CN206160625U - 一种利用高压天然气管网压力能的空气分离*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用高压天然气管网压力能的空气分离***，包括天然气压力能回收***、空气分离***、冷媒循环回路，所述天然气压力能回收***包括天然气净化装置、高压天然气膨胀机、高压冷媒压缩机、换热器A、冷媒膨胀机、中压冷媒压缩机、中压天然气膨胀机、换热器B；空气分离***包括鼓风机、空气过滤器、空压机、空压机后冷却器、空气预冷器、分子筛吸附装置、电加热器、主换热器、空气膨胀机、精馏塔、氧气储存装置、氮气储存装置。本实用新型将高压天然气的较高的压力能转换成空气分离的冷能，利用膨胀机及换热器作为能量转化的中间设备，压降的同时将压力能充分制冷充分利用，解决空气分离技术能耗高及压力能量利用率低的问题。

Description

一种利用高压天然气管网压力能的空气分离***

技术领域

本实用新型涉及高压天然气压差制冷的应用技术领域，尤其涉及一种利用高压天然气管网压力能制冷的低温空气分离***。

背景技术

天然气管网多数以10MPa以上的高压进行长距离的输送，而城市燃气管网设计压力在0.2～0.4MPa，需进行调压后输送至下游管网，在调压时，一般有一级调压和二级调压两种方式。将超高压或高压天然气直接降压至0.2MPa～0.4MPa(表压)的中压标准为一级调压；先将超高压力或高压天然气降压至1.6MPa～2.0MPa(表压)，然后再一次降压至0.2MPa～0.4MPa(表压)的中压标准为二级调压。调压过程蕴含着巨大压力能。目前在城市门站及分输站采用节流阀调压时，不仅产生巨大噪音，伴随的降温可能会造成下游管道低温冻堵，最重要的是该调压过程产生的巨大压降并未被回收利用，造成能源浪费。

回收高压天然气管网压力的一个重要用途是可用于制冷，能有效应用于空气分离技术领域，可以减少空分***中由电力驱动的机械制冷产生用于维持低温环境和生产液体产品所需的大量冷能。降低空气分离工艺中的制冷成本，对降低电能需求量，促进空气分离产业发展有重要意义。氧气和氮气是常见的空气分离产品，它们不仅是化学工业的重要生产原料，同时在医疗、电子、冶金、航空、环保等领域也有着非常广泛的应用。随着世界科学技术与经济的高速发展，各行各业对氧气和氮气的需求迅速增加，用量也越来越多，推动了空气分离技术的发展。现有的空气分离技术主要是用于生产液氧、液氮等工艺气体产品，虽然最普遍的电压缩制冷空气分离技术可以得到各种工业、医药业和航空业所需要的氧气、氮气等，但由于需要创造及维持—150℃～—191℃的低温，对电能需求量巨大，设备能耗约占空分成本的70～80％。因而开发节能、高效的空气分离技术已成为空分行业发展方向。

目前，回收的天然气压力能已被用于发电、冷库、冷水空调、制冰、滑冰场、空气分离、组分分离与净化、干冰生产、橡胶深冷粉碎以及天然气轻烃分离等领域。较成熟的高压天然气管网压力能的回收主要是用于制冷和发电，但均存在效率低，设备投资大，余压无法得到有效利用的缺点。现有技术中已经公开了的利用高压天然气压力能制冷的技术方案有很多，申请号为200810026979.4的中国专利提出了一种利用高压天然气直接通过无动力制冷机降压膨胀制冷的工艺流程，可以得到—40℃～—100℃之间的低温。但由于该专利中未回收膨胀过程中的机械能，仅利用膨胀产生的冷能，导致压力能利用率较低，小于50％，且无法获得—100℃以下的低温，不适用于空气分离。申请号为201210128345.6的中国专利和申请号为200510037532.3的中国专利提出了利用高压天然气压力能膨胀制冷液化天然气的工艺流程。采用预冷及膨胀制冷可以得到—100℃的低温天然气，但未考虑大的温降易造成输气管道冻堵，为保证正常生产需增大天然气处理的投资，运营成本较高。另外，公开号为CN101245956A、CN101852529B、CN102563958B、CN2791144Y、US5137558的专利也公开了相应回收利用管网压力的技术方案。但上述技术方案中仅公开了利用回收天然气管网压力能发电或制冷，目前天然气管网压力能用于空气分离的技术的发展人处于起步阶段，公开号为CN103968640A的专利了一种利用天然气压差发电冷能的空气分离***，涉及天然气压差发电冷能应用技术领域，该专利是将高压天然气调压发电与空气分离装置相结合，充分利用天然气调压发电过程产生的冷能，但压力能通过涡轮管回收效率较低，而空气分离仅为其附属工艺，而冷媒循环中损耗逐年增加，因而该技术存在空气分离产量低、设备投资大、仅适用于流量大压力高的天然气门站即适用范围较局限的缺点。

