CN110160315A - 一种利用夜间廉价电力的液体空分装置及生产方法 - Google Patents

一种利用夜间廉价电力的液体空分装置及生产方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110160315A
CN110160315A CN201910510281.8A CN201910510281A CN110160315A CN 110160315 A CN110160315 A CN 110160315A CN 201910510281 A CN201910510281 A CN 201910510281A CN 110160315 A CN110160315 A CN 110160315A
Authority
CN
China
Prior art keywords
liquid
heat exchanger
liquefaction
nitrogen
outlet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910510281.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110160315B (zh
Inventor
兰文旭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN201910510281.8A priority Critical patent/CN110160315B/zh
Publication of CN110160315A publication Critical patent/CN110160315A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110160315B publication Critical patent/CN110160315B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04406—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
    • F25J3/04412—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0012—Primary atmospheric gases, e.g. air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0012—Primary atmospheric gases, e.g. air
    • F25J1/0015—Nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
    • F25J1/0262—Details of the cold heat exchange system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04048—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of cold gaseous streams, e.g. intermediate or oxygen enriched (waste) streams
    • F25J3/04054—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of cold gaseous streams, e.g. intermediate or oxygen enriched (waste) streams of air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04187—Cooling of the purified feed air by recuperative heat-exchange; Heat-exchange with product streams
    • F25J3/04218—Parallel arrangement of the main heat exchange line in cores having different functions, e.g. in low pressure and high pressure cores
    • F25J3/04224—Cores associated with a liquefaction or refrigeration cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04278—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using external refrigeration units, e.g. closed mechanical or regenerative refrigeration units
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04333—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/04351—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen
    • F25J3/04357—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen and comprising a gas work expansion loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04375—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc.
    • F25J3/04393—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc. using multiple or multistage gas work expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04472—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using the cold from cryogenic liquids produced within the air fractionation unit and stored in internal or intermediate storages
