CN103759495B - 一种气体液化方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气体液化系统，以实现便捷地提供冷能以进行气体液化的目的，包括：输气通道、气体驱动设备、按级别设置的至少两个气体液化设备，其中，气体驱动设备，用于驱动气体从输气通道的进气端进入；气体液化设备，用于按级别的顺序，对进入的气体进行液化；还包括气化设备，用于当任意气体液化设备中的气体液化反应需要冷能时，对级别在前或级别相同、且已经得到液态气体的气体液化设备的液气储存罐释放的液态气体进行热交换，使被释放的液态气体发生气化反应；冷能管道，用于将气化反应产生的冷能输送给任意气体液化设备，以便任意气体液化设备得到冷能对气体压缩时产生的热进行热交换。另外，本发明还公开了一种气体液化方法。

Description

一种气体液化方法及系统
技术领域
本发明涉及气体液化领域，特别涉及一种气体液化方法及系统。
背景技术
近年来，随着各行各业的发展，液态气体的需求在不断剧增，液态气体产业得到蓬勃发展。
目前，一般采用专门的气体液化设备液化气体。气体液化设备通过不断添加额外冷能对气体压缩时产生的热进行热交换，并将气体压缩，使气体被液化。
由于气体液化设备需要不断额外添加冷能以在热交换过程中对气体降温，因此，如何提供足够的冷能一直是困扰人们的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种气体液化方法及系统以实现更加便捷地提供足够的冷能以进行气体液化的目的。
在本发明实施例的第一方面，提供了一种气体液化系统，包括：输气通道、气体驱动设备、按级别设置的至少两个气体液化设备，其中，所述气体驱动设备设置在输气通道的进气端，所述输气通道与至少两个气体液化设备的进气端连通，所述至少两个气体液化设备分别配置有各自的液气储存罐；其中，所述气体驱动设备，用于驱动气体从输气通道的进气端进入；所述按级别设置的至少两个气体液化设备，用于按级别的顺序，对从液化设备的进气端进入的气体进行液化，液化反应得到的液态气体进入为其配置的液气储存罐；还包括：气化设备，用于当任意气体液化设备中的气体进行液化反应需要冷能时，对级别在所述任意气体液化设备之前或级别相同、且已经得到液态气体的气体液化设备的液气储存罐释放的液态气体进行热交换，使被释放的液态气体发生气化反应；冷能管道，用于将气化反应产生的冷能输送给所述任意气体液化设备，以便所述任意气体液化设备得到冷能对气体压缩时产生的热进行热交换，通过所述热交换使所述任意气体液化设备中的气体达到或低于该气体的液化临界温度，使气体被液化，液化反应得到的液态气体进入为所述任意气体液化设备配置的液气储存罐。
在本发明实施例的第二方面，提供了一种气体液化方法，应用于包括输气通道、气体驱动设备、以及按级别设置的至少两个气体液化设备的气体液化系统，所述方法包括：将气体驱动设备设置在输气通道的进气端，将输气通道与至少两个气体液化设备的进气端连通，为所述至少两个气体液化设备分别配置各自的液气储存罐；采用气体驱动设备驱动气体从输气通道的进气端进入；采用所述按级别设置的至少两个气体液化设备，按级别的顺序，对从液化设备的进气端进入的气体进行液化，液化反应得到的液态气体进入为其配置的指定液气储存罐；当任意气体液化设备中的气体进行液化反应需要冷能时，采用气化设备对级别在所述任意气体液化设备之前或级别相同、且已经得到液态气体的气体液化设备的液气储存罐释放的液态气体进行热交换，使被释放的液态气体发生气化反应；通过冷能管道将气化反应产生的冷能输送给所述任意气体液化设备，以便所述任意气体液化设备得到冷能对气体压缩时产生的热进行热交换，通过所述热交换使所述任意气体液化设备中的气体达到或低于该气体的液化临界温度，使气体被液化，液化反应得到的液态气体进入为所述任意气体液化设备配置的液气储存罐。
可见本发明具有如下有益效果：
本发明实施例的气体液化系统包括输气通道、气体驱动设备、按级别设置的至少两个气体液化设备，按级别的顺序对从液化设备进气端进入的其他进行液化，液化反应得到的液态气体进入为期配置的液气储存罐，由于当任意气体液化设备中的气体液化需要冷能时，利用气化设备对级别在前的气体液化设备的液气储存罐释放的液态气体进行热交换，使被释放的液态气体发生气化反应，通过冷能管道将气化反应产生的冷能输送给所述任意气体液化设备，因此，所述任意气体液化设备可以得到冷能对气体压缩时产生的热进行热交换，使气体被液化，可见，上一级气体液化设备液化得到的液态气体可以为下一级气体液化设备液化气体时的热交换提供足够冷能，从而逐级利用上一级液化得到的液态气体提供冷能，无需不断额外提供冷能来源，可以更加便捷、节能地进行气体液化，进而产生以小博大的连锁效果，利于较大面积、较高效率的液化气体，连续生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1-1是本发明实施例提供的一种气体液化系统的结构示意图之一；
图1-2是本发明实施例提供的一种气体液化系统的结构示意图之二；
图2是本发明实施例提供的一种气体液化系统的结构示意图之三；
图3是本发明实施例提供的一种气体液化系统的结构示意图之四；
图4是本发明实施例提供的一种气体液化系统的结构示意图之五；
图5是本发明实施例提供的一种气体液化方法的流程示意图。
具体实施方式
