本發(fā)明涉及氧氣干燥，具體涉及一種氧氣干燥的方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、氧氣廣泛應(yīng)用于石油化工、煤化工、精密電子及生物醫(yī)藥等領(lǐng)域，氧氣純度的高低直接決定了下游應(yīng)用場景多寡。常規(guī)氧氣制備的工藝有：psa法、膜分離、低溫精餾及高溫堿性熔鹽催化法。其中，低溫精餾工藝適用于大規(guī)模生產(chǎn)，工藝成熟、產(chǎn)品純度高，可同時(shí)得到了液態(tài)氧氣和氣態(tài)氧氣。但由于裝置投資較高，不適合氧氣量需求較少場合。而其他三種氧氣制備工藝在能耗、純度及技術(shù)成熟度方面，與低溫精餾工藝還有較大差距。

2、工業(yè)氧氣可以來自空氣分離，還可以通過電解水制取。一般而言，電解水可以同時(shí)得到氫氣和氧氣兩種產(chǎn)品，氫氣作為主要產(chǎn)品，氧氣作為副產(chǎn)品或直接排放至大氣。電解水制備得到的氧氣具有純度高(氧氣純度98.5％v以上)，含有微量的水和氫氣、氮?dú)?。該技術(shù)制備的氧氣規(guī)模適中，彌補(bǔ)了低溫精餾法在中小規(guī)模不適用的缺陷。近年來，隨著可再生能源制氫項(xiàng)目的大規(guī)模推廣，副產(chǎn)的氧氣亟待需要處理供下游應(yīng)用。如果按照常規(guī)電解水對氧氣凈化處理，其中的雜質(zhì)含量和材質(zhì)選擇、程序控制，均難以達(dá)到指標(biāo)和長周期運(yùn)行要求，成為了電解水制備綠氧的技術(shù)瓶頸。

3、在現(xiàn)有技術(shù)中，電解水制氫產(chǎn)生的氧大部分直接排放至大氣，對氧氣的干燥凈化處理鮮有涉及。目前氧氣干燥通常采用吸附工藝及凈化氣再生方案，當(dāng)需要深度脫水時(shí)，再生工況的操作溫度要高于200℃，同時(shí)需要切換純氧閥門；此時(shí)，氧氣撞擊場合和超200℃高溫工況同時(shí)出現(xiàn)，疊加了氧氣發(fā)生燃爆的可能，存在潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。基于本公開發(fā)明人在長期從事電解水制氫技術(shù)領(lǐng)域科研開發(fā)、工程設(shè)計(jì)獲得的工程經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)實(shí)務(wù)，以市場為導(dǎo)向，產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，解決現(xiàn)有電解水制氫氧氣利用技術(shù)不足。經(jīng)過反復(fù)的研究、實(shí)驗(yàn)、工程設(shè)計(jì)與建設(shè)，意外地發(fā)現(xiàn)了一種具有實(shí)用價(jià)值的氧氣干燥方法。

4、基于這一背景，本發(fā)明研究了一種氧氣干燥的方法及裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種氧氣干燥的方法及裝置，解決現(xiàn)有氧氣干燥技術(shù)能耗高、存在安全風(fēng)險(xiǎn)的問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提供一種氧氣干燥的方法，所述的方法包括以下步驟：

3、干燥除水：將待干燥氧氣或分液后氧氣送入至少一個(gè)干燥器中，且利用所述至少一個(gè)干燥器中的干燥劑吸附所述待干燥氧氣或分液后氧氣中的水分得到凈化氧氣或再生凈化氧氣；

4、干燥劑再生：將所述凈化氧氣分出一股作為1#凈化氧氣，所述1#凈化氧氣依次經(jīng)換熱升溫、加熱升溫得到升溫凈化氧氣，將所述升溫凈化氧氣送入至少一個(gè)干燥器中脫附干燥劑吸附的水分得到再生氧氣，所述再生氧氣依次經(jīng)換熱降溫、冷卻降溫、分液得到1#分液后氧氣；

