CN102564065A - 节能空气液化分离装置 - Google Patents

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Abstract

一种新能源节能空气液化分离装置包括两部分，第一部分空气液化分离装置与目前通常的装置相同；第二部分跨临界膨胀做功装置主要包括增压泵、膨胀发动机、冷凝器等，液态工质入增压泵经过空气液化分离装置的预冷器输冷吸热为高压超临界流体，使高压工质的吸热曲线与空气的放热冷却曲线相匹配，再进入膨胀发动机膨胀做功降温降压，再经冷凝器冷凝形成循环。节能空气液化分离装置能通过跨临界膨胀做功装置获得额外的动力和冷量来大幅度降低空气液化分离系统的能耗。

Description

节能空气液化分离装置
技术领域
本发明涉及一种空气液化分离装置，尤其是一种节能空气液化分离装置。
背景技术
目前，公知的空气液化分离装置通常采用压缩常温空气后再膨胀节流制冷使部分空气液化来进行精馏以达到分离空气中的氧、氮、氩等组分的目的。主要流程为空气压缩-预冷-主冷-膨胀节流-精馏-复热，不同的工艺过程稍有差异，但其基本原理都是依靠消耗空气压缩机的能量来压缩常温空气再膨胀节流做功降温降压来获得冷量以使部分空气液化。现有的空气液化分离装置的空气压缩机所产生的热量白白浪费，能耗高。
发明内容
为了克服现有的空气液化分离装置的空气液化分离装置的空气压缩机所产生的热量白白浪费，能耗高的不足, 本发明提供一种节能空气液化分离装置，该节能空气液化分离装置的跨临界膨胀做功装置能输出冷量给空气液化分离装置中的空气，同时吸收空气液化分离装置中通过空气压缩机压缩的空气的热能，加热液态工质成为高压超临界流体，高压超临界流体经过膨胀节流做功同时降温降压来回收能量，达到使节能空气液化分离装置获得额外的动力来降低空气液化分离装置能耗的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该节能空气液化分离装置包括空气液化分离装置和跨临界膨胀做功装置两部分。第一部分空气液化分离装置，它与现有通常的空气液化分离装置基本相同，主要包括空气压缩机、预冷器、膨胀机、主换热器、节流阀、分馏系统等，还包括系统内相连接的管道、附件及检测和控制装置，主要工艺流程为经过过滤的空气进入压缩机加压后去预冷器预冷，纯化了的预冷空气一部分经过膨胀机膨胀降温进入主换热器输出冷量复热后排出，另一部分直接进入主换热器冷却后经节流阀节流制冷使部分空气液化进入分馏系统。第二部分跨临界膨胀做功装置，主要包括增压泵、膨胀发动机、冷凝器等，还共用空气液化分离装置的预冷器，增压泵的出口连接空气液化分离装置的预冷器再连接膨胀发动机，它还包括系统内相连接的管道、附件及检测和控制装置，跨临界膨胀做功装置中增压泵、预冷器、膨胀发动机、冷凝器依次连接，主要工艺流程为液态工质（液态二氧化碳等）由增压泵加压后进入空气液化分离装置的预冷器，并且使跨临界膨胀做功装置的高压工质的吸热曲线与空气液化分离装置的预冷器中的空气的放热冷却曲线相匹配，吸收热量，输出冷量给空气液化分离装置的预冷器中的空气，使工质成为高压超临界流体，高压超临界流体再进入膨胀发动机膨胀做功降温降压为气态工质，气态工质在冷凝器中可与环境流体如水、空气等换热后冷凝为液态，形成工作循环。如果用蓄冰装置替代环境流体如水、空气来冷凝气态工质为液态，则回收能量更多，装置效率更高，运行更稳定。膨胀发动机主轴与增压泵主轴可以相连接。膨胀发动机主轴与空气压缩机主轴可以相连接。
