一种液氧制备方法及装置与流程

1.本发明涉及低温空气分离技术领域，具体涉及一种液氧制备方法及装置。


背景技术：

2.液氮、液氧在工业上的用途很广，例如液氮可用作深度制冷剂，用于迅速冷冻和运输食 品及低温物理学等方面的研究；液氧是强氧化剂，在航天，潜艇和气体工业上有重要应用。
3.目前工业上是通过从空气深冷分离装置中分离得到液氮、液氧产品，但其产量相对较小， 仅能满足小用量的用户的需要。工业生产和大型低温试验中需要的大量液氮、液氧，一般是 从独立于空分装置的液化装置中得到。
4.尤其是液氧在制备时，现有的换热器的整体换热温差分布不合理，制备时的能耗较大。


技术实现要素：

5.1、发明要解决的技术问题
6.针对现有的换热器的整体换热温差分布不合理的技术问题，本发明提供了一种液氧制备 方法及装置，它通过膨胀机回收冷量，使换热器的整体换热温差分布更合理，从而降低能耗。
7.2、技术方案
8.为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
9.一种液氧制备方法，包括以下步骤，s1、通入氮气、液氮和氧气，在换热器中进行换热； s2、换热器中的氮气液化后，节流至第一压力，在换热器外部与液氮混合后通入换热器内； s3、液氮在换热器中气化并复热至第一温度时，抽出送入膨胀机，在膨胀机内膨胀至第二压 力后通入换热器中与氧气和氮气换热；s4、氧气液化，氮气复热后循环利用或者安全排放。
10.可选地，所述第一压力为0.2～0.35mpag。
11.可选地，所述第一温度为125k～133k。
12.可选地，所述第二压力为0.015mpag～0.03mpag。
13.一种适用于上述的液氧制备方法的液氧制备装置，包括液氧冷箱，以及设于液氧冷箱内 的第一换热器，还包括流经第一换热器的氮气换热管路、氧气换热管路、第一液氮换热管路 和第二氮气换热管路，所述氮气换热管路的出口端与第一液氮换热管路的进口端相连通，且 在氮气换热管路的出口端设有节流阀，所述氮气换热管路的出口端和第一液氮换热管路的进 口端相连通且设有第一膨胀机。。
14.可选地，所述氧气换热管路的出口端连接有液氧传输泵和液氧贮槽。
15.可选地，还包括液氮制备装置，所述第一液氮换热管路进口与液氮制备装置的液氮制备 管路相连通。
16.可选地，所述液氧冷箱采用撬装式结构与液氮制备装置相连。
17.3、有益效果
18.采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
19.(1)本液氧制备方法相较于传统的氧气液化流程，通过膨胀机回收冷量，使换热器的整 体换热温差分布更合理，从而降低能耗，增加膨胀机是为了提供更多的冷量，减少液氮的消 耗，最终实现节能的目的，而膨胀后的氮气仍然是低温的冷量，需要送入换热器回收冷量， 减少液氮的消耗，以达到节能的目的。
20.(2)将换热器中的氮气液化后形成的液氮节流至第一压力，是为了让液氮的气化温度低 于氧气的液化温度，相较于直接将从液氧制备装置过来的液氮节流至第一压力以与氧气换热， 本液氧制备方法增加了中压氮气的液化，改变了换热曲线，经实测，本方式的对数平均温差 lmtd只有2.8c，而氧气和液氮直接换热的对数平均温差lmtd要到11.4c。
附图说明
21.图1为本发明实施例提出的一种液氧制备装置的结构示意图；
22.1、液氧冷箱；2、第一换热器；3、氮气换热管路；4、氧气换热管路；5、第一液氮 换热管路；6、第二氮气换热管路；7、液氮制备装置；8、第一膨胀机；9、液氧传输泵；10、 液氧贮槽；11、液氮贮槽。
具体实施方式
23.为进一步了解本发明的内容，结合附图1及实施例对本发明作详细描述。
24.实施例一