因此，寻找一种能回收利用天然气压力能且不对管网造成冻堵，并能节约硬件投资的适用于中小型分离站的处理***，对于实现绿色生产有很大的意义。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的是为克服现有技术的不足，提供一种利用高压天然气管网压力能的空气分离***。该***结合天然气压力能回收和空气分离两种技术，将高压天然气的较高的压力能转换成空气分离的冷能，利用膨胀机及换热器作为能量转化的中间设备，不仅满足了压降的要求，而且能够将天然气管网压力能充分制冷充分利用，并解决现有空气分离技术能耗高及天然气管网压力能再利用中能量利用率低的问题。

为达此目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种利用高压天然气管网压力能的空气分离***，包括天然气压力能回收***、空气分离***、连接天然气压力能回收***同空气分离***的冷媒循环回路，该冷媒循环回路用于天然气管网降压过程产生的巨大冷能转换至实用新型中的空气分离装置，提供空气分离***所需的冷能，并通过吸收空气冷却时释放的能量保证输出的低压天然气温度不致过低；

所述天然气压力能回收***包括天然气净化装置、高压天然气膨胀机、高压冷媒压缩机、换热器A、冷媒膨胀机、中压冷媒压缩机、中压天然气膨胀机、换热器B；空气分离***包括鼓风机、空气过滤器、空压机、空压机后冷却器、空气预冷器、分子筛吸附装置、电加热器、主换热器、空气膨胀机、精馏塔、氧气储存装置、氮气储存装置；

天然气净化装置连接高压天然气膨胀机，然后连入换热器A，换热器A分别连接冷媒膨胀机和中压天然气膨胀机，中压天然气膨胀机连接换热器B，换热器B出口连接下游天然气管网，同时设有支路连接高压冷媒压缩机，高压冷媒压缩机接入换热器A；冷媒膨胀机连接主换热器，换热器有三个出口管线，分别连接中压冷媒压缩机、电加热器、空气膨胀机，中压冷媒压缩机连接换热器B，电加热器依次连接分子筛吸附装置和空气预冷器，空气膨胀机连接到精馏塔下部；鼓风机依次连接空气过滤器、空压机、空压机后冷却器，然后连入空气预冷器；精馏塔上端出口连接主换热器，下端出口分别连接氧气储存装置和氮气储存装置。

一种利用高压天然气管网压力能的空气分离***，包括以下操作步骤：首先，在高压天然气调压过程中，通过膨胀机将高压天然气的压力能转换为机械功和冷能，再利用冷媒作为媒介，回收产生的机械能及冷能，一方面利用高压天然气膨胀产生的机械功将冷媒压缩，使其成为高压制冷工质，另一方面，通过换热网络的优化设计，利用高压天然气膨胀产生的冷能来冷却压缩后的高压冷媒，同时提高高压天然气进入膨胀机的进气温度，增加高压天然气膨胀产生的机械功，进而利用保温管线将冷却后的高压冷媒输送至空气分离装置区域，再利用高压冷媒膨胀机膨胀产生的低温冷能；同时，高压冷媒膨胀产生的机械功用于冷媒经主换热器换热后初步增压；然后通过保温管线将初步增压后的冷媒输送至换热器回收高压天然气膨胀产生的冷能，形成冷媒循环。