5、干燥劑冷卻：將1#凈化氧氣分出一股作為2#凈化氧氣，所述2#凈化氧氣經(jīng)冷卻得到預(yù)冷凈化氧氣，將所述預(yù)冷凈化氧氣送入至少一個(gè)干燥器中降低干燥劑的床層溫度得到冷卻氧氣，所述冷卻氧氣依次經(jīng)冷卻降溫、分液得到2#分液后氧氣；

6、所述1#凈化氧氣與再生氧氣換熱升溫；

7、所述分液后氧氣為所述1#分液后氧氣或2#分液后氧氣。

8、本發(fā)明第二方面提供一種氧氣干燥的裝置，所述的裝置包括至少一個(gè)干燥器、氧氣干燥換熱器、氧氣電加熱器、吹掃冷卻器、再生氣冷卻器和氧氣分液罐；

9、所述至少一個(gè)干燥器的同側(cè)一端通過各自獨(dú)立的開關(guān)閥分別連接待干燥氧氣進(jìn)料管線、分液后氧氣進(jìn)料管線、再生冷卻氧氣出料管線，另一端通過各自獨(dú)立的開關(guān)閥分別連接凈化氧氣出料管線、再生凈化氧氣出料管線、升溫/預(yù)冷凈化氧氣進(jìn)料管線；

10、所述凈化氧氣出料管線分出一支作為1#凈化氧氣管線連接所述氧氣干燥換熱器的冷媒入口，所述氧氣干燥換熱器的冷媒出口連接所述氧氣電加熱器入口；

11、所述1#凈化氧氣管線分出一支作為2#凈化氧氣管線連接所述吹掃冷卻器熱媒入口，所述氧氣電加熱器出口、所述吹掃冷卻器熱媒出口共同連接升溫/預(yù)冷凈化氧氣進(jìn)料管線；

12、所述再生凈化氧氣出料管線連接所述氧氣干燥換熱器的熱媒入口，所述再生凈化氧氣出料管線分出任選的另一支管線與所述氧氣干燥換熱器的熱媒出口管線共同連接所述再生氣冷卻器熱媒入口，所述再生氣冷卻器熱媒出口連接所述氧氣分液罐進(jìn)料口，所述氧氣分液罐罐頂氣相出口連接分液后氧氣進(jìn)料管線，罐底設(shè)置有凝液出料管線。

13、本發(fā)明的效果是：

14、(1)本發(fā)明提出的氧氣干燥的方法，采用多干燥器順序控制流程，單個(gè)干燥器依次經(jīng)過吸附干燥除水、干燥劑再生、干燥劑冷卻，氧氣產(chǎn)品的含水量不大于1ppmv。另外，本發(fā)明公開的氧氣干燥流程簡單，無氧氣放空，氧氣資源得到最大化利用。

15、(2)本發(fā)明提出的氧氣干燥的方法及裝置，通過檢測氧氣加熱器出口氧氣溫度，采用程控手段，當(dāng)溫度上升至100℃時(shí)打開再生干燥器頂部再生氣管線上閥門，避免了高純氧環(huán)境中閥門的突然開啟時(shí)出現(xiàn)的高溫和撞擊工況同時(shí)發(fā)生，從本質(zhì)上提高了氧氣干燥裝置的安全性。

16、(3)本發(fā)明提出的氧氣干燥的方法及裝置，在升溫/預(yù)冷凈化氧氣進(jìn)料管線與氧氣電加熱器出口管線上設(shè)置有各自獨(dú)立的溫度檢測器，當(dāng)檢測到升溫凈化氧氣溫度超過200℃，且干燥器頂部再生氣管線上閥門未開啟時(shí)，通過采取注入急冷氧氣，使得進(jìn)入干燥器的升溫凈化氧氣低于200℃，進(jìn)一步降低純氧環(huán)境下閥門開啟帶來的高溫和撞擊風(fēng)險(xiǎn)。