25.本实施例的一种液氧制备方法，包括以下步骤，s1、通入氮气、液氮和氧气，氮气的压 力约为3.0mpag，氧气来自空分管网，压力约为0.02mpag，在换热器中进行换热，液氮同时 与氮气和氧气换热；s2、换热器中的氮气液化后，节流至第一压力，所述第一压力为 0.2～0.35mpag，例如0.2mpag、0.25mpag和0.35mpag等，优选为0.3mpag，节流至第一压力 的液氮(换热器中的氮气液化后形成)在换热器外部与液氮混合后通入换热器内同时与氮气 和氧气换热；s3、液氮在换热器中气化并复热至第一温度时，所述第一温度为125k～133k， 例如125k、130k和133k等，优选为133k，在膨胀机内膨胀至第二压力后通入换热器中与氧 气换热，所述第二压力为0.015mpag～0.03mpag，例如0.015mpag、0.02mpag和0.03mpag等， 优选为0.02mpag；s4、氧气液化，氮气复热后循环利用或者安全排放。
26.本液氧制备方法相较于传统的氧气液化流程，通过膨胀机回收冷量，使换热器的整体换 热温差分布更合理，从而降低能耗；将换热器中的氮气液化后形成的液氮节流至第一压力， 是为了让液氮的气化温度低于氧气的液化温度，如果不节流到第一压力，直接用从液氧制备 装置过来的液氮的话，因为该液氮的气化温度大概是
‑
179c,比氧气的液化温度高，是没办法 把氧气液化的，液氮和氧气之间换热，是有一个匹配的压力的，相较于直接将从液氧制备装 置过来的液氮节流至第一压力以与氧气换热，本液氧制备方法增加了中压氮气的液化，改变 了换热曲线，经实测，本方式的对数平均温差lmtd只有2.8c，而氧气和液氮直接换热的对 数平均温差lmtd要到11.4c；增加膨胀机是为了提供更多的冷量，减少液氮的消耗，最终实 现节能的目的，而膨胀后的氮气仍然是低温的冷量，需要送入换热器
回收冷量，减少液氮的 消耗，以达到节能的目的。
27.实施例二
28.结合附图1，一种适用于实施例一所述的液氧制备方法的液氧制备装置，包括液氧冷箱1， 以及安装于液氧冷箱1内的第一换热器2，还包括流经第一换热器2的氮气换热管路3、氧气 换热管路4、第一液氮换热管路5和第二氮气换热管路6，所述第一液氮换热管路5设于氮气 换热管路3和氧气换热管路4之间，以同时与氮气换热管路3和氧气换热管路4换热，所述 氮气换热管路3的出口端与第一液氮换热管路5的进口端通过管路相连通，且在氮气换热管 路3的出口端设有节流阀，节流阀将从氮气换热管路3出口端流出的液氮节流至 0.2～0.35mpag，所述第一液氮换热管路5的出口端和第二氮气换热管路6的进口端通过第一 膨胀机8相连，第一膨胀机8是为了提供更多的冷量，减少液氮的消耗，最终实现节能的目 的，而膨胀后的氮气仍然是低温的冷量，需要送入换热器回收冷量，减少液氮的消耗，以达 到节能的目的。
29.作为本发明的可选方案，所述氧气换热管路4的出口端连接有液氧传输泵9和液氧贮槽 10，制备得到的液氧经液氧传输泵9的增压后进入液氧贮槽10内进行储存，以备用。
30.作为本发明的可选方案，还包括液氮制备装置7，液氮制备装置7如何制备得到液氮， 此为现有技术，故不在此赘述，所述第一液氮换热管路5与液氮制备装置7的液氮制备管路 相连通，液氮制备管路上连接有液氮贮槽11，液氮制备装置7制备得到的液氮可直接用于液 氧的制备，从而可同时生产液氮和液氮，且液氮和液氮的制备量可以自由调整，例如，将更 多的液氮用于制备液氧，则液氮制备量降低，液氧制备量提高，具有灵活性高，经济性好， 成本低等优点。
31.作为本发明的可选方案，所述液氧冷箱1采用撬装式结构与液氮制备装置7相连，标准 化程度较高，在不同工厂间，可灵活搬迁或者改造，例如，在仅有液氮制备装置7的厂区， 再配置一套液氧冷箱1即可实现液氮和液氧的同时生产，这样可以减少总的投资成本，优化 资源配置。
32.以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也 只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员 受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结 构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。