气体制备系统及利用空气分离和制备设备进行发电的系统的制作方法

本发明涉及气体制备热能回收利用技术领域，尤其涉及一种气体制备系统及利用空气分离和制备设备进行发电的系统。

背景技术：

空分，就是用来把空气中的各组份气体分离，生产氧气、氮气、氩气，还有稀有气体氦、氖、氩、氪、氙、氡等的一套工业设备。现有的空分的预冷装置采用水冷方式将热能排放至大气中，没有得到很好的利用，造成大量的热能的浪费。

液化天然气工艺流程，是把天然气冷凝、压缩成为低温液体。目前通常采用水冷方式将天然气的制备和液化过程中产生的热能排放至大气中，没有得到很好的利用，造成大量的热能的浪费。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供气体制备系统，以解决现有技术中存在的热能浪费的技术问题。

本发明的目的还在于提供利用空气分离和制备设备进行发电的系统，以解决现有技术中存在的热能浪费的技术问题。

基于上述第一目的，本发明提供的气体制备系统，包括气体制备管路和热能利用管路；

所述气体制备管路包括依次连通的气体管路入口、气体预冷装置和气体管路出口；

所述气体管路入口与所述气体预冷装置之间设置有气体压缩装置，或者，所述气体预冷装置与所述气体管路出口之间设置有气体压缩装置；

所述热能利用管路包括用于流通气液相变介质的n个循环回路；其中，n为大于等于1的整数；

n为1时，第一循环回路包括首尾依次连通的所述气体预冷装置、一级汽轮机或一级膨胀机、一级冷凝器和一级液体泵；n为大于等于2的整数时，第n循环回路包括首尾依次连通的n-1级冷凝器、n级汽轮机或n级膨胀机、n级冷凝器和n级液体泵；所述n-1级冷凝器用于令流经第n循环回路的第n介质冷却n-1级汽轮机或n-1级膨胀机输出的第n-1介质；所述n级冷凝器用于冷却n级汽轮机或n级膨胀机输出的第n介质；所述第一循环回路的第一介质为低温液体介质；所述第n介质为标准大气压下沸点低于0摄氏度的低温液体介质；

所述气体预冷装置用于令所述热能利用管路的第一循环回路的第一介质冷却所述气体制备管路的气体制备介质。

本发明的可选技术方案为，所述气体制备管路包括气体热交换装置；所述气体热交换装置用于令从所述气体管路入口流向所述气体管路出口的气体制备介质冷却；

所述气体管路入口、所述气体压缩装置、所述气体预冷装置和所述气体热交换装置依次连通；或者，所述气体管路入口、所述气体预冷装置、所述气体压缩装置和所述气体热交换装置依次连通。

本发明的可选技术方案为，所述气体制备管路包括气体过滤装置和气体纯化装置；

所述气体管路入口、所述气体过滤装置、所述气体压缩装置、所述气体预冷装置、所述气体纯化装置和所述气体热交换装置依次连通；

或者，所述气体管路入口、所述气体过滤装置、所述气体预冷装置、所述气体压缩装置、所述气体纯化装置和所述气体热交换装置依次连通；

或者，所述气体管路入口、所述气体过滤装置、所述气体预冷装置、所述气体纯化装置、所述气体压缩装置和所述气体热交换装置依次连通。

本发明的可选技术方案为，所述气体管路出口连通气体分离装置；

所述气体热交换装置包括气体反馈热交换装置和气体发电热交换装置；所述气体反馈热交换装置设置在所述气体发电热交换装置与所述气体分离装置之间；

所述气体反馈热交换装置用于令所述气体分离装置输出的气体制备介质冷却从所述气体预冷装置流向所述气体管路出口的气体制备介质；

所述气体发电热交换装置用于令所述热能利用管路的第n介质冷却所述气体制备管路的气体制备介质；所述气体预冷装置或者所述n级冷凝器的两端与所述气体发电热交换装置的两端分别连通；其中，n为大于等于1的整数。

本发明的可选技术方案为，所述气体反馈热交换装置与所述气体分离装置之间设置有气体膨胀机。

本发明的可选技术方案为，所述热能利用管路包括冷却直排管路；所述冷却直排管路包括依次连通的气体分离装置、所述n级冷凝器和冷却直排输出端；所述n级冷凝器用于令所述气体分离装置内的气体制备介质冷却所述n级汽轮机或所述n级膨胀机输出的第n介质，并输送给所述冷却直排输出端排出。

本发明的可选技术方案为，所述热能利用管路包括冷却直排管路；所述冷却直排管路包括依次连通的冷却直排低温工质存储器、所述n级冷凝器和冷却直排输出端；所述n级冷凝器用于令所述冷却直排低温工质存储器内的冷却直排介质冷却所述n级汽轮机或所述n级膨胀机输出的第n介质，并输送给所述冷却直排输出端排出；

所述冷却直排低温工质存储器与所述n级冷凝器之间设置有冷却直排液体泵，所述冷却直排液体泵用于令所述冷却直排低温工质存储器内的冷却直排介质输送给所述n级冷凝器；

所述冷却直排低温工质存储器与所述冷却直排液体泵之间设置有冷却存储器出口阀门。

本发明的可选技术方案为，所述的气体制备系统包括间接换热循环回路；

所述间接换热循环回路包括首尾依次连通的所述气体热交换装置、间接压缩装置、间接换热装置和间接节流阀；

所述气体热交换装置用于令所述间接换热循环回路的间接循环介质冷却从所述气体预冷装置流向所述气体管路出口的气体制备介质；

所述间接换热装置用于令所述热能利用管路的第n介质冷却所述间接换热循环回路的间接循环介质；所述气体预冷装置或者所述n级冷凝器的两端与所述间接换热装置的两端分别连通。