为实现便捷地为气体液化提供足够的冷能的目的，本发明实施例采取了逐级液化的实现方式，即，本发明实施例提供的气体液化系统包括按级别设置的至少两个气体液化设备，本发明实施例按级别的顺序，逐个利用液化设备对从液化设备的进气端进入的气体进行液化，当任意气体液化设备中的气体进行液化反应需要冷能时，对级别在所述任意气体液化设备之前或级别相同的气体液化设备的液气储存罐释放的液态气体进行热交换，使被释放的液态气体发生气化反应，将气化反应产生的冷能输送给所述任意气体液化设备（需要说明的是，其中，冷能如何收集与输送是本领域普通技术人员可以通晓的知识，本案不再专门说明），以便所述任意气体液化设备得到冷能对气体压缩时产生的热进行热交换，通过所述热交换使所述任意气体液化设备中的气体达到或低于该气体的液化临界温度，使气体被液化，因此，上一级气体液化设备液化得到的液态气体可以为下一级气体液化设备液化气体时的热交换提供足够冷能，从而逐级利用上一级液化得到的液态气体提供冷能，无需不断额外提供冷能来源，节省降温需要的能源，可以更加便捷、节能地进行气体液化。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明实施例作进一步详细的说明。
【实施例一】
首先参照图1-1，图1-1为本发明实施例提供的一种气体液化系统结构示意之一。
如图1-1所示，该系统包括：输气通道101、气体驱动设备102、按级别设置的至少两个气体液化设备103、104、105，其中，所述气体驱动设备102设置在输气通道101的进气端，所述输气通道101与至少两个气体液化设备，如气体液化设备103、气体液化设备104、气体液化设备105等的进气端连通，所述至少两个气体液化设备分别配置有各自的液气储存罐，如气体液化设备的出气端与液气储存罐的进气端连通；
其中，所述气体驱动设备102，可以用于驱动气体从输气通道101的进气端进入；
所述按级别设置的至少两个气体液化设备103、104、105，可以用于按级别的顺序，对从液化设备的进气端进入的气体进行液化，液化反应得到的液态气体进入为其配置的液气储存罐；例如，如图1-1所示的气体液化设备的级别顺序从前到后可以为气体液化设备103、104、105。
且，本发明实施例所述的气体液化系统还可以包括：
气化设备106，可以用于当任意气体液化设备中的气体进行液化反应需要冷能时，对级别在所述任意气体液化设备之前或级别相同，且已经得到液态气体的气体液化设备的液气储存罐释放的液态气体进行热交换，使被释放的液态气体发生气化反应；
冷能管道107，可以用于将气化反应产生的冷能输送给所述任意气体液化设备，以便所述任意气体液化设备得到冷能对气体压缩时产生的热进行热交换，通过所述热交换使所述任意气体液化设备中的气体达到或低于该气体的液化临界温度，使气体被液化，液化反应得到的液态气体进入为所述任意气体液化设备配置的液气储存罐。
例如，可以将液气储存罐103a与冷能管道107的进气端连通，冷能管道107将冷能输送到任意气体液化设备的气缸外对其中的气体迅速降温。可以理解的是，如果仍然达不到液化的临界温度，可以再加入干冰等方式辅助降温。另外，在液态气体充足时，气化释放冷能的同时，气化所释放的动力还可以驱动发电机发电，所发电力可以为任意设备，如气体液化系统、电网供电。
需要说明的是，所述气体液化设备可以为一般的气体液化设备，本发明并不限制其具体结构。例如，所述气体液化设备可以分别有各自的气缸，这些气体液化设备可以共用一个气体压缩设备，也可以分别有各自的气体压缩设备。在气体液化设备液化气体时,可以根据进入气缸中的气体的物理属性、如液化温度、液化压力等对气体进行降温、加压使其液化。对于按级别顺序第一个液化气体的气体液化设备来说，可以适时向该气体液化设备中加入一些干冰以启动降温过程，当到达气体的液化临界温度时加压。例如，如果按级别顺序第一个液化气体的气体液化设备所液化的气体为二氧化碳气体，则可以在达到液化临界温度31摄氏度或低于该液化临界温度时加压，被液化的二氧化碳（部分可能形成干冰）进入液气储存罐。
可见，应用本发明实施例提供的系统，上一级气体液化设备液化得到的液态气体可以为下一级气体液化设备液化气体时的热交换提供足够冷能，从而逐级利用上一级液化得到的液态气体提供冷能，无需不断额外提供冷能来源，可以更加便捷、节能地进行气体液化。
其中，本发明实施例所提供的系统中的液气储存罐可以是高压密闭容器，各个设备的进气口、出气口均可以设置有安全阀，各个设备的运行状态和相关数据可以采集到中心控制台，再由中心控制台对本发明实施例所提供的系统的各个设备进行统一的控制以进行气体液化。并且，为了保证系统运行的安全，可以在系统的一些位置设置报警自动减压设备。
可以理解的是，气化反应产生的冷能在通过冷能管道107输送给气体液化设备之前，也可以暂时储存于冷能储存罐，当任意气体液化设备中的气体进行液化反应需要冷能时将冷能输送给所述任意气体液化设备。
另外，如图1-2所示，本发明实施例提供的系统还可以包括与所述气体液化设备连通的隔热管道（如图1-2所示的隔热管道103c、104c、105c），用于收集液化产生的热能并将热能输送到热能储存罐（如图1-2所示的热能储存罐103d、104d、105d）进行储存，以便在气化设备对液态气体进行热交换时提供热能。例如，在任意气体液化设备中的气体被液化过程中，液化产生的热能可以通过隔热管道收集到隔热的热能储存罐，如图1-2所示，气体液化设备103对气体液化时产生的热能可以通过隔热管道103c收集到隔热的热能储存罐103d，气体液化设备104对气体液化时产生的热能可以通过隔热管道104c收集到隔热的热能储存罐104d，气体液化设备105对气体液化时产生的热能可以通过隔热管道105c收集到隔热的热能储存罐105d，从而当气化设备106对液态气体进行热交换使其气化的过程中，可以为热交换过程提供需要的热能。例如，可以通过隔热管道将热能储存罐中的热能通过如水、空气等介质传输到气化设备中，从而减少或无需额外提供热能。在任意液气储存罐中的液态气体被气化过程中，气化产生的冷能也均可以收集到隔热的冷能储存罐中。需要说明的是，其中，冷能、热能如何收集与运输是该领域普通技术人员可以通晓的知识，本案不再专门说明。通过收集冷能以及热能，液化产生的热能和气化产生的冷能各自在系统中发挥作用，在液化和气化某一阶段进行冷热中和，提高效率。