本发明的有益效果是，该节能空气液化分离装置的跨临界膨胀做功装置能输出冷量给空气液化分离装置中的空气，同时吸收空气液化分离装置中空气压缩机压缩空气所产生的大量热能，加热液态工质成为高压超临界流体，高压超临界流体经过膨胀节流做功，使节能空气液化分离装置获得额外的动力来大幅度降低空气液化分离装的能耗。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明较佳实施例的工作流程示意图。
图中 1.压缩机、2.预冷器、3.膨胀机、4.主换热器、5.节流阀、6.分馏系统、7.增压泵、8.膨胀发动机、9.冷凝器。
具体实施方式
在图1所示实施例中，该节能空气液化分离装置包括空气液化分离装置和跨临界膨胀做功装置两部分。第一部分空气液化分离装置，它与现有通常的空气液化分离装置基本相同，主要包括空气压缩机（1）、预冷器（2）、膨胀机（3）、主换热器（4）、节流阀（5）、分馏系统（6）等，还包括系统内相连接的管道、附件及检测和控制装置，主要工艺流程为经过过滤的空气进入压缩机（1）加压后去预冷器（2）预冷，纯化了的预冷空气一部分经过膨胀机（3）膨胀降温进入主换热器（4）输出冷量复热后排出，另一部分直接进入主换热器（4）冷却后经节流阀（5）节流制冷使部分空气液化进入分馏系统（6）。第二部分跨临界膨胀做功装置，主要包括增压泵（7）、膨胀发动机（8）、冷凝器（9）等，还共用空气液化分离装置的预冷器（2），增压泵（7）的出口连接空气液化分离装置的预冷器（2）再连接膨胀发动机（8），它还包括系统内相连接的管道、附件及检测和控制装置，跨临界膨胀做功装置中增压泵（7）、预冷器（2）、膨胀发动机（8）、冷凝器（9）依次连接，主要工艺流程为液态工质（液态二氧化碳等）由增压泵（7）加压后进入空气液化分离装置的预冷器（2），并且使跨临界膨胀做功装置的高压工质的吸热曲线与空气液化分离装置的预冷器（2）中的空气的放热冷却曲线相匹配，吸收热量，输出冷量给空气液化分离装置的预冷器（2）中的空气，使工质成为高压超临界流体，高压超临界流体再进入膨胀发动机（8）膨胀做功降温降压为气态工质，气态工质在冷凝器（9）中与蓄冰装置换热后冷凝为液态，形成工作循环以回收更多能量，提高装置效率，稳定运行状况。膨胀发动机（8）主轴与增压泵（7）主轴相连接。膨胀发动机（8）主轴与空气压缩机（1）主轴相连接。

Claims (4)

1.一种节能空气液化分离装置包括空气液化分离装置和跨临界膨胀做功装置两部分，第一部分空气液化分离装置主要包括空气压缩机、预冷器、膨胀机、主换热器、节流阀、分馏系统等，以及系统内相连接的管道、附件及检测和控制装置，第二部分跨临界膨胀做功装置主要包括增压泵、膨胀发动机、冷凝器等，以及系统内相连接的管道、附件及检测和控制装置，其特征是：跨临界膨胀做功装置的增压泵的出口连接空气液化分离装置的预冷器再连接膨胀发动机。
2.根据权利要求1所述的节能空气液化分离装置，其特征是：该节能空气液化分离装置的跨临界膨胀做功装置中增压泵、预冷器、膨胀发动机、冷凝器依次连接。
3.根据权利要求1所述的节能空气液化分离装置，其特征是：该节能空气液化分离装置的膨胀发动机主轴与增压泵主轴相连接，膨胀发动机主轴与空气压缩机主轴相连接。
4.根据权利要求1所述的节能空气液化分离装置，其特征是：该节能空气液化分离装置的跨临界膨胀做功装置的高压工质的吸热曲线与空气液化分离装置的预冷器中的空气的放热冷却曲线相匹配。
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