一种液化空气和乙烯深冷分离的耦合系统的制作方法

本技术属于石化和能源，具体涉及一种液化空气和乙烯深冷分离的耦合系统。

背景技术：

1、储能技术在可再生能源利用中不可或缺，近年来大规模储能技术中高效率、高储能密度的液化空气储能liquefied air energy storage（laes）格外引人关注，不断涌现出laes新进展的报道。laes技术工作原理为：常温常压空气经空气压缩机、级间换热器压缩冷却为常温高压空气，再经冷凝液化可得到低温液态空气。

2、中国专利cn117722819a公开了一种自平衡式耦合lng冷能的新型液化空气储能系统，空气液化单元实现将空气压缩单元来的常温空气液化并存储；氮气制冷单元用于将lng冷能传递至空气液化单元作为其冷源；闭式空气循环单元与空气膨胀释能单元耦合，利用存储液化空气的气化冷能，调节释能阶段的吸热量与系统回收的热量平衡。中国专利cn112855302a公开了一种igcc电站耦合空气液化设备系统，其利用空气液化设备和液化空气储能罐可随时快速改变供电功率和负荷的特性，满足电网对igcc电站的调峰调频负荷需求。中国专利cn114543443a公开了一种液化空气与超临界二氧化碳耦合循环储能系统及方法，可将液空储能循环的能量通过压缩热和回流冷量的形式进存储和利用。中国专利cn114592938a提供了一种热泵储电耦合液化空气储能综合系统及储能方法，液化空气系统中的压缩空气经压缩后吸收低温换热器的低温冷能，产生液态空气存储至低温储罐内；热泵储电系统通过低温换热器实现低温冷能的热量交换。

3、乙烯装置作为石化行业的龙头装置，主要生产乙烯等“三烯”、“三苯”基本有机化工原料。随着经济的高速发展，乙烯需求进入到快速增长的通道，乙烯产能不断扩张。通过离心压缩和深冷分离将乙烯装置裂解炉流出含h2、c1、c2～c4等低碳轻烃的裂解气进行分离精制得到乙烯、丙烯、甲烷等产品。乙烯装置深冷分离工艺ethylene cryogenicseparation process（ecsp）包括：顺序分离、前脱乙烷、前脱丙烷和渐近分离等多种工艺流程。但是，现有技术中并无液化空气储能laes与乙烯深冷分离ecsp耦合的报道。这是由于laes系统除二氧化碳、水外，其余物质常压沸点都小于等于-183.0℃，而ecsp系统本身所涉及的数十种物质中，有常压沸点差异非常大的，如：氢气与一氧化碳；也有常压沸点差异非常小的，如：反2-丁烯与顺2-丁烯；由于物性差异巨大，致使laes与ecsp两种技术方法完全不同，两种工艺操作运行方式差异巨大，且laes属于能源行业、ecsp属于石化行业，故而laes与ecsp耦合存在一定难度。

4、表1 laes系统和ecsp系统物料性质

5、

6、鉴于此，开发一种液化空气和乙烯深冷分离的耦合系统，以进一步降低乙烯装置的碳排放量，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供了一种液化空气和乙烯深冷分离的耦合系统，包括液化空气分系统和乙烯深冷分离分系统；所述液化空气分系统包括依次管线连接的空气入口管线、压缩机组件、第一组级间换热器组件、蓄冷换热器、气液分离器；所述乙烯深冷分离分系统包括依次管线连接的裂解气进料管线、换热器组件、进料分离罐组件、冷箱组件、氢气分离罐；所述气液分离器与所述换热器组件管线连接。

2、在本实用新型的一种优选实施方式中，

3、所述压缩机组件包括第一压缩机、第二压缩机、第三压缩机、第四压缩机；所述第一组级间换热器组件包括第一级间换热器、第二级间换热器、第三级间换热器和冷却器；

4、所述第一压缩机、第一级间换热器、第二压缩机、第二级间换热器、第三压缩机、第三级间换热器、第四压缩机、冷却器依次管线连接。

5、在本实用新型的一种优选实施方式中，

6、所述蓄冷换热器包括并排分隔的第一换热室、第二换热室、第三换热室和第四换热室；

7、所述第一组级间换热器组件中的冷却器、所述蓄冷换热器的第一换热室、所述气液分离器、所述蓄冷换热器的第二换热室依次管线连接。

8、在本实用新型的一种优选实施方式中，

9、所述换热器组件包括第一换热器、第二换热器、第三换热器；所述进料分离罐组件包括第一进料分离罐、第二进料分离罐、第三进料分离罐、第四进料分离罐；所述冷箱组件包括第一冷箱、第二冷箱、第三冷箱、第四冷箱；