本发明的可选技术方案为，n为大于等于1的整数时，所述n级冷凝器与所述n级液体泵之间设置有用于存储第n介质的n级低温工质存储器；

所述n级冷凝器与所述n级低温工质存储器之间连通有n级冷凝泵；所述n级冷凝泵用于令流经所述n级冷凝器的第n介质输入至所述n级低温工质存储器内；

所述n级冷凝器与所述n级冷凝泵之间连通有n级液体分离器；所述n级液体分离器用于分离所述第n循环回路的第n介质，并将呈液相的第n介质输送给所述n级冷凝泵；

所述n级冷凝泵与所述n级低温工质存储器之间设置有n级存储器入口阀门；所述n级液体泵与所述n级低温工质存储器之间设置有n级存储器出口阀门；

所述n级低温工质存储器设置有n级存储器补偿排气阀；所述n级存储器补偿排气阀用于补偿或者排放所述n级低温工质存储器内的介质；

所述n级冷凝器设置有n级冷凝补偿排气阀；所述n级冷凝补偿排气阀用于补偿或者排放所述n级冷凝器内的介质；

所述n级汽轮机与所述n级冷凝器为一体装置，或者所述n级膨胀机与所述n级冷凝器为一体装置；

所述第n循环回路设置有一处或者多处循环回路排放阀，所述循环回路排放阀用于排放所述第n循环回路内介质；

所述n级汽轮机或所述n级膨胀机、所述n级冷凝器和所述n级液体泵外套有保温层；

n为大于等于2的整数时，所述第n介质的沸点不高于所述第n-1介质的沸点；

n为大于等于1的整数时，所述第n介质为二氧化碳、氨、氦、氢、氧、氩、氮、氟利昂、甲烷、乙烷、丙烷、天然气、煤气或者沼气；

n为大于等于1的整数时，所述n级汽轮机或所述n级膨胀机驱动连接n级发电机或者驱动动力设备；

所述气体制备介质为常温常压下沸点为零下的气体；所述气体制备介质为空气、天然气、甲烷、乙烷、氧气、氮气、氩气、氢气或者氦气；

所述气体预冷装置外套有保温层；

所述气体压缩装置外套有保温层；

所述气体热交换装置外套有保温层。

基于上述第二目的，本发明提供的利用空气分离和制备设备进行发电的系统，包括所述的气体制备系统。

本发明的有益效果：

本发明提供的气体制备系统，包括气体制备管路；气体制备管路具体包括气体管路入口、气体预冷装置、气体管路出口和气体压缩装置，以能够实现气体的制备，例如采用空分制备氧气、氮气、氩气等，通过自然界的天然气制备生产生活可用的天然气等等；所述气体制备系统还包括热能利用管路，通过热能利用管路的用于流通气液相变介质的n个循环回路，以及通过气体预冷装置令热能利用管路的第一循环回路的第一介质冷却气体制备管路的气体制备介质，以利用气体预冷装置中的热能并将该热能通过热能利用管路转化为1至n级汽轮机或1至n级膨胀机输出的旋转的机械能，有效的利用了气体制备管路中的热能，减少了热能的浪费。

本发明提供的利用空气分离和制备设备进行发电的系统，包括气体制备系统，可有效利用气体制备管路中的热能，减少热能的浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的气体制备系统的第一流程示意图；

图2为本发明实施例一提供的气体制备系统的第二流程示意图；

图3为本发明实施例一提供的气体制备系统的热能利用管路的第一流程示意图；

图4为本发明实施例一提供的气体制备系统的热能利用管路的第二流程示意图。

图标：800-气体制备管路；810-气体管路入口；820-气体过滤装置；830-气体压缩装置；840-气体纯化装置；850-气体热交换装置；851-气体反馈热交换装置；852-气体发电热交换装置；860-气体管路出口；870-气体分离装置；880-气体膨胀机；890-间接压缩装置；891-间接换热装置；892-间接节流阀；

100-热能利用管路；101-气体预冷装置；102-一级汽轮机；103-一级冷凝器；1031-一级冷凝补偿排气阀；104-一级液体分离器；105-一级冷凝泵；106-一级低温工质存储器；1061-一级存储器入口阀门；1062-一级存储器出口阀门；1063-一级存储器补偿排气阀；107-一级液体泵；108-一级发电机；

202-二级汽轮机；203-二级冷凝器；204-二级液体分离器；205-二级冷凝泵；206-二级低温工质存储器；2061-二级存储器入口阀门；2062-二级存储器出口阀门；207-二级液体泵；208-二级发电机；

302-三级汽轮机；303-三级冷凝器；304-三级液体分离器；305-三级冷凝泵；306-三级低温工质存储器；3061-三级存储器入口阀门；3062-三级存储器出口阀门；307-三级液体泵；308-三级发电机；

401-压缩机；402-换热器；403-制冷液体分离器；404-制冷低温工质存储器；4041-制冷存储器入口阀门；4042-制冷存储器出口阀门；405-制冷汽轮机；406-制冷发电机；407-压缩入口液体分离器；408-冷却直排低温工质存储器；4081-冷却存储器出口阀门；409-冷却直排液体泵；410-冷却直排阀门；