一种利用高压天然气管网压力能的空气分离***，包括以下步骤。

A.高压天然气压力能回收：

高压天然气管网输送至调压站、分输站的高压天然气，压力在1.5MPa(绝对压力，下文出现压力的均为绝对压力)以上。高压天然气流经天然气净化装置初步处理后，进入高压天然气膨胀机膨胀降压至1～7MPa，高压天然气膨胀机输出的机械功用于中压冷媒压缩机的驱动，同时获得温度降低的中压天然气，并通过调节高压天然气膨胀机的出口压力，保证其温度高于天然气的水露点。通过高压天然气膨胀机膨胀后的中压天然气通过换热器A与经过高压冷媒压缩机压缩后的高压冷媒换热，获得热量后温度升高至—15℃～100℃；温度升高后的中压天然气通过中压天然气膨胀机，膨胀后压力降低至0.4～3MPa，得到温度降低的低压天然气，获得的机械功用于驱动高压冷媒压缩机，并保证其温度高于其水露点。低温低压天然气通过换热器B同经过中压冷媒压缩机压缩后的中压冷媒换热，换热后的低压天然气温度升高至0℃以上输送至天然气管网。

B.用于连接天然气压差制冷***同空气分离***的冷媒循环：

低温冷媒流经空气分离***的主换热器同预冷后的高压空气及精馏塔分流出的低温废气换热，换热后冷媒温度升高至0～20℃。温度升高后的低压冷媒流入中压冷媒压缩机，增压至2～3MPa，温度升高至90～130℃，成为中压冷媒，其压力及温度受高压天然气膨胀机的输出功大小影响。中压冷媒通过保温管线输送至换热器B与经过中压天然气膨胀机膨胀后的低压低温天然气换热，中压冷媒温度降低至0℃～30℃，然后经过高压冷媒压缩机增压至4～6MPa，成为高压冷媒，其压力及温度受中压天然气膨胀机的输出功大小影响。高压冷媒通过换热器A同经高压天然气膨胀机膨胀后的中压天然气换热，温度降至—30～0℃，然后通过保温管线输送至冷媒膨胀机，膨胀后的冷媒温度降至—120～—140℃。进入主换热器为空气分离装置提供冷能，中压天然气膨胀得到的机械功用于驱动空气分离装置的空气压缩机，形成冷媒循环。

C.空气分离：

空气通过空气管线进入空气过滤器，脱除固体杂质后进入空气压缩机组，压缩至1～2.5MPa。温度升高至110～200℃，压缩后的空气进入空压机后冷却器冷却至90～180℃。获得的高温高压空气进入空气预冷器，在空气预冷器中同经主换热器换热后的低温空气换热，温度降至10～20℃，预冷后的空气进入分子筛吸附装置，脱除水及杂质后进入主换热器，同低温冷媒及精馏塔顶分流出的低温废气进行换热，温度降至—120～—140℃，经保温管线输送至空气膨胀机，膨胀后压力0.3～1MPa，温度降至该压力下的饱和温度，从精馏塔底部进入，低温低压空气在精馏塔中反复冷凝和蒸发，含液氧成分较多的富氧液空集聚于精馏塔上塔及下塔底部，氮气则集聚于上塔及下塔顶部。高纯液氧(含氧99.80％)从精馏塔上塔底部出口流出经保温管道输送至氧气储存装置；高纯氮(含氮99.99％)在下塔顶部冷凝蒸发器中冷凝为液氮，引出后分为两股，一股作为回流液从上塔顶部下流为上塔上升的蒸气提供冷量，以便得到纯度更高的液态产品；另一股导入液氮储存装置被储存；从精馏塔塔顶分流一股低温废气，输送至主换热器，同预冷净化后的空气及冷媒换热后，分为两股一部分经调压阀调压至常压，进入空气预冷器，为空气提供冷量，外排，另一股低温废气经管路输送至电加热器，为分子筛吸附装置再生提供气源，后外排至大气；精馏塔底部聚集的富氧液空(含氧约38％)约—180℃，节流后约—190℃进入精馏塔上部回流，一方面增加液空在精馏塔中的蒸发冷流次数，另一方面为上塔上升的蒸气提供冷量，以便得到纯度更高的液态产品。