    • F25J3/04496—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using the cold from cryogenic liquids produced within the air fractionation unit and stored in internal or intermediate storages for compensating variable air feed or variable product demand by alternating between periods of liquid storage and liquid assist
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/40—Air or oxygen enriched air, i.e. generally less than 30mol% of O2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/42—Nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/42—Nitrogen or special cases, e.g. multiple or low purity N2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/50—Oxygen or special cases, e.g. isotope-mixtures or low purity O2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/12—External refrigeration with liquid vaporising loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/60—Closed external refrigeration cycle with single component refrigerant [SCR], e.g. C1-, C2- or C3-hydrocarbons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/66—Closed external refrigeration cycle with multi component refrigerant [MCR], e.g. mixture of hydrocarbons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration
    • F25J2270/906—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration by heat driven absorption chillers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

本发明公开了一种利用夜间廉价电力的液体空分装置及生产方法，属于气体深冷液化领域，本发明将全液体空分装置分为恒定运行空分系统、变负荷或间断运行液化系统及低温贮液系统三个独立系统，向变负荷或间断运行液化系统提供污氮气并液化为低温液体，储存在低温贮液系统中；低温贮液系统用于向下塔提供低温液体。本发明提供一种利用夜间廉价电力的液体空分装置及生产方法，循环利用回收上塔排出的废氮气，且在波谷电价及平价电时段满负荷大量生产液氮，高峰及尖峰时段减负荷或停运的方式，达到利用夜间廉价电力降低液体空分装置生产电费的目的。

Description

一种利用夜间廉价电力的液体空分装置及生产方法
技术领域
本发明属于气体深冷液化领域，具体地说涉及一种利用夜间廉价电力的液体空分装置及生产方法。
背景技术
将气体进行深冷液化得到的液体产品(液氧、液氮、液氩、液氢和LNG等)的体积小，便于贮存及运输、辐射区域广，同时液氢、LNG等作为汽车燃料时行驶里程更长。因此，生产液体产品的液化装置在工业上具有非常重要的作用，特别是生产主要工业气体的液氧、液氮、液氩的全液体空分有广泛的市场前景。
全液体空分装置的主要生产成本就是电费，而随着深冷液化技术的进步，降低电耗的潜力越来越小。因此全液体空分的生产成本居高不下。在波谷电价及平价电时段满负荷大量生产液氮，高峰及尖峰时段减负荷或停运的方式，即可达到利用夜间廉价电力降低液体空分装置生产电费的目的。现有的利用夜间电力空分技术制取纯液氮送入空分系统上塔，低温贮液系统与产品液氮贮存共用，该方式存在制取纯液氮将带来纯氮气经氮压机压缩后易被污染因而会影响产品液氮纯度的问题；此外上塔压力较低相应制取并输送到上塔的液氮温度较低，氮气液化系统能耗高且不宜采用能耗更低的等焓膨胀液化流程；液氮产品从蓄冷用的液氮罐产出，产品液氮充装槽车时压力波动容易影响空分系统稳定运行。本发明采取了不适合间断运行或负荷调节能力较差的含有精馏塔的空分系统连续稳定运行，而耗电量较大的液化系统变负荷或间断运行的技术方案，既保证了系统的稳定性和易操作性，同时又利用夜间廉价电力节省了电费。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足之处提供一种利用夜间廉价电力的液体空分装置及生产方法，拟解决现有空分装置生产成本高的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种利用夜间廉价电力的液体空分装置，包括恒定运行空分系统、变负荷或间断运行液化系统和低温贮液系统；所述恒定运行空分系统包括下塔、上塔、主冷凝蒸发器、液氮分离器、节流阀一和节流阀三；所述下塔从上到下至少包括氮气出口、第一回流液进口、低温液体进口、压缩冷却净化空气进口和富氧液空出口；所述主冷凝蒸发器设于上塔底部，包括氮气进口和液氮出口；所述上塔从上到下至少包括污氮气出口、液氮进口、富氧液空进口和液氧出口；所述低温贮液系统用于向低温液体进口提供低温液体；所述富氧液空出口、节流阀三和富氧液空进口通过管路依次连通；所述氮气出口通过管路与氮气进口连通；所述液氮出口通过管路分别与第一回流液进口和节流阀一连通；所述节流阀一通过管路与液氮分离器连通；所述液氮分离器分出三个支路，分别通向液氮进口、污氮气出口和液氮产品输出端；所述污氮气出口一部分排出污氮气，另一部分可通向变负荷或间断运行液化系统；所述变负荷或间断运行液化系统用于将污氮气和/或净化空气液化为低温液体，储存在低温贮液系统中。由上述结构可知，恒定运行空分系统用于生产液氮和液氧，还排放出污氮气，污氮气可供给变负荷或间断运行液化系统生产低温液体，循环利用排出的废气；所述低温贮液系统用于向低温液体进口提供低温液体；低温液体进口在下塔中部，所述下塔从上到下至少包括氮气出口、第一回流液进口、低温液体进口、压缩冷却净化空气进口和富氧液空出口；所述液氮分离器分出三个支路，分别通向液氮进口、污氮气出口和液氮产品输出端，液氮分离器在上塔的上部，依靠其高度产品液氮可自流到产品液氮贮罐中；污氮气出口位于上塔最高处，排出的污氮气被送入变负荷或间断运行液化系统及空气纯化器。