501-换热排气阀；502-循环回路排放阀。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

参见图1-图4所示，本实施例提供了一种气体制备系统；图1和图2为本实施例提供的气体制备系统的第一流程示意图和第二流程示意图，其中图1可以为空分制备利用系统的流程示意图，图2可以为天然气制备利用系统的流程示意图；图3和图4为本实施例提供的气体制备系统的热能利用管路的第一流程示意图和第二流程示意图。图1或图2所示的气体预冷装置101的a和b端口为图3或图4所示的气体预冷装置101的a和b端口；图1或图2所示c和d端口用于连接图3或图4所示的气体预冷装置101或者n级冷凝器的两端；图1所示e端口为输出端。

参见图1-图4所示，本实施例提供的气体制备系统，应用于空分、天然气、甲烷、乙烷、氧气、氮气、氩气、氢气或者氦气等气体的制备。

该气体制备系统包括气体制备管路800和热能利用管路100。

气体制备管路800包括依次连通的气体管路入口810、气体预冷装置101和气体管路出口860；可选地，气体制备管路800包括依次连通的气体管路入口810、气体预冷装置101、气体热交换装置850和气体管路出口860；气体热交换装置850用于令从气体预冷装置101流向气体管路出口860的气体制备介质冷却。

气体管路入口810与气体预冷装置101之间设置有气体压缩装置830，或者，气体预冷装置101与气体管路出口860之间设置有气体压缩装置830；也即气体压缩装置830可以设置在气体预冷装置101之前，也可以设置在气体预冷装置101之后。可选地，气体压缩装置830可以为往复活塞式压缩机、离心式压缩机、螺杆式压缩机等等。可选地，气体管路入口810、气体压缩装置830、气体预冷装置101和气体热交换装置850依次连通；或者，气体管路入口810、气体预冷装置101、气体压缩装置830和气体热交换装置850依次连通。可以根据实际需要制备的气体设置气体管路入口810、气体压缩装置830、气体预冷装置101和气体热交换装置850之间的顺序。

热能利用管路100包括流通有气液相变介质的n个循环回路；其中，n为大于等于1的整数；n例如可以为1、2、3、4、5等等。

n为1时，第一循环回路包括首尾依次连通的气体预冷装置101、一级汽轮机102或一级膨胀机、一级冷凝器103和一级液体泵107；可选地，第一循环回路的第一介质为气液相变介质。可选地，一级液体泵107将流经一级冷凝器103的第一介质输送至气体预冷装置101，第一介质经与气体预冷装置101进行热交换后，第一介质升温呈全部或者部分气态，也即第一介质呈全部或者部分液态吸热转化为呈全部或者部分气态。在特定环境中，第一介质能够形成高压，从而能够驱使一级汽轮机102或一级膨胀机做功。可选地，一级汽轮机102或一级膨胀机驱动连接一级发电机108，以在一定程度上将气体制备管路800的热能通过气体预冷装置101转化为一级发电机108的电能，提高发电效率。此外，一级汽轮机102或一级膨胀机还可以驱动连接其他旋转器械，例如动力设备。可选地，第一循环回路的第一介质为低温液体介质；可选地，第一循环回路的第一介质为标准大气压下沸点低于0摄氏度的低温液体介质。

n为大于等于2的整数时，第n循环回路包括首尾依次连通的n-1级冷凝器、n级汽轮机或n级膨胀机、n级冷凝器和n级液体泵。n-1级冷凝器用于令流经第n循环回路的第n介质冷却n-1级汽轮机或n-1级膨胀机输出的第n-1介质。可选地，n级液体泵将流经n级冷凝器的第n介质输送至n-1级冷凝器，在n-1级冷凝器内，第n介质与第n-1介质进行热交换，第n-1介质降温呈全部或者部分液态，也即第n-1介质呈全部或者部分气态放热转化为呈全部或者部分液态，第n介质升温呈全部或者部分气态，也即第n介质呈全部或者部分液态吸热转化为呈全部或者部分气态。在特定环境中，第n介质能够形成高压，从而能够驱使n级汽轮机或n级膨胀机做功。可选地，n级汽轮机或n级膨胀机驱动连接n级发电机，以在一定程度上将流经n-1级冷凝器的第n-1介质的热能转化为n级发电机的电能，提高发电效率。此外，n级汽轮机或n级膨胀机还可以驱动连接其他旋转器械，例如动力设备。可选地，第n循环回路的第n介质为标准大气压下沸点低于0摄氏度的低温液体介质。

n级冷凝器用于冷却n级汽轮机或n级膨胀机输出的第n介质。也即，该系统包括一个循环回路时，一级冷凝器用于冷却一级汽轮机或一级膨胀机输出的第一介质；该系统包括二个循环回路时，二级冷凝器用于冷却二级汽轮机或二级膨胀机输出的第二介质；以此类推。

n为大于等于1的整数时，n级汽轮机或n级膨胀机驱动连接发电机；以将一至n级汽轮机或一至n级膨胀机旋转的机械能转化为电能。当该系统包括一个循环回路时，一级汽轮机或一级膨胀机驱动连接一级发电机，该系统的发电机包括一级发电机；当该系统包括二个循环回路时，一级汽轮机或一级膨胀机驱动连接一级发电机，二级汽轮机或二级膨胀机驱动连接二级发电机，该系统的发电机包括一级发电机和二级发电机；以此类推。

气体预冷装置101用于令热能利用管路100的第一循环回路的第一介质冷却气体制备管路800的气体制备介质，以使热能利用管路100的第一循环回路与气体制备管路800通过气体预冷装置101进行热交换，以回收利用气体制备管路800中的热能。