进入高压天然气回收***的天然气压力介于1.6～10MPa，采用两级膨胀换热的方式，包括高压天然气膨胀机及中压天然气膨胀机，高压天然气经两级降压，压力降至下游天然气管网输送压力。且通过调节高压天然气膨胀机及中压天然气膨胀机出口压力及冷媒循环的流量控制天然气出口温度，保证其高于天然气水露点。

高压天然气膨胀机、中压天然气膨胀机、空气膨胀机及冷媒膨胀机为透平膨胀。

冷媒循环中冷媒经中压冷媒压缩机、高压冷媒压缩机二级增压。中压冷媒压缩机由高压天然气膨胀机产生的机械能驱动，高压冷媒压缩机由中压天然气膨胀机产生的机械能驱动。

冷媒经压缩机压缩增压产生的热能均通过换热器A、换热器B用于加热经膨胀机膨胀后的天然气。而高压天然气膨胀产生的冷能均通过换热器用于冷却压缩后升温的冷媒。

冷媒循环在空气分离***提供的冷能温度，一方面可通过调节冷媒循环量，另一方面可以改变精馏塔顶低温废气分流的量，减少冷媒循环量、增大精馏塔顶分流低温废气量、增大冷媒二级压缩压缩比均可降低制冷温度。相反则会提高制冷温度。

高压天然气调压及压力能回收装置同空气分离装置通过制冷循环相连接，保证两区域的安全间隔。

本实用新型相对于现有技术具有如下优点：

(1)本实用新型提出的一种利用高压天然气管网压力能的空气分离***，是基于能量转换原理，利用膨胀机将压力能转换为冷能及机械功，通过冷媒循环，同时回收高压天然气膨胀产生的冷能及机械能，而且可以产生—120℃以下的低温冷能用于空气分离，为空气分离提供廉价的冷源，降低了空分产品的能耗；

(2)本实用新型通过优化换热网络，实现对高压天然气膨胀产生的冷能及冷媒压缩产生的热能的梯级利用，一方面，回收冷媒压缩产生的热能用于提高中压天然气膨胀机的入口温度及进入下游天然气管网的温度，增加天然气膨胀过程产生的机械功，保证进入下游天然气管网的天然气温度高于其水露点；另一方面利用高压天然气膨胀产生的冷能冷却冷媒，可以节约冷媒循环过程中冷媒压缩后冷却设备的投资及操作费用。降低冷媒循环的运行成本；

(3)本实用新型通过冷媒作为能量传递的纽带，将天然气调压过程及压力能回收过程设备同空气分离设备分开，并保证安全距离，避免两环节在同一区域，而引起的消防安全等方面的隐患，有利于安全运营；

(4)本实用新型通过回收高压天然气管网压力能制冷为空气分离提供—120℃以下的冷能，不需消耗外界能量，制冷能耗很低。并且通过对***地优化设计，利用高压天然气膨胀制冷部分具有较强操作柔性，在天然气气流量波动及空气分离生产负荷波动时，均能保持正常操作。该过程不需外界提供冷、热源，并且保证天然气外输温度高于水露点，避免冰堵；

(5)采用氮气作为冷媒循环的工质，氮气为该***的产物，可以降低生产成本的同时，可以避免换热过程空气与天然气接触而发生安全事故。

附图说明

附图1为本实用新型的结构示意图。

图中1、空气过滤器，2、空压机，3、空气预冷器，4、分子筛吸附装置，5、电加热器，6、主换热器，7、精馏塔，8、空气膨胀机，9、中压冷媒压缩机，10、换热器B，11、高压冷媒压缩机，12、换热器A，13、冷媒膨胀机，14、氧气储存装置，15、氮气储存装置，16、天然气净化装置，17、高压天然气膨胀机，18、中压天然气膨胀机，19、节流阀A，20、节流阀B，21、节流阀C，22、空压机后冷却器，23、鼓风机。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的技术方案进一步作具体描述：

