空分系统及空气分离方法与流程

本申请涉及空分，特别是涉及一种空分系统及空气分离方法。

背景技术：

1、空分，全称为空气分离，是指从空气中分离出其组分（如氧、氮、氩、氦等稀有气体）的过程。空分设备广泛应用于各行各业，包括重工业和轻工业、食品、医药、机械加工、农业和畜牧业等领域。由于应用广泛，需求量大，空分设备在全国各地均有大量分布。

2、目前空分设备由于其精馏特性，必须连续生产，大电机的耗电为其主要生产成本，在各地平均电价下的生产成本相对较高。空分设备的大型机组（主要为循环增压机及原料压缩机）均为离心机组，典型的运行范围为80~105%，装置负荷调节能力有限。当大型机组降负荷运行时，其效率衰减严重。

技术实现思路

1、本申请主要解决的技术问题是提供一种空分系统及空气分离方法，能够拓宽空分产能的调节范围以提高市场适应力，能够实现在适配峰谷电提高电能利用效益的情况下使空分保持工况稳定运行，解决了为适配峰谷电空分需要频繁变负荷或者频繁快速启停的难题，系统综合能效提高，生产成本降低。

2、为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种空分系统，包括液空储能单元和空分单元，所述液空储能单元包括依次连接的循环增压机、膨胀制冷装置和空气液化器，所述循环增压机用于对接收的第一原料气体进行增压处理，所述膨胀制冷装置用于对所述循环增压机输出的高压空气进行降温处理，所述空气液化器用于对所述高压空气进行液化处理以输出液化空气；所述空分单元包括连接的主换热器和精馏塔，所述主换热器用于对接收的第二原料气体进行降温处理；所述空气液化器包括出液口，所述出液口与所述精馏塔连通，以将所述液化空气输入所述精馏塔中，所述精馏塔用于对所述液化空气和降温处理后的第二原料气体一起进行精馏处理。

3、优选地，所述膨胀制冷装置包括第一膨胀机，所述第一膨胀机 包括第一膨胀端和第一增压端，所述第一增压端的入口与所述循环增压机的出口连通，所述第一增压端的出口与所述空气液化器的入口连通，所述空气液化器包括第一出气口和第二出气口，所述第一出气口与所述循环增压机的入口连通，所述第二出气口与所述第一膨胀端的入口连通，所述第一膨胀端的出口与所述空气液化器的入口连通。

4、优选地，所述膨胀制冷装置还包括第二膨胀机，所述第二膨胀机连接在所述循环增压机和所述第一膨胀机之间，所述第二膨胀机包括第二膨胀端和第二增压端，所述第二增压端的入口与所述循环增压机的出口连通，所述第二增压端的出口与所述第一增压端的入口连通，所述第二膨胀端的入口与所述循环增压机的出口连通，所述第二膨胀端的出口与所述空气液化器的入口连通。

5、优选地，所述液空储能单元还包括液空储槽，所述液空储槽两端分别与所述出液口和所述精馏塔连通，用于存储所述液化空气。

6、优选地，所述液空储能单元还包括依次连接的第一预冷装置和第一纯化装置，所述第一纯化装置通过第一入气通道与所述循环增压机的入口连通；所述液空储能单元还包括节流装置和气液分离装置，所述出液口、所述节流装置、所述气液分离装置和所述液空储槽依次连通，所述气液分离装置还通过第一返流通道与所述第一纯化装置、所述第一预冷装置连通，所述第一返流通道用于使由所述气液分离装置中分离出的气体经所述空气液化器复温后作为所述第一纯化装置的再生气源，所述液空储槽和所述精馏塔之间连接有输送泵。

7、优选地，所述液空储能单元还包括依次连接的第一预冷装置和第一纯化装置，所述第一纯化装置通过第一入气通道与所述循环增压机的入口连通；所述液空储能单元还包括节流装置和气液分离装置，所述出液口、所述节流装置、所述气液分离装置和所述液空储槽依次连通，所述气液分离装置还通过第三返流通道与所述循环增压机入口连通；所述空分单元还包括依次连接的第二预冷装置和第二纯化装置，所述第二纯化装置通过第二入气通道与所述主换热器连通；所述主换热器还通过第二返流通道与所述第一纯化装置、所述第二预冷装置和所述第二纯化装置连通，所述第二返流通道用于使经所述主换热器复温后作为所述第一纯化装置和所述第二纯化装置的再生气源、以及作为所述第二预冷装置的干燥气冷源。

8、优选地，所述空分单元还包括氮气压缩机和氮液化器，所述氮液化器连接在液空储槽和所述主换热器之间，所述氮气压缩机连接在所述主换热器和所述氮液化器之间，其中，所述氮液化器用于对液化空气复温后通入所述主换热器，从所述主换热器排出的氮气经所述氮气压缩机加压后再经过所述氮液化器液化形成液氮。

9、为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种空气分离方法，包括:对第一原料气体依次进行增压处理、降温处理和液化处理，得到液化空气；对第二原料气体进行降温处理，对所述液化空气和降温处理后的所述第一原料气体一起进行精馏处理，得到目标产品。

10、优选地，所述对第一原料气体依次进行增压处理、降温处理和液化处理，得到液化空气的步骤，包括：响应于当前处于谷电时段，对第一原料气体依次进行增压处理、降温处理和液化处理，得到液化空气，并存储所述液化空气。

11、优选地，所述目标产品包括液氮、液氧和液氩中的至少一种。

12、本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请提供的空分系统和空气分离方法本采用独立的空分单元和液空储能单元，液空储能单元产生的液化空气灌入精馏塔中用于补充空分所需的冷量并提供一部分原料气，空分单元可以省去常规空分设备的制冷系统并降低原料空气消耗。液空储能单元无精馏装置，便于频繁启停适配峰谷电，液化空气输入至空分单元，使空分单元保持在最佳设计点下全天候24小时高效稳定运行，避免了空分单元为适配峰谷电所需的频繁负荷调整或者频繁启停。液空储能单元可以通过增减运行时间，实现产量的调节，从而调节了空分单元的生产负荷，使空分系统的液体产能调节范围更宽，同时使得液空储能单元能够在电价较低时段运行，因此能够节省电费，整套系统综合效率高且稳定。

技术特征：

1.一种空分系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的空分系统，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的空分系统，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的空分系统，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的空分系统，其特征在于，

6.根据权利要求4所述的空分系统，其特征在于，

7.根据权利要求4所述的空分系统，其特征在于，

8.一种空气分离方法，其特征在于，包括:

9.根据权利要求8所述的空气分离方法，其特征在于，

10.根据权利要求8所述的空气分离方法，其特征在于，

技术总结本申请公开了一种空分系统及空气分离方法，空分系统包括液空储能单元和空分单元，液空储能单元包括依次连接的循环增压机、膨胀制冷装置和空气液化器；空分单元包括连接的主换热器和精馏塔，主换热器用于对接收的第二原料气体进行降温处理；空气液化器包括出液口，出液口与精馏塔连通，以将液化空气输入精馏塔中，精馏塔用于对液化空气和降温处理后的第二原料气体一起进行精馏处理。通过上述方案能够拓宽空分产能的调节范围以提高市场适应力，能够实现在适配峰谷电提高电能利用效益的情况下使空分保持工况稳定运行，解决了为适配峰谷电空分需要频繁变负荷或者频繁快速启停的难题，系统综合能效提高，生产成本降低。技术研发人员：范小华,任文受保护的技术使用者：中科富海（杭州）气体工程科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12