17、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說明。

技術(shù)特征：

1.一種氧氣干燥的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)干燥器(101)的數(shù)量多于一個(gè)時(shí)，各個(gè)干燥器(101)的連接方式為并聯(lián)；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述待干燥氧氣(s1)與所述分液后氧氣(s14)在所述至少一個(gè)干燥器(101)中的流向相同；優(yōu)選地，均從至少一個(gè)干燥器(101)底部進(jìn)入；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)干燥器(101)為至少兩個(gè)并聯(lián)；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，每個(gè)干燥器干燥時(shí)的溫度為10-90℃，優(yōu)選為20-60℃，壓力為0.1-5.0mpa，優(yōu)選為0.5-3.2mpa；再生時(shí)的溫度為150-300℃，優(yōu)選為210-260℃，壓力為0.1-5.0mpa，優(yōu)選為0.5-3.2mpa；冷卻時(shí)的溫度為7-50℃，優(yōu)選為7-35℃，壓力為0.1-5.0mpa，優(yōu)選為0.5-3.2mpa；

6.一種氧氣干燥的裝置，其特征在于，所述的裝置包括至少一個(gè)干燥器(101)、氧氣干燥換熱器(102)、氧氣電加熱器(103)、吹掃冷卻器(104)、再生氣冷卻器(105)和氧氣分液罐(106)；

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述至少一個(gè)干燥器(101)為至少兩個(gè)并聯(lián)；

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述的裝置還包括控制器，所述控制器用于根據(jù)每個(gè)干燥器中干燥劑水分吸附狀態(tài)，和/或升溫/預(yù)冷凈化氧氣進(jìn)料管線與所述氧氣電加熱器(103)出口管線上的溫度檢測器檢測到的溫度，控制各個(gè)干燥器兩端各自獨(dú)立的開關(guān)閥、7#開關(guān)閥(xv7)、再生氧氣開關(guān)閥(xv8)和設(shè)置有急冷氧氣開關(guān)閥(xv9)的開閉狀態(tài)實(shí)現(xiàn)各個(gè)干燥器的待干燥氧氣的干燥除水、干燥劑再生和干燥劑冷卻；

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述控制器用于根據(jù)每個(gè)干燥器中干燥劑水分吸附狀態(tài)，和/或升溫/預(yù)冷凈化氧氣進(jìn)料管線與所述氧氣電加熱器(103)出口管線上的溫度檢測器檢測到的溫度，控制各個(gè)干燥器進(jìn)行待干燥氧氣的干燥除水、干燥劑再生，或者，控制各個(gè)干燥器進(jìn)行待干燥氧氣的干燥除水、干燥劑冷卻。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述至少一個(gè)干燥器(101)選自固定床、徑向床、軸徑向床中的至少一種；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種氧氣干燥的方法及裝置，該方法通過至少一個(gè)干燥器將待干燥氧氣循環(huán)進(jìn)行干燥除水、干燥劑再生和干燥劑冷卻，干燥除水得到凈化氧氣或再生凈化氧氣，干燥劑再生中將凈化氧氣的一股與再生氧氣換熱升溫，干燥劑再生中再生氧氣和干燥劑冷卻中冷卻氧氣降溫進(jìn)行分液后循環(huán)使用。本發(fā)明提出的氧氣干燥的方法，采用多干燥器順序控制流程，單個(gè)干燥器依次經(jīng)過吸附干燥除水、干燥劑再生、干燥劑冷卻，氧氣產(chǎn)品的含水量不大于1ppmv，同時(shí)該方法不僅流程簡單，無氧氣放空，氧氣資源得到最大化利用，而且避免了高純氧環(huán)境中閥門的突然開啟時(shí)出現(xiàn)的高溫和沖擊工況同時(shí)發(fā)生，從本質(zhì)上提高了氧氣干燥裝置的安全性。

技術(shù)研發(fā)人員：吳德飛,張旭,王青川,戴文松,張奇,竇雋虹,李少鵬,張建民,靳亞銘
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國石油化工股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9