医疗保健气体深冷自增压式制取装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及深冷法制取氧气技术领域，公开了医疗保健气体深冷自增压式制取装置及其方法。包括冷端系统，冷端系统包括过冷器(10)、膨胀机(15)、主换热器(7)和精馏塔(8)，膨胀机(15)的进气口和出气口通过第一管道(17)与过冷器(10)相连。精馏塔(8)、过冷器(10)和主换热器(7)依次连接有污氮气管道(18)；进气段(171)与连接过冷器(10)和主换热器(7)的污氮气管道(18)连通，出气段(172)从膨胀机(15)出口依次连接过冷器(10)和主换热器(7)。工艺流程中通过提高精馏塔操作压力提高了制冷量和液氧产出量，无需使用液氧泵，提高了膨胀机的制冷能力，尤其适用于液氧运输不便和成本高的地区。

Medical health gas cryogenic self pressurization type extraction device and method thereof

The invention relates to the technical field of oxygen extraction by a cryogenic method, and discloses a medical and health gas cryogenic self pressurization device and a method thereof. The cold end system comprises a cooler (10), an expander (15), a main heat exchanger (7) and a distillation column (8), and an air inlet and an air outlet of the expander (15) are connected with the supercooling device (10) through the first pipe (17). The distillation tower (8), a cooler (10) and a main heat exchanger (7) connected to a waste nitrogen pipe (18); the inlet section (171) is connected with the cooler (10) and a main heat exchanger (7) of waste nitrogen pipeline (18) connected, the outlet section (172) from the expander (15) even took the outlet of each cooler (10) and a main heat exchanger (7). In the process by increasing the operating pressure of the distillation tower improves the cooling capacity and the oxygen output, without the use of liquid oxygen pump, improves the cooling capacity of the expander, especially suitable for oxygen transport inconvenience and high cost areas.