【实施例二】
在本发明实施例一种可能的实现方式中，可以应用到风场中解决目前风能所存在并网瓶颈的问题。具体地，参见图2所示的气体液化系统结构示意图之三。
如图2所示，所述至少两个气体液化设备的液气储存罐中，至少一个液气储存罐的出气端与气化设备106连通（例如，可以如图2所示将至少两个气体液化设备的液气储存罐的出气端，如液气储存罐103a、104a、105a的出气端，均与气化设备连通，或者，将级别非排序在最前的气体液化设备的液气储存罐的出气端，如图2所示的液气储存罐104a、105a，与气化设备连通）；所述气化设备106，可以用于当风场中的风机机组对电网100的供电不足时，将与气化设备连通的任意液气储存罐中的液态气体进行气化；且还可以包括发电机111，用于受气化设备106释放的气体驱动，向所述电网100供电。例如，其中，所述气体驱动设备102具体可以用于在风场中的风力超过特定风力时，驱动气体从输气通道的进气端进入。
可见，对于风能不稳定或风机机组自身故障等问题造成的并网瓶颈问题，本发明实施例可以在风场中选定合适的用于液化空气的操作区域，在操作区域中应用本发明实施例提供的系统，利用多余的风能进行空气液化，当风能不足、停止、或风机机组一部分或全部故障时，将液态气体进行气化，释放动力驱动发电机发电向电网供电，从而延长向电网供电，减少风能变化较大较快时对电网的冲击。
需要说明的是，本发明实施例中，所述气体液化系统的电力来源可以为风场中的风机机组所发的电力，例如，可以为气体驱动设备102、气体液化设备103、104、105等提供电力，所述气体液化系统的电力来源也可以为其他能源所发电力，例如，峰谷多余电能、海洋潮汐能、地热能、太阳能等等。
例如，风场中的风机机组所发的电力为所述气体液化系统提供电力来源的具体实现方式可以有两种，一种是，风场中的风机机组按照指定功率发电，其中，指定功率为多少可以根据电网的需要设置，当风能较大超过指定功率时，可以将超出指定功率的风能集中到操作区域转化为电力作为气体液化系统的电力来源；另一种是，可以在风场中选定部分比例的风机机组，在风能较大时，将这些选定部分比例的风机机组专门为用于液化空气的气体液化系统提供电力来源。无论采取哪一种实现方式均可。并且，当风场中的风能不够持续时，还可以将断断续续的风能转化为电能储存到蓄电池中，从而当蓄电池中的电力足够启动气体液化系统时，为所述气体液化系统提供电力来源，开始进行空气液化。
需要说明的是，该实施例所述气化设备106可以包括一个或多个气化设备，例如，可以将各个气体液化设备的液气储存罐的出气端均与一个气化设备连通，再例如，可以将各个气体液化设备的液气储存罐的出气端分别与各自对应的气化设备连通，在本发明中并不进行限制。其中，本发明实施例所述的气化设备可以包含热交换器在内等必要设备。
其中，当风机机组对电网的供电不足时，具体释放哪一种液气储存罐中的气体进行发电，释放多少，可以根据实际场景下平抑电网稳定和延长发电的需要选取。在本发明中并不进行限制。并且，释放的气体驱动发电机向所述电网供电的同时，也可以与其他风机机组的风电一同输出到电网，消除风机机组的风电的变化对电网的冲击。例如，在预测即将无风时，可以释放液气储存罐中的气体驱动发动机向电网供电，从而可以在风机机组无法供电断网前，及时使电网获得电力来源使风机机组安全断网，最大程度上消除对电网的影响。在预测风力较大，风能即将超过指定功率时，开启气体驱动设备驱动空气进入输气通道，开始液化空气，将多余风能转化为液态气体进行存储。
需要说明的是，在实施例也可以结合如图1-2所示的实施例，各个气体液化设备与隔热管道连通，将液化产生的热能储存于热能储存罐，从而为气化设备气化气体时提供热能。
【实施例三】
结合上述任一可能的实施例，当所述气体为混合气体，如风场中的自然空气时，本发明实施例提供的系统可以从混合气体中分离出其中的几种单一气体，将这些单一气体分别单独进行液化。具体实现方式可以参见图3所示本发明实施例提供的气体液化系统的结构示意图之四。
如图3所示，本发明实施例提供的气体液化系统还可以包括为每个气体液化设备分别设置的用于分离出单一气体的过滤设备；
其中，所述至少两个气体液化设备按级别从前到后的顺序，从所述输气通道的进气端开始，逐个经由为其设置的过滤设备与输气通道连通，其中，气体液化设备的进气端与为其设置的过滤设备的分离口连通，各个过滤设备的进气口与输气通道连通（例如，按照级别从前到后的顺序，从输气通道101的进气端开始，气体液化设备103经由过滤设备103b与输气通道连通，气体液化设备104经由过滤设备104b与输气通道连通，气体液化设备105经由过滤设备105b与输气通道连通）；
对于从输气通道的进气端开始，与输气通道连通的第一个气体液化设备，该第一个气体液化设备的过滤设备的进气口与输气通道进气端连通，对于除了第一个气体液化设备之外的任意气体液化设备，该任意气体液化设备的过滤设备的进气口与该任意气体液化设备之前的上一气体液化设备的过滤设备的排气口通过输气通道连通（例如，第一个气体液化设备103的过滤设备103b的进气口与输气通道101进气端连通，气体液化设备104的过滤设备104b的进气口与过滤设备103b的排气口通过输气通道101连通，气体液化设备105的过滤设备105b的进气口与过滤设备104b的排气口通过输气通道101连通）；
其中，所述过滤设备，如过滤设备103b、104b、105b，用于对从过滤设备的进气口进入的气体进行过滤，分离出的单一气体从分离口进入气体液化设备，剩余气体从排气口排出。
另外，为了使进入气体液化设备的气体更加纯净，还可以在气体驱动设备的换气扇等入口处设置用于过滤沙尘等细小杂质的空气过滤装置。