进一步的，所述下塔还包括低温液体第二进口；所述低温液体第二进口高度位于低温液体进口和压缩冷却净化空气进口之间；所述低温贮液系统可选择地向低温液体进口或低温液体第二进口提供低温液体。由上述结构可知，当低温液体为液空时，通过低温液体第二进口进入下塔；由于液空中含氧量较高，所以选择比低温液体进口低些的位置。
进一步的，所述变负荷或间断运行液化系统包括气体压缩机组、气体压缩机组出口通道、液化换热器、节流阀二、混合制冷剂压缩机组、混合制冷剂压缩机组出口通道、混合制冷剂压缩机组进口通道和第一冷剂节流阀；所述气体压缩机组进口可接收污氮气和/或净化空气，出口则通过气体压缩机组出口通道与节流阀二连通；所述节流阀二通向低温贮液系统；所述混合制冷剂压缩机组、混合制冷剂压缩机组出口通道、第一冷剂节流阀和混合制冷剂压缩机组进口通道形成闭环；所述液化换热器设有气体压缩机组出口通道的换热通道、混合制冷剂压缩机组出口通道的换热通道和混合制冷剂压缩机组进口通道的换热通道，用于热交换。所述的混合制冷剂为氮气、甲烷、乙烯、丙烷、异丁烷、异戊烷中的一种或多种混合，所述的液化温度为-165℃～-180℃。
进一步的，所述变负荷或间断运行液化系统还包括预冷换热器、预冷机组、预冷机组出口通道、预冷机组进口通道和第二冷剂节流阀；所述预冷机组、预冷机组出口通道、第二冷剂节流阀和预冷机组进口通道形成闭环；所述预冷换热器设有气体压缩机组出口通道的换热通道、混合制冷剂压缩机组出口通道的换热通道和预冷机组进口通道的换热通道，用于热交换；所述预冷换热器位置设于液化换热器之前。所述的预冷机组可以是纯工质预冷机组、混合工质预冷机组或吸收式冷水机组。预冷机组预冷温度为15～-90℃。
进一步的，所述低温贮液系统包括储罐；所述储罐从上到下至少包括出气口、进液口和出液口；所述进液口通过管路与节流阀二连通；所述出液口用于向下塔提供低温液体；所述出气口上设有低温出气管；所述低温出气管依次连接液化换热器、预冷换热器后通向气体压缩机组进口。所述的储罐工作压力为0.55MPa表压～1.2MPa表压。
进一步的，所述变负荷或间断运行液化系统包括气体压缩机组、第一管路、循环气体压缩机组、第二管路、中温增压-膨胀机组、低温增压-膨胀机组、第三管路、第一液化换热器、第二液化换热器、第三液化换热器、第四管路、第五管路、第六管路、第七管路和节流阀二；所述低温贮液系统包括储罐；所述储罐从上到下至少包括出气口、进液口和出液口；所述进液口通过管路与节流阀二连通；所述出液口用于向下塔提供低温液体；所述出气口上设有低温出气管；所述低温出气管依次连接第三液化换热器、第二液化换热器、第一液化换热器后通向第一管路；所述气体压缩机组进口可接收污氮气和/或净化空气；所述气体压缩机组、第一管路、循环气体压缩机组、第二管路、中温增压-膨胀机组的增压端、低温增压-膨胀机组的增压端、第三管路和节流阀二依次连通；所述第三管路依次连接第一液化换热器、第二液化换热器和第三液化换热器；所述第二管路上分出第四管路，所述第四管路连接第一液化换热器至中温增压-膨胀机组的膨胀端进口；所述中温增压-膨胀机组的膨胀端出口通过第五管路通向位于第一液化换热器和第二液化换热器之间的低温出气管；所述位于第二液化换热器和第三液化换热器之间的第三管路分出第六管路通向低温增压-膨胀机组的膨胀端进口；所述低温增压-膨胀机组的膨胀端出口通过第七管路通向位于至第三液化换热器的低温出气管。
进一步的，所述恒定运行空分系统还包括原料空气压缩机组、空气预冷器、空气纯化器、主换热器和空气纯化器出口通道；所述原料空气压缩机组、空气预冷器、空气纯化器和空气纯化器出口通道依次连通，空气纯化器出口通道连至压缩冷却净化空气进口；所述污氮气出口通过污氮气出口通道连至气体压缩机组进口；所述主换热器设有空气纯化器出口通道的换热通道和污氮气出口通道的换热通道，用于热交换。
进一步的，所述恒定运行空分系统还包括过冷器；所述液氮出口至节流阀一的管路、富氧液空出口至节流阀三的管路、液氧出口输出液氧的管路和污氮气出口通道均在过冷器内设有换热通道，用于热交换。
一种利用夜间廉价电力的液体空分生产方法，采用权利要求所述的一种利用夜间廉价电力的液体空分装置，包括恒定运行空分步骤、变负荷或间断运行液化步骤和低温贮液步骤；恒定运行空分步骤为：原料空气经原料空气压缩机组压缩后，进入空气预冷器冷却，之后进入空气纯化器脱除其中易冻堵杂质后，进入主换热器被冷却至饱和温度，再从压缩冷却净化空气进口进入到下塔；所述低温贮液系统提供低温液体从低温液体进口进入到下塔，作为下塔的回流液之一，原料空气在下塔中经初次精馏被分离成氮气及富氧液空；氮气从氮气出口通向氮气进口进入主冷凝蒸发器被冷凝成液氮，液氮从液氮出口一部分流向第一回流液进口作为回流液回到下塔，另一部分经过过冷器过冷后经节流阀一进入液氮分离器；液氮分离器分出三个支路，一支路将氮气通向污氮气出口，一支路将液氮作为产品送至液氮产品输出端，一支路将液氮送至液氮进口进入上塔，作为上塔的回流液；下塔底部富氧液空从富氧液空出口流出，进入过冷器过冷后，经节流阀三减压从富氧液空进口送入上塔参加精馏，上塔底部获得液氧产品从液氧出口进入过冷器过冷后输出液氧；上塔中的污氮气从污氮气出口依次经过冷器、主换热器复热后一部分排出或作为空气纯化器的再生气，另一部分可通向变负荷或间断运行液化系统来生产低温液体；
变负荷或间断运行液化步骤为S1或S2；
S1具体为：来自恒定运行空分步骤的污氮气和/或额外输入的净化空气进入气体压缩机组进行压缩，之后进入预冷换热器进行预冷，预冷后的压缩气体进入液化换热器，冷却到其液化温度后经节流阀二减压送入低温贮液系统；混合制冷剂经混合制冷剂压缩机组增压后，进入预冷换热器进行预冷，预冷后的混合制冷剂进入液化换热器，被返流的混合制冷剂冷却、液化并过冷后，再经第一冷剂节流阀节流制冷，被节流的混合制冷剂返流液化换热器复热，被热流股气化、复热至一定温度后返回混合制冷剂压缩机组的入口，形成一个制冷循环；所述预冷机组、预冷机组出口通道、第二冷剂节流阀和预冷机组进口通道形成闭环，为预冷换热器提供预冷量；
S2具体为：来自恒定运行空分步骤的污氮气和/或额外输入的净化空气进入气体压缩机组进行压缩，该压缩气体和低温出气管中依次穿过第三液化换热器、第二液化换热器、第一液化换热器复热后的气体汇合进入循环气体压缩机组压缩，之后分为两部分；一部分气体经第一液化换热器冷却到一定温度后进入中温增压-膨胀机组的膨胀端膨胀制冷，并输出功到其增压端，出中温增压-膨胀机组膨胀端的气体进入第一液化换热器复热；另一部分气体依次进入中温增压-膨胀机组的增压端及低温增压-膨胀机组的增压端增压，增压后依次进入第一液化换热器和第二液化换热器冷却到一定温度后又分为两股气体，一股气体进入低温增压-膨胀机组的膨胀端膨胀制冷并输出功到其增压端，膨胀后低压气体与低温出气管中准备进第三液化换热器的气体汇合，另一股气体进入第三液化换热器继续冷却并过冷后通过节流阀二进入进液口，向低温贮液系统提供低温液体；
