[发明专利]具有储能和物质能量资源高效回收的内压缩空分工艺流程

说明书

本发明提供一种具有储能和物质能量资源高效回收的内压缩空分工艺流程，属于空分技术领域。该工艺通过在常规空分内压缩工艺流程的基础上设置低温液空储存和物质能量回收系统，形成集气体分离、液空储存和物质能量资源回收为一体的空分新工艺流程，实现空分设备和技术的规模化储能特性。本发明既是一种新的空分工艺流程，也适用于对现有空分内压缩工艺流程的升级和更新改造。该工艺流程可通过利用廉价的谷电资源将过剩的电能储存于液态空气中，释能过程通过回收储存物质及其气化过程释放的冷能降低系统对峰电期电能的需求，有效提高空分系统的能量转换效率和运行经济性。

技术领域

本发明涉及空分技术领域，特别是指一种具有储能和物质能量资源高效回收的内压缩空分工艺流程。

背景技术

随着电子科技领域的迅速发展和居民生活水平的不断提高，工业、农业和商业等领域的部分产业已逐渐被电子信息技术取代，电子产品逐渐走进人类的工作和生活，导致电力市场供需关系频繁变化，电网峰谷差逐渐扩大，电网调峰面临巨大挑战。目前，我国70％以上的电力负荷来自火电机组，光伏、风电等可再生能源机组受电力调峰能力和传输容量限制，呈现出不同程度的弃风、弃光现象，因此，未来几年中国的火电机组调峰仍将占据主导地位，而调峰机组的频繁启停和变负荷运行严重影响发电机组的运行效率和使用寿命，同时也会增加发电煤耗和污染物排放。

针对高耗电企业采取电力需求侧管理和在电网侧接入“储能调峰”技术是两种平衡电网用电需求和降低企业运行成本的重要辅助手段。空分设备是工业领域的重要高耗电企业，其在煤化工、石油炼化和冶金三大行业的制氧能力占比分别为45％、30％和25％。随着我国冶金和化工等传统工业去产能、降成本、优结构发展态势的逐渐深入，空分行业的发展也进入了“新常态”，冶金空分行业普遍面临减产、停产和设备闲置等多重危机，部分化工领域的空分设备也普遍降负荷运行，致使设计产能普遍大于实际气体需求，空分气体耗散量严重。以钢铁行业为例，2017年，我国粗钢产量为8.71亿吨，占世界钢铁总产量的49.2％，按每吨钢耗氧量为120Nm³/h，单位制氧综合电耗为0.8KWh/Nm³计算，2017年全国冶金行业制氧综合总电耗可达836.16×10⁹KWh，相比中国工业总电耗为44959.8×10⁹KWh，可推算出2017年我国空分设备总制氧综合电耗可占全国工业总电耗的7.4％，能耗占比相当可观。因此，在对空分设备实施生产电力需求侧管理的同时，如果能够利用空分设备实现规模化储能技术，则对于改善空分设备产能供过于求的生产运行现状和节约储能设备投资成本具有重要意义。目前，常用的规模化物理储能技术主要有抽水储能、压缩空气储能和液化空气储能等，抽水储能和压缩空气储能技术受地理位置和选址范围约束，发展受到一定限制，而液化空气储能技术因其储能密度大、时间响应短、安全系数高、原料来源广、不受天气变化、地理位置和环境限制等独特优势受到了人们的广泛关注，但建立独立的液化空气储能系统设备投资大，成本高，回本周期长。考虑到空分系统与液化空气储能系统的工艺流程和工作原理的相似性，若将液化空气储能技术应用于空分系统，不仅可以提高空分系统的设备利用率，充分挖掘空分系统的运行潜力，还可以极大程度上降低气体产品的放散量，平衡电网电力负荷，节约空分企业用电成本，同时实现空分设备和工艺技术流程的大型化、超大型化、多功能化和集成性发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有储能和物质能量资源高效回收的内压缩空分工艺流程，该流程基于电力市场电力峰谷分时电价制度和中国空分设备产能供过于求的生产现状，以平衡电网用电需求、提高空分设备利用率、挖掘空分设备运行潜力和推进空分设备规模大型化、功能多样化发展为目的，开发具有储能和物质能量资源高效回收的全新空分工艺流程。