例如，所述气体可以为风场中的自然空气，如图3所示，其中所述至少两个气体液化设备可以包括用于液化二氧化碳的二氧化碳液化设备103、用于液化氧气的氧气液化设备104以及用于液化氮气的氮气液化设备105，其中，二氧化碳液化设备103为从输气通道进气端开始，与输气通道连通的第一个气体液化设备，氧气液化设备104为从输气通道进气端开始，与输气通道连通的第二个气体液化设备，氮气液化设备105为从输气通道进气端开始，与输气通道连通的第三个气体液化设备。
当然，需要说明的是，本发明实施例中并不局限于这一种实现方式，各个气体液化设备用于收纳、液化哪一种单一气体均可，在本发明中并不进行限制。
在该实现方式中，例如，二氧化碳液化设备进气端设置的过滤设备103b中可以包含用于分离二氧化碳的过滤膜，氧气液化设备进气端设置的过滤设备104b中可以包含用于分离氧气的过滤膜，氮气液化设备的进气端设置的过滤设备105b中可以包含用于分离氮气的过滤膜。
例如，二氧化碳液化设备级别可以排序在所述氧气液化设备以及所述氮气液化设备的级别之前，所述氧气液化设备以及所述氮气液化设备的级别可以相同；也可以不同，例如，氧气液化设备的级别在氮气液化设备的级别之前，以便更加容易被液化的氧气在氮气之前被液化。其中，所述气化设备106，可以用于当氧气液化设备104中的气体进行液化反应需要冷能时，对二氧化碳液化设备103配置的液气储存罐103a释放的液态二氧化碳进行热交换使其发生气化反应；
所述冷能管道107，可以用于将液态二氧化碳气化产生的冷能输送给所述氧气液化设备104，以便所述氧气液化设备104得到冷能对氧气压缩时产生的热进行热交换，通过所述热交换使氧气液化设备中的氧气较快达到或低于氧气的液化临界温度，使氧气被液化，液化反应得到的液态氧进入为所述氧气液化设备104配置的液气储存罐104a；
所述气化设备106，还可以用于当二氧化碳液化设备103的液气储存罐释103a放的液态二氧化碳气化产生的冷能不足时，对已经得到液态氧的液气储存罐104a释放的部分液态氧进行热交换使其发生气化反应；
所述冷能管道107，还可以用于将液态氧气化产生的冷能输送给所述氧气液化设备104和/或氮气液化设备105，以便所述氧气液化设备104和/或氮气液化设备105得到冷能对气体压缩时产生的热进行热交换，通过所述热交换使氧气液化设备和/或氮气液化设备中的气体较快达到或低于气体的液化临界温度，使其中的气体被液化。
下面，结合上述实施例，对本发明实施例提供的系统液化二氧化碳、氧气、氮气的整个过程进行详细介绍。例如：
集中到操作区域的风电电力可以向气体驱动设备102供电以及气体液化设备103、104、105供电；
气体驱动设备102驱动空气从输气通道进气端进入，空气经过过滤设备103b过滤后，分离出的二氧化碳气体从过滤设备103b的分离口进入二氧化碳液化设备103，当二氧化碳液化设备中的二氧化碳浓度达到一定浓度时，二氧化碳液化设备103对其中的气体加压，可以在加压过程中加入适当干冰，用于启动降温过程，当二氧化碳液化设备中气体温度达到或低于二氧化碳液化的临界温度时，继续加压，二氧化碳被液化，液化后的二氧化碳进入与二氧化碳液化设备103连通的液气储存罐103a；
其中，在液化二氧化碳的过程中，如果集中到操作区域的风电电力还有剩余，可以继续作为电力来源向气体驱动设备供电以及气体液化设备供电，如果没有，还可以使用备用蓄电池接着为作为供电装置的电力来源向气体驱动设备供电以及气体液化设备供电；
从过滤设备103b的排气口排出的剩余气体进入过滤设备104b的进气口过滤，分离出的氧气气体从过滤设备104b的分离口进入氧气液化设备104。当氧气液化设备104中的氧气浓度达到一定浓度时，液气储存罐103a收集了一定浓度的液态二氧化碳之后，对二氧化碳液化设备103的液气储存罐103a释放的液态二氧化碳进行热交换，使被释放的液态二氧化碳发生气化反应，通过冷能管道107将冷能输送给氧气液化设备104，以便所述氧气液化设备104得到冷能对气体压缩时产生的热进行热交换，通过所述热交换使氧气液化设备中的氧气达到或低于氧气的液化临界温度，使氧气被液化，液化反应得到的液态氧（可能包括部分固态氧）进入液气储存罐104b；
其中，如果液态二氧化碳不足，还可以利用气化设备106将液气储存罐104b中的部分液态氧进行气化反应，通过冷能管道107将冷能输送给所述氧气液化设备104；
从过滤设备104b的排气口排出的剩余气体进入过滤设备105b的进气口过滤，分离出的氮气气体从过滤设备105b的分离口进入氮气液化设备105。当氮气液化设备105中的氮气浓度达到一定浓度时，液气储存罐103a或液气储存罐104a有一定的液态气体时，对氮气液化设备105中的气体进行液化，对液气储存罐103a或液气储存罐104a释放的液态气体进行热交换，使被释放的液态气体发生气化反应，通过冷能管道107将冷能输送给氮气液化设备105，以便所述氮气液化设备105得到冷能对气体压缩时产生的热进行热交换，通过所述热交换使氮气液化设备中的氮气较快达到或低于临界温度，使氮气被液化，液化反应得到的液态氮（一部分可能出现固态氮）进入液气储存罐105a。
需要说明的是，在对液态二氧化碳、液态氧进行气化时，如果液态气体充足，还可以使发电机111受气化设备106释放的气体驱动向气体驱动设备102和/或气体液化设备103、104、105供电，需要说明的是，发电机111还可以向本发明实施例提供的系统中的任意设备提供电力，或同时向电网供电，在本发明中并不进行限制。
当然，在本发明实施例中，并不仅限于设置三个气体液化设备，还可以设置更多气体液化设备，并不仅限于液化二氧化碳、氮气、氧气，例如，还可以用于液化氨气等等。液化过程中产生的液态气体可以为单纯的液态气体，也可以为混合液态气体，在本发明中并不进行限制。