低温贮液步骤为：低温液体经节流阀二从进液口流向储罐，储罐中的低温液体依靠储罐压力及控制阀门以恒定流量流入恒定运行空分系统的下塔中部；储罐内的气体从低温出气管排出。
进一步的，所述变负荷或间断运行液化步骤在夜间谷电价及平电价时段，变负荷或间断运行液化系统满负荷运行，在尖峰电价及高峰电价时段减负荷至最低负荷运行；或者所述变负荷或间断运行液化步骤在夜间谷电价时段，变负荷或间断运行液化系统满负荷运行，在其他时段停止运行。
本发明的有益效果是：
1.本发明的一种利用夜间廉价电力的液体空分装置及生产方法，恒定运行空分系统I、变负荷或间断运行液化系统II和低温贮液系统III三者独立，循环利用回收上塔排出的废氮气，且在波谷电价及平价电时段满负荷大量生产液氮，高峰及尖峰时段减负荷或停运的方式，达到利用夜间廉价电力降低液体空分装置生产电费的目的；夜间气温较低，压缩机冷却器冷却效果好，有利于降低液化功耗；现有河南某地一套KDONAr-6000/1000/210型全液体空分设备年总运行电费4450万元，通过本发明的两种方案(第一种实施例中间断运行及变负荷运行)分别为3085.37万元、3711.4万元。
2.恒定运行空分系统I用于生产液氮和液氧，还排放出污氮气，污氮气可供给变负荷或间断运行液化系统II生产低温液体，循环利用排出的废气；所述低温贮液系统III用于向低温液体进口13提供低温液体；低温液体进口13在下塔1中部，避免采用纯液氮造成的纯氮气经氮压机压缩后易被污染因而会影响产品液氮纯度的问题；此外上塔压力较低相应制取并输送到上塔的液氮温度较低，氮气液化系统能耗高且不宜采用能耗更低的等焓膨胀液化流程；
3.低温贮液系统与产品液氮贮存分开设置，避免了产品液氮向槽车装车时的压力波动对恒定负荷空分系统的不利影响，系统稳定；
4.不适合间断运行或负荷调节能力较差的含有精馏塔的空分系统连续稳定运行，而耗电量较大的液化系统变负荷或间断运行，既保证了系统的稳定性和易操作性，同时又利用夜间廉价电力节省了电费；
5.低温液体以是纯液氮，也可以是污液氮也可是液空，比较灵活。
6.变负荷或间断运行液化系统II采用带预冷的混合制冷剂等焓膨胀液化流程，属于国内首创，较常规的气体压缩等熵膨胀制冷液化循环具有能耗低调节负荷能力强的特点。
附图说明
图1是本发明恒定运行空分系统示意图；
图2是本发明变负荷或间断运行液化系统第一种实施例示意图；
图3是本发明变负荷或间断运行液化系统第二种实施例示意图；
附图中：I-恒定运行空分系统、II-变负荷或间断运行液化系统、III-低温贮液系统、1-下塔、11-氮气出口、12-第一回流液进口、13-低温液体进口、14-压缩冷却净化空气进口、15-富氧液空出口、16-节流阀一、17-节流阀三、18-低温液体第二进口、2-上塔、21-主冷凝蒸发器、22-氮气进口、23-液氮出口、24-污氮气出口、25-液氮进口、26-富氧液空进口、27-液氧出口、28-液氮分离器、31-气体压缩机组、32-气体压缩机组出口通道、33-液化换热器、34-节流阀二、35-混合制冷剂压缩机组、36-混合制冷剂压缩机组出口通道、37-混合制冷剂压缩机组进口通道、38-第一冷剂节流阀、41-预冷换热器、42-预冷机组、43-预冷机组出口通道、44-预冷机组进口通道、45-第二冷剂节流阀、46-储罐、47-出气口、48-进液口、49-出液口、50-低温出气管、51-循环气体压缩机组、52-中温增压-膨胀机组、53-低温增压-膨胀机组、54-第一液化换热器、55-第二液化换热器、56-第三液化换热器、61-原料空气压缩机组、62-空气预冷器、63-空气纯化器、64-主换热器、65-空气纯化器出口通道。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式，对本发明进一步详细说明，但是本发明不局限于以下实施例。
实施例一：
见附图1～2。一种利用夜间廉价电力的液体空分装置，包括恒定运行空分系统I、变负荷或间断运行液化系统II和低温贮液系统III；所述恒定运行空分系统I包括下塔1、上塔2、主冷凝蒸发器21、液氮分离器28、节流阀一16和节流阀三17；所述下塔1从上到下至少包括氮气出口11、第一回流液进口12、低温液体进口13、压缩冷却净化空气进口14和富氧液空出口15；所述主冷凝蒸发器21设于上塔2底部，包括氮气进口22和液氮出口23；所述上塔2从上到下至少包括污氮气出口24、液氮进口25、富氧液空进口26和液氧出口27；所述低温贮液系统III用于向低温液体进口13提供低温液体；所述富氧液空出口15、节流阀三17和富氧液空进口26通过管路依次连通；所述氮气出口11通过管路与氮气进口22连通；所述液氮出口23通过管路分别与第一回流液进口12和节流阀一16连通；所述节流阀一16通过管路与液氮分离器28连通；所述液氮分离器28分出三个支路，分别通向液氮进口25、污氮气出口24和液氮产品输出端；所述污氮气出口24一部分排出污氮气，另一部分可通向变负荷或间断运行液化系统II；所述变负荷或间断运行液化系统II用于将污氮气和/或净化空气液化为低温液体，储存在低温贮液系统III中。由上述结构可知，恒定运行空分系统I用于生产液氮和液氧，还排放出污氮气，污氮气可供给变负荷或间断运行液化系统II生产低温液体，循环利用排出的废气；所述低温贮液系统III用于向低温液体进口13提供低温液体；低温液体进口13在下塔1中部，所述下塔1从上到下至少包括氮气出口11、第一回流液进口12、低温液体进口13、压缩冷却净化空气进口14和富氧液空出口15；所述液氮分离器28分出三个支路，分别通向液氮进口25、污氮气出口24和液氮产品输出端，液氮分离器28在上塔2的上部，依靠其高度产品液氮可自流到产品液氮贮罐中；污氮气出口位于上塔2最高处，排出的污氮气被送入变负荷或间断运行液化系统II及空气纯化器63。
所述下塔1还包括低温液体第二进口18；所述低温液体第二进口18高度位于低温液体进口13和压缩冷却净化空气进口14之间；所述低温贮液系统III可选择地向低温液体进口13或低温液体第二进口18提供低温液体。由上述结构可知，当低温液体为液空时，通过低温液体第二进口18进入下塔1；由于液空中含氧量较高，所以选择比低温液体进口13低些的位置。
所述变负荷或间断运行液化系统II包括气体压缩机组31、气体压缩机组出口通道32、液化换热器33、节流阀二34、混合制冷剂压缩机组35、混合制冷剂压缩机组出口通道36、混合制冷剂压缩机组进口通道37和第一冷剂节流阀38；所述气体压缩机组31进口可接收污氮气和/或净化空气，出口则通过气体压缩机组出口通道32与节流阀二34连通；所述节流阀二34通向低温贮液系统III；所述混合制冷剂压缩机组35、混合制冷剂压缩机组出口通道36、第一冷剂节流阀38和混合制冷剂压缩机组进口通道37形成闭环；所述液化换热器33设有气体压缩机组出口通道32的换热通道、混合制冷剂压缩机组出口通道36的换热通道和混合制冷剂压缩机组进口通道37的换热通道，用于热交换。所述的混合制冷剂为氮气、甲烷、乙烯、丙烷、异丁烷、异戊烷中的一种或多种混合，所述的液化温度为-165℃～-180℃。