可选地，气体预冷装置101外套有保温层，以减少与外界温度进行热交换。

可选地，气体压缩装置830外套有保温层，以减少与外界温度进行热交换。

可选地，气体热交换装置850外套有保温层，以减少与外界温度进行热交换。

本实施例中所述气体制备系统的其他需要保温的地方，也需要采取一些相应的保温措施。

本实施例中所述气体制备系统包括气体制备管路800；气体制备管路800具体包括气体管路入口810、气体预冷装置101、气体管路出口860和气体压缩装置830，以能够实现气体的制备，例如采用空分制备氧气、氮气、氩气等，通过自然界的天然气制备生产生活可用的天然气等等；所述气体制备系统还包括热能利用管路100，通过热能利用管路100的用于流通气液相变介质的n个循环回路，以及通过气体预冷装置101令热能利用管路100的第一循环回路的第一介质冷却气体制备管路800的气体制备介质，以利用气体预冷装置101中的热能并将该热能通过热能利用管路100转化为1至n级汽轮机或1至n级膨胀机输出的旋转的机械能，有效的利用了气体制备管路800中的热能，减少了热能的浪费。

参见图1所示，本实施例的可选方案中，气体制备管路800包括气体过滤装置820和气体纯化装置840；通过气体过滤装置820，以过滤气体制备介质中所含的灰尘和其他杂质，以能够减少气体压缩装置830内部机械运动表面的磨损，保证气体制备介质的质量；通过气体纯化装置840，以过滤、吸附或去除气体制备介质中含有的水分、二氧化碳、乙炔、其他碳氢化合物等物质；例如可以在一定程度上避免或者减少被冷冻的水分和二氧化碳沉积、堵塞在管道、阀门、气体分离装置等空分塔内而造成的堵塞通道、管道和阀门。又如，乙炔积聚在液氧内有爆炸的危险，灰尘会磨损运转机械。为了保证空分、天然气等制备装置的长期安全运行，需要设置气体过滤装置820和/或气体纯化装置840，以专门的净化设备清除一些杂质。气体纯化装置840可以采用吸附法和冻结法净化气体，例如采用分子筛吸附法。可选地，气体过滤装置820外套有保温层，以减少与外界温度进行热交换。可选地，气体纯化装置840外套有保温层，以减少与外界温度进行热交换。其他需要保温的地方，也需要采取一些相应的保温措施。

可选地，气体纯化装置840的数量为两个，两个气体纯化装置840并列设置；以便气体纯化装置840在再生时，两个互换使用。即，其中一个纯化设备工作，另外一个纯化设备再生。可选地，气体纯化装置840使用两个分子筛设备进行互换使用。

可选地，气体管路入口810、气体过滤装置820、气体压缩装置830、气体预冷装置101、气体纯化装置840和气体热交换装置850依次连通；

或者，气体管路入口810、气体过滤装置820、气体预冷装置101、气体压缩装置830、气体纯化装置840和气体热交换装置850依次连通；

或者，气体管路入口810、气体过滤装置820、气体预冷装置101、气体纯化装置840、气体压缩装置830和气体热交换装置850依次连通。可以根据实际需要制备的气体设置气体管路入口810、气体过滤装置820、气体压缩装置830、气体预冷装置101、气体纯化装置840和气体热交换装置850之间的顺序。

参见图1所示，本实施例的可选方案中，气体管路出口860连通气体分离装置870。通过气体分离装置870分离出需要的气体，该气体的状态可以为气态、液态或者气液混合状态。例如气体分离装置870为空分塔，空分系统通过气体分离装置870制备氧气、氮气、氩气等。可选地，气体分离装置870外套有保温层，以减少与外界温度进行热交换。

可选地，气体热交换装置850包括气体反馈热交换装置851和气体发电热交换装置852；气体反馈热交换装置851设置在气体发电热交换装置852与气体分离装置870之间。

可选地，气体反馈热交换装置851用于令气体分离装置870输出的气体制备介质冷却从气体预冷装置101流向气体管路出口860的气体制备介质；通过气体反馈热交换装置851，以使气体分离装置870输出的部分低温介质直接冷却从气体预冷装置101流向气体管路出口860的气体制备介质，以使气体分离装置870更容易制备气体。可选地，气体分离装置870输出的气体制备介质经气体反馈热交换装置851排出，如图2所示，气体分离装置870输出的气体制备介质经气体反馈热交换装置851的e口排出。

可选地，气体发电热交换装置852用于令热能利用管路100的第n介质冷却气体制备管路800的气体制备介质；气体预冷装置101或者n级冷凝器的两端与气体发电热交换装置852的两端分别连通，也即气体预冷装置101或者n级冷凝器与气体发电热交换装置852并联设置。其中，n为大于等于1的整数。通过气体发电热交换装置852以冷却气体制备管路800的气体制备介质，同时还可以将气体制备管路800的气体制备介质的热能交换给第n介质，以使热能利用管路100将该热能转化为汽轮机或膨胀机输出的旋转的机械能。如图1、3、4所示，图中气体发电热交换装置852的c和d端口用于连接图3或图4所示的气体预冷装置101或者n级冷凝器的两端。

可选地，气体反馈热交换装置851与气体分离装置870之间设置有气体膨胀机880。气体分离装置870输出的介质经过气体膨胀机880，进行膨胀后温度急剧下降，有利于气体反馈热交换装置851冷却从气体预冷装置101流向气体管路出口860的气体制备介质。气体膨胀机880例如可以为旋转式叶片机械。