例如，在该实现方式中，可以释放液气储存罐中的部分液态氧、和/或释放气化液化储存罐中的部分液态氮，利用气化设备对释放的液态氧和/或液态氮进行气化反应，利用气化反应释放的动力驱动发电机发电，所发电力还可以继续用于向本发明实施例的气体液化系统供电，使该系统继续进行气体液化，从而周而复始不断产生液态氧和液态氮等工业品。当然整个过程可以包括人为调控和管理。本发明中并不进行限制。
需要说明的是，在实施例也可以结合如图1-2所示的实施例，各个气体液化设备与隔热管道连通，将液化产生的热能储存于热能储存罐，从而为气化设备气体时提供热能。
【实施例四】
结合上述任一可能的实施例，液态气体气化发电后形成高压气体发电后一部分可以自然排放到周围空间，另一部分则可以通过气体回收设备例如吸风机等回收，再通过与气体回收设备配套的气体回收管道输送回气体液化设备，经过液化再次形成液态气体。例如，具体实现方式可以参见图4所示本发明实施例提供的气体液化系统的结构示意图之五。
如图4所示，所述气化设备106的出气端还可以与气体回收设备109的进气端连通，所述气体回收设备109，用于回收气化设备106排放的气体，通过气体回收管道110将回收的气体输送到所述至少两个气体液化设备中的一个或多个气体液化设备的进气端，以使被排放的气体尽可能多地重新回到气体液化设备进行液化。
例如，如果每个气体液化设备各用于收纳、液化不同的单一气体，则可以将每个液气储存罐都对应连通一个气化设备，相应地，每个气化设备的出气端均可以与一个独立的气体回收设备连通，该独立的气体回收设备配套的气体回收管道的出气端可以直接与对应收纳、液化相同气体的气体液化设备相连通，从而被排放的单一气体可以重新回到气体液化设备进行液化，减少了对过滤设备的损耗。其中，气体回收设备例如可以包含真空抽气泵等必要的装置，气体回收管道对气体的回收可以通过有关控制设备对回收管道的阀门等相关部件的控制进行气体回收的自动控制，本发明不再详细赘述。
本领域技术人员可以理解的是，液气储存罐可以为能够被拆卸的密闭容器，储存了液态气体的液气储存罐可以作为单独的产品进行出售。还可以专门配置具有安全设备的储存库，用于存放液气储存罐。气体液化设备的气缸的大小根据实际需要确定，本发明中并不限制。存储液态气体的液气储存罐的大小、个数、容器材质可以根据实际需要确定。例如，液气储存罐可以为钢铁储存罐，或者，可以为混凝土浇筑储存罐，可以设置在地上，也可以在半地下或地下等，本发明中不进行限制。另外，气化设备106气化液态气体时释放的动力还可以作为其他设备的动力来源，例如，可以作为动力来源驱动挖掘设备挖掘煤矿、驱动交通运输工具等。
需要说明的是，在实施例也可以结合如图1-2所示的实施例，各个气体液化设备与隔热管道连通，将液化产生的热能储存于热能储存罐，从而为气化设备气化气体时提供热能。
【实施例五】
与上述气体液化系统相应地，本发明实施例还提供一种气体液化方法。该方法可以应用于包括输气通道、气体驱动设备、以及按级别设置的至少两个气体液化设备的气体液化系统。例如，参照图5，图5为本发明实施例提供的一种气体液化方法流程示意之一。该如图5所示，所述方法可以包括：
S510、将气体驱动设备设置在输气通道的进气端，将输气通道与至少两个气体液化设备的进气端连通，为所述至少两个气体液化设备分别配置各自的液气储存罐；
S520、采用气体驱动设备驱动气体从输气通道的进气端进入；
S530、采用所述按级别设置的至少两个气体液化设备，按级别的顺序，对从液化设备的进气端进入的气体进行液化，液化反应得到的液态气体进入为其配置的指定液气储存罐；
S540、当任意气体液化设备中的气体进行液化反应需要冷能时，采用气化设备对级别在所述任意气体液化设备之前或级别相同、且已经得到液态气体的气体液化设备的液气储存罐释放的液态气体进行热交换，使被释放的液态气体发生气化反应；
S550、通过冷能管道将气化反应产生的冷能输送给所述任意气体液化设备，以便所述任意气体液化设备得到冷能对气体压缩时产生的热进行热交换，通过所述热交换使所述任意气体液化设备中的气体达到或低于该气体的液化临界温度，使气体被液化，液化反应得到的液态气体进入为所述任意气体液化设备配置的液气储存罐。
需要说明的是，所述气体液化设备可以为一般的气体液化设备，本发明并不限制其具体结构。例如，所述气体液化设备可以分别有各自的气缸，这些气缸可以共用一个气体压缩设备，也可以分别有各自的气体压缩设备。在气体液化设备液化气体时,可以根据进入气缸中的气体的物理属性、如液化温度、液化压力等对气体进行降温、加压使其液化。对于按级别顺序第一个液化气体的气体液化设备来说，可以适时向该气体液化设备中加入一些干冰以启动降温过程，当到达或低于气体的液化临界温度时加压。例如，如果按级别顺序第一个液化气体的气体液化设备所液化的气体为二氧化碳气体，则可以在达到液化临界温度31摄氏度或低于该液化临界温度时加压，被液化的二氧化碳（部分可能形成干冰）进入液气储存罐。
可见，应用本发明实施例提供的方法，可以由上一级气体液化设备液化得到的液态气体为下一级气体液化设备液化气体时的热交换提供足够冷能，从而逐级利用上一级液化得到的液态气体提供冷能，无需不断额外提供冷能来源，可以更加便捷、节能地进行气体液化。
可以理解的是，气化反应产生的冷能在通过冷能管道107输送给气体液化设备之前，也可以暂时储存于冷能储存罐，当任意气体液化设备中的气体进行液化反应需要冷能时将冷能输送给所述任意气体液化设备。
另外，本发明实施例提供的方法还可以将所述气体液化设备与隔热管道连通，利用隔热管道收集液化产生的热能并将热能输送到热能储存罐进行储存，以便在气化设备对液态气体进行热交换时提供热能。例如，可以通过隔热管道将热能储存罐中的热能通过如水、空气等介质传输到气化设备中，从而减少或无需额外提供热能。
【实施例六】