所述变负荷或间断运行液化系统II还包括预冷换热器41、预冷机组42、预冷机组出口通道43、预冷机组进口通道44和第二冷剂节流阀45；所述预冷机组42、预冷机组出口通道43、第二冷剂节流阀45和预冷机组进口通道44形成闭环；所述预冷换热器41设有气体压缩机组出口通道32的换热通道、混合制冷剂压缩机组出口通道36的换热通道和预冷机组进口通道44的换热通道，用于热交换；所述预冷换热器41位置设于液化换热器33之前。所述的预冷机组可以是纯工质预冷机组、混合工质预冷机组或吸收式冷水机组。预冷机组预冷温度为15～-90℃。
所述低温贮液系统III包括储罐46；所述储罐46从上到下至少包括出气口47、进液口48和出液口49；所述进液口48通过管路与节流阀二34连通；所述出液口49用于向下塔1提供低温液体；所述出气口47上设有低温出气管50；所述低温出气管50依次连接液化换热器33、预冷换热器41后通向气体压缩机组31进口。所述的储罐工作压力为055MPa表压～1.2MPa表压。
所述恒定运行空分系统I还包括原料空气压缩机组61、空气预冷器62、空气纯化器63、主换热器64和空气纯化器出口通道65；所述原料空气压缩机组61、空气预冷器62、空气纯化器63和空气纯化器出口通道65依次连通，空气纯化器出口通道65连至压缩冷却净化空气进口14；所述污氮气出口24通过污氮气出口通道连至气体压缩机组31进口；所述主换热器64设有空气纯化器出口通道65的换热通道和污氮气出口通道的换热通道，用于热交换。
所述恒定运行空分系统I还包括过冷器；所述液氮出口23至节流阀一16的管路、富氧液空出口15至节流阀三17的管路、液氧出口27输出液氧的管路和污氮气出口通道均在过冷器内设有换热通道，用于热交换。
实施例二：
见附图1、3。一种利用夜间廉价电力的液体空分装置，包括恒定运行空分系统I、变负荷或间断运行液化系统II和低温贮液系统III；所述恒定运行空分系统I包括下塔1、上塔2、主冷凝蒸发器21、液氮分离器28、节流阀一16和节流阀三17；所述下塔1从上到下至少包括氮气出口11、第一回流液进口12、低温液体进口13、压缩冷却净化空气进口14和富氧液空出口15；所述主冷凝蒸发器21设于上塔2底部，包括氮气进口22和液氮出口23；所述上塔2从上到下至少包括污氮气出口24、液氮进口25、富氧液空进口26和液氧出口27；所述低温贮液系统III用于向低温液体进口13提供低温液体；所述富氧液空出口15、节流阀三17和富氧液空进口26通过管路依次连通；所述氮气出口11通过管路与氮气进口22连通；所述液氮出口23通过管路分别与第一回流液进口12和节流阀一16连通；所述节流阀一16通过管路与液氮分离器28连通；所述液氮分离器28分出三个支路，分别通向液氮进口25、污氮气出口24和液氮产品输出端；所述污氮气出口24一部分排出污氮气，另一部分可通向变负荷或间断运行液化系统II；所述变负荷或间断运行液化系统II用于将污氮气和/或净化空气液化为低温液体，储存在低温贮液系统III中。由上述结构可知，恒定运行空分系统I用于生产液氮和液氧，还排放出污氮气，污氮气可供给变负荷或间断运行液化系统II生产低温液体，循环利用排出的废气；所述低温贮液系统III用于向低温液体进口13提供低温液体；低温液体进口13在下塔1中部，所述下塔1从上到下至少包括氮气出口11、第一回流液进口12、低温液体进口13、压缩冷却净化空气进口14和富氧液空出口15；所述液氮分离器28分出三个支路，分别通向液氮进口25、污氮气出口24和液氮产品输出端，液氮分离器28在上塔2的上部，依靠其高度产品液氮可自流到产品液氮贮罐中；污氮气出口位于上塔2最高处，排出的污氮气被送入变负荷或间断运行液化系统II及空气纯化器63。
所述下塔1还包括低温液体第二进口18；所述低温液体第二进口18高度位于低温液体进口13和压缩冷却净化空气进口14之间；所述低温贮液系统III可选择地向低温液体进口13或低温液体第二进口18提供低温液体。由上述结构可知，当低温液体为液空时，通过低温液体第二进口18进入下塔1；由于液空中含氧量较高，所以选择比低温液体进口13低些的位置。
所述变负荷或间断运行液化系统II包括气体压缩机组31、第一管路、循环气体压缩机组51、第二管路、中温增压-膨胀机组52、低温增压-膨胀机组53、第三管路、第一液化换热器54、第二液化换热器55、第三液化换热器56、第四管路、第五管路、第六管路、第七管路和节流阀二34；所述低温贮液系统III包括储罐46；所述储罐46从上到下至少包括出气口47、进液口48和出液口49；所述进液口48通过管路与节流阀二34连通；所述出液口49用于向下塔1提供低温液体；所述出气口47上设有低温出气管50；所述低温出气管50依次连接第三液化换热器56、第二液化换热器55、第一液化换热器54后通向第一管路；所述气体压缩机组31进口可接收污氮气和/或净化空气；所述气体压缩机组31、第一管路、循环气体压缩机组51、第二管路、中温增压-膨胀机组52的增压端、低温增压-膨胀机组53的增压端、第三管路和节流阀二34依次连通；所述第三管路依次连接第一液化换热器54、第二液化换热器55和第三液化换热器56；所述第二管路上分出第四管路，所述第四管路连接第一液化换热器54至中温增压-膨胀机组52的膨胀端进口；所述中温增压-膨胀机组52的膨胀端出口通过第五管路通向位于第一液化换热器54和第二液化换热器55之间的低温出气管50；所述位于第二液化换热器55和第三液化换热器56之间的第三管路分出第六管路通向低温增压-膨胀机组53的膨胀端进口；所述低温增压-膨胀机组53的膨胀端出口通过第七管路通向位于至第三液化换热器56的低温出气管50。
所述恒定运行空分系统I还包括原料空气压缩机组61、空气预冷器62、空气纯化器63、主换热器64和空气纯化器出口通道65；所述原料空气压缩机组61、空气预冷器62、空气纯化器63和空气纯化器出口通道65依次连通，空气纯化器出口通道65连至压缩冷却净化空气进口14；所述污氮气出口24通过污氮气出口通道连至气体压缩机组31进口；所述主换热器64设有空气纯化器出口通道65的换热通道和污氮气出口通道的换热通道，用于热交换。
所述恒定运行空分系统I还包括过冷器；所述液氮出口23至节流阀一16的管路、富氧液空出口15至节流阀三17的管路、液氧出口27输出液氧的管路和污氮气出口通道均在过冷器内设有换热通道，用于热交换。
实施例三：
见附图1～3。一种利用夜间廉价电力的液体空分生产方法，采用权利要求8所述的一种利用夜间廉价电力的液体空分装置，包括恒定运行空分步骤、变负荷或间断运行液化步骤和低温贮液步骤；
恒定运行空分步骤为：原料空气经原料空气压缩机组61压缩后，进入空气预冷器62冷却，之后进入空气纯化器63脱除其中易冻堵杂质后，进入主换热器64被冷却至饱和温度，再从压缩冷却净化空气进口14进入到下塔1；所述低温贮液系统III提供低温液体从低温液体进口13进入到下塔1中部，作为下塔1的回流液之一，原料空气在下塔1中经初次精馏被分离成氮气及富氧液空；氮气从氮气出口11通向氮气进口22进入主冷凝蒸发器21被冷凝成液氮，液氮从液氮出口23一部分流向第一回流液进口12作为回流液回到下塔1，另一部分经过过冷器过冷后经节流阀一16进入液氮分离器28；液氮分离器28分出三个支路，一支路将氮气通向污氮气出口24，一支路将液氮作为产品送至液氮产品输出端，一支路将液氮送至液氮进口25进入上塔2，作为上塔2的回流液；下塔1底部富氧液空从富氧液空出口15流出，进入过冷器过冷后，经节流阀三17减压从富氧液空进口26送入上塔2参加精馏，上塔2底部获得液氧产品从液氧出口27进入过冷器过冷后输出液氧；上塔2中的污氮气从污氮气出口24依次经过冷器、主换热器64复热后一部分排出或作为空气纯化器63的再生气，另一部分可通向变负荷或间断运行液化系统II来生产低温液体；
