答:大规模集成电路,电视摄像管,激光通讯光导纤维以及分析测试等高科技领域,要求氧的纯度达到99.995%,甚至要求氧的纯度达到99.99999%。我国高纯氧的国家标准规定:氧纯度不低于99.999%,其中氩含量不大于2×10-6,氮含量不大于5×10-6,甲烷和二氧化碳的含量不大于1×10-6,水含量不大于2×10-6(全部为体积分数)。
高纯度氧的用量不大,通常采用在大中型空分塔附设高纯氧塔方法来制取。高纯氧可以液氧为原料和气氧为原料。
1)以液氧为原料。从主塔主冷中引出液氧,其液氧纯度为99.5%~99.7%,其他为氮、氩、氪、氙及碳氢化合物。液氧为高纯氧塔的回流液。塔底的冷凝蒸发器,以主塔的主冷凝蒸发器顶部所引出的中压氮作热源,从塔底的冷凝蒸发器的低压侧,可获得高纯气氧或液氧,其含量可达到99.995%,再进入氧终端纯化器,用分子筛吸附清除一氧化碳、甲烷、二氧化碳及其他微量杂质,获得99.999%以上的高纯氧气产品,最后采用膜式压缩机充入经过处理的钢瓶。
2)以气氧作原料。有两种流程:一种流程是采用两个附加高纯氧塔。从主塔主冷引出的99.5%的气氧,进入第一精馏塔的下部,塔顶设有冷凝器,以主塔来的液空作为冷源,将上升蒸气冷凝,作为回流液。在塔顶引出气体(已不含比氧沸点高的杂质)进入第二精馏塔的中部。第二精馏塔设上、下冷凝器。上部冷凝器以主冷为冷源;下部冷凝器以下塔富氧蒸气作为冷凝液,通过精馏,去除比氧沸点低的氩、氮等杂质。塔顶引出废气,塔底获得高纯气氧,最后经膜式压缩机压缩充瓶。
第二种流程是采用预净化设备和一个高纯氧塔。从主冷塔引出99.5%~99.6%的气氧进入催化反应器,用常温催化法清除碳氢化化合物。催化剂为钯或铂,反应温度为450℃;如催化剂为银_铝,则反应温度为550℃。反应后生成的二氧化碳和水,再用5A分子筛来清除。而后经热交换器冷却,进入纯氧塔底部。塔顶冷凝器以外供液氮作为冷源。在塔底冷凝器中,将含有氦、氙、碳氢化合物的液氧排放;下冷凝器顶部引出氖、氦、氢等杂质;上冷凝器顶部排除含氮、氩的气氧。在纯氧塔偏底部塔板上引出高纯度气氧。
以液氧和以气氧制取高纯度氧的两种方法对比可见:以液氧为原料制取高纯氧的工艺流程简单易行。另外,采用液氧制取99.999%高纯氧时,只采用单台高纯塔,需另设置终端纯化器。