在本发明实施例一种可能的实现方式中，可以应用到风场中解决目前风能所存在并网瓶颈的问题。具体地，例如：
可以将所述至少两个气体液化设备的液气储存罐中，至少一个液气储存罐的出气端与气化设备连通（例如，可以将至少两个气体液化设备的液气储存罐的出气端均与气化设备连通，或者，将级别非排序在最前的气体液化设备的液气储存罐的出气端与气化设备连通）；当风场中的风机机组对电网的供电不足时，将与气化设备连通的任意液气储存罐中的液态气体进入气化设备进行气化；利用气化设备释放的气体驱动发电机向所述电网供电。
可见，对于风能不稳定或风机机组自身故障等问题造成的并网瓶颈问题，本发明实施例可以在风场中选定合适的用于液化空气的操作区域，在操作区域中应用本发明实施例提供的系统，利用多余的风能进行空气液化，当风能不足、停止、或风机机组一部分或全部故障时，将液态气体进行气化，释放动力驱动发电机发电向电网供电，从而延长向电网供电，减少风能变化较大较快时对电网的冲击。
例如，风场中的风机机组所发的电力为所述气体液化系统提供电力来源的具体实现方式可以有两种，一种是，风场中的风机机组按照指定功率发电，其中，指定功率为多少可以根据电网的需要设置，当风能较大超过指定功率时，可以将超出指定功率的风能集中到操作区域转化为电力作为气体液化系统的电力来源；另一种是，可以在风场中选定部分比例的风机机组，在风能较大时，将这些选定部分比例的风机机组专门为用于液化空气的气体液化系统提供电力来源。无论采取哪一种实现方式均可。并且，当风场中的风能不够持续时，还可以将断断续续的风能转化为电能储存到蓄电池中，从而当蓄电池中的电力足够启动气体液化系统时，为所述气体液化系统提供电力来源，开始进行空气液化。
需要说明的是，该实施例所述气化设备可以包括一个或多个气化设备，例如，可以将各个气体液化设备的液气储存罐的出气端均与一个气化设备连通，再例如，可以将各个气体液化设备的液气储存罐的出气端分别与各自对应的气化设备连通，在本发明中并不进行限制。其中，本发明实施例所述的气化设备可以包含热交换器在内等必要设备。
其中，当风机机组对电网的供电不足时，具体释放哪一种液气储存罐中的气体，释放多少，可以根据实际场景下平抑电网稳定和延长发电的需要选取。在本发明中并不进行限制。并且，释放的气体驱动发电机向所述电网供电的同时，也可以与其他风机机组的风电一同输出到电网，消除风机机组的风电的变化对电网的冲击。例如，在预测即将无风时，可以释放液气储存罐中的气体驱动发动机向电网供电，从而可以在风机机组无法供电断网前，及时使电网获得电力来源使风机机组安全断网，最大程度上消除对电网的影响。在预测风力较大，风能即将超过指定功率时，开启气体驱动设备驱动空气进入输气通道，开始液化空气，将多余风能转化为液态气体进行存储。
【实施例七】
结合上述任一可能的实施例，当所述气体为混合气体，如风场中的自然空气时，本发明实施例提供的系统可以从混合气体中分离出其中的几种单一气体，将这些单一气体分别单独进行液化。具体地，例如：
可以为每个气体液化设备分别设置用于分离出单一气体的过滤设备；
将所述至少两个气体液化设备按级别从前到后的顺序，从所述输气通道的进气端开始，逐个经由为其设置的过滤设备与输气通道连通，其中，气体液化设备的进气端与为其设置的过滤设备的分离口连通，各个过滤设备分别的进气口与输气通道连通；
对于从输气通道的进气端开始，与输气通道连通的第一个气体液化设备，将该第一个气体液化设备的过滤设备的进气口与输气通道进气端连通，对于除了第一个气体液化设备之外的任意气体液化设备，将该任意气体液化设备的过滤设备的进气口与该任意气体液化设备之前的上一气体液化设备的过滤设备的排气口通过输气通道连通；
利用过滤设备，对从过滤设备的进气口进入的气体进行过滤，分离出的单一气体从分离口进入气体液化设备，剩余气体从排气口排出。
例如，所述气体可以为风场中的自然空气。所述至少两个气体液化设备可以包括用于液化二氧化碳的二氧化碳液化设备、用于液化氧气的氧气液化设备以及用于液化二氮气的氮气液化设备，其中，二氧化碳液化设备为从输气通道进气端开始，与输气通道连通的第一个气体液化设备，氧气液化设备为从输气通道进气端开始，与输气通道连通的第二个气体液化设备，氮气液化设备为从输气通道进气端开始，与输气通道连通的第三个气体液化设备。
在该实现方式中，例如，二氧化碳液化设备进气端设置的过滤设备中可以包含用于分离二氧化碳的过滤膜，氧气液化设备进气端设置的过滤设备中可以包含用于分离氧气的过滤膜，氮气液化设备的进气端设置的过滤设备中可以包含用于分离氮气的过滤膜。
例如，所述二氧化碳液化设备级别可以排序在所述氧气液化设备以及所述氮气液化设备的级别之前，所述氧气液化设备以及所述氮气液化设备的级别可以相同；也可以不同，例如，氧气液化设备的级别在氮气液化设备的级别之前，以便氧气在氮气之前被液化。
当氧气液化设备中的气体进行液化反应需要冷能时，采用气化设备对二氧化碳液化设备配置的液气储存罐释放的液态二氧化碳进行热交换使其发生气化反应；
通过冷能管道将液态二氧化碳气化产生的冷能输送给氧气液化设备，以便所述氧气液化设备得到冷能对氧气压缩时产生的热进行热交换，通过所述热交换使氧气液化设备中的氧气较快达到或低于氧气的液化临界温度，使氧气被液化，液化反应得到的液态氧进入为所述氧气液化设备配置的液气储存罐；
当二氧化碳液化设备的液气储存罐释放的液态二氧化碳气化产生的冷能不足时，采用气化设备对已经得到液氧的液气储存罐释放的部分液态氧进行热交换使其发生气化反应；
通过冷能管道将液态氧气化产生的冷能输送给氧气液化设备和/或氮气液化设备，以便所述氧气液化设备和/或氮气液化设备得到冷能对气体压缩时产生的热进行热交换，通过所述热交换使氧气液化设备和/或氮气液化设备中的气体较快达到或低于气体的液化临界温度，使其中的气体被液化。