本实用新型提供的一种利用高压天然气管网压力能的空气分离***，主要由空气过滤器1、空压机2、空气预冷器3、分子筛吸附装置4、电加热器5、主换热器6、精馏塔7、空气膨胀机8、中压冷媒压缩机9、换热器B10、高压冷媒压缩机11、换热器A12、冷媒膨胀机13、氧气储存装置14、氮气储存装置15、天然气净化装置16、高压天然气膨胀机17、中压天然气膨胀机18、节流阀A19、节流阀B20、节流阀C21、空压机后冷却器22、鼓风机23构成。

一种利用高压天然气管网压力能的空气分离***，具体实施包括以下步骤：

(1)高压天然气压力能回收

压力为1.5～10MPa的高压天然气经天然气管道输送至天然气净化装置16，净化处理后进入高压天然气膨胀机17膨胀降压至1～7MPa，高压天然气膨胀机输出的机械功用于中压冷媒压缩机9的驱动，输出的中压天然气进入换热器A12与经过高压冷媒压缩机8输出的高压冷媒换热，升温至—15℃～100℃；进入中压天然气膨胀机18膨胀降压至0.4～3MPa，获得的机械功用于高压冷媒压缩机8的驱动；输出的低温低压天然气经天然气管线输送至换热器B10与经过中压冷媒压缩机9输出的中压冷媒换热，换热后的天然气经输气管道输送至下游天然气管网。

(2)用于连接天然气压差制冷***同空气分离***的冷媒循环

低温冷媒进入主换热器6同分子筛吸附装置4输出的空气及精馏塔7分流出的低温废气换热，换热后温度升至0～20℃后经冷媒管道输送至中压冷媒压缩机9增压至2～3MPa，输出的中压冷媒通过冷媒保温管道输送至换热器B10与中压天然气膨胀机18输出的低温低压天然气换热，输出的中压冷媒温度降低至0℃～30℃，进入高压冷媒压缩机8增压至4～6MPa，输出的高压冷媒进入换热器A12同经高压天然气膨胀机17输出的中压天然气换热，输出的冷媒温度降至—30～0℃，然后经过冷媒管道输送至冷媒膨胀机13，输出的冷媒温度降低至—120～—140℃，进入主换热器6形成冷媒循环回路。

(3)空气分离

空气经鼓风机23输送入空气过滤器1，输出的脱出固体杂质的空气输送至空压机组2，输出的1～2.5MPa空气经空气管道输送至空压机后冷却器22冷却至90～180℃，输送至空气预冷器3同主换热器6输出的低温空气换热，输出的空气温度降至10～20℃，输送至分子筛吸附装置4脱除水及杂质后进入主换热器6同冷媒膨胀机13输出的低温冷媒及精馏塔7顶分流出的低温废气进行换热，输出的空气温度降低至—120～—140℃，经保温管线输送至空气膨胀机8，输出的0.3～1MPa空气从精馏塔7底部进入，低温低压空气在精馏塔7中反复冷凝和蒸发，高纯液氧(含氧99.80％)从精馏塔7上塔底部出口流出经保温管道输送至氧气储存装置；高纯氮(含氮99.99％)在下塔顶部冷凝蒸发器中冷凝为液氮引出后分为两股，一股经调压阀A19调压后输送至精馏塔7顶部作为回流液为上塔上升的蒸气提供冷量，另一股导入液氮储存装置被储存；从精馏塔7塔顶分流一股低温废气，输送至主换热器6同分子筛吸附装置4输出的空气及冷媒膨胀机13输出的冷媒换热后，分为两股物流一部分经调压阀C21调压至常压后输送至空气预冷器3与空压机后冷却器22输出的空气换热后外排至大气；另一股则经管路输送至电加热器5加热后输送至分子筛吸附装置4作为再生气后外排至大气。精馏塔7底部聚集的富氧液空(含氧约38％)约—180℃自塔底输出，调压后约—190℃从精馏塔7上部输入。

下面结合四川某天然气分输站天然气的状态参数及附图，对本实用新型的技术方案作进一步的详述，但本实用新型的实施方式不限于此，对于未注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

实施例

一种利用高压天然气管网压力能的空气分离***，其工艺流程如图1所示，采用二级膨胀降压的方式，冷媒循环选择为氮气。

某天然气分输站，总分输量为100×10⁴Nm³/d，从天然气主干管网输送至分输站的高压天然气压力为7.0MPa，温度为20.0℃，天然气的体积组成见表1，环境温度为25.0℃，该管输天然气在7.0MPa下的水露点为15.0℃，在分输站内7.0MPa的高压天然气需要被降至2.0MPa后进入中压天然气管网分输。现用分输站全部来气调压释放的压力能用于制冷，为天然气分输站外的空气分离装置提供冷源。冷媒循环流量为7000Nm³/h，冷媒选择为氮气。膨胀机、压缩机等设备的等熵效率取0.8。

表1某天然气分输站来气的气体组成

组成	CH4	C2H6	C3H8	i-C4H10	n-C4H10	i-C5H12	n-C5H12	CO2
									mol％	97.56	1.44	0.20	0.02	0.07	0.01	0.02	0.64

一种利用高压天然气管网压力能的空气分离***的具体步骤如下：

(1)高压天然气压力能回收

该分输站高压天然气来气的气量为100×10⁴Nm³/d，先进入天然气净化装置16，除去水及固体杂质后，进入高压天然气膨胀机17膨胀，高压天然气由7.0MPa降压至3.0MPa，高压天然气膨胀机17输出功为578.2kW，用于驱动中压冷媒压缩机9，膨胀后的中压天然气温度降至—29.8℃，在经过换热器A12与高压冷媒压缩机11流出的174.9℃、5MPa高压氮气进行换热，吸收其热量后温度升高至—8.9℃，中压天然气在换热器A中的压降0.5MPa，然后进入中压天然气膨胀机18中膨胀至2MPa，中压天然气膨胀机18的输出功为280.7kW，用于驱动高压冷媒压缩机11，从中压天然气膨胀机18中输出的低压天然气温度为—30.4℃，然后进入换热器B10同中压冷媒压缩机9流出的233.2℃、1.6MPa中压氮气换热，吸收热量后温度升高至3.4℃，进入下游天然气管网。

(2)用于连接天然气压差制冷***同空气分离***的冷媒循环

7000Nm³/h、—131.2℃、300kPa的低温循环氮气进入主换热器6，同精馏塔7塔顶分流出的—191℃、0.13MPa的低温废气及经分子筛吸附装置4过滤后的10℃、2MPa的空气进行换热，吸收热量后升温至8℃，然后进入中压冷媒压缩机9压缩至1.6MPa，中压冷媒压缩机9功耗约为550.6kW，循环氮气温度升高至233.2℃，然后进入换热器B10同中压天然气膨胀机18输出的—30.4℃、2MPa的低压天然气进行换热，释放热量后温度降低至18℃，然后进入高压冷媒压缩机11压缩至4MPa，高压冷媒压缩机11功耗约为279.2kW，然后进入换热器A12同高压天然气膨胀机17流出的—29.8℃、3MPa的中压天然气换热，释放热量，温度降低至—27℃，然后进入冷媒膨胀机13膨胀后压力降至0.3MPa，冷媒膨胀机13的输出功为215.4kW，循环氮气温度降至—131.2℃，循环氮气在主换热器6、换热器A12、换热器B10的压降分别为0.5MPa、0.3MPa、0.3MPa。

(3)空气分离

温度为15℃的原料空气经鼓风机23输入自洁式空气过滤器1除去灰尘等细小颗粒固体杂质后，进入空气压缩机组2，在空气压缩机组2中的低压空气压缩机增压至0.8MPa，低压空气压缩机功耗约为408.5kW，温度升高至空气压缩机组2中的中压空气压缩机组进行压缩，压力升高至2MPa，中压空气压缩机功耗约为416.3kW，温度升高至182.9℃，进入空压机后冷却器22温度降至164℃。获得的高温高压空气进入空气预冷器3，在空气预冷器3中同经主换热器6换热后的—8.9℃、0.13MPa低温废气换热，温度降至10℃，预冷后的空气进入分子筛吸附装置4，脱除水及杂质后进入主换热器6，不计空气在分子筛吸附装置4中的压降及温降。同冷媒膨胀机13流出的—131.2℃、300kPa低温冷媒及精馏塔7顶分流出的—191℃、0.13MPa低温废气进行换热，温度降至—137℃，经保温管线输送至空气膨胀机8，膨胀后压力0.35MPa，空气膨胀机8输出的机械功为93.2kW，膨胀后空气的温度为—179.3℃输送至精馏塔7底部。低温低压空气在精馏塔7中反复冷凝和蒸发，上塔底部获得的—180.2℃、0.135MPa高纯度液氧(含氧99.80％)被导入液氧储存装置储存14。高纯氮(含氮99.99％)在下塔顶部冷凝蒸发器中冷凝为液氮(183.4℃、0.35MPa)，引出后分为两股，一股经调压阀19调压至0.13MPa作为回流液从上塔顶部下流为上塔上升的蒸气提供冷量，以便得到纯度更高的液态产品；另一股导入液氮储存装置15被储存；在液空进料口处，下塔富氧液空(含氧约38％)约—180℃，经调压阀20调压后约—190℃进入上塔上部回流。精馏塔7顶部分流出的5×10⁴Nm³/d、—191.5℃、0.132MPa低温废气，进入主换热器6同经分子筛吸附装置4吸附后的10℃、2MPa的空气及冷媒膨胀机8流出的—131.2℃、300kPa循环氮气换热，换热后低温废气的温度升高至—8.9℃，分为两股一股4×10⁴Nm³/d的低温废气进入空气预冷器3为压缩机输出的182.9℃、2MPa高温高压空气提供冷能，吸收热量后的废气外排至大气。另一股则经节流阀21进入分子筛吸附装置4，输送至电加热器5，为分子筛吸附装置4再生提供气源，后外排至大气。

采用本实用新型所述的利用高压天然气管网压力能的空气分离***，100×10⁴Nm³/d的高压天然气由7MPa调压至2MPa可回收的压力能约为5650kW，在该实例中回收高压天然气膨胀过程产生的机械功约829.6kW，同时为空气分离过程提供低温冷能，可将3.09×10⁴Nm³/h的空气降至350MPa的饱和温度—179.6℃，相对出传统的电制冷低温空气分离方法可节约电能约726.72×10⁴kWh，节能价值约581.36×10⁴元。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种利用高压天然气管网压力能的空气分离***，其特征在于，包括天然气压力能回收***、空气分离***、以及连接天然气压力能回收***和空气分离***的冷媒循环回路，该冷媒循环回路用于天然气管网降压过程产生的巨大冷能转换至实用新型中的空气分离装置，提供空气分离***所需的冷能，并通过吸收空气冷却时释放的能量保证输出的低压天然气温度不致过低；

天然气压力能回收装置同空气分离装置通过制冷循环相连接，保证两区域的安全间隔;

所述天然气压力能回收***包括天然气净化装置、高压天然气膨胀机、高压冷媒压缩机、换热器A、冷媒膨胀机、中压冷媒压缩机、中压天然气膨胀机、换热器B；空气分离***包括鼓风机、空气过滤器、空压机、空压机后冷却器、空气预冷器、分子筛吸附装置、电加热器、主换热器、空气膨胀机、精馏塔、氧气储存装置、氮气储存装置；

天然气净化装置连接高压天然气膨胀机，然后连入换热器A，换热器A分别连接冷媒膨胀机和中压天然气膨胀机，中压天然气膨胀机连接换热器B，换热器B出口连接下游天然气管网，同时设有支路连接高压冷媒压缩机，高压冷媒压缩机接入换热器A；冷媒膨胀机连接主换热器，换热器有三个出口管线，分别连接中压冷媒压缩机、电加热器、空气膨胀机，中压冷媒压缩机连接换热器B，电加热器依次连接分子筛吸附装置和空气预冷器，空气膨胀机连接到精馏塔下部；鼓风机依次连接空气过滤器、空压机、空压机后冷却器，然后连入空气预冷器；精馏塔上端出口连接主换热器，下端出口分别连接氧气储存装置和氮气储存装置。