³的成本。

5、本系统在实施中工序简单、易于实现，尤其适合在小型制氧中使用，具有巨大的推广应用价值。

6、本设计采用水螺杆压缩机可简化工艺流程，降低生产成本，特别是在生产中该设备可控，可根据实际制氧需求进行调节控制，并可结合现有物联网技术进行远程操控控制，能够有效的适用于小型制氧系统中，与现有的油螺杆空压机、无油螺杆空压机等相比，具有能耗低、寿命长等优点，尤其适合小型制氧企业使用。

本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。