参见图3所示，本实施例的可选方案中，热能利用管路100包括流通有气液相变介质的制冷循环回路；通过制冷循环回路以冷却n级汽轮机或n级膨胀机输出的第n介质。

具体而言，制冷循环回路包括首尾依次连通的n级冷凝器、压缩机401、换热器402、制冷汽轮机405或制冷膨胀机或膨胀阀。也就是说，n级冷凝器、压缩机401、换热器402和制冷汽轮机405首尾依次连通并形成制冷循环回路；或者，n级冷凝器、压缩机401、换热器402和制冷膨胀机首尾依次连通并形成制冷循环回路；或者，n级冷凝器、压缩机401、换热器402和膨胀阀首尾依次连通并形成制冷循环回路。

n级冷凝器用于令流经制冷循环回路的制冷介质冷却n级汽轮机或n级膨胀机输出的第n介质。

压缩机401用于压缩制冷介质，并将制冷介质通过换热器402冷却，输送至制冷汽轮机405或制冷膨胀机或膨胀阀，以驱使制冷汽轮机405或制冷膨胀机转动。可选地，制冷汽轮机405或制冷膨胀机驱动连接制冷发电机406，以在一定程度上将流经n级冷凝器的第n介质的热能转化为制冷发电机406的电能，提高发电效率。此外，制冷汽轮机405或制冷膨胀机还可以驱动连接其他旋转器械，例如，制冷汽轮机405或制冷膨胀机驱动连接压缩机，形成机械能回馈所述压缩机。

可选地，制冷循环回路的制冷介质为沸点低于0摄氏度的低温液体介质。可选地，制冷介质的沸点不高于第n介质的沸点，以便于制冷介质在n级冷凝器内冷却第n介质。可选地，制冷介质为无机低温介质或者有机低温介质。可选地，制冷介质的沸点低于-30℃。其中，制冷介质例如可以为二氧化碳、氨、氦、氢、氧、氩、氮、氟利昂、甲烷、乙烷、丙烷、天然气、煤气或者沼气等；当然，制冷介质还可以为其他低温介质。优选地，制冷介质为甲烷、乙烷或者沸点低于甲烷、乙烷的介质。

可选地，制冷循环回路的制冷介质为气液变相介质，也即制冷介质在该制冷循环回路内进行气相与液相的转化。可选地，经压缩机401压缩并经换热器402冷却后的制冷介质全部或者部分呈液态，制冷介质流经制冷汽轮机405或制冷膨胀机做功后释放压力并呈全部或者部分气态。

本实施例的可选方案中，换热器402设置在n级液体泵和n-1级冷凝器之间；压缩机401压缩制冷介质后，制冷介质升温，通过换热器402令第n循环回路的第n介质与制冷循环回路的制冷介质换热，即制冷介质被第n介质冷却形成全部或者部分液体，第n介质被制冷介质加热形成部分气体。理论上，经换热器402加热第n介质后，可以使经压缩机401压缩制冷介质产生的热能能够被有效利用，提高了系统的能量使用率，减少了能量的损耗。

可选地，换热器402与n-1级冷凝器之间的管路上设置有用于排气的换热排气阀501。通过换热排气阀501可以释放换热器402与n-1级冷凝器之间的管路上的压力。例如，第n介质被制冷介质加热形成部分气体后，管道的压力剧增，通过换热排气阀501释放部分压力，以提高第n循环回路运行的安全性，以及提高系统的安全性。

可选地，n级冷凝器与压缩机401之间连通有压缩入口液体分离器407；压缩入口液体分离器407用于分离制冷循环回路的制冷介质，并将呈气相的制冷介质输送给压缩机401；通过压缩入口液体分离器407，以确保输送给压缩机401的制冷介质为气体，进而提高压缩机401的使用寿命。

可选地，制冷汽轮机405或制冷膨胀机或膨胀阀，与换热器402之间连通有制冷低温工质存储器404；以通过制冷低温工质存储器404存储制冷介质，以及提高制冷循环回路的稳定性能。其中，制冷低温工质存储器404用于存储制冷介质，可以在一定程度上提高制冷循环回路的稳定性能。

可选地，换热器402与制冷低温工质存储器404之间连通有制冷液体分离器403；制冷液体分离器403用于分离制冷循环回路的制冷介质，并将呈液相的制冷介质输送给制冷低温工质存储器404；通过制冷液体分离器403，以确保输送给制冷低温工质存储器404的制冷介质为液体。

可选地，制冷低温工质存储器404与制冷液体分离器403之间设置有制冷存储器入口阀门4041；制冷汽轮机405或制冷膨胀机或膨胀阀，与制冷低温工质存储器404之间设置有制冷存储器出口阀门4042。通过制冷存储器入口阀门4041和制冷存储器出口阀门4042，以使制冷低温工质存储器404能够构成独立的低温工质储存设备，同时也可以与制冷循环回路的n级冷凝器、压缩机401等设备中的制冷介质进行流通与分离，以在特定情况下运行保护及控制系统。

参见图3、图4所示，本实施例的可选方案中，热能利用管路100包括冷却直排管路；通过冷却直排管路以冷却n级汽轮机或n级膨胀机输出的第n介质。

具体而言，冷却直排管路包括依次连通的冷却直排低温工质存储器408、n级冷凝器和冷却直排输出端；可选地，冷却直排低温工质存储器408与n级冷凝器之间设置有冷却直排液体泵409；即冷却直排管路包括依次连通的冷却直排低温工质存储器408、冷却直排液体泵409、n级冷凝器和冷却直排输出端；可选地，所述冷却直排输出端设置有冷却直排阀门410。可选地，冷却直排低温工质存储器408与冷却直排液体泵409之间设置有冷却存储器出口阀门4081；通过冷却存储器出口阀门4081以控制冷却直排低温工质存储器408与冷却直排液体泵409之间的管路的通断。

冷却直排液体泵409用于令冷却直排低温工质存储器408内的冷却直排介质输送给n级冷凝器，并经过冷却直排输出端排出，也可以说经过冷却直排阀门410排出。例如，打开冷却直排阀门410，冷却直排介质通过冷却直排输出端排出。n级冷凝器用于令冷却直排低温工质存储器内的冷却直排介质冷却n级汽轮机或n级膨胀机输出的第n介质，并输送给冷却直排输出端排出；通过令冷却直排介质在n级冷凝器内冷却n级汽轮机或n级膨胀机输出的第n介质，以使第n循环回路能够正常运行。

可选地，冷却直排管路的冷却直排介质为沸点低于0摄氏度的低温液体介质。可选地，冷却直排介质的沸点不高于第n介质的沸点，以便于冷却直排介质在n级冷凝器内冷却第n介质。可选地，冷却直排介质为无机低温介质或者有机低温介质。可选地，冷却直排介质的沸点低于-30℃。其中，冷却直排介质例如可以为二氧化碳、氨、氦、氢、氧、氩、氮、氟利昂、甲烷、乙烷、丙烷、天然气、煤气或者沼气等；当然，冷却直排介质还可以为其他低温介质。优选地，冷却直排介质为氮或者沸点低于氮的介质。

可选地，冷却直排介质为不可燃介质，例如为二氧化碳、氨、氦、氢、氧、氩、氮、氟利昂等，冷却直排介质直接排放。可选地，冷却直排介质为可燃介质；例如冷却直排介质为甲烷、乙烷、丙烷、天然气、煤气或者沼气等等。

本实施例的可选方案中，冷却直排管路还可以采用气体制备管路800制备的低温介质冷却n级冷凝器。

具体而言，热能利用管路100包括冷却直排管路；冷却直排管路包括依次连通的气体分离装置870、n级冷凝器和冷却直排输出端；n级冷凝器用于令气体分离装置870内的气体制备介质冷却n级汽轮机或n级膨胀机输出的第n介质，并输送给冷却直排输出端排出。通过气体分离装置870制备的低温介质直接冷却n级汽轮机或n级膨胀机输出的第n介质。

可选地，气体分离装置870与n级冷凝器之间设置有冷却直排液体泵409，冷却直排液体泵409用于令气体分离装置870内的气体制备介质输送给n级冷凝器，气体制备介质在n级冷凝器内吸热并通过冷却直排输出端排出。通过令低温的气体制备介质在n级冷凝器内冷却n级汽轮机或n级膨胀机输出的第n介质，以使第n循环回路能够正常运行。低温的气体制备介质例如可以为空分中的氮、氧、氩等等。

本实施例的可选方案中，热能利用管路100包括制冷循环回路和/或冷却直排管路，即热能利用管路100包括制冷循环回路，或者热能利用管路100包括冷却直排管路，或者热能利用管路100包括制冷循环回路和冷却直排管路。可选地，热能利用管路100包括制冷循环回路或冷却直排管路，以简化热能利用管路100，降低系统的建造成本。此外，热能利用管路100还可以包括其他用于冷却n级汽轮机或n级膨胀机输出的第n介质的设备、管路。

本实施例的可选方案中，n为大于等于1的整数时，n级冷凝器与n级液体泵之间设置有n级低温工质存储器；其中，n级低温工质存储器用于存储第n介质，可以在一定程度上提高第n循环回路的稳定性能。例如，例如n为1时，一级冷凝器103与一级液体泵107之间设置有一级低温工质存储器106；其中，一级低温工质存储器106用于存储第一介质，可以在一定程度上提高第一循环回路的稳定性能。可选地，n级低温工质存储器外套有保温层。

可选地，n为大于等于1的整数时，n级冷凝器与n级低温工质存储器之间连通有n级冷凝泵；n级冷凝泵用于令流经n级冷凝器的第n介质输入至n级低温工质存储器内；通过n级冷凝泵，以将流经n级冷凝器的第n介质输送给n级低温工质存储器。例如n为1时，一级冷凝器103与一级低温工质存储器106之间连通有一级冷凝泵105；一级冷凝泵105用于令流经一级冷凝器103的第一介质输入至一级低温工质存储器106内；通过一级冷凝泵105，以将流经一级冷凝器103的第一介质输送给一级低温工质存储器106。可选地，n级冷凝泵外套有保温层。

可选地，n为大于等于1的整数时，n级冷凝器与n级冷凝泵之间连通有n级液体分离器；n级液体分离器用于分离第n循环回路的第n介质，并将呈液相的第n介质输送给n级冷凝泵；通过n级液体分离器，以确保经n级冷凝泵输送给n级低温工质存储器的第n介质为液体。例如n为1时，一级冷凝器103与一级冷凝泵105之间连通有一级液体分离器104；一级液体分离器104用于分离第一循环回路的第一介质，并将呈液相的第一介质输送给一级冷凝泵105；通过一级液体分离器104，以确保经一级冷凝泵105输送给一级低温工质存储器106的第一介质为液体。可选地，n级液体分离器外套有保温层。

可选地，n为大于等于1的整数时，n级冷凝泵与n级低温工质存储器之间设置有n级存储器入口阀门；n级液体泵与n级低温工质存储器之间设置有n级存储器出口阀门；通过n级存储器入口阀门和n级存储器出口阀门，以使n级低温工质存储器能够构成独立的低温工质储存设备，同时也可以与第n循环回路的n级冷凝器、n级液体泵等设备中的第n介质进行流通与分离，以在特定情况下运行保护及控制系统。例如n为1时，一级冷凝泵105与一级低温工质存储器106之间设置有一级存储器入口阀门1061；一级液体泵107与一级低温工质存储器106之间设置有一级存储器出口阀门1062；通过一级存储器入口阀门1061和一级存储器出口阀门1062，以使一级低温工质存储器106能够构成独立的低温工质储存设备，同时也可以与第一循环回路的一级冷凝器103、一级液体泵107等设备中的第一介质进行流通与分离，以在特定情况下运行保护及控制系统。

可选地，n为大于等于1的整数时，n级低温工质存储器设置有n级存储器补偿排气阀；n级存储器补偿排气阀用于补偿或者排放n级低温工质存储器内的介质，该介质可以为n级低温工质存储器内的第n介质，也可以为首次排空n级低温工质存储器内的空气等其他介质；通过n级存储器补偿排气阀，以能够补充n级低温工质存储器的第n介质，以补偿第n循环回路泄露、挥发的第n介质；通过n级存储器补偿排气阀，还能够排放n级低温工质存储器内呈气体的第n介质，可以在一定程度上减少或者避免n级低温工质存储器承受压力或者承受较大的压力，以提高n级低温工质存储器的安全性能。例如n为1时，一级低温工质存储器106设置有一级存储器补偿排气阀1063；一级存储器补偿排气阀1063用于补偿或者排放一级低温工质存储器106内的第一介质；通过一级存储器补偿排气阀1063，以能够补充一级低温工质存储器106的第一介质，以补偿第一循环回路泄露、挥发的第一介质；通过一级存储器补偿排气阀1063，还能够排放一级低温工质存储器106内呈气体的第一介质。

可选地，n为大于等于1的整数时，n级冷凝器设置有n级冷凝补偿排气阀；n级冷凝补偿排气阀用于补偿或者排放n级冷凝器内的介质，该介质可以为n级冷凝器内的第n介质，也可以为首次排空n级冷凝器内的空气等其他介质。通过n级冷凝补偿排气阀，以能够补充n级冷凝器的第n介质，以补偿第n循环回路泄露、挥发的第n介质；通过n级冷凝补偿排气阀，还能够排放n级冷凝器内呈气体的第n介质，可以在一定程度上减少或者避免n级冷凝器承受较大的压力，以提高n级冷凝器的安全性能。例如n为1时，一级冷凝器103设置有一级冷凝补偿排气阀1031；一级冷凝补偿排气阀1031用于补偿或者排放一级冷凝器103内的介质，该介质可以为一级冷凝器103内的第一介质，也可以为首次排空一级冷凝器103内的空气等其他介质；通过一级冷凝补偿排气阀1031，还能够补充一级冷凝器103的第一介质，以补偿第一循环回路泄露、挥发的第一介质；通过一级冷凝补偿排气阀1031，能够排放一级冷凝器103内呈气体的第一介质或其他杂质，可以在一定程度上减少或者避免一级冷凝器103承受较大的压力，以提高一级冷凝器103的安全性能。

可选地，n为大于等于1的整数时，n级汽轮机与n级冷凝器为一体装置，或者n级膨胀机与n级冷凝器为一体装置，以简化系统结构，降低系统成本。例如n为1时，一级汽轮机与一级冷凝器为一体装置，或者一级膨胀机与一级冷凝器为一体装置。

可选地，n为大于等于1的整数时，第n循环回路设置有一处或者多处循环回路排放阀502，循环回路排放阀502用于排放第n循环回路内介质；该介质可以为n级冷凝器内的第n介质，也可以为首次排空n级冷凝器内的空气等其他介质。可选地，循环回路排放阀502设置在n级冷凝器的输出端或者输入端；可选地，循环回路排放阀502设置在n级汽轮机或n级膨胀机的输出端或者输入端。如图3、图4所示，图中示出了第一循环回路设置在一级液体泵107与一级低温工质存储器106之间的循环回路排放阀502。

可选地，所述n级汽轮机或所述n级膨胀机、所述n级冷凝器和所述n级液体泵外套有保温层。

可选地，第一介质为无机低温介质或者有机低温介质。可选地，第一介质的沸点高于或者低于0℃(在一个大气压下)。其中，第一介质例如可以为水、二氧化碳、氨、氦、氢、氧、氩、氮、氟利昂、甲烷、乙烷、丙烷、天然气、煤气或者沼气等；当然，第一介质还可以为其他低温介质。优选地，第一介质为氢、甲烷、乙烷、丙烷、氧气、天然气、煤气或者沼气等可燃气体。

可选地，n为大于等于2的整数时，第n介质的沸点不高于第n-1介质的沸点，以便于第n介质在n-1级冷凝器内冷却第n-1介质。可选地，第n介质为无机低温介质或者有机低温介质。可选地，第n介质为标准大气压下沸点低于0摄氏度的低温液体介质。可选地，第n介质的沸点低于-30℃。其中，n为大于等于2的整数时，第n介质例如可以为二氧化碳、氨、氦、氢、氧、氩、氮、氟利昂、甲烷、乙烷、丙烷、天然气、煤气或者沼气等；当然，第n介质还可以为其他低温介质。优选地，第一介质为二氧化碳或者氨，第二介质为氟利昂，第三介质为氮。

可选地，冷却直排介质例如可以为甲烷、乙烷、丙烷、氧气、天然气、煤气或者沼气等可燃介质。优选地，冷却直排介质为液氢或者液体天然气，氢气燃烧产生的是最干净的水蒸汽，不会对环境产生任何污染，同时氢气燃烧产生的热值也是最高的，因此在航天和火箭的燃料系统都优先考虑液氢，随着应用市场的扩大和生产成本的降低，液氢价格也将会明显的降低，人类未来发展很有可能是最环保的液氢能源时代。

可选地，气体制备介质为无机低温介质或者有机低温介质或者混合气体。可选地，气体制备介质的沸点高于或者低于0℃(在一个大气压下)。可选地，气体制备介质为常温常压下沸点为零下的气体；其中，气体制备介质例如可以为空气、天然气、甲烷、乙烷、氧气、氮气、氩气、氢气或者氦气等；当然，气体制备介质还可以为其他介质。优选地，气体制备介质为空气或者天然气。

为了更加清楚的了解本实施例，本实施例的可选方案中，热能利用管路100包括流通有气液相变介质的一个循环回路和冷却直排管路。也即热能利用管路100包括第一循环回路和冷却直排管路。可选地，第一循环回路的第一介质为二氧化碳或者乙烷；冷却直排管路的冷却直排介质为甲烷、液氧、液氢。

具体而言，第一循环回路包括首尾依次连通的气体预冷装置101、一级汽轮机102或一级膨胀机、一级冷凝器103、一级液体分离器104、一级冷凝泵105、一级存储器入口阀门1061、一级低温工质存储器106、一级存储器出口阀门1062和一级液体泵107；一级汽轮机102或一级膨胀机驱动连接一级发电机108。

冷却直排管路包括依次连通的冷却直排低温工质存储器408、一级冷凝器103和冷却直排输出端；一级冷凝器103用于令冷却直排低温工质存储器408内的冷却直排介质冷却一级汽轮机102或一级膨胀机输出的第一介质，并输送给冷却直排输出端排出；冷却直排低温工质存储器408与一级冷凝器103之间设置有冷却直排液体泵409。

需要说明的是，热能利用管路100可以包括流通有气液相变介质的n个循环回路和冷却直排管路。

如n为2时，第二循环回路包括首尾依次连通的一级冷凝器103、二级汽轮机202或二级膨胀机、二级冷凝器203、二级液体分离器204、二级冷凝泵205、二级存储器入口阀门2061、二级低温工质存储器206、二级存储器出口阀门2062和二级液体泵207；二级汽轮机202或二级膨胀机驱动连接二级发电机208。

如n为3时，第三循环回路包括首尾依次连通的二级冷凝器203、三级汽轮机302或三级膨胀机、三级冷凝器303、三级液体分离器304、三级冷凝泵305、三级存储器入口阀门3061、三级低温工质存储器306、三级存储器出口阀门3062和三级液体泵307；三级汽轮机302或三级膨胀机驱动连接三级发电机308。

参见图2所示，本实施例的可选方案中，所述气体制备系统包括间接换热循环回路。

间接换热循环回路包括首尾依次连通的气体热交换装置850、间接压缩装置890、间接换热装置891和间接节流阀892。

气体热交换装置850用于令间接换热循环回路的间接循环介质冷却从气体预冷装置101流向气体管路出口860的气体制备介质；

间接换热装置891用于令热能利用管路100的第n介质冷却间接换热循环回路的间接循环介质；气体预冷装置101或者n级冷凝器的两端与间接换热装置891的两端分别连通，也即气体预冷装置101或者n级冷凝器与间接换热装置891并联设置。通过气体热交换装置850和间接换热装置891，以使热能利用管路100的第n介质通过间接换热循环回路冷却气体预冷装置101流向气体管路出口860的气体制备介质。如图2-4所示，图中间接换热装置891的c和d端口用于连接图3或图4所示的气体预冷装置101或者n级冷凝器的两端。

实施例二

实施例二提供了一种利用空气分离和制备设备进行发电的系统，该实施例包括实施例一所述的气体制备系统，实施例一所公开的气体制备系统的技术特征也适用于该实施例，实施例一已公开的气体制备系统的技术特征不再重复描述。

本实施例提供的利用空气分离和制备设备进行发电的系统包括气体制备系统。通过气体制备系统以使空气制备出氧气、氮气等气体。

本实施例中所述利用空气分离和制备设备进行发电的系统具有实施例一所述气体制备系统的优点，实施例一所公开的所述气体制备系统的优点在此不再重复描述。

为了更加清楚的了解本实施例，以下简要说明空分工艺流程：

参见实施例一的图1所示，空气经气体管路入口810进入气体过滤装置820过滤以后，进入到气体压缩装置830进行压缩，经过压缩后的空气温度会升高，然后经过气体预冷装置101换热，利用低温介质将气体压缩装置830产生的高温热能转变为电能或者机械能输出，相对于采用水冷却来说，由于气体预冷装置101内部使用低温液体介子，温度较低，有利于降低气体压缩装置830后面的温度，同时也能够较少气体压缩装置830的能量消耗。

经过冷却后的压缩空气，进入到气体纯化装置840，将空气中的水分、二氧化碳、乙炔和其他碳氢化合物等进行清除和净化(例如，剩余氮气和氧气，以及微量的氩气等)。由于气体纯化装置840需要进行再生，设置两个气体纯化装置840；其中一个纯化设备工作，另外一个纯化设备再生。

可选地，经过气体纯化装置840净化的空气，再进行气体热交换装置850进行深冷，形成的液态空气(液氮和液氧)进入到气体分离装置870进行液氮和液氧的分离，形成液氮、液氧、以及液氩产品输出。

可选地，气体热交换装置850包括气体反馈热交换装置851和气体发电热交换装置852；气体分离装置870还可以分馏出一部分低温氮气和低温氧气，经过气体反馈热交换装置851进行吸热，复热后输出纯净的常温氮气和氧气供用户使用。

可选的，气体分离装置870输出的低温高压氮气及氧气，还可以使用膨胀机等设备释放压力，输出机械能同时形成冷量，便于气体反馈热交换装置851冷凝空气形成液空。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。