变负荷或间断运行液化步骤为S1或S2；
S1具体为：来自恒定运行空分步骤的污氮气和/或额外输入的净化空气进入气体压缩机组31进行压缩，之后进入预冷换热器41进行预冷，预冷后的压缩气体进入液化换热器33，冷却到其液化温度后经节流阀二34减压送入低温贮液系统III；混合制冷剂经混合制冷剂压缩机组35增压后，进入预冷换热器41进行预冷，预冷后的混合制冷剂进入液化换热器33，被返流的混合制冷剂冷却、液化并过冷后，再经第一冷剂节流阀38节流制冷，被节流的混合制冷剂返流液化换热器33复热，被热流股气化、复热至一定温度后返回混合制冷剂压缩机组35的入口，形成一个制冷循环；所述预冷机组42、预冷机组出口通道43、第二冷剂节流阀45和预冷机组进口通道44形成闭环，为预冷换热器41提供预冷量；
S2具体为：来自恒定运行空分步骤的污氮气和/或额外输入的净化空气进入气体压缩机组31进行压缩，该压缩气体和低温出气管50中依次穿过第三液化换热器56、第二液化换热器55、第一液化换热器54复热后的气体汇合进入循环气体压缩机组51压缩，之后分为两部分；一部分气体经第一液化换热器54冷却到一定温度后进入中温增压-膨胀机组52的膨胀端膨胀制冷，并输出功到其增压端，出中温增压-膨胀机组52膨胀端的气体进入第一液化换热器54复热；另一部分气体依次进入中温增压-膨胀机组52的增压端及低温增压-膨胀机组53的增压端增压，增压后依次进入第一液化换热器54和第二液化换热器55冷却到一定温度后又分为两股气体，一股气体进入低温增压-膨胀机组53的膨胀端膨胀制冷并输出功到其增压端，膨胀后低压气体与低温出气管50中准备进第三液化换热器56的气体汇合，另一股气体进入第三液化换热器56继续冷却并过冷后通过节流阀二34进入进液口48，向低温贮液系统III提供低温液体；
低温贮液步骤为：低温液体经节流阀二34从进液口48流向储罐46，储罐46中的低温液体依靠储罐46压力及控制阀门以恒定流量流入恒定运行空分系统I的下塔1中部；储罐46内的气体从低温出气管50排出。
所述变负荷或间断运行液化步骤在夜间谷电价及平电价时段，变负荷或间断运行液化系统II满负荷运行，在尖峰电价及高峰电价时段减负荷至最低负荷运行；或者所述变负荷或间断运行液化步骤在夜间谷电价时段，变负荷或间断运行液化系统II满负荷运行，在其他时段停止运行。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种利用夜间廉价电力的液体空分装置，其特征在于：包括恒定运行空分系统(I)、变负荷或间断运行液化系统(II)和低温贮液系统(III)；所述恒定运行空分系统(I)包括下塔(1)、上塔(2)、主冷凝蒸发器(21)、液氮分离器(28)、节流阀一(16)和节流阀三(17)；所述下塔(1)从上到下至少包括氮气出口(11)、第一回流液进口(12)、低温液体进口(13)、压缩冷却净化空气进口(14)和富氧液空出口(15)；所述主冷凝蒸发器(21)设于上塔(2)底部，包括氮气进口(22)和液氮出口(23)；所述上塔(2)从上到下至少包括污氮气出口(24)、液氮进口(25)、富氧液空进口(26)和液氧出口(27)；所述低温贮液系统(III)用于向低温液体进口(13)提供低温液体；所述富氧液空出口(15)、节流阀三(17)和富氧液空进口(26)通过管路依次连通；所述氮气出口(11)通过管路与氮气进口(22)连通；所述液氮出口(23)通过管路分别与第一回流液进口(12)和节流阀一(16)连通；所述节流阀一(16)通过管路与液氮分离器(28)连通；所述液氮分离器(28)分出三个支路，分别通向液氮进口(25)、污氮气出口(24)和液氮产品输出端；所述污氮气出口(24)一部分排出污氮气，另一部分可通向变负荷或间断运行液化系统(II)；所述变负荷或间断运行液化系统(II)用于将污氮气和/或净化空气液化为低温液体，储存在低温贮液系统(III)中。
2.根据权利要求1所述的一种利用夜间廉价电力的液体空分装置，其特征在于：所述下塔(1)还包括低温液体第二进口(18)；所述低温液体第二进口(18)高度位于低温液体进口(13)和压缩冷却净化空气进口(14)之间；所述低温贮液系统(III)可选择地向低温液体进口(13)或低温液体第二进口(18)提供低温液体。
3.根据权利要求1所述的一种利用夜间廉价电力的液体空分装置，其特征在于：所述变负荷或间断运行液化系统(II)包括气体压缩机组(31)、气体压缩机组出口通道(32)、液化换热器(33)、节流阀二(34)、混合制冷剂压缩机组(35)、混合制冷剂压缩机组出口通道(36)、混合制冷剂压缩机组进口通道(37)和第一冷剂节流阀(38)；所述气体压缩机组(31)进口可接收污氮气和/或净化空气，出口则通过气体压缩机组出口通道(32)与节流阀二(34)连通；所述节流阀二(34)通向低温贮液系统(III)；所述混合制冷剂压缩机组(35)、混合制冷剂压缩机组出口通道(36)、第一冷剂节流阀(38)和混合制冷剂压缩机组进口通道(37)形成闭环；所述液化换热器(33)设有气体压缩机组出口通道(32)的换热通道、混合制冷剂压缩机组出口通道(36)的换热通道和混合制冷剂压缩机组进口通道(37)的换热通道，用于热交换。
4.根据权利要求3所述的一种利用夜间廉价电力的液体空分装置，其特征在于：所述变负荷或间断运行液化系统(II)还包括预冷换热器(41)、预冷机组(42)、预冷机组出口通道(43)、预冷机组进口通道(44)和第二冷剂节流阀(45)；所述预冷机组(42)、预冷机组出口通道(43)、第二冷剂节流阀(45)和预冷机组进口通道(44)形成闭环；所述预冷换热器(41)设有气体压缩机组出口通道(32)的换热通道、混合制冷剂压缩机组出口通道(36)的换热通道和预冷机组进口通道(44)的换热通道，用于热交换；所述预冷换热器(41)位置设于液化换热器(33)之前。
5.根据权利要求4所述的一种利用夜间廉价电力的液体空分装置，其特征在于：所述低温贮液系统(III)包括储罐(46)；所述储罐(46)从上到下至少包括出气口(47)、进液口(48)和出液口(49)；所述进液口(48)通过管路与节流阀二(34)连通；所述出液口(49)用于向下塔(1)提供低温液体；所述出气口(47)上设有低温出气管(50)；所述低温出气管(50)依次连接液化换热器(33)、预冷换热器(41)后通向气体压缩机组(31)进口。