当然，在本发明实施例中，并不仅限于设置三个气体液化设备，还可以设置更多气体液化设备，并不仅限于液化二氧化碳、氮气、氧气，例如，还可以用于液化氨气等等。液化过程中产生的液态气体可以为单纯的液态气体，也可以为混合液态气体，在本发明中并不进行限制。
【实施例八】
结合上述任一可能的实施例，液态气体气化发电后形成高压气体发电后一部分可以自然排放到周围空间，另一部分则可以通过气体回收设备回收，再通过与气体回收设备配套的气体回收管道输送回气体液化设备，经过液化再次形成液态气体。例如，还可以还将所述气化设备的出气端与气体回收设备的进气端连通，利用气体回收设备回收气化设备排放的气体，通过气体回收管道将回收的气体输送到所述至少两个气体液化设备中的一个或多个气体液化设备的进气端；以使被排放的气体尽可能多地重新回到气体液化设备进行液化。
例如，如果每个气体液化设备各用于收纳、液化不同的单一气体，则可以将每个液气储存罐都对应连通一个气化设备，相应地，每个气化设备的出气端均可以与一个独立的气体回收设备连通，该独立的气体回收设备配套的气体回收管道的出气端可以直接与对应收纳、液化相同气体的气体液化设备相连通，从而被排放的单一气体可以直接重新回到气体液化设备进行液化，减少了对过滤设备的损耗。
本领域技术人员可以理解的是，液气储存罐可以为能够被拆卸的密闭容器，储存了液态气体的液气储存罐可以作为单独的产品进行出售。还可以专门配置具有安全设备的储存库，用于存放液气储存罐。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (14)

1.一种气体液化系统，其特征在于，包括：输气通道、气体驱动设备、按级别设置的至少两个气体液化设备，其中，所述气体驱动设备设置在输气通道的进气端，所述输气通道与至少两个气体液化设备的进气端连通，所述至少两个气体液化设备分别配置有各自的液气储存罐；
其中，所述气体驱动设备，用于驱动气体从输气通道的进气端进入；
所述按级别设置的至少两个气体液化设备，用于按级别的顺序，对从液化设备的进气端进入的气体进行液化，液化反应得到的液态气体进入为其配置的液气储存罐；
还包括：
气化设备，用于当任意气体液化设备中的气体进行液化反应需要冷能时，对级别在所述任意气体液化设备之前或级别相同、且已经得到液态气体的气体液化设备的液气储存罐释放的液态气体进行热交换，使被释放的液态气体发生气化反应而产生冷能；
冷能管道，用于将气化反应产生的冷能输送给所述任意气体液化设备，以便所述任意气体液化设备得到冷能对气体压缩时产生的热进行热交换，通过所述热交换使所述任意气体液化设备中的气体达到或低于该气体的液化临界温度，使气体被液化，液化反应得到的液态气体进入为所述任意气体液化设备配置的液气储存罐。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少两个气体液化设备的液气储存罐中，至少一个液气储存罐的出气端与气化设备连通；
所述气化设备，还用于当风场中的风机机组对电网的供电不足时，将与气化设备连通的任意液气储存罐中的液态气体进行气化；
还包括发电机，用于受气化设备释放的气体驱动，向所述电网供电。
3.根据权利要求1或2任一项所述的系统，其特征在于，还包括：与所述气体液化设备连通的隔热管道，用于收集液化产生的热能并将热能输送到热能储存罐进行储存，以便在气化设备对液态气体进行热交换时提供热能。
4.根据权利要求1或2任一项所述的系统，其特征在于，还包括：为每个气体液化设备分别设置的用于分离出单一气体的过滤设备；
其中，所述至少两个气体液化设备按级别从前到后的顺序，从所述输气通道的进气端开始，逐个经由为其设置的过滤设备与输气通道连通，其中，气体液化设备的进气端与为其设置的过滤设备的分离口连通，各个过滤设备的进气口与输气通道连通；
对于从输气通道的进气端开始，与输气通道连通的第一个气体液化设备，该第一个气体液化设备的过滤设备的进气口与输气通道进气端连通，对于除了第一个气体液化设备之外的任意气体液化设备，该任意气体液化设备的过滤设备的进气口与该任意气体液化设备之前的上一气体液化设备的过滤设备的排气口通过输气通道连通；
其中，所述过滤设备，用于对从进气口进入的气体进行过滤，分离出的单一气体从分离口进入气体液化设备，剩余气体从排气口排出。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述气体为风场中的自然空气；
所述至少两个气体液化设备包括用于液化二氧化碳的二氧化碳液化设备、用于液化氧气的氧气液化设备以及用于液化氮气的氮气液化设备，其中，二氧化碳液化设备为从输气通道进气端开始，与输气通道连通的第一个气体液化设备，氧气液化设备为从输气通道进气端开始，与输气通道连通的第二个气体液化设备，氮气液化设备为从输气通道进气端开始，与输气通道连通的第三个气体液化设备。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述二氧化碳液化设备级别排序在所述氧气液化设备以及所述氮气液化设备的级别之前，所述氧气液化设备级别排序在所述氮气液化设备的级别之前；
所述气化设备，用于当氧气液化设备中的气体进行液化反应需要冷能时，对二氧化碳液化设备配置的液气储存罐释放的液态二氧化碳进行热交换使其发生气化反应；
所述冷能管道，用于将液态二氧化碳气化产生的冷能输送给所述氧气液化设备，以便所述氧气液化设备得到冷能对氧气压缩时产生的热进行热交换，通过所述热交换使氧气液化设备中的氧气达到或低于氧气的液化临界温度，使氧气被液化，液化反应得到的液态氧进入为所述氧气液化设备配置的液气储存罐；
所述气化设备，还用于当二氧化碳液化设备的液气储存罐释放的液态二氧化碳气化产生的冷能不足时，对已得到液态氧的液气储存罐释放的液态氧进行热交换使其发生气化反应；