10、所述第一换热器、所述第一进料分离罐、所述第一冷箱、所述第二换热器、所述第二进料分离罐、所述第二冷箱、所述第三换热器、所述第三进料分离罐、所述第三冷箱、所述第四进料分离罐、所述第四冷箱、所述氢气分离罐的侧部依次管线连接。

11、在本实用新型的一种优选实施方式中，

12、所述蓄冷换热器的第二换热室包括依次管线连接的第二初级换热室、第二次中级换热室、第二中级换热室和第二终极换热室；所述第二初级换热室、所述第二次中级换热室、所述第二中级换热室和第二终极换热室的液态空气出口分别与所述第三换热器、所述第二换热器、所述第一换热器、排放空气管线相连接；

13、优选的，

14、第二初级换热室和第二次中级换热室之间设有第一调节阀；和/或，

15、第二次中级换热室和第二中极换热室之间设有第二调节阀；和/或，

16、第二中级换热室和第二终极换热室之间设有第三调节阀。

17、在本实用新型的一种优选实施方式中，

18、所述液化空气和乙烯深冷分离的耦合系统还包括相连接的膨胀机组件和第二组级间换热器组件，所述膨胀机组件与所述排放空气管线连接。

19、在本实用新型的一种优选实施方式中，

20、所述膨胀机组件包括第一膨胀机、第二膨胀机、第三膨胀机、第四膨胀机；所述第二组级间换热器组件包括第五级间换热器、第六级间换热器、第七级间换热器和再热器；

21、所述排放空气管线、所述再热器、所述第四膨胀机、所述第七级间换热器、所述第三膨胀机、所述第六级间换热器、所述第二膨胀机、所述第五级间换热器、所述第一膨胀机依次管线连接。

22、在本实用新型的一种优选实施方式中，

23、所述蓄冷换热器的第四换热室的入口端与所述气液分离器气相出口管线连接，其出口端与未液化空气管线连通；和/或，

24、所述蓄冷换热器的第三换热室的入口端与所述气液分离器液相出口管线连接、出口端依次与所述第一组级间换热器组件和所述压缩机组件管线连接；优选地，气液分离器液相出口与第三换热室入口端的连接管线上还设置有液态空气储罐。

25、在本实用新型的一种优选实施方式中，

26、所述第一换热器、所述第二换热器、所述第三换热器均与所述蓄冷换热器的第一换热室入口管线连接。

27、在本实用新型的一种优选实施方式中，

28、所述氢气分离罐的顶部依次与冷箱组件、氢气管线连接；和/或，

29、所述氢气分离罐的底部依次与冷箱组件、低压甲烷管线连接；和/或，

30、所述第一进料分离罐、第二进料分离罐、所述第三进料分离罐、所述第四进料分离罐的底部均分别与脱甲烷塔塔侧进料口管线连接；和/或，

31、所述脱甲烷塔塔顶设置有依次连接的脱甲烷塔顶冷凝器和脱甲烷塔顶回流罐；脱甲烷塔顶回流罐气相出口依次与第五膨胀机、冷箱组件、甲烷压缩机、高压甲烷管线相连接。

32、与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

33、1.本实用新型的液化空气和乙烯深冷分离的耦合系统，将液化空气储能生成的低温液态空气作为冷剂，该冷剂用于将乙烯深冷分离分系统，提高了乙烯回收率，最终得到合格的乙烯和丙烯产品。

34、2.本实用新型的液化空气和乙烯深冷分离的耦合系统，采用laes耦合ecsp工艺后，与常规分离工艺相比，耦合后压缩机的总功率大幅下降，更进一步实现了二氧化碳减排。