6.根据权利要求1所述的一种利用夜间廉价电力的液体空分装置，其特征在于：所述变负荷或间断运行液化系统(II)包括气体压缩机组(31)、第一管路、循环气体压缩机组(51)、第二管路、中温增压-膨胀机组(52)、低温增压-膨胀机组(53)、第三管路、第一液化换热器(54)、第二液化换热器(55)、第三液化换热器(56)、第四管路、第五管路、第六管路、第七管路和节流阀二(34)；所述低温贮液系统(III)包括储罐(46)；所述储罐(46)从上到下至少包括出气口(47)、进液口(48)和出液口(49)；所述进液口(48)通过管路与节流阀二(34)连通；所述出液口(49)用于向下塔(1)提供低温液体；所述出气口(47)上设有低温出气管(50)；所述低温出气管(50)依次连接第三液化换热器(56)、第二液化换热器(55)、第一液化换热器(54)后通向第一管路；所述气体压缩机组(31)进口可接收污氮气和/或净化空气；所述气体压缩机组(31)、第一管路、循环气体压缩机组(51)、第二管路、中温增压-膨胀机组(52)的增压端、低温增压-膨胀机组(53)的增压端、第三管路和节流阀二(34)依次连通；所述第三管路依次连接第一液化换热器(54)、第二液化换热器(55)和第三液化换热器(56)；所述第二管路上分出第四管路，所述第四管路连接第一液化换热器(54)至中温增压-膨胀机组(52)的膨胀端进口；所述中温增压-膨胀机组(52)的膨胀端出口通过第五管路通向位于第一液化换热器(54)和第二液化换热器(55)之间的低温出气管(50)；所述位于第二液化换热器(55)和第三液化换热器(56)之间的第三管路分出第六管路通向低温增压-膨胀机组(53)的膨胀端进口；所述低温增压-膨胀机组(53)的膨胀端出口通过第七管路通向位于至第三液化换热器(56)的低温出气管(50)。
7.根据权利要求5或6所述的一种利用夜间廉价电力的液体空分装置，其特征在于：所述恒定运行空分系统(I)还包括原料空气压缩机组(61)、空气预冷器(62)、空气纯化器(63)、主换热器(64)和空气纯化器出口通道(65)；所述原料空气压缩机组(61)、空气预冷器(62)、空气纯化器(63)和空气纯化器出口通道(65)依次连通，空气纯化器出口通道(65)连至压缩冷却净化空气进口(14)；所述污氮气出口(24)通过污氮气出口通道连至气体压缩机组(31)进口；所述主换热器(64)设有空气纯化器出口通道(65)的换热通道和污氮气出口通道的换热通道，用于热交换。
8.根据权利要求7所述的一种利用夜间廉价电力的液体空分装置，其特征在于：所述恒定运行空分系统(I)还包括过冷器；所述液氮出口(23)至节流阀一(16)的管路、富氧液空出口(15)至节流阀三(17)的管路、液氧出口(27)输出液氧的管路和污氮气出口通道均在过冷器内设有换热通道，用于热交换。
9.一种利用夜间廉价电力的液体空分生产方法，其特征在于：采用权利要求8所述的一种利用夜间廉价电力的液体空分装置，包括恒定运行空分步骤、变负荷或间断运行液化步骤和低温贮液步骤；
恒定运行空分步骤为：原料空气经原料空气压缩机组(61)压缩后，进入空气预冷器(62)冷却，之后进入空气纯化器(63)脱除其中易冻堵杂质后，进入主换热器(64)被冷却至饱和温度，再从压缩冷却净化空气进口(14)进入到下塔(1)；所述低温贮液系统(III)提供低温液体从低温液体进口(13)进入到下塔(1)，作为下塔(1)的回流液之一，原料空气在下塔(1)中经初次精馏被分离成氮气及富氧液空；氮气从氮气出口(11)通向氮气进口(22)进入主冷凝蒸发器(21)被冷凝成液氮，液氮从液氮出口(23)一部分流向第一回流液进口(12)作为回流液回到下塔(1)，另一部分经过过冷器过冷后经节流阀一(16)进入液氮分离器(28)；液氮分离器(28)分出三个支路，一支路将氮气通向污氮气出口(24)，一支路将液氮作为产品送至液氮产品输出端，一支路将液氮送至液氮进口(25)进入上塔(2)，作为上塔(2)的回流液；下塔(1)底部富氧液空从富氧液空出口(15)流出，进入过冷器过冷后，经节流阀三(17)减压从富氧液空进口(26)送入上塔(2)参加精馏，上塔(2)底部获得液氧产品从液氧出口(27)进入过冷器过冷后输出液氧；上塔(2)中的污氮气从污氮气出口(24)依次经过冷器、主换热器(64)复热后一部分排出或作为空气纯化器(63)的再生气，另一部分可通向变负荷或间断运行液化系统(II)来生产低温液体；
变负荷或间断运行液化步骤为S1或S2；
S1具体为：来自恒定运行空分步骤的污氮气和/或额外输入的净化空气进入气体压缩机组(31)进行压缩，之后进入预冷换热器(41)进行预冷，预冷后的压缩气体进入液化换热器(33)，冷却到其液化温度后经节流阀二(34)减压送入低温贮液系统(III)；混合制冷剂经混合制冷剂压缩机组(35)增压后，进入预冷换热器(41)进行预冷，预冷后的混合制冷剂进入液化换热器(33)，被返流的混合制冷剂冷却、液化并过冷后，再经第一冷剂节流阀(38)节流制冷，被节流的混合制冷剂返流液化换热器(33)复热，被热流股气化、复热至一定温度后返回混合制冷剂压缩机组(35)的入口，形成一个制冷循环；所述预冷机组(42)、预冷机组出口通道(43)、第二冷剂节流阀(45)和预冷机组进口通道(44)形成闭环，为预冷换热器(41)提供预冷量；
S2具体为：来自恒定运行空分步骤的污氮气和/或额外输入的净化空气进入气体压缩机组(31)进行压缩，该压缩气体和低温出气管(50)中依次穿过第三液化换热器(56)、第二液化换热器(55)、第一液化换热器(54)复热后的气体汇合进入循环气体压缩机组(51)压缩，之后分为两部分；一部分气体经第一液化换热器(54)冷却到一定温度后进入中温增压-膨胀机组(52)的膨胀端膨胀制冷，并输出功到其增压端，出中温增压-膨胀机组(52)膨胀端的气体进入第一液化换热器(54)复热；另一部分气体依次进入中温增压-膨胀机组(52)的增压端及低温增压-膨胀机组(53)的增压端增压，增压后依次进入第一液化换热器(54)和第二液化换热器(55)冷却到一定温度后又分为两股气体，一股气体进入低温增压-膨胀机组(53)的膨胀端膨胀制冷并输出功到其增压端，膨胀后低压气体与低温出气管(50)中准备进第三液化换热器(56)的气体汇合，另一股气体进入第三液化换热器(56)继续冷却并过冷后通过节流阀二(34)进入进液口(48)，向低温贮液系统(III)提供低温液体；
低温贮液步骤为：低温液体经节流阀二(34)从进液口(48)流向储罐(46)，储罐(46)中的低温液体依靠储罐(46)压力及控制阀门以恒定流量流入恒定运行空分系统(I)的下塔(1)中部；储罐(46)内的气体从低温出气管(50)排出。
10.根据权利要求9所述的一种利用夜间廉价电力的液体空分生产方法，其特征在于：所述变负荷或间断运行液化步骤在夜间谷电价及平电价时段，变负荷或间断运行液化系统(II)满负荷运行，在尖峰电价及高峰电价时段减负荷至最低负荷运行；或者所述变负荷或间断运行液化步骤在夜间谷电价时段，变负荷或间断运行液化系统(II)满负荷运行，在其他时段停止运行。