所述冷能管道，还用于将液态氧气化产生的冷能输送给所述氧气液化设备和/或氮气液化设备，以便所述氧气液化设备和/或氮气液化设备得到冷能对气体压缩时产生的热进行热交换，通过所述热交换使氧气液化设备和/或氮气液化设备中的气体达到或低于气体的液化临界温度，使气体被液化。
7.根据权利要求1或2任一项所述的系统，其特征在于，所述气化设备的出气端还与气体回收设备的进气端连通，所述气体回收设备，用于回收气化设备排放的气体，通过回收管道将回收的气体输送到所述至少两个气体液化设备中的一个或多个气体液化设备的进气端，以使被排放的气体重新回到气体液化设备进行液化。
8.一种气体液化方法，应用于包括输气通道、气体驱动设备、以及按级别设置的至少两个气体液化设备的气体液化系统，其特征在于，所述方法包括：
将气体驱动设备设置在输气通道的进气端，将输气通道与至少两个气体液化设备的进气端连通，为所述至少两个气体液化设备分别配置各自的液气储存罐；
采用气体驱动设备驱动气体从输气通道的进气端进入；
采用所述按级别设置的至少两个气体液化设备，按级别的顺序，对从液化设备的进气端进入的气体进行液化，液化反应得到的液态气体进入为其配置的指定液气储存罐；
当任意气体液化设备中的气体进行液化反应需要冷能时，采用气化设备对级别在所述任意气体液化设备之前或级别相同、且已经得到液态气体的气体液化设备的液气储存罐释放的液态气体进行热交换，使被释放的液态气体发生气化反应而产生冷能；
通过冷能管道将气化反应产生的冷能输送给所述任意气体液化设备，以便所述任意气体液化设备得到冷能对气体压缩时产生的热进行热交换，通过所述热交换使所述任意气体液化设备中的气体达到或低于该气体的液化临界温度，使气体被液化，液化反应得到的液态气体进入为所述任意气体液化设备配置的液气储存罐。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，将所述至少两个气体液化设备的液气储存罐中，至少一个液气储存罐的出气端与气化设备连通；
当风场中的风机机组对电网的供电不足时，将与气化设备连通的任意液气储存罐中的液态气体进入气化设备进行气化；
利用气化设备释放的气体驱动发电机向所述电网供电。
10.根据权利要求8或9任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
将所述气体液化设备与隔热管道连通；
利用隔热管道收集液化产生的热能并将热能输送到热能储存罐进行储存，以便在气化设备对液态气体进行热交换时提供热能。
11.根据权利要求8或9任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
为每个气体液化设备分别设置用于分离出单一气体的过滤设备；
将所述至少两个气体液化设备按级别从前到后的顺序，从所述输气通道的进气端开始，逐个经由为其设置的过滤设备与输气通道连通，其中，气体液化设备的进气端与为其设置的过滤设备的分离口连通，各个过滤设备分别的进气口与输气通道连通；
对于从输气通道的进气端开始，与输气通道连通的第一个气体液化设备，将该第一个气体液化设备的过滤设备的进气口与输气通道进气端连通，对于除了第一个气体液化设备之外的任意气体液化设备，将该任意气体液化设备的过滤设备的进气口与该任意气体液化设备之前的上一气体液化设备的过滤设备的排气口通过输气通道连通；
利用过滤设备，对从过滤设备的进气口进入的气体进行过滤，分离出的单一气体从分离口进入气体液化设备，剩余气体从排气口排出。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述气体为风场中的自然空气；
所述至少两个气体液化设备包括用于液化二氧化碳的二氧化碳液化设备、用于液化氧气的氧气液化设备以及用于液化二氮气的氮气液化设备，其中，二氧化碳液化设备为从输气通道进气端开始，与输气通道连通的第一个气体液化设备，氧气液化设备为从输气通道进气端开始，与输气通道连通的第二个气体液化设备，氮气液化设备为从输气通道进气端开始，与输气通道连通的第三个气体液化设备。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述二氧化碳液化设备级别排序在所述氧气液化设备以及所述氮气液化设备的级别之前，所述氧气液化设备级别排序在所述氮气液化设备的级别之前；
当氧气液化设备中的气体进行液化反应需要冷能时，采用气化设备对二氧化碳液化设备配置的液气储存罐释放的液态二氧化碳进行热交换使其发生气化反应；
通过冷能管道将液态二氧化碳气化产生的冷能输送给氧气液化设备，以便所述氧气液化设备得到冷能对氧气压缩时产生的热进行热交换，通过所述热交换使氧气液化设备中的氧气达到或低于氧气的液化临界温度，使氧气被液化，液化反应得到的液态氧进入为所述氧气液化设备配置的液气储存罐；
当二氧化碳液化设备的液气储存罐释放的液态二氧化碳气化产生的冷能不足时，采用气化设备对已得到液态氧的液气储存罐释放的液态氧进行热交换使其发生气化反应；
通过冷能管道将液态氧气化产生的冷能输送给氧气液化设备和/或氮气液化设备，以便所述氧气液化设备和/或氮气液化设备得到冷能对气体压缩时产生的热进行热交换，通过所述热交换使氧气液化设备和/或氮气液化设备中的气体达到或低于气体的液化临界温度，使气体被液化。
14.根据权利要求8或9任一项所述的方法，其特征在于，还将所述气化设备的出气端与气体回收设备的进气端连通；
利用气体回收设备回收气化设备排放的气体，通过回收管道将回收的气体输送到所述至少两个气体液化设备中的一个或多个气体液化设备的进气端，以使被排放的气体重新回到气体液化设备进行液化。
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