【技术实现步骤摘要】
医疗保健气体深冷自增压式制取装置及其方法
本专利技术涉及深冷法制取氧气
，尤其涉及了医疗保健气体深冷自增压式制取装置及其方法。
技术介绍
深冷法是先将空气压缩、冷却、净化吸附空气中的水和二氧化及碳氢物质等，在换热器中与冷流股换热并使空气液化，利用氧、氮组分的沸点的不同，在精馏塔中实现氧、氮分离，这就是空气精馏法。目前工业上大规模制氧普遍采用深冷法，由大型深冷装置生产的液氧，通过槽车运送至安装在医院内的低温压力储槽内，经空浴式汽化器汽化后供医院使用，其缺点是液体供应主动权掌握在供应商手中，存在质量风险，液氧来源路途遥远，运输不方便，成本较高，加之生产液氧单位耗能较高，氧气折合价格约为3元/Nm3。小型深冷装置目前在医用领域仅限于充装氧气瓶和直接生产液氧，并没有一个针对大型医院用气需求和特点专门设计的用于医院现场连续供气的小型深冷装置。而且装置占地较大，且单位制氧能耗较高。另一种折衷的办法是在医院安装采用变压吸附法制氧(即PSA制氧)装置直接生产氧气供应医院使用，其基本原理是基于分子筛对空气中的氧、氮组分具有选择性吸附而使空气中氧氮气分离从而获得氧气。当空气经过压缩，经吸附塔的分子筛吸附层时，氮分子优先被吸附，氧分子留在气相中穿过吸附床层而成为产品氧气。当吸附剂层中的氮气吸附达到相对饱和时，利用减压或抽真空的方法将吸附剂分子表面吸附的氮分子解吸出来并送出界区排空，使吸附剂得到解吸重新恢复原有的吸附能力，为下一周期的吸附产氧准备，两个以上(含两个)吸附塔不停地循环，就实现了连续产氧的目的。该方法所生产的氧气纯度通常只有93％左右。即使采取极端办法，其氧气纯度最高只能达到95％，无法达到医用氧99.5％的纯度要求，所以只适合对氧气纯度要求不高的场合，而且制氧单耗较高。且无法同时供应其他医疗保健气体。传统的中小型医院由于用气量有限，但是直接购买灌装气在长期使用过程中成本较高，而且搬运麻烦，同时气体的质量存在风险。而且传统的现场制氧设备成本较高，需要的动力设备较多，给维护和保养带来了更多的成本。
技术实现思路
本专利技术为深冷技术在医疗健康领域的技术应用拓展，针对医院对医疗气体的需求和用气情况，提供了一种无需内压缩液氧泵的设备成本较低的医疗保健气体自增压式深冷制取装置及其方法。为了解决上述的技术问题，本专利技术通过下述技术方案得以解决：医疗保健气体深冷自增压式制取装置，包括冷端系统，冷端系统包括过冷器，冷端系统还包括膨胀机，膨胀机的进气口和出气口通过第一管道与过冷器相连，连接膨胀机进气口的第一管道为进气段，连接膨胀机出气口的第一管道为出气段。膨胀机能够对污氮气进行膨胀降温，从而使部分污氮气进行二次换热，从而提供更多冷量，满足过冷器所需冷量。作为优选，冷端系统还包括主换热器和精馏塔，精馏塔、过冷器和主换热器依次连接有污氮气管道；进气段与连接过冷器和主换热器的污氮气管道连通，出气段从膨胀机出口依次连接过冷器和主换热器。过冷器能够使液态空气和污氮气进行换热，从而对液态空气进行过冷，有利于节约冷量，降低汽化率，从而节约能源。而且二次降压冷却的污氮气同时能够给主换热器提供充足的冷量。污氮气和空气在主换热器能够进行换热，从而充分利用冷量。作为优选，污氮气管道包括连接精馏塔和过冷器的第一污氮气管道，和污氮气管道出过冷器部分的第二污氮气管道，第二污氮气管道和第一污氮气管道连通；第二污氮气管道分为三个通路，第一通路连接到主换热器并从主换热器排出，第二通路连接到主换热器再从主换热器中引出连接到进气段，第三通路与进气段连通，出气段出主换热器连接到分子筛系统。从而充分利用了精馏塔产出的污氮气的冷量，污氮气分为多路能够灵活的调整去换热器和膨胀机的污氮气流量，使装置在白天产气和夜晚产液两种不同运行工况时，既能调节进入膨胀机的污氮气量以满足两种工况制冷量的需求，同时维持了换热器的负荷平衡。能够有效利用夜晚谷电价格优势制取液氧，并在白天用气高峰时汽化液氧供医院使用，增加了经济性的同时，解决了医院白天和夜晚用气量不同的问题。作为优选，还包括热端系统，热端系统包括分子筛系统，第一通路出主换热器连接到分子筛系统。从而为分子筛系统提供再生气，一方面为充分利用污氮气的冷量对空气进行过冷，另一方面污氮气作为再生气节约了空气，节约了能量。作为优选，还包括主冷凝蒸发器和后备系统，主冷凝蒸发器与精馏塔连接有液氧管道；精馏塔底设置有液氧排放管道，液氧排放管道的进液端与精馏塔相连，液氧排放管道的出液端与后备系统相连。液氧通过液氧排放管道能够定时排放，从而降低了主冷凝蒸发器内的碳氢化合物的含量，提高了装置的安全性，另一方面排放的液氧通过汽化器汽化成气氧并入氧气管道作为产品使用，减少了浪费。作为优选，精馏塔的设置有气氧出气口，气氧出气口和主换热器之间设有气氧管道，气氧管道出主换热器连接到后备系统。免去使用液氧泵，从而降低了使用成本，同时提高了安全性。气氧进入主换热器复热的同时提供冷量使空气进行降温，从而充分利用冷量，节约了能源。作为优选，热端系统还包括空气过滤器、空气压缩机、空气缓冲罐、冷干机，空气过滤器、空气压缩机、空气缓冲罐、冷干机和分子筛系统依次通过空气管道连通；分子筛系统的空气管道的出气端分为两路，第一路空气管道连接到后备系统，第二路空气管道依次连接到主换热器、主冷凝蒸发器、过冷器和精馏塔；后备系统包括氧气缓冲罐和汽化器，气氧管道出主换热器连接到氧气缓冲罐，液氧排放管道一端连接主冷凝蒸发器，另一端连接汽化器。一种医疗保健气体深冷自增压式制取装置的制取方法，包括以下制取步骤，步骤一、空气通过空气过滤器、空气压缩机、空气缓冲罐和冷干机过滤压缩冷却和干燥后通入分子筛系统，分子筛系统对空气进一步纯化出空气中的水蒸气、CO2、N2O；步骤二、步骤一中分子筛系统处理后的空气分成两股，一股空气经换热冷却后送入主冷凝蒸发器进行换热，换热后的空气为液态空气再经过冷器过冷后进入精馏塔内进行精馏；另一股空气作为干燥压缩空气进入后备系统；步骤三、精馏塔内空气精馏产生液氧和污氮气；液氧一部分作为产品进行收集，另一部分进入主冷凝蒸发器换热；主冷凝蒸发器换热汽化产生的气氧一部分作为精馏塔精馏所使用的上升气，另一部分作为气氧产品进入主换热器进行复热被氧气缓冲罐收集；精馏塔的顶部产生污氮气；主冷凝蒸发器外界有液氧排放管道，主冷凝蒸发器内的液氧通过液氧排放管道定时排放到汽化器；步骤四，污氮气出精馏塔进入过冷器，经换热后的污氮气分为三股，第一部分经主换热器复热后进入分子筛系统作为再生气；第二部进入主换热器后，再从主换热器中抽出与第三部分合并进入膨胀机的进气口进行膨胀制冷，膨胀制冷后的污氮气再次进入过冷器内进行换热后再进入主换热器复热，复热后进入分子筛系统作为再生气。作为优选，精馏塔的操作压力为4.0～4.9Bar。本装置通过提高精馏塔的操作压力，直接从塔底抽出压力氧气，从而省略了液氧泵，增加塔压提高了液氧的产出量。降低了成本，提高了医用氧气的安全性。同时，由于提高了精馏塔的操作压力，从塔顶抽取并进入膨胀机进口的污氮气的压力也相应提高了，增加了膨胀机的制冷量，使之能够满足装置的所需的冷量，提高了液氧的产出量。作为优选，进入主换热器的空气压力为10.0～12.3BarA，经主换热器换热后的温度-15本文档来自技高网...

【技术保护点】
医疗保健气体深冷自增压式制取装置，包括冷端系统，冷端系统包括过冷器(10)，其特征在于：冷端系统还包括膨胀机(15)，膨胀机(15)的进气口和出气口通过第一管道(17)与过冷器(10)相连，连接膨胀机(15)进气口的第一管道(17)为进气段(171)，连接膨胀机(15)出气口的第一管道(17)为出气段(172)。

【技术特征摘要】
1.医疗保健气体深冷自增压式制取装置，包括冷端系统，冷端系统包括过冷器(10)，其特征在于：冷端系统还包括膨胀机(15)，膨胀机(15)的进气口和出气口通过第一管道(17)与过冷器(10)相连，连接膨胀机(15)进气口的第一管道(17)为进气段(171)，连接膨胀机(15)出气口的第一管道(17)为出气段(172)。2.根据权利要求1所述的医疗保健气体深冷自增压式制取装置，其特征在于：冷端系统还包括主换热器(7)和精馏塔(8)，精馏塔(8)、过冷器(10)和主换热器(7)依次连接有污氮气管道(18)；进气段(171)与连接过冷器(10)和主换热器(7)的污氮气管道(18)连通，出气段(172)从膨胀机(15)出口依次连接过冷器(10)和主换热器(7)。3.根据权利要求2所述的医疗保健气体深冷自增压式制取装置，其特征在于：污氮气管道(18)包括连接精馏塔(8)和过冷器(10)的第一污氮气管道(181)，和污氮气管道(18)出过冷器(10)部分的第二污氮气管道(182)，第二污氮气管道(182)和第一污氮气管道(181)连通；第二污氮气管道(182)分为三个通路，第一通路(183)连接到主换热器(7)并从主换热器(7)排出，第二通路(184)连接到主换热器(7)再从主换热器(7)中引出连接到进气段(171)，第三通路(185)与进气段(171)连通。4.根据权利要求3所述的医疗保健气体深冷自增压式制取装置，其特征在于：还包括热端系统，热端系统包括分子筛系统(5)，第一通路(183)出主换热器(7)连接到分子筛系统(5)。5.根据权利要求4所述的医疗保健气体深冷自增压式制取装置，其特征在于：还包括主冷凝蒸发器(9)和后备系统，主冷凝蒸发器(9)与精馏塔(8)连接有液氧管道；精馏塔(8)底设置有液氧排放管道(19)，液氧排放管道(19)的进液端与精馏塔(8)相连，液氧排放管道(19)的出液端与后备系统相连。6.根据权利要求5所述的医疗保健气体深冷自增压式制取装置，其特征在于：精馏塔(8)设置有气氧出气口，气氧出气口和主换热器(7)之间设有气氧管道(21)，气氧管道(21)出主换热器(7)连接到后备系统。7.根据权利要求5所述的医疗保健气体深冷自增压式制取装置，其特征在于：热端系统还包括空气过滤器(1)、空气压缩机(2)、空气缓冲罐(3)、冷干机(4)，空气过滤器(1)、空气压缩机(2)、空气缓冲罐(3)、冷干机...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆诗敏，沈天霞，
申请(专利权)人：杭州颐氧健康科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33