CN201910510281.8A 2019-06-13 2019-06-13 一种利用夜间廉价电力的液体空分装置及生产方法 Active CN110160315B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910510281.8A CN110160315B (zh) 2019-06-13 2019-06-13 一种利用夜间廉价电力的液体空分装置及生产方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910510281.8A CN110160315B (zh) 2019-06-13 2019-06-13 一种利用夜间廉价电力的液体空分装置及生产方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110160315A true CN110160315A (zh) 2019-08-23
CN110160315B CN110160315B (zh) 2024-04-12

Family

ID=67628669

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910510281.8A Active CN110160315B (zh) 2019-06-13 2019-06-13 一种利用夜间廉价电力的液体空分装置及生产方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110160315B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114383384A (zh) * 2021-12-30 2022-04-22 北京科技大学 一种空气液化与深冷空分工艺集成方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0627620B2 (ja) * 1985-04-03 1994-04-13 日本酸素株式会社 酸素の需要変動に適した空気液化分離方法及び装置
CN1918444A (zh) * 2003-12-23 2007-02-21 液体空气乔治洛德方法利用和研究的具有监督和管理委员会的有限公司 低温空气分离过程及设备
CN103062990A (zh) * 2013-01-24 2013-04-24 成都深冷液化设备股份有限公司 新型液体空分装置及工艺
CN103196278A (zh) * 2012-01-06 2013-07-10 苏州制氧机有限责任公司 空气分离装置
CN106225423A (zh) * 2016-08-19 2016-12-14 浙江智海化工设备工程有限公司 一种降低空分装置能耗的装置及方法
CN109341193A (zh) * 2018-11-16 2019-02-15 杭州凯德空分设备有限公司 一种峰谷电生产液氧液氮装置及方法
CN210119067U (zh) * 2019-06-13 2020-02-28 兰文旭 一种利用夜间廉价电力的液体空分装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0627620B2 (ja) * 1985-04-03 1994-04-13 日本酸素株式会社 酸素の需要変動に適した空気液化分離方法及び装置
CN1918444A (zh) * 2003-12-23 2007-02-21 液体空气乔治洛德方法利用和研究的具有监督和管理委员会的有限公司 低温空气分离过程及设备
CN103196278A (zh) * 2012-01-06 2013-07-10 苏州制氧机有限责任公司 空气分离装置
CN103062990A (zh) * 2013-01-24 2013-04-24 成都深冷液化设备股份有限公司 新型液体空分装置及工艺
CN106225423A (zh) * 2016-08-19 2016-12-14 浙江智海化工设备工程有限公司 一种降低空分装置能耗的装置及方法
CN109341193A (zh) * 2018-11-16 2019-02-15 杭州凯德空分设备有限公司 一种峰谷电生产液氧液氮装置及方法
CN210119067U (zh) * 2019-06-13 2020-02-28 兰文旭 一种利用夜间廉价电力的液体空分装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114383384A (zh) * 2021-12-30 2022-04-22 北京科技大学 一种空气液化与深冷空分工艺集成方法
CN114383384B (zh) * 2021-12-30 2022-09-16 北京科技大学 一种空气液化与深冷空分工艺集成方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110160315B (zh) 2024-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102206520B (zh) 一种天然气直接膨胀式液化方法及装置
CN103062990B (zh) 液体空分装置及工艺
CN100363699C (zh) 回收液化天然气冷能的空气分离系统
CN202139209U (zh) 一种天然气直接膨胀式液化装置
CN108061428A (zh) 一种纯氮制取装置和工艺
CN104807289B (zh) 利用lng冷能空分制取液氧液氮的方法
CN104513680B (zh) 富甲烷气精馏脱氢氮并生产液化天然气的工艺和装置
CN107345737A (zh) 双塔双冷凝返流膨胀制氮机及其制氮方法
CN113503692A (zh) 氢液化系统
CN106091574B (zh) 一种带压缩热回收的气体液化装置及其液化方法
CN201532077U (zh) 基于低温液体制冷的天然气液化装置
CN106642988A (zh) 利用液氮洗制取合成氨原料气和lng的系统
CN102435045A (zh) 液氮洗涤净化合成气及其深冷分离回收lng装置
CN101709912B (zh) 基于低温液体制冷的天然气液化装置
CN210119067U (zh) 一种利用夜间廉价电力的液体空分装置
CN110160315A (zh) 一种利用夜间廉价电力的液体空分装置及生产方法
CN206235085U (zh) 液氧、液氮互换生产装置
CN110779277B (zh) 一种利用lng冷能和混合制冷工质循环的生产液氮的空分节能装置
CN206291621U (zh) 预冷式天然气液化装置及系统
CN202382518U (zh) 液氮洗涤净化合成气及其深冷分离回收lng装置
CN102620460B (zh) 带丙烯预冷的混合制冷循环系统及方法
CN106288657B (zh) 液氧、液氮互换生产装置及生产工艺
CN106016967B (zh) 一种回热式混合工质制冷气体液化循环系统
CN1038514A (zh) 生产高压氧和高压氮的空气分离流程
CN206073564U (zh) 制取合成氨原料气和液化天然气的系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant